Данная статья выполнена в рамках написания магистерской диссертации.
Статья выполнена под научным руководством д.э.н. Харланова А.С., кафедра «Мировая экономика», Дипломатическая Академия МИД России.
Abstract: The article is devoted to the use of water as an affordable energy source in the future. The problems of using water for energy generation at the present stage are touched upon. The substantiation of the availability and lack of alternatives to water in the further life of mankind is given. The author's solution for the design technological use of water for safe energy generation is proposed.
This article was done as part of writing a master's thesis.
The article was carried out under the scientific supervision of Doctor of Economics A.S. Kharlanov, Department of ‘World Economy’, Diplomatic Academy of the Ministry of Foreign Affairs of Russia.
Keywords: water, renewable sources, energy, energy carrier, energy supply
Введение
На современном этапе, как известно, существенно обострилась энергетическая повестка, которая затрагивает такие аспекты как изменение климата, экологическая и энергетическая безопасность, ресурсная обеспеченность жизнедеятельности и другие. Одним из наиболее значимых аспектов энергетической повестки стала проблема исчерпаемости и вреда экологии традиционных источников энергии. То есть преимущественно нефти и угля, где нефть продолжает оставаться для человечества основным энергоносителем. В научных работах отмечается, что разведанных на планете запасов нефти достаточно для обеспечения потребности в энергии минимум еще 50 лет, а вот угля в избытке более чем на 100 лет вперед. При этом уголь относится к наиболее вредоносным для экологии источникам энергии с перспективой его дальнейшего активного применения вследствие доступности.[1]
Ответом на вызовы современности в энергетике стали так называемые возобновляемые источники, к основным видам которых в соответствие с Резолюцией Генеральной Ассамблеи ООН 33/148 1978 года[2] отнесены солнечная и ветровая энергия, энергия морских волн, приливов океана, энергия биомассы и гидроэнергия. Несмотря на то, что возобновляемая энергетика затронута международным сообществом уже достаточно давно, тем не менее на начало нового столетия на ее использование приходится менее 3% в сравнении с углем и нефтью (больше 30%)[3]. Атомная энергетика составляет не более 5%, а гидроэнергетика около 7%.[4]
На этом фоне важно обратить внимание на следующее. Среди проблем изменения климата одним из устойчивых явлений стал подъем уровня мирового океана, что обуславливает необходимость разработки различных адаптационных климатических проектов, которые адаптируют население и элементы окружающей среды к неблагоприятным изменениям климата.[5] В таких проектах энергетика не затрагивается, поскольку речь идет о мерах в большей степени защитных (дамбы, искусственные земельные участки и др.). Тем не менее, с учетом того, что вследствие подъема уровня мирового океана могут образоваться множественные водоемы, вода может не только изменить ландшафт, но и попасть в труднодоступные регионы, возможно утверждать, что именно вода станет в будущем одним из самых доступных ресурсов для выработки энергии.
В связи с изложенным, целью настоящей работы является обоснование потенциала воды как повсеместно доступного энергоносителя будущего. Для чего разрешению подлежат следующие задачи:
- рассмотрение потенциала воды как источника энергии будущего;
- выработка проектного решения использования воды как энергоносителя.
Объектом исследования в работе является вода. Предметом – возможности использования воды как альтернативного источника для получения энергии.
Методологическая основа исследования
Работа была написана с использованием таких общенаучных методов, как: анализ научной литературы, метод сравнения и аналогий, группировка, обобщение и дедуктивный метод.
- ПОТЕНЦИАЛ ВОДЫ КАК ИСТОЧНИКА ЭНЕРГИИ БУДУЩЕГО
Недостатки подходов к использованию воды для выработки энергии на современном этапе
На текущий момент вода рассматривается преимущественно с позиции ее использования в дорогостоящих инфраструктурных проектах, которые не все страны способны профинансировать. Чаще указывается на использование энергии приливов и отливов, морских волн, а также гидроэлектростанций.[6] Предлагаются такие варианты использования воды как фотолиз, то есть выработка тепловой энергии в ходе химической реакции от воздействия солнечного тепла, воды и кислорода.[7] Недостаток такого использования воды в качестве энергоносителя очевиден сразу по следующим причинам:
- Чтобы выработать достаточное количество энергии из воды теми способами, которые применяются сегодня, требуется возведение фундаментальных сооружений.
