комплекс лекций. Образовательная программа 6В07109 Электроэнергетика
 Скачать 5.73 Mb.
|
|
Карагандинский технический университет Комплекс лекций Дисциплина TZE 3214 «Теплоснабжение и зеленая энергетика» Модуль Ene 07 Энергетика Образовательная программа 6В07109 «Электроэнергетика» Факультет энергетики, автоматики и телекоммуникациий Кафедра «Энергетические системы» Лекция 1 План лекции: Введение в дисциплину. Понятие климата. Проявление климатических изменений. Факторы изменения климата. В течение последних лет в мире наблюдалось возникновение многочисленных кризисных явлений, связанных с продовольствием, топливом, пресной водой и финансами. Нестабильность на рынках энергетики и сырьевых товаров, глобальные случаи продовольственного дефицита и ограниченности водных ресурсов недавно отошли на второй план из-за финансово-экономического кризиса, рецессионные последствия которого по-прежнему ощущаются в большинстве регионов мира. Сложность этого положения усиливается изменением климата – явлением, которое усугубляет воздействие каждого глобального кризиса. Его эффект ощущается по всему миру и обусловливает конкретные последствия для достижения устойчивого развития и целей в области развития, сформулированных в Декларации тысячелетия. Очевидно, что правительства и международное сообщество сталкиваются с многочисленными серьезными вызовами, однако создавшееся положение также предоставляет подлинные возможности для решительного выхода из так называемой "привычной колеи". Справочная информация! «Декларация тысячелетия Организации Объединённых Наций» принята 8 сентября 2000 года в городе Нью-Йорке, Генеральной Ассамблее ООН В «Декларации тысячелетия» государства — члены ООН приняли на себя обязательства в достижении целей развития тысячелетия в области: мира и безопасности; развития; охраны окружающей среды; прав человека, демократии и управления; защиты уязвимых слоев населения; удовлетворения потребностей Африки; укрепления ООН. Некоторые цели, особенно в области развития, сформулированы конкретно, с указанием цифр и сроков (в основном 2015 и 2020 гг.). Модель экономики Республики Казахстан, преобладающая в настоящий момент, со временем привела к явному повышению благополучия многих сообществ, однако ее функционирование также стало причиной появления значительных негативных внешних явлений в форме глобальных рисков для окружающей среды (например, изменения климата) и широкому распространению случаев экологического дефицита (например, нехватки пресной воды). Более того, эта модель не учитывает те значительные внешние факторы в области социальных счетов, которые во многом сосредоточены на валовом внутреннем продукте (ВВП) в качестве ключевого макропоказателя прогресса. Под воздействием этих и других факторов в результате осуществляемой нами экономической деятельности в настоящее время потребляется больше биомассы, чем Земля производит на устойчивой основе (т.е. масштаб экологического воздействия превышает ресурсы планеты). Эта деятельность также приводит к истощению природного капитала, экосистемные услуги которого представляют собой ключевой компонент благосостояния малоимущих, и создает опасность сохранения и усугубления хронической нищеты и неравномерностей распределения. Эти экономические, социальные и экологические риски представляют собой серьезную угрозу для нас и будущих поколений. Таким образом, нашу преобладающую модель экономики можно определить как "коричневую экономику". Для ЮНЕП понятие "зеленая экономика" можно определить как систему видов экономической деятельности, связанных с производством, распределением и потреблением товаров и услуг. "Зеленая экономика" предусматривает устранение зависимости между использованием ресурсов и экологическими последствиями от экономического роста. Она характеризуется существенным увеличением инвестиций в "зеленые" сектора при поддержке политических реформ, обеспечивающих создание соответствующих возможностей. Эти инвестиции, как из государственного, так и из частного секторов, обеспечивают механизм для перестройки предприятий, инфраструктуры и учреждений, а также для внедрения процессов устойчивого потребления и производства. Такая перестройка приведет к укрупнению доли "зеленых" секторов в экономике, повышению количества "зеленых" и достойных рабочих мест, сокращению материало- и энергоемкости производственных процессов, сокращению объема отходов и загрязнения и значительному сокращению выбросов парниковых газов. Необходимо измерять прогресс на пути к "зеленой экономике", однако было бы контрпродуктивно разрабатывать типовые показатели "зеленой экономики", применимые ко всем странам, с учетом различий в природных, людских и экономических ресурсах. Было бы целесообразнее при рассмотрении процесса перехода к "зеленой экономике" признавать, что страны выберут различные пути к достижению этой цели и что "зеленая экономика" в одной стране может сильно отличаться от "зеленой экономики" в другой стране. Независимо от пути, который та или иная страна изберет для создания "зеленой экономики", такой переход может принести многочисленные выгоды. Например, он может помочь смягчить проблемы продовольственной, энергетической и водной безопасности. В более общем контексте, такой переход должен служить опорой для достижения устойчивого развития и целей в области развития, сформулированных в Декларации тысячелетия. Продвижение к "зеленой экономике" также даст возможность вновь изучить национальные и глобальные структуры руководства и рассмотреть вопрос о том, позволяют ли такие структуры международному сообществу реагировать на нынешние и будущие вызовы в области окружающей среды и развития и использовать открывающиеся возможности. Переход к "зеленой экономике" также будет способствовать решению проблем, обусловленных изменением климата. Если нынешние тенденции потребления энергии сохранятся без изменений, то, по оценкам Международного энергетического агентства, к 2050 году объем выбросов диоксида углерода увеличится на 130 процентов. По сведениям Межправительственной группы по изменению климата, такое увеличение объема выбросов диоксида углерода может привести к повышению средних глобальных температур на 6°С, что создает риск необратимых изменений в природной окружающей среде. Как ожидается, при отсутствии мер по смягчению такие уровни выбросов приведут к экономическим потерям эквивалентным 5-10 процентам ВВП в год. У более бедных стран ежегодные потери могут составить более 10 процентов ВВП. Смягчение этих рисков и адаптация к изменяющемуся климату представляют огромную важность. Конкретной мерой реагирования на этот вызов является инвестирование в создание низкоуглеродной, ресурсоэффективной экономики. Ряд стран уже продвигаются в этом направлении, используя свои пакеты экономического стимулирования. Эти меры и тенденции обнадеживают, однако очевидно, что необходимы дальнейшие действия. Межправительственная группа по изменению климата установила, что к 2050 году для ограничения глобальных повышений температуры диапазоном 2-2,4°С необходимо сократить выбросы парниковых газов на 50-85 процентов. По оценкам Международного энергетического агентства, для сокращения выбросов диоксида углерода на 50 процентов к 2050 году потребуются инвестиции общим объемом 45 триллионов долл. США в период до 2050 года. Эта сумма эквивалентна ежегодным инвестициям средним объемом более 1 триллиона долл. США. В соответствии с принципом перехода к "зеленой экономике" приблизительно половина инвестиций предусматривает замену обычных технологий низкоуглеродными альтернативами, безопасными для окружающей среды. Кроме того, одни лишь предполагаемые инвестиции в сектор возобновляемой энергетики приведут к созданию, по меньшей мере, 20 миллионов дополнительных рабочих мест в этом секторе, который станет гораздо более крупным источником занятости по сравнению с сегодняшней отраслью ископаемых источников энергии. Еще одним решением в духе "зеленой экономики" является инвестирование в основанные на экосистемном подходе меры по адаптации и смягчению воздействия. Выбросы, связанные с обезлесением и деградацией лесов, составляют почти 20 процентов от текущего глобального объема выбросов парниковых газов. Увеличение инвестиций в сокращение выбросов вследствие обезлесения и деградации лесов, устойчивое ведение лесного хозяйства и расширение лесного покрова – так называемая программа "СВОД-плюс" – это эффективное решение для быстрого снижения роста показателей выбросов. Кроме того, в настоящее время широко признается, что здоровые экосистемы, от коралловых рифов и водно-болотных угодий до мангровых лесов и плодородных почв, представляют собой ключевой фактор успешной адаптации к изменению климата. Климат — многолетний режим погоды, типичный для данного района Земли, как бы средняя погода за много лет. Термин «климат» был введен в научный оборот 2200 лет назад древнегреческим астрономом Гиппархом и означает по-гречески «наклон» («klimatos»). Ученый имел в виду наклон земной поверхности к солнечным лучам, различие которого от экватора к полюсу уже тогда считалось главной причиной различий погоды в низких и высоких широтах. Позднее климатом назвали среднее состояние