Мировые энергетические ресурсы – это предполагаемая максимальная мощность производства энергии с учетом всех имеющихся ресурсов на Земле . По типу их можно разделить на ископаемое топливо , ядерное топливо и возобновляемые ресурсы .
Оставшиеся запасы ископаемого топлива оцениваются как: [1]
Это доказанные энергетические запасы; реальные резервы могут быть в четыре и более раз больше. Эти цифры весьма неопределенны. Оценка остатков ископаемого топлива на планете зависит от детального понимания земной коры. Благодаря современным технологиям бурения мы можем бурить скважины на глубину до 3 км для проверки точного геологического состава; но половина океана находится глубже 3 км, оставляя около трети планеты вне досягаемости детального анализа.
Существует неопределенность не только в общем объеме запасов, но и в том, какая часть из них может быть извлечена с прибылью, по технологическим, экономическим и политическим причинам, таким как доступность месторождений ископаемых, уровень серы и других загрязняющих веществ в нефти и уголь, транспортные расходы и социальная нестабильность в добывающих регионах. Как правило, самые доступные месторождения – это те, которые добываются первыми.
Уголь является наиболее распространенным и сжигаемым ископаемым топливом. Это было топливо, которое положило начало промышленной революции, и его использование продолжало расти; Китай, где уже есть многие из самых загрязненных городов мира, [2] в 2007 году строил около двух угольных электростанций каждую неделю. [3] [4] Большие запасы угля сделают его популярным кандидатом для удовлетворения энергетических потребностей мирового сообщества, если не считать проблем глобального потепления и других загрязнителей. [5]
.svg/1280px-Countries_by_Natural_Gas_Proven_Reserves_(2014).svg.png)
Природный газ является широко доступным ископаемым топливом, извлекаемые запасы которого оцениваются в 850 000 км³, и, по крайней мере, еще больше при использовании усовершенствованных методов добычи сланцевого газа. Совершенствование технологий и широкая разведка привели к значительному увеличению извлекаемых запасов природного газа по мере разработки методов гидроразрыва сланцев. При нынешних темпах использования природный газ может обеспечить большую часть мировых энергетических потребностей на период от 100 до 250 лет, в зависимости от увеличения потребления с течением времени.
По оценкам, запасы нефти на Земле могут составлять 57 зеттаджоулей (ЗДж) (хотя оценки варьируются от минимального значения в 8 ЗДж [8] , состоящего из доказанных и извлекаемых в настоящее время запасов, до максимального значения в 110 ЗДж [9] ), состоящего из доступных, но не обязательно извлекаемых запасов, включая оптимистические оценки нетрадиционных источников, таких как нефтеносные пески и горючие сланцы . Текущий консенсус среди 18 признанных оценок профилей поставок заключается в том, что пик добычи произойдет в 2020 году и составит 93 миллиона баррелей в день (мбд). Текущее потребление нефти составляет 0,18 ЗДж в год (31,1 миллиарда баррелей) или 85 мбд.
Растет обеспокоенность тем, что пик добычи нефти может быть достигнут в ближайшем будущем, что приведет к резкому росту цен на нефть . [10] В докладе Министерства экономики, промышленности и финансов Франции за 2005 год предполагался наихудший сценарий, который может произойти уже в 2013 году. [11] Существуют также теории, согласно которым пик мировой добычи нефти может наступить всего через 2–3 года. годы. ASPO прогнозирует, что пиковый год придется на 2010 год. Некоторые другие теории полагают, что это уже произошло в 2005 году. Мировая добыча сырой нефти (включая арендованный конденсат), согласно данным EIA США, снизилась с пика в 73,720 мбд в 2005 году до 73,437. в 2006 г., 72,981 в 2007 г. и 73,697 в 2008 г. [12] Согласно теории пика нефти, увеличение добычи приведет к более быстрому коллапсу добычи в будущем, тогда как снижение добычи приведет к более медленному снижению, поскольку колокол- фигурная кривая будет растянута на большее количество лет.
В рамках заявленной цели повышения цен на нефть до 75 долларов за баррель, которые упали с максимума в 147 долларов до минимума в 40 долларов, ОПЕК объявила о сокращении добычи на 2,2 млн баррелей в сутки, начиная с 1 января 2009 года. [13]
Ожидается , что политические соображения по поводу безопасности поставок, экологические проблемы, связанные с глобальным потеплением и устойчивым развитием , приведут к отказу от ископаемого топлива в мировом потреблении энергии. Концепция пика нефти показывает, что добыто около половины имеющихся нефтяных ресурсов, и предсказывает снижение добычи.