Материальные вложения в такие проекты могут позволить себе, прежде всего, развитые страны и те страны, которые имеют доступ к воде. В высокогорье и в глубине материков такие сооружения могут оказаться нецелесообразными вследствие малого количества воды, что обуславливает вторую проблему.
- Прокладка путей энергоснабжения от сооружений выработки энергии из воды до потребителя на удаленных территориях.
Данная проблема схожа с предыдущей и может являться ее следствием. Собственное исключительное значение необходимость прокладки путей энергоснабжения приобретает на фоне труднодоступной местности и в политическом контексте. Последнее особенно важно для будущего геополитического сосуществования человечества, так как зависимость от поставщиков энергии, имеющих в распоряжении выход к воде и необходимые сооружения, поставит под угрозу суверенитет отдаленных материковых государств – потребителей водяной энергии.
- Потенциальная аварийность систем и механизмов выработки энергии из воды способами ее генерации в больших объемах.
В этом случае фактически имеет место еще одна проблема во взаимосвязи с необходимостью возведения фундаментальных сооружений. Как видится, в условиях глобального изменения климата и подъема уровня мирового океана, развитие масштабных инфраструктурных проектов в гидроэнергетике и иной альтернативной выработки энергии из воды чревато плохо прогнозируемой их устойчивостью к чрезвычайным ситуациям.
Несмотря на то, что инфраструктурные проекты в данной области позволяют в относительно короткий срок получить нужный результат, тем не менее риски также существенно повышаются. Примером могут являться известные события, произошедшие в Новом Орлеане (США) в 2005 году. Тогда во время урагана Катрина прорвало заградительные дамбы, что привело к гибели 1 500 человек.[8] Данный пример относителен, поскольку дамбы в Новом Орлеане являлись защитными сооружениями, а не гидроэнергетическими. Но этот случай показателен тем, насколько вода в больших количествах может быть опасна для населения при чрезвычайных климатических ситуациях. Другой пример лучше подходит для иллюстрации рисков использования в альтернативной водяной энергетике инфраструктурных проектов.
Так, всем известно, как в августе 2009 года на реке Енисей в Красноярском крае (Россия) в результате внезапного разрушения гидроагрегата на Саяно-Шушенской ГЭС в его шахту хлынул мощный поток воды. Тогда погибло 75 человек.[9] Данная ГЭС являлась крупнейшей по установленной мощности электростанцией в стране. А экологическими последствиями оказалось то, что масло из ванн смазки гидроагрегаторов и систем управления направляющими аппаратами и трансформаторов попало в реку Енисей, где растянулось масляным пятном на 130 км.[10] Это привело к гибели 400 тонн промышленной форели в рыбоводческих хозяйствах.[11]
В условиях меняющейся климатической обстановки и особенно повышения уровня мирового океана формируются условия, когда с одной стороны у человечества в наличии новый и неисчерпаемый ресурс получения энергии. С другой, применяемые к ее получению подходы должны быть пересмотрены в интересах нивелирования рисков аварийности и высокой вместе с этим затратности.
Обоснование безальтернативности воды как источника энергии
Вода как источник энергии будущего обоснована своей безальтернативностью. Данного ресурса постепенно будет становиться много и последний явно имеет преимущества перед другими возобновляемыми источниками.
Перед солнечной энергией тем, что вода более стабильна в своем состоянии при всякой климатической ситуации.
Для солнечной энергии нужен солнечный свет, который может быть недоступен в определенных условиях, которыми могут оказаться:
— изменения в атмосфере Земли, создающие препятствия к прохождению солнечного света;
— изменения состояния самого Солнца, которое может не давать солнечного света в нужном качестве;
— принятие потоков солнечного света с помощью большого числа установок в виде панелей, месторасположение которых не всегда может быть пригодным и безопасным.