атмосферы в определенном районе Земли, Антропогенная деятельность приводит к выбросам парниковых газов в атмосферу. Диоксид углерода выделяется в тех случаях, когда ископаемое топливо используется для получения энергии и когда вырубаются, и сжигаются леса. Выбросы метана и закиси азота обусловлены сельскохозяйственной деятельностью, изменениями в землепользовании и другими источниками. Искусственные химикаты под названием галоидуглероды (ХФУ, ГФУ, ПФУ) и другие долгоживущие газы, такие как гексафторид серы (SF6), выбрасываются в процессе производственной деятельности. Озон в нижних слоях атмосферы образуется вследствие косвенного воздействия выхлопных газов, выбрасываемых автотранспортными средствами и другими источниками. Повышение уровня парниковых газов уже приводит к изменению климата. Поглощая инфракрасное излучение, эти газы влияют на естественную циркуляцию энергетических потоков в климатической системе. В ответ на антропогенные выбросы климат стал "подстраиваться" к более "плотному покрову" парниковых газов, стремясь сохранить баланс между солнечной энергией и энергией, исходящей обратно в космос. На большей части территории Республики Казахстан резко континентальный климат, с большими амплитудами температур; относительно сухой. Среднегодовое количество осадков на большей части территории невелико — 100—500 мм. Данные наблюдения показывают, что в течение XX века глобальная температура повысилась примерно на 0,6° C. Согласно климатическим моделям, к 2100 году глобальная температура повысится на 1,4-5,8°C. Это изменение будет самым масштабным из всех изменений климата, которые когда-либо происходили на нашей планете, по меньшей мере за последние 10000 лет. Эти прогнозы основываются на целом ряде допущений, касающихся основных факторов, которые будут обуславливать будущие выбросы (таких, например, как рост численности населения и технический прогресс), однако они строятся без учета действий по сокращению выбросов, предпринимаемых как отклик на проблему изменения климата. Масштабы и воздействия изменения климата, в особенности на региональном уровне, характеризуются множеством неопределенностей. Вследствие задерживающего эффекта океанов, поверхностная температура не будет сразу же реагировать на выбросы парниковых газов, поэтому изменение климата будет продолжаться еще в течение многих сотен лет после того, как концентрация атмосферных газов стабилизируется. Как правило, чем быстрее происходит изменение климата, тем больше опасность разрушений. Ожидается, что к 2100 году средний уровень моря повысится на 9,88 см, что вызовет затопление низинных территорий и иные разрушения. Другие виды воздействий включают глобальное повышение уровня осадков и изменение силы и частоты экстремальных явлений. Климатические зоны, вероятно, сместятся в сторону полюсов и в вертикальном направлении, что приведет к нарушению лесных, пустынных, луговых и других нерегулируемых экосистем. В результате многие из них придут в упадок или будут раздроблены, а отдельные виды животных и растений, вероятно, исчезнут. Человеческое общество столкнется с новыми видами опасностей и воздействий. Маловероятно, что глобальная продовольственная безопасность окажется под угрозой, однако в некоторых регионах, вероятно, будет наблюдаться нехватка продовольствия и голод. Будут затронуты и водные ресурсы, так как режимы выпадения осадков и испарений изменятся во всем мире. Климат Земли уже “приспосабливается” к прошлым выбросам парниковых газов. Климатическая система должна “подстраиваться” под концентрацию парниковых газов с тем, чтобы сохранить глобальный энергетический баланс. Это значит, что климат изменяется и будет продолжать изменяться до тех пор, пока будет расти уровень парниковых газов. Сегодня ученые убеждены в том, что постоянно пополняющаяся база данных подтверждает общую картину глобального потепления, а также других изменений климатической системы. Данные, полученные на основе измерений, указывают на повышение средней температуры воздуха с конца XIX века на 0,6±0,2°C. Эти наблюдения совпадают с прогнозами, составленными на основе моделей, используемых для прогнозирования степени потепления климата до настоящего времени, особенно с учетом охлаждающего воздействия аэрозолей. Основное потепление произошло с 1910 по 1940 год и с 1976 года по наши дни. Средний уровень моря повысился на 10-20 см. С потеплением верхних слоев океана вода расширяется, а уровень моря повышается. На основе моделей можно предположить, что к сегодняшнему дню потепление на 0,6oC должно было и в самом деле привести к нынешнему повышению