Наше електричне майбутнє Неядерний інститут дієти з низьким вмістом вуглеводів для енергетичних та екологічних досліджень
Ця стаття спочатку з’явилася у випуску восени 2005 року в нью-гемпширському Сьєррані, бюлетені клубу нью-гемпширської Сьєрри.
Очевидно, електрика є важливою опорою нашої цивілізації. Зараз нам доводиться стикатися з основними питаннями: чи зросте попит та зменшуватимуться джерела енергії, чи буде достатньо електроенергії для забезпечення наших потреб? Чи може наша майбутня електроенергія вироблятися без шкідливих наслідків для здоров’я людей та здоров’я планет?
NH Sierran пощастило, що знайшов доктора Арджун Махіані, президента та старшого інженера Інституту енергетичних та екологічних досліджень, готового розглянути деякі з цих питань. Він є головним автором першої в історії оцінки потенціалу енергоефективності економіки США (1971 р.) І широко писав про енергетичні та екологічні проблеми. Готуючи ці відповіді, він проконсультувався з доктором Брайс Смітом, старшим науковим співробітником IEER, який працює над книгою про ядерну енергетику та глобальне потепління.
Деякі екологи нещодавно висловили думку, що нам, можливо, доведеться стикатися з ризиками виробництва ядерної енергії та її спадщини радіоактивних відходів як меншого зла, ніж спалювання викопного палива. Будь ласка, поділіться своїм поглядом на цю тему.
Зараз існує майже загальна згода, що зміна клімату є на сьогоднішній день найсерйознішою екологічною проблемою, з якою стикається світ, і що вуглекислий газ є головним серед парникових газів, що рухають його. Оскільки атомні електростанції (включаючи супутню інфраструктуру) мають нульовий або низький рівень викидів вуглекислого газу, деякі провідні екологи також замислюються над тим, як протистояти атомній енергетиці. Ядерна промисловість намагається використати зміну клімату як можливість оживити відмираючий ринок за допомогою великих державних субсидій.
Однак головне питання полягає не в тому, чи можна використовувати ядерну енергію для зменшення викидів вуглекислого газу (CO2). Не вистачає джерел енергії, які не мають або мають низькі викиди CO2. Потенціал вітрогенерованої електроенергії в 12 штатах по хребту США (від Північної Дакоти до Техасу, включаючи штати Середнього Заходу та Скелястих гір) дорівнює в два з половиною рази всьому обсягу виробництва електроенергії в США.
Іншими словами, енергетичний потенціал там приблизно такий самий, як видобуток нафти у всіх членах Організації країн-експортерів нафти (ОПЕК).
Для вирішення проблеми бракує не джерел енергії, а грошей. Тому головне питання: за певну суму грошей, який підхід до зменшення викидів СО2 мінімізує інші витрати та ризики для суспільства та для майбутніх поколінь? Саме у відповіді на це питання ядерна енергетика не проходить випробування.
Будь ласка, дайте нам огляд відсотків американської та світової електроенергії, що в даний час постачається вугіллям, нафтою, газом, ядерною енергією та відновлюваними джерелами, такими як вода, вітер, сонячна енергія.
Вугілля постачає 50 відсотків електроенергії США, атомна - близько 20 відсотків; природний газ менше 20 відсотків, гідроенергетика близько 7 відсотків, нафта близько 2 відсотків. Відновлювані джерела, крім гідроенергетичних, складають близько 2 відсотків, в основному енергія вітру та деякі геотермальні. Сонячна енергія дуже мала, набагато менше одного відсотка.
У світовому масштабі викопне паливо (переважно вугілля) постачає близько 64 відсотків електроенергії, гідроенергія та атомна енергія - близько 17 відсотків кожна, а відновлювані джерела енергії - близько 2 відсотків. Важливо пам’ятати, що використання палива в інших секторах, крім електроенергетики, також відповідає за викиди СО2 - зокрема, транспорт, опалення у будівлях та використання палива в промисловості.
Всі джерела енергії мають певний вплив - у цьому сенсі використання енергії подібно до інших питань. Як наслідок, необмежене використання енергії, як і будь-який інший ресурс, не є ані можливим, ані розумним.
Який потенціал для підвищення ефективності?
Ефективність використання енергії в США та інших промислово розвинутих країнах пафосно низька - і ще нижча в країнах, що розвиваються. Наприклад, типова високоефективна піч для центрального опалення, що працює на газі, має ефективність менше 10 відсотків, якщо оцінювати за суворими фізичними критеріями (другий закон термодинаміки). Нагрівання електричним опором ще більш неефективне. Середня ефективність електричних систем освітлення становить близько одного відсотка - тобто лише близько одного відсотка енергії в паливі, яке використовується для виробництва електроенергії, виходить у вигляді видимої світлової енергії. Решта витрачається як тепло на електростанції або в лампочці. Навіть високоефективні лампи мають ефективність лише близько 3 відсотків. І багато світла теж марно витрачається.
Ефективність пасажирських перевезень так само неприємна. Корисна робота, яка виконується, коли автомобіль вагою півтори тони перевозить одну людину вагою 150 або 200 фунтів, становить менше одного відсотка енергоємності вхідного палива.
Потенціал підвищення ефективності використання енергії за допомогою наявних технологій величезний. Дві третини використання енергії в США на одиницю економічної продукції можна було б усунути за допомогою наявних технологій, зберігаючи при цьому всі функції, які виконує сучасне використання палива. Завдяки розумній програмі енергетичних досліджень та державної політики цілком можливо досягти використання енергії на одиницю економічної продукції на одній десятій нинішньому рівні протягом декількох десятиліть. З певною обережністю у використанні енергії та дуже високою ефективністю економічний результат може бути потроєний протягом наступних п’ятдесяти років, зменшуючи загалом споживання енергії більш ніж утричі.
Але нам все одно потрібно постачати енергію, щоб зробити все це - і, швидше за все, це буде все більше у формі електроенергії, оскільки це дозволяє ширший спектр технологічних підходів зробити енергоспоживання більш ефективним. У США ріст необхідної електроенергії є помірним, оскільки її використання вже зараз велике, і існує багато можливостей для підвищення ефективності. Зрештою, можливо, навіть можна буде почати зменшувати цей компонент, залежно від розвитку технологій та способу життя. На відміну від цього, зростання необхідної електроенергії в країнах, що розвиваються, високий, оскільки мільярди людей не можуть задовольнити навіть мінімальні потреби, а тим більше сподіватися навіть на помірний комфорт. І це зростання спостерігається у більшості країн, що розвиваються, включаючи Китай та Індію.
Отже, лише ефективність не дозволяє нам відповісти на складне питання про те, як ми збираємось дійти з того місця, де ми перебуваємо, до світу, в якому ми усунемо від 50 до 80 відсотків викидів СО2 протягом наступних п'ятдесяти років або близько того, і де ті, бідні сьогодні мають шанс на більш комфортне життя.
Які конкретні проблеми ядерної енергетики роблять її недоцільною як спосіб зменшення викидів CO2?
Щоб значно зменшити викиди СО2 від електростанцій у глобальному масштабі, протягом наступних п’яти десятиліть потрібно побудувати від 2000 до 3000 ядерних реакторів потужністю 1000 мегават кожен - це один тиждень протягом наступних п’ятдесяти років. Це пов’язано з тим, що приблизно половину існуючих потужностей вугілля та нафти потрібно буде замінити ядерними (приблизно 1000 реакторів), а решта піде на задоволення потреб у додатковій електроенергії. Навіть якби такий великий ріст галузі можна було б забезпечити, це створило б багато серйозних ризиків.