Другой недостаток солнечной энергии против воды может сводиться к чисто техническому аспекту. А именно разработки использования технологии, позволяющей из малого количества солнечного света получить наибольшую отдачу.
Перед ветряной энергией тем, что вода также стабильна и может не зависеть от климатических условий.
Для ветряной энергии проблемы использования схожи с солнечной энергией. В частности, это:
— изменения в атмосфере Земли, не создающие условия для использования потоков воздуха;
— принятие потоков воздуха большим количеством ветряных установок, местоположение которых также не всегда может быть пригодным и безопасным.
Здесь же проблема возрастающей потребности в объемах ветряной энергии, которая может не быть удовлетворена технологиями текущего времени.
Перед энергией газов или газообразного биотоплива вода имеет преимущество в своей избыточности. Хотя конкуренция возобновляемых источников здесь более серьезная. Углекислый газ и метан дают биогаз, который получают в основном путем ферментации таких натуральных отходов как сточные воды, бытовые отходы, навоз, отходы рыбного и забойного цеха, трава и водоросли.
Характерно, что такой биогаз более всего можно получить в регионах жизнедеятельности большого числа людей. Как например, в Китае, где насчитывается около 20 млн. работающих установок, размещенных на свалках отходов и в системах канализации.[12] Но у газообразного биотоплива имеется существенный недостаток. Его источником должна быть интенсивная жизнедеятельность человека, которая не везде и не всегда может быть таковой.
Будущее человечества связано не только с технологиями, но и с выработкой способов разумного потребления, использования природного ресурса экономично и избирательно[13]. Все это обусловлено сокращающимися возможностями потребления вследствие изменения климата, роста населения планеты и его антропогенным влиянием на мировую экосистему[14].
Как видится, бесконечная интенсификация жизнедеятельности человечества просто невозможна в таком случае без угрозы его существованию. Следовательно, имеются ограниченные возможности в широком повсеместном использовании в качестве источника энергии газообразного биотоплива. А в регионах экологического кризиса данный источник в принципе может оказаться недоступным. Тем самым вода несколько выигрывает у газообразного биотоплива за счет своего фактического наличия вне зависимости от жизнедеятельности человека.
Наконец, перед атомной энергией вода наделена абсолютным преимуществом, которым является ее безопасность. Атомная энергия позволяет обеспечить любой запрос в энергии, но в случае чрезвычайной ситуации последствия ее использования могут иметь колоссальные территориальные и временные масштабы.
Тем самым, с учетом изложенного безальтернативность воды как источника энергии будущего не вызывает сомнения. Лишь остается один вопрос: как использовать воду в качестве энергоносителя безопасно и без серьезных затрат в инфраструктурные проекты? Ответ кроется в локализации производственных возможностей при выработке энергии из воды.
- ПРОЕКТНОЕ РЕШЕНИЕ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ВОДЫ КАК ЭНЕРГОНОСИТЕЛЯ
Необходимые свойства воды и их применимость на практике
Опираясь на то, что будущее человечества связано с ограниченным и обоснованным потреблением, использованием природного ресурса, в выработке энергии из воды должны отразится подходы простоты, доступности и достаточности при ее использовании. Это позволяет предположить, что в недалеком будущем с помощью научно-технического прогресса раскроется новый потенциал использования воды как энергоносителя. К примеру, возможно обратить внимание на следующее.
У воды помимо ее однозначной доступности в будущем есть такое преимущество как агрегатное состояние нахождения в жидкости. Высокая вязкость воды обусловлена водородными связями, которые позволяют помимо прочего направлять воду. Тем самым, движение воды – есть ключ к безопасной и достаточной выработке из нее энергии.
При отказе от сооружения крупных дорогостоящих объектов выработки энергии из воды альтернативой становится так называемое «малое производство» в установках размером не более гаражной постройки. Идея такого подхода в том, чтобы необходимый запас воды пребывал в емкости спиралевидной, к примеру, формы, внутри которой установлена компактная турбина. Первоначальный пуск воды осуществляется ручным способом, после чего система приходит в движение под давлением движения воды и в дальнейшем уже не нуждается в дополнительном ручном запуске.