уровня моря. Однако другие, более сложные для прогнозирования изменения также влияют на реальный и кажущийся уровень моря, особенно снегопады и таяние льдов в Гренландии и Антарктике, а также медленное “освобождение” северных континентов от тяжести многовековых ледников. С конца 1960-х годов толщина снежного покрова в средних и высоких широтах северного полушария уменьшилась примерно на 10%. Весьма вероятно, что за XX век ежегодный период ледостава озер и рек сократился приблизительно на две недели. В течение этого времени также отступили почти все известные горные ледники в неполярных регионах. За последние десятилетия протяженность ледового покрова Арктики в весеннее и летнее время года сократилась на 10-15%, а толщина льда уменьшилась на 40% в конце лета и начале осени. Во многих регионах мира наблюдается повышенный уровень выпадения осадков. Каждые десять лет в большинстве районов континентов северного полушария в средних и высоких широтах наблюдается рост количества осадков на 0,5–1%, который сопровождается 2 процентным увеличением облачного покрова. С другой стороны, в течение XX века наблюдалось снижение уровня осадков в субтропических районах северного полушария (между 10-й и 30-й северной параллелью), примерно на 0,3% в течение каждого десятилетия. Судя по всему, в некоторых частях Африки и Азии частота и интенсивность засух увеличилась. Существуют новые и убедительные доказательства того, что наблюдаемое за последние 50 лет потепление в основном вызвано антропогенной деятельностью. Деятельность людей привнесла новые изменения в цикл углерода. С началом индустриальной эры люди стали всё в возрастающем количестве сжигать ископаемое топливо: уголь, нефть и газ, накопленные за миллионы лет существования Земли. Человечество привнесло значительные изменения в землепользовании: вырубило леса, осушило болота, и затопило прежде сухие земли. Но вся история планеты состоит из грандиозных событий, поэтому, говоря об изменении углеродного цикла человеком необходимо соразмерять масштабы и продолжительность этого воздействия с событиями в прошлом. Углекислый газ — самый важный антропогенный парниковый газ, его концентрация в атмосфере значительно превысила её естественный диапазон за последние 650 тысяч лет. С 1850 года концентрация СО2 в атмосфере увеличилась на 31 %, а метана на 149 %, что рядом исследователей связывается с антропогенным влиянием, причём по данным Межправительственная группа экспертов по изменению климата (МГЭИК) ООН, до трети общих антропогенных выбросов CO2 являются результатом обезлесения. Справочная информация! Углерод является важным природным элементом для Земли. Он содержится в некоторых наиболее важных органических соединениях, таких как углекислый газ (CO2), ископаемое топливо и белки. Атом углерода в атмосфере также отвечает за сохранение тепла и пригодности для обитания. Четыре места хранят углерод на земле: живые организмы, камни, вода и атмосфера. Количество углерода в этом цикле постоянно, но количество углерода в каждом месте постоянно меняется. Существует два типа углеродного цикла: медленный цикл и быстрый цикл. В быстром цикле углерод перемещается между живыми организмами и атмосферой. Медленный цикл включает обмен углерода в атмосфере и литосфере (слои горных пород под поверхностью земли). Антропогенное изменение альбедо (характеристика диффузной отражательной способности поверхности, Значение альбедо для данной длины волны или диапазона длин волн зависит от спектральных характеристик отражающей поверхности, поэтому альбедо отличается для разных спектральных диапазонов или длин волн) Земли может происходить: в ходе изменения землепользования, например, преобразования лесных ландшафтов в агроландшафты или в урбанизированные ландшафты; вследствие антропогенных аэрозольных выбросов в атмосферу и осаждения аэрозолей на земную поверхность (на снег, лед). Увеличение альбедо будет оказывать охлаждающий эффект. Антропогенное увеличение концентраций парниковых газов в атмосфере приводит к потеплению климата относительно того его состояния, которое определяется прочими факторами. Такое потепление возникает вследствие усиления парникового эффекта. В последний миллион лет климат Земли циклически менялся из-за изменений светимости Солнца и параметров земной орбиты, иных внешних и внутренних естественных факторов. С начала индустриальной эры (условно – с 1750 г.) рост концентрации парниковых газов в атмосфере вследствие деятельности человека, прежде всего углекислого газа, - главная причина антропогенного усиления парникового эффекта. Биоразнообразие, термин, данный