Энергосбережение

Оптимальное решение энергетических проблем заключается в повышении энергоэффективности. Этого можно добиться тремя путями:

• уменьшение потребления энергии за счет изменения методов ее расхода. Например, путешествовать на короткие расстояние пешком или на велосипеде, отдавать предпочтение общественному транспорту и т.д.;

• повышение энергоэффективности за счет выполнения той же работы с меньшими энергозатратами. Например, улучшать теплоизоляцию домов, следить за состоянием автомобилей, переходить на использование более эффективных систем отопления, электроприборов, ламп и т.д.

• экономия энергии при росте производительности за счет разработки более энергоэффективных приборов.

Повышение эффективности электроэнергетики позволяет продлить срок использования невозобновимого ископаемого топлива, увеличивает время перехода к неисчерпаемым и возобновимым энергетическим ресурсам, уменьшает зависимость от импорта нефти и укрепляет глобальную и национальную военную и экономическую безопасность.

Лучшим способом энергосбережения на транспорте является совершенствование двигателей (современные модели позволяют осуществлять пробег до 50 км/л); увеличение доли общественного транспорта (рис.22) и более экономные перевозки грузов.

Рис.22. Эффективность энергопотребления различных видов транспорта (потребление энергии в тысячах британских тепловых единиц на человеко-милю)

Д ругим реальным способом экономии энергии является повышение энергоэффективности промышленных и жилых зданий, т.к. большинство зданий во всех странах, в том числе и развитых, потребляют большинство энергии, чем необходимо. Утечки дорогостоящего тепла могут составлять до 85% (рис.23).

Рис.23. Утечки тепла из типичного американского дома

Самые жесткие в мире стандарты энергоэффективности зданий имеют Швеция и Южная Корея. Например, средний дом в Швеции, являющейся мировым лидером по экономии тепла, потребляет только треть энергии по сравнению со средним американским домом того же размера.

Имеется большое количество вариантов повышения энергоэффективности зданий. Например, совершенствование световых проемов. Промышленность освоила выпуск окон с двойными стеклами, разделенными воздушной прослойкой, толщиной 0,6 см. Их теплопроводность в два раза ниже, чем у окон с одинарным стеклом. Внедрена технология нанесения на внутреннюю поверхность стекла, обращенную к воздушной прослойке в окнах с двойными стеклами, пленочного покрытия с пониженной отражательной способностью. Благодаря этому их теплопроводность стала в три раза ниже, чем у простых окон. Покрытие такой пленкой второго стекла и заполнения пространства между стеклами аргоном позволяет уменьшить теплопроводность уже в 4 раза.

Дальнейшие перспективы создания “суперокон” связывают с изменением состава среды, заполняющей пространство между стеклами. Вакуумирование или использование аэрогеля дает возможность уменьшить теплопроводность окон в 6-10 раз. Ведутся также исследования светочувствительных окон и стекол с электронной регулировкой прозрачности.

Каждый может разработать индивидуальный план сбережения энергии. Четыре основных положения плана этого сбережения:

• не используйте электроэнергию для отопления дома и нагревания воды;

• позаботьтесь о хорошей теплоизоляции здания, замажьте щели, чтобы не было сквозняков;

• для отопления максимально используйте природные возможности – особенно энергию солнца, а также деревья для ослабления ветра;

• покупайте самые энергоемкие модели автомобилей и бытовых приборов, учитывая не только первоначальную стоимость, а затраты на их эксплуатацию в течении всей жизни.

Например, рациональное освещение В США на освещение расходуется 25% потребляемой электроэнергии. По оценкам лаборатории им. Беркли, преобразование электричества в наиболее совершенных установках позволяет сэкономить 80-90% электричества, используемого при освещении. Специалисты института EPRI полагают, что этот показатель составит 55%. В частности, компактные флюоресцентные лампы потребляют на 75-85% меньше электроэнергии, чем лампы накаливания, они в 4-5 раз долговечнее газонаполненных ламп накаливания и в 9-13 раз – вакуумных ламп накаливания. Более высокая начальная стоимость флюоресцентных ламп намного перекрывается обеспечиваемой ими экономией электричества и сокращением расходов на их установку (замена перегоревших ламп требуется куда реже).

Энергосбережение даже в бытовых масштабах может способствовать уменьшению загрязнения природной среды. Замена одной лампы накаливания мощностью 75 Вт с долговечностью 10 тыс. ч. позволяет сэкономить электроэнергию, для выработки которой на обычной американской ТЭС требуется сжечь 3500 кг угля. В результате в атмосферу не попадает 723 кг углекислого газа и 8 кг двуокиси серы, которые внесли бы вклад в парниковый эффект и кислотные дожди. Такая замена была бы эквивалентна экономии 222 кг нефти – количества, достаточного, чтобы в автомобиле проехать 2400 км.