Особенности технологии использования воды как энергоносителя
Такие конструкции должны будут предусматривать замкнутое движение воды, которая всегда остается в установке и бесконечно вращает турбину силой своего движения. Этим обуславливается потенциал использования воды как носителя энергии на бытовом уровне, где преимущества сводятся к следующему.
- Доступность установки систем локального энергоснабжения.
Размещение локальных систем в денежном выражении дешевле строительства фундаментальных сооружений. Кроме того, их размещение возможно в любой местности и не зависеть от наличия источника воды рядом.
- Доступность доставки воды в системы локального энергоснабжения.
Вода как ресурс может доставляться любым транспортом (автомобильным, железнодорожным, трубопроводным, гужевым) к локальным системам выработки энергии.
- Устойчивость систем локального энергоснабжения к чрезвычайным и иным климатическим условиям.
Техническая идея локальной системы энергоснабжения в том, что вода постоянно двигается. Вследствие этого вода не замерзает, не меняет своего объема. При равноудаленном размещении локальных систем природно-климатическая катастрофа не будет иметь серьезных последствий для энергоснабжения конкретного региона или населенного пункта, поскольку не все системы выйдут из строя и могут быть относительно быстро восстановлены.
- Абсолютная экологичность систем локального энергоснабжения.
Применение и аварийность локальных систем выработки энергии из воды не предполагает не только выброса загрязняющих веществ, но также затопления места размещения вследствие малого количества используемой воды.
Описанное является только одним из вариантов раскрытия потенциала воды как наиболее доступного источника энергии будущего. У воды очевидно безальтернативное назначение в энергетике в сравнении с имеющимися технологиями выработки энергии на текущий момент.
Заключение
В завершение исследования возможно констатировать следующее.
Вода будет сопровождать человечество в последующие периоды его существования вне зависимости от того, какие появится технологии получения энергии и всегда будет рядом как ресурс обеспечения жизнедеятельности. Этим нельзя не воспользоваться также в сфере энергетики в качестве «запасного варианта» на случай недостаточности новых технологий.
Вода в исследованиях альтернативной энергетики на текущий момент рассматривается преимущественно как один из возможных вариантов выработки энергии. Новизна проведенного исследования заключается в предложении нового подхода к воде как повсеместно доступного и безальтернативного по приведенным характеристикам энергоносителя будущего.
Практическая ценность исследования заключается в возможности применения предложенной технологии на практике, разработке на ее основе новой инфраструктуры альтернативной энергетики.
[1] См. Куликова, Л. В. Общая энергетика: учеб. пособие / Л. В. Куликова, О. Н. Дробязко; Алтайский государственный технический университет им. И. И. Ползунова. Изд. 2-е, перераб. М.; Берлин: Директ-Медиа, 2020. С. 10.; Дакалов, М. В. Экономические аспекты развития возобновляемых источников энергии в странах ЕС: автореф. … к. э. н. / М. В. Дакалов. М.: МГИМО, 2015. С. 10.
[2] Резолюция Генеральной Ассамблеи ООН 33/148 от 20 декабря 1978 года A/RES/33/148 по итогам Конференции ООН по новым и возобновляемым источникам энергии. Официальный интернет-сайт ООН. Раздел: Резолюции 33-й сессии (1978 – 1979 годы). URL: https://documents-dds-ny.un.org/doc/RESOLUTION/GEN/NR0/365/80/PDF/NR036580.pdf?OpenElement (дата обращения: 15.10.2023).
[3] Zhdaneev, O. V. Rare and rare-earth metals industry development in Russia and its influence on fourth world energy transition / O. V. Zhdaneev, Y. I. Petrov, A. A. Seregina // Non-Ferrous Metals. – 2021. – Vol. 51, No. 2. – P. 3-8. – DOI 10.17580/nfm.2021.02.01.
