Энергия: 2030–2050

Российский топливно-энергетический комплекс на сегодняшний день составляет 12% мировой торговли нефтью и углем и 25% торговли газом. «Энергетический сектор дает почти треть ВВП страны», – резюмировал Дмитрий Медведев. Хотя разведанные запасы нефти и газа в России постепенно истощаются (как следует из материалов к заседанию Совбеза, запасы нефти выработаны более чем на 50%, а прогнозные ресурсы газа оцениваются в 165 трлн. кубометров), пока считается, что при этом они остаются вполне достаточными.
«Очевидно, что нужна целая система мер, которая позволит навести не только элементарный порядок, но и осуществить модернизацию российского ТЭКа», – считает глава государства. По его словам, утвержденных энергетической стратегии и Генеральной схемы развития объектов электроэнергетики, нефтяной и газовой отраслей недостаточно. «Мы должны думать о комплексном подходе», – выразил свою позицию Медведев.

– Валерий Николаевич, почему должно думать именно о комплексном подходе?

– По нашему мнению, когда речь идет о гарантии суверенного существования и развития страны, всегда прямо или косвенно учитываются системно все без исключения базовые проблемы сохранения жизни и ее безопасности, среди которых энергетический комплекс разносторонних проблем, как никакой другой, является всеохватывающим и всепроникающим.

– Но наверное, есть некоторые наиболее важные и опасные проблемы, а также обстоятельства, их порождающие?

– Конечно, и прозвучавшая озабоченная оценка ситуации с российской и мировой энергетикой объективно продиктована, помимо прочего, двумя главными неумолимо складывающимися чрезвычайными обстоятельствами, комментарий к которым в мире до последнего времени оставался недостаточно настойчивым и напряженным, отстающим от понимания темпов нарастания известной специалистам очень важной проблемы. Речь идет о возможной очень опасной ситуации с предстоящим в скором будущем последовательным увеличением отставания достигаемых величин объемов гарантированного на длительную перспективу энергообеспечения от прогрессирующего роста показателей мировых энергетических потребностей в этом направлении.
До сих пор считалось, что, несмотря на бурный рост народонаселения и весьма скорое значительное истощение трех основных природных сырьевых ресурсов: нефти, газа и урана, необходимое приращение жизнеобеспечивающих энергетических потребностей все же будет удовлетворяться за счет осуществления давно ожидаемого перехода к применению новых энергетических технологий, в основном за счет генерации энергии путем использования систем мирного термоядерного синтеза (ТЯС). При этом полагалось, что по срокам системы ТЯС будут разработаны, отлажены и широко введены в эксплуатацию по всему миру до наступления «энергетического часа Х» (момента, когда для роста или хотя бы стабилизации численности населения в мире перестанет хватать хотя бы одного из упомянутых трех основных природных сырьевых ресурсов энергетики).
Мы разделяем мнение С. П. Капицы, который сказал: «Наибольший интерес представляет сравнение роста населения с ростом потребления энергии как главного ресурса человечества. Энергопотребление определяет все возможности развития общества: обеспечение пищей, уровень промышленного производства, транспорт, возможности строительства и решения экологических проблем. Как критерий развития энергия замечательна тем, что может быть измерена и выражена числом. В этом смысле энергия подобна численности населения как объективный критерий роста… По оценкам, энергетический сектор составляет четверть мировой экономики».
К 2050 году население земного шара достигнет 10 млрд. человек, а производство энергии всех видов возрастет примерно в три раза по сравнению с современным. Этому будет соответствовать средняя мощность для мирового расхода энергии ~32 ТВт и уровень средней мощности для персонального расхода ~3,2 кВт (заметим, что уже в 1990 году мощности в мире составили 13,2 ТВт, или в среднем 2,5 кВт мощности на одного человека, причем 90% приходилось на промышленное потребление энергии во всех ее формах).
Пока будет иметься возможность использовать все три названных основных сырьевых ресурса, потребление энергии и других ресурсов будет какое-то время традиционно возрастать быстрее роста численности населения. Но уже сейчас есть указания исследователей на то, что темп роста традиционного производства энергии будет замедляться. И что важно, есть угроза достаточно скорого прекращения роста вообще и дальнейшего начала спада до тех пор, пока все же не будут освоены не только новые сырьевые ресурсы, но и новые принципы и технологии производства энергии, особенно от возобновляемых источников.

– Алексей Николаевич, почему все чаще приходится говорить о нетрадиционном производстве энергии?

