Перспективы применения солнечной энергии в Казахстане - Обоснование актуальности проблемы

Глава 1
ОБЩАЯ СИТУАЦИЯ ПРОБЛЕМЫ - ИСПОЛЬЗОВАНИЕ СОЛНЕЧНОЙ ЭНЕРГИИ В НАРОДНОМ ХОЗЯЙСТВЕ

1. Обоснование актуальности проблемы

Актуальность проблемы оценивается различными критериями. Хотя попытки по их разработке предпринимались, и в практике оценки проблем отдельные критерий используются [117], тем не менее нет разработанной системы формализованных, научно обоснованных и общепризнанных критериев, с помощью которых можно было бы оценивать степень значимости той или иной проблемы для народного хозяйства.
Отсутствие системы критериев обуславливается сложностью их выбора. Мы выявляем такие критерии информационно-логическим анализом, т.е. путем целенаправленной выборки из литературных источников доводов, стихийно и осмысленно сформулированных различными специалистами, с последующей их систематизацией и оценкой. Эти доводы в той или иной степени должны доказывать или отрицать значимость рассматриваемой проблемы.
Анализируя многочисленные документы, посвященные как проблеме использования солнечной энергии, так и проблемам, связанным с нею, мы выделили следующие присущие проблемам обобщенные критерии, которые можно использовать для их оценки. Каждый из них, находясь в определенных соотношениях с другими, выражается определенными качественными и количественными показателями:

1. Потенциальные ресурсы (природные, энергетические, сырьевые, финансовые, людские и т. д.).
2. Динамика возрастания потребностей в ресурсах и сроки достижения момента, когда потребности превысят их фактические запасы.
3. Наличие взаимозаменяемых ресурсов (в т.ч. имеющих более широкие или неограниченные возможности использования).
4. Существование ограничений использования ресурсов (например, достигнутый научно-технический уровень и использование ресурсов).
5. Экономическая целесообразность использования ресурсов.
6. Влияние проблемы на различные области науки и техники и народного хозяйства.

Все перечисленные критерии взаимосвязаны и их можно применить как к проблеме в излом, гак и к ее частным случаям.
Перейдем непосредственно к оценке актуальности проблемы использования солнечной энергии.
По первому и второму критерию. Многими авторами основной довод в пользу использования солнечной энергии сводится к тому, что в ближайшие 1 50-200 лет перед человечеством встанет угроза исчерпания основных энергетических ресурсов (органическое топливо, атомная энергия, гидроэнергия и т.д.), в то время как ресурсы солнечной радиации практически вечны и а обозримом будущем количественно достаточны [272, 134].
Что же касается Казахстана, то здесь исчерпаемость энергетических ресурсов так же неизбежна, но разница лишь в сроках. А для покрытия ожидаемого в 2000 г. годового потребления электроэнергия в Казахстане (300-4 00 млрд.квт-ч) необходимо будет ввозить в республику от 15-20 до 50-55 млн. т (природного газа, мазута, кузнецких углей и т.д.). Для выработки тепла придется ввозить сортовое топливо до 110-160 млн. т. [355].
Оценка актуальности проблемы использования солнечной энергии по третьему критерию происходит более сложно, так как, во-первых, необходимо выявить все взаимозаменяемые энергоресурсы (рис. 1) и, во-вторых, дать им количественную характеристику. Но, если говорить конкретно о какой-то территории, то некоторые из перечисленных на рис. 1 источников энергии могут вообще выпадать из анализа. Например, для Казахстана энергия тепла вулканов не имеет значения, поскольку таковых на его территории не имеется. Исходя из этого критерия, представляется, что использование солнечной энергии имеет несомненную актуальность.
Оценка по четвертому критерию может выявить как перспективность использования каждого ресурса в будущем (а следовательно, подтвердить целесообразность научной разработки), так и какие-то ограничения по использованию этого ресурса в Народном хозяйстве на данном этапе. Например, грандиозные Перспективы в получении энергии открываются перед человечеством при техническом осуществлении управляемой термоядерной реакции, однако пока она практически неосуществима и овладение ею, по имеющимся прогнозам, дело далекого будущего. В использовании же солнечной энергии человечество уже сейчас имеет практический опыт, пренебрегать которым, исходя из первых двух критериев, вряд ли целесообразно.
В настоящее время имеется ряд разработанных проектов, показывающих техническую осуществимость освоения того или иного ресурса. Но они либо вообще не реализуются, либо реализуются в единичных экземплярах ввиду чрезмерных экономических затрат. Решающим условием реализации таких проектов может быть то обстоятельство, что данный ресурс является на данной территории единственным и нет другого выхода, как использовать его, хотя и при повышенных затратах.
Следует обратить внимание на следующий методический момент, который имеет огромное значение при синтезировании информации. Разработка схем, подобных приведенной на рис. 1, позволяет "наткнуться" на идеи, которые, возможно, еще не сформулированы, но открывают неожиданные перспективы. Например, мы привыкли к тому, что энергию получают сжиганием угля, нефти и вообще органических веществ. Но еще со школьной скамьи известно, что в чистом кислороде горит и железо. Термит является практической реализацией этой идеи, хотя и ее частным случаем. Еще пример. В Италии практикуется добавление к автомобильному бензину обыкновенной воды, в результате чего улучшается эксплуатация автомобилей, а главное экономится топливо.
Наличие таких примеров позволило нам сформулировать еще, один источник энергоресурсов - энергоресурсы неорганических смесей. Эго указывает на вероятность выявления новых источников энергоресурсов. Говоря утрированно, песок может быть топливом.
Прежде чем переходить к рассмотрению актуальности проблемы использования солнечной энергии по шестому критерию, рассмотрим ее актуальность в отношении энергоресурсов по уточняющим критериям, которые нами будут приводиться по мере изложения материала.
Рассмотрим один из доводов противников использования солнечной энергии. В книге: "Основы развития энергетики Казахстана" в разделе "Энергетические ресурсы" (стр. 87) говорится: "Анализ роли различных видов энергоресурсов в энергетическом балансе наиболее развитых стран однозначно показывает, что до 2000 г. для энергетических нужд основное значение имеет только энергетическое топливо (уголь, нефть, газ), ядерная и водная энергия. Поэтому все последующее рассмотрение энергоресурсов Казахстана ограничивается только этими основными их видами. 

