Д.М. Суворов, кандидат технических наук (Вятский государственный университет)
Энергия и энергоэффективность в современном хозяйстве
Использование человеком сил природы для удовлетворения и наращивания собственных потребностей характерно для всего антропогенеза, но наиболее бурными темпами оно расширяется на последних стадиях общественного развития, и особенно быстро — на индустриальной стадии.
Количественной мерой преобразования разных форм материального движения (как из одних в другие, так и в рамках тех же самых форм) во времени и в пространстве является, как известно, энергия. По отношению к хозяйственной деятельности людей энергопотребление выступает в форме использования человеком материального движения в некоторых исходных формах в процессах производства, транспортировки, связи и информации, обеспечения комфортных условий существования и отдыха и для других целей. При этом происходят не только чисто количественные, но и качественные изменения объектов и систем, представляющих собой источники первичной энергии, и они меняют либо свой энергетический потенциал (уменьшая его или лишаясь вовсе), либо физико-химическую форму (горение топлива, деление или синтез атомных ядер), то есть энергетические изменения всегда опосредуются материальными. Энергетические ресурсы — это запас носителей первичной энергии, доступных для извлечения и использования в рамках тех или иных технологий (как освоенных, так и разрабатываемых, и даже потенциально возможных). Напомним, что источники и соответствующие им ресурсы делятся на две категории: возобновляемые и невозобновляемые. Более условным является их деление на традиционные (освоенные в широких масштабах) и нетрадиционные (либо осваиваемые, либо пока нерентабельные для разработки). К невозобновляемым традиционным ресурсам относят ископаемое топливо (уголь, горючие сланцы, торф, нефть и газовый конденсат, природный и попутный газ), а также с конца XX века и ядерное топливо, а к возобновляемым — энергию воды и биомассу (дрова, отходы лесопереработки и т.д.). К нетрадиционным относят солнечную энергию, а также источники или ресурсы, используемые в ряде новых развивающихся направлений (например, в термоядерной энергетике, водородной энергетике).
Хозяйственное освоение человечеством энергетических ресурсов, начиная с применения мускульной силы животных, выдвигает три основные проблемы:
возобновления ресурсов или их исчерпаемости;
эффективности затрат труда, живого и овеществленного, требуемых для привлечения соответствующих ресурсов;
экологических последствий разработки, использования и возобновления (или исчерпания) энергетических ресурсов.
Последняя проблема с конца XX века включается в состав глобальной экологической проблемы, вытекающей из всей антропогенной деятельности, и трактуется разными исследователями как проблема устойчивого развития человечества («sustainable development»), лучшего будущего для грядущих поколений, обеспечения живучести цивилизации, глобальной коэволюции природы и общества, ноосферогенеза (см. работы Н.Н. Моисеева, в частности:Моисеев Н.Н. Расставание с простотой. — М.: Аграф. 1998, а также, например, статью: Поляков В.И. Неизбежность развития глобального экологического кризиса в XXI веке // Энергия: экономика, техника, экология. № 9. 2002.). К этой глобальной проблематике в той или иной степени примыкают две другие проблемы, причем первая из них имеет скорее природный характер, а вторая — скорее хозяйственный,экономический. В то же время ясно, что хозяйственная деятельность творится человеком в природной среде, и изменения этой среды, связанные как с потреблением ее ресурсов, так и с их преобразованием, не могут не отражаться и в характере, и в результатах, и в смысле, и в перспективах такой деятельности, и в ее целеценностных характеристиках. Рассмотрим три указанные проблемы более содержательно и с учетом их взаимосвязей.