[4] приведено по данным BP Statistical Review of World Energy на период 2000 – 2013 гг. Report and webcast archive. [электронный ресурс]. URL: https://www.bp.com/en/global/corporate/energy-economics/statistical-review-of-world-energy.html (дата обращения: 15.10.2023).
[5] Суздалева, А. Л. Климатические проекты: основные виды и их результативность / А. Л. Суздалева // Вестник евразийской науки. – 2023. – Т. 15. — № 1. – С. 1.
[6] См. к прим. Общая энергетика: учебник / В. П. Горелов, С. В. Горелов, В. С. Горелов [и др.]; под ред. В. П. Горелова, Е. В. Ивановой. М.; Берлин: Директ-Медиа, 2016. Книга 1. Альтернативные источники энергии. С. 67 – 104; Горбенко, О. Н. Использование воды, как источника энергии / О. Н. Горбенко, А. А. Рожкова // Современные наукоемкие технологии. – 2014. – № 5 — 2. – С. 39.
[7] Ибрагимов, И. М. Фотолиз воды как источник энергии / И. М. Ибрагимов // Энергия: экономика, техника, экология. – 2015. – № 1. – С. 26.
[8] Kates, R.W., Colten C.E., Laska S., Leatherman S.P. Reconstruction of New Orleans after Hurricane Katrina: A research perspective // PNAS. 2006. V. 103. № 40. P. 14653 – 14660 URL: www.pnas.org/cgi/doi/10.1073/pnas.0605726103 (дата обращения: 15.10.2023).
[9] См. подр. Разрушение гидроагрегата №2 Саяно-Шушенской ГЭС: причины и уроки. Сборник материалов (в 3 томах). М.: НП «Гидроэнергетика России», 2013. С. 1384.
[10] Масляные пятна с Саяно-Шушенской ГЭС растянулись по Енисею на 130 км. РИА Новости. Материал от 20 августа 2009 года. [электронный ресурс]. URL: https://ria.ru/20090820/181713721.html (дата обращения: 15.10.2023).
[11] Масляное пятно от аварии на Саяно-Шушенской ГЭС уничтожило 400 тонн форели. Материал от 25 сентября 2011 года. [электронный ресурс]. URL: https://news.bigmir.net/other/4092477-maslyanoe-pyatno-ot-avarii-na-sayano-susenskoi-ge-s-unictozilo-400-tonn-foreli (дата обращения: 15.10.2023).
[12] Глебова, Н. С. Биогаз как альтернативный источник электрической энергии / Н. С. Глебова // Теоретические и практические аспекты развития современной науки. Материалы Международной (заочной) научно-практической конференции, Прага, 23 сентября 2017 года. Прага: Научно-издательский центр «Мир науки» (ИП Вострецов Александр Ильич), 2017. – С. 44.
[13] Серегина А. А. Экономико-энергетическая дипломатия в условиях четвертого энергоперехода / А. А. Серегина. – Москва : Издательский Дом «Инфра-М», 2022. – 123 с. – ISBN 978-5-16-017648-2. – DOI 10.12737/1864755.
[14] Жданеев О. В., Серегина А.А. Кадровое обеспечение топливно-энергетического комплекса Российской Федерации в условиях Энергоперехода / О. В. Жданеев, А. А. Серегина. – Москва : Издательский Дом «Инфра-М», 2022. – 269 с. – ISBN 978-5-16-017657-4. – DOI 10.12737/1865411.
Библиографический список
1. Резолюция Генеральной Ассамблеи ООН 33/148 от 20 декабря 1978 года A/RES/33/148 по итогам Конференции ООН по новым и возобновляемым источникам энергии. Официальный интернет-сайт ООН. Раздел: Резолюции 33-й сессии (1978 – 1979 годы). URL: https://documents-dds-ny.un.org/doc/RESOLUTION/GEN/NR0/365/80/PDF/NR036580.pdf?OpenElement (дата обращения: 15.10.2023).2. Разрушение гидроагрегата №2 Саяно-Шушенской ГЭС: причины и уроки. Сборник материалов (в 3 томах). М.: НП «Гидроэнергетика России», 2013. – 1384 с.