– Сейчас пока еще более 85% производимой энергии получается при сжигании органических топлив: нефти, газа и угля. Но в обозримом будущем органические, а также используемые атомные – все эти основные сырьевые расходные источники энергии (по мере их исчерпания) – потребуется постепенно заменять на разнообразные альтернативные, в том числе возобновляемые, энергетические источники.
Все чаще публикуются оценочные данные исследований о том, что основные освоенные мировые источники энергии практически закончатся через 40–100 лет. Запасы нефти могут быть исчерпаны в основном через 40–50 лет, газа – через 80, урана – через 80–100 лет. Угля может хватить лет на 400–500, однако использование этого топлива, причем в качестве практически единственного основного, может поставить мир на грань экологической катастрофы. Сообщается, что пока именно угольные энергетические станции – главный источник загрязнения атмосферы (в частности, дающий радиоактивных веществ во много раз больше, чем современные атомные электростанции).
Уже успешно осваиваются новые технологии преобразования энергии солнечного излучения, ветра, движения воды, биомассы, газгидратов, сланцев, но особо перспективной все же рассматривается термоядерная энергия, хотя пока еще и не освоенная в мирных целях. Если до недавнего времени исследования в области мирного ТЯС не относились к остро востребованным для решения мировых энергетических проблем, то сейчас ситуация становится иной.
Сегодня главной составляющей постнефтяной системы энергетики пока видятся лишь комплексы мирного ТЯС, без которых иные известные альтернативные энергокомплексы, по прогнозам, не смогут самостоятельно обеспечить необходимое компенсирующее производство энергии – в десятки процентов от мирового объема. Энергетика на основе ТЯС важна тем, что в ней используется нерадиоактивный дейтерий и тритий с его радиоактивностью, в проявлении в тысячи раз меньшей, чем в атомной энергетике. Есть уверенность, что в возможных аварийных ситуациях радиоактивный фон вблизи термоядерных установок практически не превысит природного. Важно и то, что при ТЯС на единицу веса топлива получается примерно в 10 млн. раз больше энергии, чем при сгорании органического топлива, и примерно в 100 раз больше, чем при ядерных реакциях деления. Источник водорода как сырья для ТЯС практически неисчерпаем, в то время как топливо для атомных электростанций ограничено по запасам сырья и дороже термоядерного в десятки раз.
Ключевой момент для энергетической ситуации в том, что уж очень близки сроки предстоящего истощения первыми из основных именно для нефтяных источников. Для снижения рисков надо принимать пессимистический вариант прогноза сроков, и в таком случае приходится ориентироваться на то, что уже через 40 лет (к 2050 году) человечество должно иметь гарантированно развернутой и запущенной в эксплуатацию постнефтяную альтернативную энергетическую систему. Ее термоядерная составляющая по мощности должна быть превышающей или хотя бы сравнимой с заменяемыми ею на тот период нефтяными энергосистемами.

– Валерий Николаевич, в какой готовности комплексы мирного ТЯС?

– К сожалению, пока в мире нет ни одной установки, которую можно было бы отнести к полноценному промышленному прототипу генератора на ТЯС. Надо учитывать и то, что после возможного появления промышленного прототипа еще потребуется, по оценкам специалистов, около двадцати-тридцати лет на развертывание (к 2050 году) по всему миру новой, эксплуатационно совершенной энергетической термоядерной системы. Таким образом, миру отпущено не более двадцати лет (до 2030 года) на обязательно гарантированное (!) создание и начало ускоренного выпуска промышленного прототипа эффективного термоядерного генератора, который можно было бы рекомендовать для массового производства и эксплуатации на перспективу.
Мы обозначаем эту главную современную проблему акцентов в стимулировании и поддержании разработок для перспективного энергообеспечения как проблему «Энергия: 2030–2050».
Подчеркнем, что в данном случае речь идет даже не о задаче увеличения среднего уровня мощности персонального энергообеспечения человека, а о возможности в будущем хотя бы сохранения и поддержания уровня, достигнутого к грядущему «энергетическому часу Х». На перспективу должны быть созданы условия, гарантирующие соответствующую запросам всю энергетическую составляющую национальной и международной безопасности. Отсюда следует, что на случай длительных задержек с решением всех задач ТЯС необходимы уже в самом ближайшем будущем и различные другие дополнительные альтернативные (как основные, так и вспомогательные) источники энергии. Особенностью последних будет непрерывная ориентация на последовательное создание особой сферы искусственных сырьевых ресурсов будущего, удовлетворяющей главному требованию – неисчерпаемости, что означает «возобновляемость – восстанавливаемость – воспроизводимость».
С принятием во внимание аспекта проблемы «Энергия: 2030–2050» становится остро востребован новый, более напряженный, чем существующие, план многостороннего комплексного научного и технологического прорыва в энергетике. Национальной доктриной энергобезопасности должно быть предусмотрено создание возможно большего числа интенсивно работающих по многим энергетическим направлениям национальных и международных исследовательских и опытно-производственных коллективов.
В разных местах и одновременно должны изучаться проблемы комплексирования различных новых возможностей исследования, опытного получения, освоения промышленного производства, накопления, сохранения и синергетического использования всех видов энергии.

– Алексей Николаевич, будет ли уделено особое внимание разработке совершенно новых, альтернативных подходов к решению задач использования именно ТЯС в разных технологиях генерирования энергии?

– Будет обязательно, с постоянным учетом хода преодоления проблемы «Энергия: 2030–2050». Сейчас ученые и инженеры ИИФ все более активно принимают участие в изучении ряда вопросов перспективной энергетики, в том числе относящихся к альтернативным подходам (конечно, включая и новые вопросы мирного использования ТЯС), налаживают все более широкое сотрудничество со специалистами отечественных и зарубежных структур. В новой специальной рубрике «Энергетика» журнала «Известия ИИФ РФ» в дальнейшем будут подробно отражаться результаты работ при этом энергетическом сотрудничестве.
Пока же отметим, что направления предварительных усилий новых творческих групп ИИФ все больше связываются с вопросами научно-инженерного поиска и комплексирования эффективных схем и технологий получения, промышленного производства, накопления, сохранения (сбережения) и использования энергии. При этом коллективам ИИФ особенно интересны творческие связи по становящимся для нас традиционными вопросам различных направлений по модульной малоразмерной энергетике с применением нанотехнологий.

В заключение беседы все участники отметили, что в условиях существования проблемы «Энергия: 2030–2050» необходима соответствующая актуализирующая атмосфера пристального социально-политического внимания национальной и международной общественности одновременно ко всем сторонам масштабного комплексного планирования, стимулирования и поддержки деятельности исследователей и разработчиков новых энергетических систем. Дело не только в самих технологиях энергообеспечения, но и в способности реализации таких масштабных программ при будущей реструктуризации энергетической промышленности и радикальном изменении отношения к ценности энергии. Иными словами, осуществление непростых научно-технических решений в значительной степени предопределено также и социальными аспектами дела.