Экономия энергии в промышленности.

В промышленно развитых странах Запада и Японии при увеличении объема выпускаемой продукции происходит уменьшение потребления энергии. Это достигается благодаря внедрению более производительных технологий и капиталовложениям в энергосберегающие технологии. Потребители также способствовали данному процессу, поощряя выпуск менее энергоемкой продукции. В 1971-1986 гг. количество энергии для выпуска 1т стали или 1 кг полиэтилена сокращалось в США на 1,5 и 2% в год соответственно (потребление топлива снижалось ежегодно на 3% при сохранении уровня выработки электроэнергии). В целом потребление энергии уменьшилось в США в указанный период на 1% в год при ежегодном приросте промышленного производства на 2 %.

В развитых странах на долю промышленности приходится 40% потребления энергии, более половины которого связано с переработкой сырья. Резервы энергосбережения здесь весьма невелики: даже на наиболее современных заводах при осуществлении базовых технологических процессов расходуется в 4-6 раз больше энергии, чем это минимально определяется термодинамическими законами.

Снижение энергопотребления на Западе достигается путем оптимизации стоимости процессов, повышения их качества и внедрения принципиально новых методов производства. Первый из этих способов заключается в замене несовершенного с точки зрения энергопотребления оборудования при повышении стоимости энергии. Совершенствование технологических процессов позволяет сократить энергопотребление на 1-2% в год, как правило, вследствие уменьшения отходов. Принципиально новые технологии способны быстро обеспечить существенную экономию энергии (внедрение в середине 60-х годов способа получения полированного стекла непосредственно из жидкой фазы полностью исключило расход энергии на полировку стекла).

Оптимизация энергопотребления любого промышленного процесса состоит в его расчленении на ряд элементов и сравнении теоретически необходимого на их осуществление количества энергии с реально затрачиваемым, после чего определяются элементы процесса, в ходе которых происходят наибольшие потери подводимой энергии на совершение бесполезной работы. Если это является, например, результатом разности температур между тепловым технологическим потоком и хладогентом, то сохранение энергии может достигаться путем уменьшения разности этих температур, в частности благодаря использованию более совершенных охлаждающих устройств. Однако решение о внедрении таких устройств зависит также от соображений экономического характера.

Рациональное природопользование - это деятельность, обеспечивающая экономную эксплуатацию природных ресурсов и наиболее эффективный режим их воспроизводства с учетом перспективных интересов развивающегося хозяйства и сохранения здоровья людей.

Чтобы создать необходимую продукцию и получить энергию, человек находит и добывает природные ресурсы, перевозит их к месту переработки, производит из них предметы, которые использует в виде средств производства или в виде готовых изделий, т. е., человек вовлекает природные ресурсы в ресурсный цикл.

Ресурсный цикл - совокупность превращений и пространственных перемещений вещества (или группы веществ) на всех этапах использования его человеком: выявление, подготовка к эксплуатации, извлечение из природной среды, переработку, превращение в продукцию, возвращение в цикл. Слово "цикл" предполагает замкнутость процесса.

Рис. 15. Схема ресурсного цикла

На каждом этапе ресурсного цикла неизбежны потери природного ресурса (либо вследствие особенностей технологии, либо по объективным причинам).

В природе сырье пребывает в наименее растворимой (наименее активной) форме: металлы - в виде малорастворимых оксидов или сульфидов, фтор - в виде фтора кальция или фосфатов. При участии человека образуются твердые, жидкие и газообразные отходы, которые находятся в активной форме и губительно воздействуют на все живое.

Поэтому необходимо в основу природопользования положить замкнутые ресурсные циклы, которые подсказаны самой природой.

Например, в лесной экосистеме ресурсный цикл следует осуществлять с комплексом мероприятий по сокращению потерь древесины и повышению коэффициента полезного действия ее использования, снижающих объемы и площади вырубаемых лесов, а также способствующих их интенсивному самовосстановлению.

Сельскохозяйственные земли не способны к самовосстановлению. Собирая урожай, человек удаляет с поля значительную часть созданного органического вещества, на построение которого израсходованы минеральные компоненты почвы. В результате организмы-деструкторы не получают материала для разложения и минерализации. В подобной ситуации экосистема может быстро прекратить свое существование. Человек должен замыкать круговорот, что означает: посев семян и рассады, внесение в почву органических и минеральный удобрений, обеспечение растений водой.