В статье методом анализа больших чисел П. Дирака сопоставляются экономические выгоды и потери при строительстве каскада Ангарских гидроэлектростанций, для которых озеро Байкал стало естественным напорным водохранилищем, а не природным феноменом мирового значения.

Взаимоотношения экономики и экологии
на примере электроэнергетики Байкальского региона

Ю. С. КУСНЕР,
 доктор физико-математических наук,
 Институт геохимии СО РАН,
 Иркутск,
 Г. М. МКРТЧЯН,
 доктор экономических наук,
 Новосибирский государственный университет,
И. Г. ЦАРЕВ,
 кандидат химических наук,
 Федеральное агентство по строительству и ЖКХ,
 Москва

Взаимоотношения экономики и экологии в общественном сознании трактуются как непременно антагонистичес кие. Главным образом это происходит под воздействием идеологии так называемых «зеленых», обладающих широким и активным доступом к средствам массовой информации. Во многом под влиянием этой идеологии был сформирован так называемый Киотский протокол, так или иначе ограничивающий промышленное развитие в мире с целью уменьшения антропогенного воздействия промышленности разных стран на окружающую среду всего мира; договор ратифицирован практически всеми странами, за исключением США.

Позиция США имеет под собой определенные основания. Например, магистральная линия разработки и развития новых транспортных средств — это уменьшение количества потребляемого топлива на единицу ВВП, а, следовательно, уменьшение выбросов в окружающую среду. Тем не менее в силу упомянутых выше обстоятельств позиция США вызвала у мирового сообщества лишь негодование. Поэтому очень важно разрабатывать методы оценок для тех ситуаций, когда экономика и экология (в обобщенном смысле — и как раздел биологии, и как максимально возможное сохранение окружающей среды) являются антагонистами, и для тех случаев, когда, напротив, их цели и выводы совпадают. Понятно, что такая постановка вопроса не может быть реализована в общем виде — слишком сложны и модели взаимодействия, и математи ческий аспект предсказательной реализации такой программы.

Попытаемся проиллюстрировать поставленную задачу на примере взаимодействия экономики и экологии при строительстве и проектировании каскада Ангарских ГЭС.

Экологические последствия этого проекта могут считать ся крупнейшей антропогенной катастрофой в истории, соизмеримой, может быть, лишь с последствиями испытаний ядерного оружия.

Экосистема крупнейшего и древнейшего пресноводного озера мира — озера Байкал такова: поверхность озера — 31500 км²; объем воды — 22000 км³; глубина — 700 м, максимальная — 1600 м; возраст — более 20 млн лет (данные здесь и ниже приводятся по книге известного байкаловеда Г. И. Галазия)[1].

Два основных последствия строительства каскада Ангарских ГЭС можно сформулировать следующим образом.

1. Впервые за много миллионов лет озеро оказалось действительно полностью изолированным от Мирового океана: по экономическим соображениям, из-за трудностей послевоенного времени, в 1950-е годы на каскаде не были предусмотрены шлюзы (иначе водопропускные сооружения), позволившие бы тем или иным путем обмениваться озеру и океану биомассой. В настоящее время последствия этого «эксперимента» не могут быть изучены — слишком велика разница масштабов времени — 20 млн лет существования озера и 60 лет с момента строительства.

2. Для эффективности работы каскада ГЭС — Иркутской, Усть-Илимской и Братской — средний уровень Байкала стали регулировать с амплитудой 1 м, что примерно равно сезонной изменчивости естественного среднего уровня озера. Казалось бы, это немного для столь глубокого озера. Но тут-то и возникла проблема — из-за большой глубины площадь продуктивной зоны озера, т. е. прибрежная его зона, составляет лишь 1000 км² из 31500 км². Таким образом, при указанной амплитуде антропогенно регулируемой площадью оказались 300 км², или 30% всей продуктивной зоны. Последствия этого изучены достаточно широко и освещены в биологической литературе. В отличие от первого последствия, время релаксации продуционной составляющей экосистемы, согласно натуральным наблюдениям, оказалось несколько десятков лет.

Таким образом, озеро Байкал — уникальный природный объект в историческом и геологическом масштабах — был превращен в искусственное напорное водохранилище.

В данном случае негативные экологические последствия очевидны. Оценим теперь экологические последствия строительства каскада ГЭС, для чего используем идеи метода больших чисел, изобретенного великим физиком П. Дираком. Изложим вкратце идею.

Когда к 30-м годам прошлого века было оценено число протонов во Вселенной , то П. Дирак понял, что никакие алгебраические, дифференциальные, интегральные уравнения не в состоянии описать столь невообразимо огромные числа — трудно представить себе, где брать коэффициенты таких уравнений. Тогда-то он и предложил гениальную по простоте и результативности теорию, соизмеримую, возможно, с теориями И. Ньютона и А. Эйнштейна. П. Дирак предположил, что все большие числа просто связаны между собой Большим числом, и одним из самых больших является возраст Вселенной (Т = 16 млрд лет = 5·10¹⁶ с).

