Введение

Введение

Динамика развития экономики конкретной страны, региона формирует результаты постепенных (эволюционных) изменений в обществе и природе. При этом показателем данных изменений является уровень энерговооруженности жизни.

Именно этим непреложным условием развития общества определяется настоятельная необходимость рационального расхода энергии, снижения её удельных затрат во всех сферах человеческой деятельности. Это направление получило название - энергосбережение.

Исходя из определения понятия энергосбережения как комплекса мер, направленных на эффективное использование энергии, возникает требование ограничения возможностей использования материальных ресурсов внешней среды, если речь идет о так называемых невозобновляемых первичных источниках энергии в виде органических минеральных горючих.

Вполне понятно стремление многих стран в современных условиях к максимальному использованию, но на новых принципах, возобновляемых источников энергии - ветра, солнца, биомассы и т.д. Использование их позволит уже сегодня решить массу экологических проблем, что создает предпосылки к резервированию для потомков части запасов ископаемых топлив (если при этом их еще и не будут вывозить за рубеж), в том числе и для неэнергетических потребностей: производства химических продуктов, лекарств, всевозможных препаратов.

Один из результатов энергосбережения - прямое снижение в несколько раз затрат на ускорение темпов постоянных поисков источников энергии, их освоения.

Топливно-энергетический комплекс (ТЭК) дает практически до сих пор от трети до половины всех валютных поступлений в страну, что способствовало обеспечению существования общества как в ситуации «за-

6

стоя» советской эпохи, так и в условиях кризиса и снижения объемов производства. Но все это не может продолжаться сколько угодно долго, поскольку энергоемкость промышленного производства и социальных услуг и так оказалась в несколько раз выше общемировых показателей; это делает нашу жизнь недопустимо энергорасточительной, а нашу продукцию неконкурентоспособной не только на мировом, но и на внутреннем рынке. Судите сами: только менее одной трети добываемых топливноэнергетических ресурсов идет в конечном итоге на обеспечение прямых и косвенных энергетических услуг населению. Еще одна треть сырьевых ресурсов идет на экспорт, а остальная безвозвратно теряется в самой системе энергопоставок, не давая при этом никакого полезного эффекта для конечного потребителя - населения. Особенно сложное положение в регионах, где практически отсутствует топливная промышленность.

Нашему обществу необходима выработка новых принципов соответствия между ростом материального производства, необходимым уровнем энергообеспечения жизни и поддержанием достаточного экологического ресурса (воды, воздуха, почвы). Это направление становится главной задачей обеспечения устойчивого развития общества в соответствии с Концепцией перехода Российской Федерации к устойчивому развитию.

Данные задачи не решить только за счет повышения квалификации специалистов и руководителей энергетических и ряда других смежных специальностей. Здесь требуется участие всех слоев общества. Необходимо понимание обществом следующих условий роста благосостояния населения:

•в любой стране, даже самой богатой энергоресурсами, требуется их рациональное использование, и тем более экспортирование, с целью сохранения запасов топлива для будущих поколений;

•в то же время рост благосостояния населения возможен в условиях увеличения расхода энергии, роста ее душевого потребления.

7

Для обеспечения роста благосостояния в обществе данные противоречия можно преодолеть только за счет освоения широкими слоями населения основ культуры потребления энергетических ресурсов. Культура эта

– в обязательном выполнении ряда энергетических ограничений в своей повседневной жизни. Цель подобных ограничений - повышение энергоэффективности использования наших природных ресурсов в интересах нынешнего и будущих поколений.

Разумеется, масштаб и вид используемых энергоисточников определяется финансовыми возможностями каждого конкретного потребителя, независимо от того, юридическое или физическое это лицо. Однако каждый может и должен научиться управлять снижением спроса на энергию, понять необходимость расходования как можно меньшего количества энергии и использования ее без ущерба своему благосостоянию, т. е. более эффективно.

Оборотной стороной стереотипа, что «Россия – неисчерпаемо богатая страна», стало расточительство всех и во всем. В этих условиях государство попросту не сможет развиваться, даже при устойчивых показателях роста благосостояния большей части населения. Происходит переход к новому типу отношений: все затраты на энергию, товары, услуги будут оплачивать в конечном итоге не их производители, а потребители, т. е. каждый из нас, и по ценам, которые могут постоянно расти.

Одно из направлений формирования нового мышления энергопотребления – это включение в образовательные программы всех уровней курса по энергосбережению. Авторы надеются, что предлагаемое учебное издание будет способствовать формированию определенной системы знаний в области энергосбережения у самого широкого круга читателей.

Авторы благодарят за содействие и помощь в подготовке к изданию рукописи сотрудников кафедры «Энергосбережение», кафедры «Атомная энергетика» УГТУ-УПИ, ОАО «Свердловэнерго», Уральского отделения Российской инженерной академии и др.

8

1. Энергия

Энергия – общая количественная мера различных форм движения материи

1.1. Энергетические эпохи

Различные этапы в развитии энергетики определяются господствующими источниками энергии и зависящей от них энерготехникой [1].

Эпоха мускульной энергетики. Источником энергии служила химическая энергия пищи, превращающаяся в мускульную силу человека, а позже и прирученных животных. Тепло солнца, а затем и огня использовалось для обогрева и бытовых нужд – приготовления пищи, выплавки металлов и т.п. В этой эпохе следует выделить период, когда мускульная сила приумножалась с помощью простых механизмов – рычага, ворота и т.п., а также период, когда огонь стали получать искусственно – трением. Последние достижение следует считать принципиально важным в истории развития человечества. Кроме того, в течение этой эпохи так называемые невозобновляемые энергоресурсы накапливались. Так продолжалось примерно до VIII - Х веков.