разнообразию жизни на Земле, обеспечивает в виде живого вещества экосистем товары и услуги, поддерживающие жизнь человека. Однако антропогенное давление на экосистемы приводит к изменению и к утрате биоразнообразия невиданными в истории темпами. Сегодня люди изменяют экосистемы гораздо быстрее и масштабнее, чем в любой другой период истории человечества. Биоразнообразие, термин, данный разнообразию жизни на Земле, обеспечивает в виде живого вещества экосистем товары и услуги, поддерживающие жизнь человека. Однако антропогенное давление на экосистемы приводит к изменению и к утрате биоразнообразия невиданными в истории темпами. Сегодня люди изменяют экосистемы гораздо быстрее и масштабнее, чем в любой другой период истории человечества. Воздействие изменения климата на биоразнообразие вызывает серьезную озабоченность участников Конвенции о биологическом разнообразии (КБР). Они также признают, что существуют значительные возможности смягчать последствия изменения климата и адаптироваться к ним, улучшая одновременно сохранение биоразнообразия. Связи между биоразнообразием и изменением климата носят двусторонний характер: изменение климата угрожает биоразнообразию, а биоразнообразие может сокращать последствия климатических изменений. В Арктике сокращение продолжительности ледового периода морей угрожает местам обитания и существованию белых медведей, так как у них остается меньше времени для охоты; в результате климатических колебаний в Северной Америке сокращаются популяции планктона, основного источника питания южных китов. Резистентность (сопротивляемость организма к воздействию различных факторов) экосистем можно повысить и сократить риск причинения ущерба антропогенным и естественным экосистемам путем принятия адаптивных и смягчающих стратегий, учитывающих аспекты сохранения и устойчивого использования биоразнообразия. Смягчение последствий определяется как антропогенное вмешательство с целью ослабления источников парниковых газов или усиления поглощения углерода, тогда как под адаптацией к изменению климата понимается приспособление природных или антропогенных систем к климатическим раздражителям или к их воздействию, направленное на сглаживание негативных воздействий или на использование положительных возможностей. Примеры видов деятельности, стимулирующей смягчение последствий изменения климата или адаптацию к ним: • поддержание и восстановление естественных экосистем, • защита и повышение эффективности экосистемных услуг, • организация мест обитания угрожаемых видов, • создание резерватов и буферных зон и • создание сетей наземных, пресноводных и морских охраняемых территорий с учетом прогнозируемых климатических изменений. Правительства разных уровней начинают разрабатывать планы и программы адаптации и включать соображения, касающиеся изменения климата, в более масштабные планы развития. Контекст принятия решений, реагирование на связанные с климатом риски требует принятия решений в меняющемся мире при наличии постоянной неопределенности относительно тяжести и сроков воздействий изменения климата и ограничений, касающихся эффективности адаптации. Выборы вариантов адаптации и смягчения воздействий в краткосрочной перспективе повлияют на риски изменения климата в течение всего XXI века. Оценка рисков основана на доказательствах разных форм. Экспертное суждение используется при обобщении доказательств в оценку рисков. Предполагается, что воздействия изменения климата на жизненно важную инфраструктуру и территориальную целостность многих государств окажут влияние на политику в области национальной безопасности. Согласно перспективным оценкам, изменение климата в течение XXI века приведет к следующим последствиям: существенному уменьшению числа возобновляемых источников поверхностных вод и ресурсов подземных вод в большинстве сухих субтропических регионов, усиливая таким образом конкуренцию за воду между секторами; значительная часть как наземных, так и пресноводных видов, столкнется с повышенной опасностью исчезновения, особенно в силу взаимодействия изменения климата с другими факторами стресса, такими как изменение среды обитания, чрезмерная эксплуатация, загрязнение и инвазивные виды; прибрежные системы и низменные районы будут во все большей мере испытывать неблагоприятные воздействия, такие как подтопление, прибрежное наводнение и эрозия прибрежной зоны; глобальное перераспределение морских видов и уменьшение морского биоразнообразия в чувствительных регионах создаст проблемы для устойчивого поддержания продуктивности рыбных промыслов и других экосистемных услуг. |