3. Масляное пятно от аварии на Саяно-Шушенской ГЭС уничтожило 400 тонн форели. Материал от 25 сентября 2011 года. [электронный ресурс]. URL: https://news.bigmir.net/other/4092477-maslyanoe-pyatno-ot-avarii-na-sayano-susenskoi-ge-s-unictozilo-400-tonn-foreli (дата обращения: 15.10.2023).
4. Масляные пятна с Саяно-Шушенской ГЭС растянулись по Енисею на 130 км. РИА Новости. Материал от 20 августа 2009 года. [электронный ресурс]. URL: https://ria.ru/20090820/181713721.html (дата обращения: 15.10.2023).
5. Глебова, Н. С. Биогаз как альтернативный источник электрической энергии / Н. С. Глебова // Теоретические и практические аспекты развития современной науки. Материалы Международной (заочной) научно-практической конференции, Прага, 23 сентября 2017 года. Прага: Научно-издательский центр «Мир науки» (ИП Вострецов Александр Ильич), 2017. – С. 43 - 46.
6. Горбенко, О. Н. Использование воды, как источника энергии / О. Н. Горбенко, А. А. Рожкова // Современные наукоемкие технологии. – 2014. – № 5 - 2. – С. 39.
7. Дакалов, М. В. Экономические аспекты развития возобновляемых источников энергии в странах ЕС: автореф. … к. э. н. / М. В. Дакалов. М.: МГИМО, 2015. – 27 с.
8. Жданеев О. В., Серегина А.А. Кадровое обеспечение топливно-энергетического комплекса Российской Федерации в условиях Энергоперехода / О. В. Жданеев, А. А. Серегина. – Москва : Издательский Дом "Инфра-М", 2022. – 269 с. – ISBN 978-5-16-017657-4. – DOI 10.12737/1865411.
9. Ибрагимов, И. М. Фотолиз воды как источник энергии / И. М. Ибрагимов // Энергия: экономика, техника, экология. – 2015. – № 1. – С. 26 - 29.
10. Куликова, Л. В. Общая энергетика: учеб. пособие / Л. В. Куликова, О. Н. Дробязко; Алтайский государственный технический университет им. И. И. Ползунова. Изд. 2-е, перераб. М.; Берлин: Директ-Медиа, 2020. – 179 с.
11. Общая энергетика: учебник / В. П. Горелов, С. В. Горелов, В. С. Горелов [и др.]; под ред. В. П. Горелова, Е. В. Ивановой. М.; Берлин: Директ-Медиа, 2016. Книга 1. Альтернативные источники энергии. – 435 с.
12. Серегина А. А. Экономико-энергетическая дипломатия в условиях четвертого энергоперехода / А. А. Серегина. – Москва : Издательский Дом "Инфра-М", 2022. – 123 с. – ISBN 978-5-16-017648-2. – DOI 10.12737/1864755.
13. Суздалева, А. Л. Климатические проекты: основные виды и их результативность / А. Л. Суздалева // Вестник евразийской науки. – 2023. – Т. 15. - № 1. – С. 1 – 11.
14. BP Statistical Review of World Energy на период 2000 – 2013 гг. Report and webcast archive. [электронный ресурс]. URL: https://www.bp.com/en/global/corporate/energy-economics/statistical-review-of-world-energy.html (дата обращения: 15.10.2023).
15. Kates, R.W., Colten C.E., Laska S., Leatherman S.P. Reconstruction of New Orleans after Hurricane Katrina: A research perspective // PNAS. 2006. V. 103. № 40. P. 14653 – 14660 URL: www.pnas.org/cgi/doi/10.1073/pnas.0605726103 (дата обращения: 15.10.2023).
16. Zhdaneev, O. V. Rare and rare-earth metals industry development in Russia and its influence on fourth world energy transition / O. V. Zhdaneev, Y. I. Petrov, A. A. Seregina // Non-Ferrous Metals. – 2021. – Vol. 51, No. 2. – P. 3-8. – DOI 10.17580/nfm.2021.02.01. – EDN GVIVQT.