Правительство, отказывающееся от ископаемого топлива, скорее всего, создаст экономическое давление за счет выбросов углекислого газа и зеленого налогообложения . Некоторые страны предпринимают действия в результате Киотского протокола , и предлагаются дальнейшие шаги в этом направлении. Например, Европейская комиссия предложила, чтобы энергетическая политика Европейского Союза установила обязательную цель по увеличению уровня возобновляемой энергии в общей структуре ЕС с менее чем 7% в 2007 году до 20% к 2020 году. [14]
Противоположностью устойчивости является игнорирование ограничений, обычно называемое эффектом острова Пасхи, который представляет собой концепцию неспособности развивать устойчивость, что приводит к истощению природных ресурсов. [15] По некоторым оценкам, при нынешних темпах потребления текущие запасы нефти могут быть полностью истощены к 2050 году. [16]
Международное агентство по атомной энергии оценивает оставшиеся ресурсы урана в 2500 ЗДж. [17] Это предполагает использование реакторов-размножителей , которые способны создавать больше делящегося материала, чем потребляют. По оценкам IPCC, в настоящее время доказанные экономически извлекаемые запасы урана для реакторов прямоточного топливного цикла составляют всего 2 ЗДж. Окончательно извлекаемый уран оценивается в 17 ЗДж для прямоточных реакторов и 1000 ЗДж при переработке и реакторах-размножителях на быстрых нейтронах. [18]
Ресурсы и технологии не ограничивают возможности ядерной энергетики способствовать удовлетворению спроса на энергию в 21 веке. Однако политические и экологические проблемы, связанные с ядерной безопасностью и радиоактивными отходами, начали ограничивать рост этого энергоснабжения в конце прошлого века, особенно из-за ряда ядерных аварий . Обеспокоенность по поводу распространения ядерного оружия (особенно плутония , производимого реакторами-размножителями) означает, что международное сообщество активно препятствует развитию ядерной энергетики в таких странах, как Иран и Сирия . [19]
Хотя в начале 21 века уран был основным ядерным топливом во всем мире, другие виды топлива, такие как торий и водород, исследовались с середины 20 века.
Запасы тория значительно превышают запасы урана, и, конечно же, в изобилии находится водород. Многие также считают, что его легче получить, чем уран . Хотя урановые рудники закрыты под землей и поэтому очень опасны для горняков, торий добывается из открытых карьеров, и, по оценкам, его количество в земной коре примерно в три раза больше, чем урана. [20]
С 1960-х годов торий сжигался на многочисленных объектах по всему миру . [ нужна цитата ]
Альтернативы производству энергии за счет синтеза водорода исследуются с 1950-х годов. Никакие материалы не могут выдержать температуры, необходимые для воспламенения топлива, поэтому его необходимо ограничивать методами, в которых не используются материалы. Магнитное и инерционное удержание являются основными альтернативами ( Кадараш , инерционный синтез ), оба из которых являются горячими темами исследований в первые годы 21 века.
Ядерный синтез — это процесс, питающий Солнце и другие звезды. Он генерирует большое количество тепла путем синтеза ядер изотопов водорода или гелия, которые могут быть получены из морской воды. Теоретически это тепло можно использовать для выработки электроэнергии. Температуры и давления, необходимые для поддержания термоядерного синтеза, делают этот процесс очень трудным для контроля. Теоретически термоядерный синтез способен обеспечить огромное количество энергии при относительно небольшом загрязнении. [21] Хотя и Соединенные Штаты, и Европейский Союз, наряду с другими странами, поддерживают исследования в области термоядерного синтеза (например, инвестиции в установку ИТЭР ), согласно одному отчету, неадекватные исследования затормозили прогресс в исследованиях в области термоядерного синтеза за последние 20 лет. . [22]
Возобновляемые ресурсы доступны каждый год, в отличие от невозобновляемых ресурсов, которые со временем истощаются. Простое сравнение — угольная шахта и лес. Хотя лес может быть истощен, если им управлять, он представляет собой непрерывный источник энергии, в отличие от угольной шахты, которая когда-то была исчерпана, исчезла. Большая часть имеющихся энергетических ресурсов Земли являются возобновляемыми ресурсами. Возобновляемые ресурсы составляют более 93 процентов общих энергетических запасов США. Ежегодные возобновляемые ресурсы были умножены на тридцать лет для сравнения с невозобновляемыми ресурсами. Другими словами, если бы все невозобновляемые ресурсы были равномерно исчерпаны в течение 30 лет, на них приходилось бы только 7 процентов доступных ресурсов каждый год, если бы все доступные возобновляемые ресурсы были освоены. [23]
