научная статья по теме ОПЫТ ПОСТРОЕНИЯ ДАЛЬНИХ ПРОГНОЗОВ ВОЗДЕЙСТВИЯ МИРОВОЙ ЭНЕРГЕТИКИ НА АТМОСФЕРУ ЗЕМЛИ Геофизика

Текст научной статьи на тему «ОПЫТ ПОСТРОЕНИЯ ДАЛЬНИХ ПРОГНОЗОВ ВОЗДЕЙСТВИЯ МИРОВОЙ ЭНЕРГЕТИКИ НА АТМОСФЕРУ ЗЕМЛИ»

ИЗВЕСТИЯ РАН. ФИЗИКА АТМОСФЕРЫ И ОКЕАНА, 2015, том 51, № 2, с. 158-168

УДК 551.58:620.9

ОПЫТ ПОСТРОЕНИЯ ДАЛЬНИХ ПРОГНОЗОВ ВОЗДЕЙСТВИЯ МИРОВОЙ ЭНЕРГЕТИКИ НА АТМОСФЕРУ ЗЕМЛИ © 2015 г. В. В. Клименко, А. В. Клименко, А. Г. Терешин

Национальный исследовательский университет "МЭИ" 111250 Москва, Красноказарменная ул.,14 E-mail: nilgpe@mpei.ru Поступила в редакцию 07.05.2014 г., после доработки 29.07.2014 г.

Установлено, что исторический подход к прогнозированию мировой энергетики способен давать полезные результаты на временных горизонтах глубиной в несколько десятилетий. Генетический прогноз предполагает стабилизацию глобального потребления энергии на уровне в 30 млрд тонн условного топлива и повышение концентрации диоксида углерода почти до 500 млн-1 к концу нынешнего столетия на фоне продолжающегося снижения выбросов диоксида серы. С исторической точки зрения реализация наиболее агрессивных сценариев антропогенного воздействия на атмосферу и климат представляется маловероятной.

Ключевые слова: энергетика, эмиссия, диоксид углерода, диоксид серы, концентрация, исторический подход, прогнозы, сценарии, атмосфера, климат.

Б01: 10.7868/80002351515020078

В ноябре 2014 г. исполнилось ровно 30 лет со дня опубликования в журнале "Известия РАН. Физика атмосферы и океана" статьи В.А. Легасова, И.И. Кузьмина и А.Н. Черноплекова "Влияние энергетики на климат" [1], которая явилась заметной вехой в исследовании взаимодействия энергетики и климата. В этой сфере за истекший период времени произошло достаточно много важных событий, что дает нам основание вновь вернуться к этой теме.

В апреле 2014 г. среднемесячная концентрация углекислого газа в атмосфере превысила отметку 400 млн-1, что является беспрецедентным событием в геологической истории Земли, по крайней мере, за последние три миллиона лет. В последний раз столь высокое содержание СО2 в атмосфере наблюдалось в эпоху плиоцена (9-2 млн лет назад), которой соответствовал чрезвычайно теплый климат (с температурой в среднем на 3°С выше современной) и необычайно высокий уровень океана, вероятно, на 15-30 м выше современного [2-4]. Разумеется, возможность возвращения таких условий вызывает острое беспокойство мировой общественности на фоне уже достигнутого с конца XIX столетия потепления в 0.8°С. В настоящее время можно считать твердо установленным, что высокое содержание СО2 в атмосфере и современное потепление преимущественно являются результатом деятельности че-

ловека и в основном сжигания органического топлива [5]. Совершенно ясно, что скорость дальнейшего поступления антропогенного углерода в атмосферу и, следовательно, скорость дальнейшего потепления напрямую связаны с количеством сжигаемого органического топлива и определяются тем, как будет развиваться мировая энергетика. В Пятом оценочном докладе IPCC (p. 979, Fig. 11.8) [5] показано, что именно неопределенность сценариев антропогенного воздействия на атмосферу играет решающую роль в формировании общей неопределенности оценок будущих климатических изменений на дальнюю перспективу. Так, если для периода до 2030 г. она определяет до 20% разброса модельных температурных оценок (оставшаяся часть связана с внутренней изменчивостью климатической системы и особенностями климатических моделей), то к 2050 г. эта доля возрастает до 50%, а к концу столетия превышает 80%.Таким образом, поскольку влияние энергетики на климат очень велико, то чрезвычайно важным является поиск долговременных тенденций ее развития и построение обоснованных долгосрочных прогнозов.

Нельзя сказать, что эта задача является новой, поскольку еще начиная с середины 70-х годов прошлого столетия долгосрочные прогнозы регулярно появляются в мировой научной печати [6, 7]. Однако не может не поражать степень неуспешности этих прогнозов, которые, как правило, начи-

Рис. 1 Эволюция потребления энергии в мире в последние 30 лет (1) [22, 23] и некоторые недавние прогнозы энергопотребления с указанием года публикации: 2 — Институт атомной энергии (ИАЭ), 1984 [1, 16]; 3 — Международный институт прикладного системного анализа (1АА8А), 1981 [24]; 4 — Международное агентство по атомной энергии (МАГАТЭ), 1984 [26]; 5 — Окриджский институт энергетического анализа, 1985 [17]; 6 — Мировая энергетическая конференция (^ЕС), 1984 [25]; 7 — Московский энергетический институт (МЭИ), 1990 [19].

Рис. 2. Потребление энергии на душу населения е в развитых странах [22, 23].