Овладение любым энергетическим ресурсом и его использование требует затрат живого и овеществленного труда. Дополнительные затраты нужны для доведения ресурса до места непосредственного потребления и его переработки с получением конечного результата (продукта или услуг). В процессе преобразования ресурса он исчезает как таковой в месте своего первичного бытия (это называется освоением, производством или добычей первичного ресурса), при этом само материальное движение претерпевает обычно одну или несколько смен своей формы и в итоге принимает форму конечного потребления. В этой форме оно либо опредмечивается в соответствующем продукте или услуге, либо, наряду с этим, переходит в диссипативную (рассеянную в пространстве) форму, недоступную для повторного потребления. Если место и время освоения первичного ресурса и потребления конечного ресурса существенно разделены, то в процессе передачи движения во времени и пространстве часть ресурса расходуется. Кроме того, часть ресурса расходуется обычно также при смене форм движения. Затраченное при транспортировке и смене форм движения количество ресурса не исчезает вовсе, а переходит в формы, недоступные для использования, в основном в форму рассеянной теплоты (электромагнитного излучения), что обозначается термином «диссипация энергии». Возобновляемый ресурс (например, вода, поднятая на определенную высоту), утратив свой энергетический потенциал в процессе использования,затем может вновь его обрести, скажем, за счет энергии Солнца, поддерживающей круговорот воды в природе. Солнце обеспечивает возобновление и других ресурсов, которые могут или менять физическую форму в процессе их потребления (энергия дров и других видов биоресурсов), или не менять ее (энергия ветра, обеспечиваемая глобальной циркуляцией атмосферы). Что касается невозобновляемых ресурсов, то они либо утрачиваются безвозвратно в процессе своего потребления (например, запасы природного урана), либо их восстановление теоретически возможно, но темпами, в сотни и тысячи раз уступающими интенсивности их потребления. Это в первую очередь относится к запасам ископаемого топлива. И здесь важно отметить, что топливо при его потреблении приобретает другую химическую форму и преобразуется в вещества (золу, водяной пар, углекислый и другие газы), которые меняют состав земной коры, атмосферы и гидросферы. Кроме того, вещества, содержащиеся в составе топлива (углеводороды и др.), служат человеку в качестве сырья для производства разнообразных продуктов, и если использованию топлива в энергетических целях имеется множество равноценных альтернатив, то эффективность других видов химического сырья зачастую существенно уступает углеводородам нефти или газа.
Важным в экономике энергопотребления является понятие энергоэффективности. Энергоэффективность предполагает минимизацию расходования энергетического ресурса (первичного либо в той или иной преобразованной форме, например, в виде электроэнергии, энергии пара, горячей воды) при получении некоторого полезного эффекта (скажем, охлаждения продуктов до заданной температуры, освещения комнаты, обеспечения теплового комфорта в конкретном помещении, работы какого-либо устройства, например, телевизора). В ходе научно-технического прогресса, с одной стороны, уменьшается удельное энергопотребление приборов, улучшается тепловая изоляция, увеличивается холодильный коэффициент, создаются более эффективные осветительные приборы. С другой стороны, у людей возникают новые потребности и расширяются прежние, что приводит к росту энерго-потребления (появление новых бытовых устройств, таких как персональные компьютеры, увеличение площади квартир, персональная автомобилизация, большая транспортная подвижность). Что касается преобразования ресурса не в форму конечного продукта или услуги, в которой он опредмечивается, а лишь в промежуточную или конечную форму энергетического ресурса, то здесь энергоэффективность определяется как минимизация потерь энергии на всех этапах преобразования (как по форме движения, так и в пространстве или во времени). В сущности, говорить о потерях в этом случае терминологически не совсем верно, потому что на самом деле речь идет о затратах ресурса на преобразование формы и на доставку его к потребителю в нужное место и время. Понятно, что такие затраты не всегда и не в полной мере можно признать нецелесообразными, и их удается сократить организационными или техническими мерами, но для этого, как правило, требуется интеллектуальный и физический труд и капитал.
В конечном итоге эффективное энергопотребление характеризуется совокупностью и взаимодействием следующих ресурсов:
первичного (природного энергетического);
трудового, необходимого для овладения первичным ресурсом, его преобразования, транспортировки и обеспечения конечного потребления, в том числе интеллектуального ресурса, овеществленного в технологиях и части вовлеченных в процесс материальных ресурсов;
материальных ресурсов, включенных в процесс добычи, преобразования, транспортировки и потребления, в виде машин, механизмов, устройств, сетей, транспортных средств, технологических агрегатов, а также природных неэнергетических ресурсов.
Основная доля материальных и интеллектуальных ресурсов представляет собой овеществленный труд, реализованный в соответствующих технологиях. Однако для повышения эффективности процесса необходимо создавать и реализовывать новые технологии, а для этого нужно, в том числе, и увеличение капитализации энергопроизводства. Разные виды ресурсов и разные энергетические технологии требуют разного соотношения живого и овеществленного труда, приводят к различным экологическим последствиям (при реализации технологии). Результат реализации новых технологий выражается, как правило, в снижении расхода энергии на добычу, преобразование и потребление ресурса, а также в уменьшении экологического ущерба, но может быть связан с большими капитальными затратами на единицу конечной продукции.