Эпоха механоэнергетики. Длилась она до XVIII века. В этот период человек стал дополнительно использовать механическую энергию возобновляющих энергоресурсов – энергию речной воды и ветра. Для этих целей использовались водяные колеса и ветряные крылья. Человек получил в свое распоряжение силы, во много раз превосходящие его собственные и силы домашних животных.

Развитие техники получения огня, использование печного отопления позволили человеку заселять холодные климатические районы Земли.

Энергетические ресурсы в эту эпоху полностью восстанавливались, а окружающая среда оставалась практически в первозданном виде.

9

Эпоха химической теплоэнергетики. Она еще не закончилась.

Главный источник энергии во многих странах – это химическая энергия, выделяющаяся при сгорании органических ископаемых: каменного угля, нефти и т.д. А основная движущая сила - энергия пара или газов, возникающая в тепловых двигателях. Принципиальное отличие этой эпохи – человечество уничтожает ресурсы, доставшиеся ему как результат процессов, протекавших на Земле миллионы лет и имевших своим первоисточником энергию Солнца. Все это сопровождается загрязнением окружающей среды продуктами сгорания и отходами производства. Возникает проблема создания экологически чистых производств. Появляется ядерная энергетика, опять же на невозобновляющихся энергоресурсах. Но синдром Чернобыля, возникший после крупной аварии на одной из АЭС Украины 26 апреля 1986 г., резко замедлил темпы развития этого вида энергетики.

Загрязнение, в том числе и радиационное, окружающей среды начинает тормозить развитие традиционных энергетических технологий. Остро встает вопрос создания альтернативной энергетики на возобновляющихся энергоресурсах и одновременном переходе к эпохе сбалансированной энергетики на возобновляющихся энергоресурсах. Если такое состоится, человечество сумеет жить в состоянии динамического равновесия, потребляя столько энергии, сколько можно получить при использовании возобновляющихся энергоресурсов (солнечного излучения, движения воды, ветра и т.п.), возможно и энергии термоядерных топлив. В соответствии с вырабатываемой энергией и производимым с ее помощью продовольствием население Земли будет обеспечиваться бытовой, производственной, культурной и другой техникой. Окружающая среда также должна быть приведена в состояние динамического равновесия, т. е. должна полностью восстанавливаться, это и есть эпоха сбалансированной энергетики. Но пока это в значительной мере фантастика, чем объективная реальность. Основные выводы ХV конгресса Мирового энергетического совета, состоявшегося в 1992 г.:

10

•органические топлива останутся основой энергообеспечения; их абсолютное потребление возрастет при любых реалистичных сценариях. Не просматривается ни одного нового источника энергии, по крайней мере, на ближайшие 30 лет;

•в этих условиях первоочередной задачей мирового сообщества является повышение эффективности использования природных энергетических ресурсов, без чего невозможно будет в перспективе решать глобальные проблемы обеспечения устойчивого энергоснабжения и охраны окружающей среды.

Иными словами, в обозримом будущем на состояние динамического равновесия между промышленным производством и окружающей средой можно надеяться только через энергосбережение, рациональное ресурсопользование.

К настоящему времени сложилась определенная теория технологических укладов в мировой экономике [2 – 3].

Технологический уклад можно определить как соответствующую экономическую эпоху, обусловленную уровнем развития энергетики, который позволяет реализовать возможности сформированных на этот период ресурсных, технико-технологических, информационных, транспортных

иорганизационно-финансовых систем.

Всоответствии с наиболее распространенной концепцией [2] отсчет времени при анализе процессов технологической динамики принято начинать с периодов первой промышленной революции в Англии, когда, по мнению авторов, устанавливается современный темп техникотехнологического развития.

Дадим самую краткую характеристику этих укладов.

Первый. Период существования – 1770 – 1830 гг. Основа – текстильная промышленность, текстильное машиностроение, выплавка чугуна, обработка железа, строительство каналов. Энергетическая база – водяной двигатель (колесо).

11

Второй. Период существования – 1830 – 1880 гг. Основа – железнодорожное строительство и транспорт, машино- и пароходостроение, угольная, станкоинструментальная промышленность, черная металлургия. Энергетическая база – паровой двигатель.

Третий. Период существования – 1880 – 1930 гг. Основа – электротехника, тяжелое машиностроение, производство и прокат стали, линии электропередач, неорганическая химия. Энергетическая база – электрический двигатель, развитие электросвязи.

Четвертый. Период существования – 1930 – 1980 гг. Основа – ав- томобиле-, тракторостроение, цветная металлургия, производство товаров длительного пользования, синтетические материалы, органическая химия, производство и переработка нефти. Энергетическая база – электроэнергетика на основе паровых и газотурбинных, ядерных установок; двигатели внутреннего сгорания, ракетная техника.

Пятый (современный). Период существования – с 1980 г. по настоящее время. Основа – электронная промышленность, вычислительная оптико-волоконная техника, программное обеспечение, телекоммуникации, роботостроение, добыча и переработка газа, информационные услуги. Считаем, что следует добавить – постоянный рост использования бытовой, офисной энергоемкой техники. Энергетическая база практически сохраняется прежней, но с некоторыми отступлениями и неопределенностями – частичный отказ от атомной энергетики, снижение разведанных запасов невозобновляемых энергоресурсов (нефть, газ), трудности в освоении возобновляемых источников энергии.

Если исходить из ранее приведенного определения технологического уклада, то независимо от того, какой он в настоящее время по счету, пятый или восьмой (есть и такие раскладки), развитие его и тем более смена вряд ли возможны в целом в масштабах мировой экономики ввиду возникновения явных энергетических ограничений.

12