Производство биомассы и биотоплива становится растущей отраслью, поскольку растет интерес к устойчивым источникам топлива. Использование отходов позволяет избежать компромисса между едой и топливом , а сжигание метана снижает выбросы парниковых газов, поскольку, хотя при этом и выделяется углекислый газ, углекислый газ в 23 раза меньше парниковых газов, чем метан. Биотопливо представляет собой устойчивую частичную замену ископаемого топлива, но его чистое воздействие на выбросы парниковых газов зависит от методов ведения сельского хозяйства, используемых для выращивания растений, используемых в качестве сырья для создания топлива. Хотя широко распространено мнение, что биотопливо может быть углеродно-нейтральным , существуют доказательства того, что биотопливо, произведенное современными методами ведения сельского хозяйства, является значительным чистым источником выбросов углерода. [24] [25] [26] Геотермальная энергия и биомасса являются единственными двумя возобновляемыми источниками энергии, которые требуют тщательного управления во избежание местного истощения. [27]
Оценки мировых ресурсов геотермальной энергии, пригодных для эксплуатации , значительно различаются в зависимости от предполагаемых инвестиций в технологии и разведку, а также предположений о геологических образованиях. Согласно исследованию 1998 года, это может составлять от 65 до 138 ГВт электрической мощности «с использованием усовершенствованных технологий». [28] По другим оценкам, мощность производства электроэнергии варьируется от 35 до 2000 ГВт с дальнейшим потенциалом 140 Э Дж /год прямого использования. [29]
В отчете Массачусетского технологического института за 2006 год , в котором учитывалось использование усовершенствованных геотермальных систем (EGS), был сделан вывод о том, что к 2050 году будет доступно производство 100 ГВт (гигаватт электроэнергии) или более только в Соединенных Штатах при максимальных инвестициях в 1 миллиард долларов США на исследования и разработки за 15 лет. [30] В отчете MIT подсчитано, что общие мировые ресурсы EGS составляют более 13 YJ, из которых более 0,2 YJ могут быть извлечены, с потенциалом увеличения этого количества до более чем 2 YJ с помощью технологических усовершенствований - достаточного для удовлетворения всех мировых потребностей в энергии для несколько тысяч лет. [30] Общее теплосодержание Земли составляет 13 000 000 ЯДж. [29]
В 2005 году гидроэнергетика обеспечивала 16,4% мировой электроэнергии по сравнению с 21,0% в 1973 году, но составляла лишь 2,2% мировой энергии. [31]
Возобновляемые источники энергии даже больше, чем традиционные виды ископаемого топлива, и теоретически могут легко удовлетворить мировые потребности в энергии. На поверхность планеты приходится 89 ПВт [32] солнечной энергии. Хотя невозможно уловить всю или даже большую часть этой энергии, улавливания менее 0,02% будет достаточно для удовлетворения текущих потребностей в энергии. Препятствиями для дальнейшего использования солнечной энергии являются высокая стоимость производства солнечных элементов и зависимость от погодных условий для выработки электроэнергии. Кроме того, нынешняя солнечная генерация не производит электроэнергию в ночное время, что является особой проблемой в странах высоких северных и южных широт; Спрос на энергию самый высокий зимой, а доступность солнечной энергии самая низкая. Эту проблему можно решить, покупая электроэнергию в странах, расположенных ближе к экватору, в зимние месяцы, а также можно решить с помощью технологических разработок, таких как разработка недорогих накопителей энергии. Во всем мире солнечная генерация является самым быстрорастущим источником энергии: за последние несколько лет среднегодовой рост составил 35%. Китай , Европа , Индия , Япония и США являются основными растущими инвесторами в солнечную энергетику. Доля солнечной энергии в мировом потреблении электроэнергии на конец 2014 года составила 1%. [33]
По итогам 2005 года за счет приливной энергии было произведено 0,3 ГВт электроэнергии . [34] Из-за приливных сил , создаваемых Луной (68%) и Солнцем (32%), а также относительного вращения Земли относительно Луны и Солнца, существуют колебания приливов. Эти приливные колебания приводят к рассеянию энергии со средней скоростью около 3,7 ТВт. [35]
Еще одним физическим ограничением является энергия, доступная в приливных колебаниях океанов, которая составляет около 0,6 ЭДж ( экса джоуль ). [36] Обратите внимание, что это лишь малая часть общей энергии вращения Земли. Без принуждения эта энергия была бы рассеяна [ нужна цитата ] [ Конечно, она возобновляема? ] (при скорости рассеяния 3,7 ТВт) примерно за четыре полусуточных периода прилива . Итак, диссипация играет значительную роль в приливной динамике океанов. Следовательно, это ограничивает доступную приливную энергию примерно до 0,8 ТВт (20% скорости диссипации), чтобы не слишком сильно нарушать приливную динамику. [ нужна цитата ]
Волны возникают из-за ветра, который, в свою очередь, получается из солнечной энергии, и при каждом преобразовании доступная энергия снижается примерно на два порядка. Суммарная мощность волн, омывающих берега Земли, составляет 3 ТВт. [37]
Имеющиеся оценки ветровой энергии варьируются от 300 ТВт до 870 ТВт. [32] [38] Используя нижнюю оценку, только 5% доступной энергии ветра покроют текущие мировые потребности в энергии. Большая часть этой энергии ветра доступна в открытом океане. Океаны покрывают 71% территории планеты, и над открытой водой ветер дует сильнее, потому что там меньше препятствий .
{{cite web}}: CS1 maint: bot: исходный статус URL неизвестен ( ссылка )