Рис. 1. Взаимозаменяемые энергоресурсы

Даже для условий Казахстана с его огромными степными просторами и подземными водами остальные виды энергоресурсов (энергия солнца, ветра, геотермальных вод и т.п.) не могут иметь сколько-нибудь заметной роли в энергетическом балансе не только республики в целом, но и ее отдельных областей.
Здесь мы считаем необходимым сделать небольшое отступление. При многих оценках тех или иных явлений допускается одна характерная методическая ошибка: недооценивается влияние объектов, каждый из которых, взятый в отдельности, оказывает ничтожное воздействие на исследуемое явление, но в сумме их воздействие оказывается сопоставимым с глобальными масштабами этого явления. Поэтому такое воздействие обнаруживается лишь тогда, когда создается кризисная ситуация. Например, выхлопные газы одного автомобиля в ничтожной степени загрязняют атмосферу. Однако загрязнение ее всей совокупностью автомобилей уже оказывает решающее воздействие на атмосферу. В данном случае эти объекты однотипные их воздействие подсчитать в общем- то несложно. Если же они разнообразны, задача в значительной степени усложняется, но не отменяется.
При оценке перспективности использования солнечной энергии возникает аналогичная задача. Каждый из ее потенциальных потребителей может оказать ничтожное воздействие на общий баланс энергопотребления, но каковы типы этих потребителей и сколько их? Не ответив на эти вопросы, нельзя всерьез говорить о перспективах, возможностях или целесообразности ее использования.
Итак, может ли использование солнечной энергии оказать существенное влияние на общий баланс энергопотребления Казахской ССР? Для этого необходимо рассмотреть какие-либо ориентирующие данные. Возьмем только один тип автономных энергетических установок небольшой мощности – гелио-водонагреватели. Оказывается, в настоящее время в 27 странах работает свыше 2 млн. гелио-водонагревателей. Утверждается, что для подогрева такого же количества воды, которое через них проходит, понадобилось бы 16млн.кВт электроэнергии [429]. Умножая эту цифру на количество часов работы этих установок (допустим в общей сложности они будут работать четверть года), получаем затраты 33 млрд. кВт-ч в год. Это еще не так много, даже в условном сравнении с масштабами Казахстана, суммарные промышленные энергетические ресурсы которого (по состоянию изученности на 1 января 1968 г.) исчисляются в количестве 600 млрд. квт-ч в год [355, с. 9]. Но если учесть, что население сельских районов и малых городов в Казахстане составляет 6,5 млн. человек и, если принять ориентировочно, что это число включает в себя 1 млн. семей, то для бытовых нужд только этих мелких потребителей понадобился бы 1 млн. гелио-водонагревателей малой мощности.
Далее сумма потенциальных потребителей гелиоустановок такого типа не исчисляется только числом семей, проживающих в сельских районах и малых городах. К ее слагаемым должны быть отнесены сельскохозяйственные предприятия любых типов, организации системы здравоохранения (больницы, амбулатории и поликлиники, фельдшерские пункты), организации системы профсоюзов (курорты, дома отдыха, оздоровительные лагеря, спортсооружения), отопительные системы малых городов и поселков. И в этом случае количество гелио-водонагревателей, необходимых для всех потребителей, может в несколько раз превысить указанное выше число. Следовательно, использование солнечной энергии только по этому виду может оказать влияние на общий баланс энергопотребления республики.
Таким образом, определение величины влияния солнечной энергии при ее использовании на общий баланс энергопотребления республики требует проведения специального анализа, на который в процитированном выше утверждении нет ссылки, следовательно, оно сформулировано на недостаточной изученности вопроса.
Проведение же подобного анализа требует исчерпывающего знания проблем, решение которых наиболее оптимально при использовании солнечной энергии, а также распределение этих проблем по различным отраслям народного хозяйства, сферам профессиональной деятельности и т.д. Но, как правило, любой специалист незнаком с большинством проблем, 