Однако просто сопоставить N и Т нельзя, поскольку N — число, а Т — величина с размерностью «время». Аналогично экономике, П. Дирак должен был изобрести «деньги» — в физике они называются в данном случае характерным масштабом времени t, который бы позволил сделать Т числом, т. е. сравнивать между собой N и (T/t). В качестве «денег» П. Дирак предложил выбрать самое малое время в природе: время, за которое свет — самое быстрое в природе — со скоростью с пролетает самую маленькую частичку — радиус r — электрона:

Теперь число:

,

и становится очевидным, что величина T/t пропорциональна квадратному корню из числа N, или N ~ (T/t)².

Таким образом, из, казалось бы, простейших «экономических» соображений П. Дирак написал соотношение, которое для теории Вселенной имеет значение, сопоставимое со всемирно известной формулой А. Эйнштейна Е = mc², и сформулировал его так: «Масса Вселенной не неизменна, но растет пропорционально квадрату времени», — фантастический результат.

Применим теперь подобную идею для оценки взаимодействия экологии и гидроэнергетики для каскада Ангарских ГЭС. При оценках будем полагать:

1 год 9000 ч 3·10⁷ с.

Электроэнергия в России — самый выгодный для продажи вид энергии. Если стоимость производства 1 МВтч составляет в среднем, по данным РАО «ЕС России», около 100 руб., население покупает в среднем за 1 руб. 1 кВтч (Иркутск — 0,7 руб.; Омск — 1 руб.; Москва — 1,5 руб., т. е. норма прибыли — около 10 раз).

Определим теперь характерные числа. Пусть каждый человек на Земле, население которой в данное время составляет около 6 млрд чел., т. е. 610⁹ чел., в течение двух часов в день потребляет 1 кВтч электроэнергии со стоимостью 1 кВт — 1/30 дол. Это примерные расходы; например, на бытовые нужды, которые обозначим E_d, что, естественно, является нижней оценкой:

Сравним теперь это число с денежными доходами (Д) населения конкретных стран:

Россия:

США:

Из очевидных соображений:

1) величина Е пропорциональна экологической нагрузке, и

2) из соотношения

следует, что антропогенная нагрузка в США несоизмеримо меньше, в сопоставимых больших числах, чем для всего мира вообще и России в частности. Большими приведенные выше числа следует считать по сравнению с характерными финансовыми функциями за тот же период. Конечно, выбор масштаба для денег — 1 трлн дол. в год — гораздо более произволен, чем в физических задачах.

Оценим далее стоимость электроэнергии для потребителей гидроэлектростанций каскада Ангарских ГЭС мощностью:

Иркутская — 660 МВт;

Усть-Илимская — 3840 МВт;

Братская — 4500 МВт

(для сравнения: Новосибирская ГЭС — Г_н = 450 МВт).

Теперь общая стоимость электроэнергии, произведенной каскадом Ангарских ГЭС в год, равна:

(для Новосибирской ГЭС —

Оценим теперь стоимость запасов (С) вод Байкала. В настоящее время рыночная стоимость 1 л байкальской воды в розничной торговле (как питьевой в мелкой таре) — около 10 руб. Следовательно:

Теперь оценим время Т_д, которое необходимо ГЭС для того, чтобы «заработать» такие деньги:

Предположим теперь, что воду будут раздавать бесплат но каждому человеку на Земле по три литра в день. Тогда объем Байкала — даже без учета естественного пополнения — будет «выпит» за время Т_П:

(отметим, что время обмена воды в Байкале — 400 лет).

Таким образом, соотношение «больших чисел» в данном случае выглядит так:

Следовательно, экономическая эффективность использования байкальской воды именно в качестве воды, а не источника энергии, увеличивается пропорционально квадрату времени.

Приведенные оценки, при всей их приближенности, показывают, что как с экологической, так и с экономической точек зрения, строительство каскада Ангарских ГЭС, во всяком случае, в существующем виде — без водопропусков — не следует считать обоснованным.

Такой вывод актуален и в настоящее время. По предложению «алюминиевых баронов», к сожалению, поддержанному и некоторыми учеными, с целью повышения мощности станций каскада предполагается (и уже предприняты для этого организационные шаги) увеличить амплитуду колебаний среднего уровня Байкала с 1 м до 1,5 м. В силу изрезанности береговой линии Байкала, площадь антропогенно регулируемой продуктивной зоны увеличится до почти 550 км² (более, чем в 1,5 раза) и составит уже не 30, а более 50%.

Пример отсутствия экономической и экологической составляющей очевиден и на примере строительства Новосибирской ГЭС. Отрицательное экологическое, антропогенное воздействие ее на окружающую среду очевидно — достаточно набрать воду из-под крана в новосибирском Академгородке. При этом станция никогда не давала более 10% электроэнергии в общем балансе Новосибирска. Так что в рассмотренных случаях, видимо, не требуется специальных оценок — позиция «зеленых» вполне оправдана.

---

[1] Галазий Г. И. Байкал в вопросах и ответах. Иркутск: Вост.-Сиб. кн. изд-во, 1987.

| Главная |Все о журнале |Свежий номер |Новости |Как стать автором |Подписка|
|Топ-Менеджеру |Архив |У Экоши |

630090, г. Новосибирск, пр. Академика Лаврентьева, 17
Тел./Факс (8-383)330-69-25, 330-69-35
eco@ieie.nsc.ru