Годы

Рис. 3. Мировая эмиссия 8 и среднеглобальная концентрация диоксида углерода С: фактические данные CDIAC (1) [30] и NOAA (2) [31], прогнозы Клименко и др. [19—21] (3, 7), Будыко и Израэля [16] (4, 8), Эдмондса и Рейли [17] (5, 9) и сценарий А1В 1РСС [10] (6).

нают разрушаться уже через 10—15 лет после их составления (рис. 1). В результате мировое энергетическое сообщество поражено тотальным скепсисом, крайняя позиция которого заключена в утверждении, что долгосрочный прогноз развития энергетики невозможен. В последнюю четверть века этот пессимизм проложил дорогу и в сообщество климатологов, которые вместо прогнозов антропогенных выбросов предпочитают пользоваться весьма произвольными сценариями [7—11]. В последние 15 лет наибольшей популярностью пользовались, пожалуй, сценарии А1В и В2 из предложенного в [10] набора в 40(!) сценариев, которые, без сомнения, значительно завышают (особенно первый из них) размер антропогенной эмиссии углерода и, соответственно, реакцию климатической системы как на глобальном, так и на региональном уровне [12]. В результате мировое сообщество в течение десятилетий постоянно снабжается ложными представлениями о масштабах будущих климатических изменений, что вызывает излишнее напряжение в обществе и обратную гипертрофированную реакцию. Но это не проблема неверного выбора сценария — настоящая проблема заключается в том, что ни один из предлагаемых десятков сценариев, по сути, не имеет никакого отношения к реальной эволюции мировой энергетики и эмиссии диоксида углерода. Поскольку реакция климатической системы

зависит не только от объема выбросов, но и от их динамики, то задача корректного прогноза развития мировой энергетики приобретает вполне реальное практическое значение. Цель настоящей работы — продемонстрировать, что предложенный нами более 25 лет назад метод генетического прогноза является весьма надежным инструментом, позволяющим предвидеть генеральное развитие мировой энергетики на много лет вперед.

ГЕНЕТИЧЕСКИЙ ПРОГНОЗ РАЗВИТИЯ МИРОВОЙ ЭНЕРГЕТИКИ

В основу генетического прогноза положен исторический экстраполяционный подход, широко распространенный в современных социологии и экономике в виде известной теории институциональных изменений [13]. Основная идея этой теории заключается в том, что история развития сложных систем определяет их будущее поведение на много лет вперед. Последовательное применение генетического подхода (обнаружение и экстраполяция исторических тенденций в будущее) позволило сформулировать две фундаментальные тенденции, определяющие современные пути развития энергетики мира:

— стабилизацию национального удельного энергопотребления на душу населения на уровне, определяемом главным образом климатическими

Рис. 4. Концентрация диоксида углерода в атмосфере: прогнозные оценки (1) [17], (2) [16], (3) [27] и сценарии 1РСС В2 (4) и А1В (5) из [10] и RCP 4.5 (6) RCP 6 (7) из [11].

и географическими факторами (как показывает рис. 2, этот процесс в большинстве развитых стран мира уже завершился [14]);

— неуклонное снижение в течение уже более 100 лет углеродной интенсивности мировой энергетики (количества диоксида углерода, приходящегося на единицу потребления энергии) в результате изменений структуры топливно-энергетического баланса.

Реализация первой тенденции должна привести среднемировое удельное потребление энергии на душу населения к величинам около 2.8—

3.0 т у. т.*/(чел • год) (это немногим выше современного уровня), что при росте численности населения планеты к 2100 г. примерно до 10 млрд чел. [15] доведет ежегодное мировое потребление энергии до 28—30 млрд т у. т., что лишь в 1.5 раза выше современного. Таким образом, исторический подход ограничивает потребление энергии в текущем столетии именно этим сравнительно невысоким значением. Между тем авторы многих радикальных энергетических сценариев еще совсем недавно допускали рост энергопотребления до 60, 100 и даже 200 млрд т у. т./год [1, 6—7, 10, 16—17], исходя из неверной гипотезы о том, что для достижения

* Тонна условного топлива (т у. т.) — используемая в энергетике единица, равная 7 Гкал или 29.308 ГДж (количество энергии, высвобождающееся при сгорании одной тонны высококачественного угля).

уровня жизни развитых стран необходим соответствующий им уровень потребления энергии. Эта идея жива до сих пор. При этом упускается из виду важное обстоятельство, что почти все высокоразвитые страны расположены в средних и высоких широтах, требующих значительных (до 50% от общей потребности) дополнительных расходов на отопление.

Сохранение второй тенденции означает снижение темпов роста антропогенного воздействия на климатическую систему. В частности, в ближайшие 25—30 лет можно ожидать достижения пика антропогенной эмиссии СО2 на уровне в 10—11 Гт С/год, не слишком отличающимся от современного в 9 Гт С/год. Неуклонное снижение углеродной интенсивности можно обосновать фундаментальным философским принципом прогрессирующего упрощения, широко распространенным в природе и общественной жизни [18]. Применительно к энергетике этот принцип проявляется в постепенном переходе от более сложных, "законсервированных" в органическом топливе энергоносителей, к более простым, естественным. Этому принципу полностью отвечает развитие мировой энергетики с начала индустриальной эпохи: от угля к нефти, затем к газу и, наконец, к нетрадиционным возобновляемым источникам энергии (НВИЭ) — солнечным, ветровым, биотическим и др.

млн т 802/год

Годы

Рис. 5. Мировая антропогенная эмиссия диоксида серы в 1800—2100 гг.: оценка и прогноз МЭИ [35] (1); сценарии — высокий (2) и низкий (3) Мёллера [32], 1892а 1РСС [8] (4)

Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.

Показать целиком