непосредственно не связанных с его деятельностью. Здесь его сфера некомпетентности, недостаточный объем знаний, и поэтому в подобных случаях решающую роль на его суждения начинает оказывать чисто психологический фактор. Незнание фактов порождает (в большинстве случаев даже у искушенных индивидуумов) ложное представление о ясности вопроса. Это очень коварный психологический барьер. Даже осознавая его, не замечаешь, что уже стал его жертвой. Поскольку проблема использования солнечной энергии распространяется на много отраслей, то и авторам обзора, специалистам в определенных отраслях, часто приходилось преодолевать этот барьер, каждый раз устанавливая, в чем проявляется собственная некомпетентность.
Мы исходим из посылки, что ученый всегда должен быть недоверчив даже к тому, что ему кажется абсолютно ясным и особенно в отношении тех областей, в которых он является специалистом. Это ясное он должен рассматривать так, как будто он ничего о нем не знает. Здесь тоже присутствует важный методический момент синтезирования информации, на который мы обращаем внимание прежде всего тех специалистов, которые берутся за подобную работу.
Вернемся к приведенным выше количественным данным о гелио-водонагревателях, которые рассматриваются нами как уточняющий- критерий актуальности проблемы. Такие данные необходимо выявлять в процессе анализа источников информации по любому рассматриваемому вопросу.
В табл. 1 приведено распределение гелио-водонагревателей по странам.
Из табл. 1 видно, что самое большое число действующих гелио-водонагревателей приходится на Японию. И это понятно, так как она почти все топливные ресурсы ввозит из-за границы. На втором месте находятся США, которые, имея запасы топлива на собственной территории и выкачивая их у других стран мира, тем не менее используют энергию солнечных лучей.
Следует отметить, что топливный кризис 1973-1974 гг. в западных странах, вероятно, должен стимулировать в ближайшее время увеличение масштабов использования солнечной энергии.

Таблица 1
Количество гелио-водонагревателей, фирм-изготовителей,           ч

Приведенные в табл. 1 данные косвенно подтверждают, что использование солнечной энергии в этом варианте проходит критерий экономической целесообразности.
Таким образом, для энергетики проблема использования солнечной энергии качественно актуальна, количественно же степень актуальности (для Казахстана) неизвестна и требует проведения специальных исследований. В каких направлениях они должны быть проведены, будет видно из дальнейшего изложения материала.
В полной мере актуальность проблемы может быть выявлена при рассмотрении шестого критерия, так как весьма возможно, что использование солнечной энергии предлагает радикальное или паллиативное решение каких-то проблем, актуальность которых не вызывает сомнений и решение которых необходимо не в далекой перспективе, а в настоящее время.
На рис. 2 представлены связи проблемы использования солнечной энергии с другими проблемами. Как следует из схемы, количество связей характеризует, во-первых, степень межотраслевой значимости проблемы и, во-вторых, качественное направление связей.
Кроме перечисленных, к числу уточняющих критериев следует отнести: наличие и характер партийных и правительственных постановлений по вопросам рассматриваемой проблемы или смежной с нею проблемы как в нашей стране, так и за рубежом; количество международных соглашений между государствами по вопросу решения проблемы (например, переговоры между СССР и США о сотрудничестве в области использования солнечной энергии); количество и характер научно-исследовательских организаций и фирм, занимающихся рассматриваемой проблемой.
Таким образом, оценка возможностей использования солнечной энергии по вышеназванным критериям утверждает нас в мысли, что эта проблема имеет несомненную практическую и теоретическую ценность, а описание некоторых моментов ее решений для народного хозяйства республики представляется весьма актуальным.