Биоэнергия: технология, термодинамика

ИСТОРИЯ ВОПРОСА ПОТРЕБЛЕНИЯ И СТОИМОСТИ ЭНЕРГИИ

Потребление энергии в Англии. Потребление энергии и экономиче­ский рост находятся в тесной связи [9, 12, 13]. Индустриализация тре­бует увеличения количества топлива с высокой теплотворной способ­ностью. Энергия должна быть дешевой и доступной как с точки зрения стоимости, так и с точки зрения требующихся затрат труда. Тип ис­пользуемой энергии может широко варьировать в зависимости от страны

и различных стадий экономического развития. Имеется достаточно дан­ных по потреблению энергии в Англии начиная с 1700 г. [4]. Несмотря на некоторые неопределенности в отношении самих данных, а также их интерпретации, мы можем отметить существование ясно выраженных тенденций. Данные, опубликованные в работе [4], а также статистиче­ские данные за 1981 г. [14] приведены на рисунке 1.

Потребление энергии возрастало на протяжении всего периода до 70-х годов нашего столетия, при этом в конце XIX столетия, а также в 50-х и 60-х годах его рост был особенно интенсивным. На рисунке 1 по­казаны виды топлива, использовавшиеся в этот период. В начале перио­да основным топливом служила древесина (древесный уголь); при этом следует отметить, что уголь использовали в обиходе начиная с XII века. В этот период важную роль играли также такие источники энергии, как вода и ветер. В течение XVIII столетия древесина стала очень дорогой, была разработана технология использования угля в сталелитейной про­мышленности, и древесина уступила место углю. В XIX столетии стала использоваться нефть, сначала в качестве топлива для морского и на­земного транспорта, а затем во все больших масштабах — для общих целей. В 60-х годах нефть вытеснила уголь, став основным источником энергии в Англии. Хотя водные источники энергии также существовали, они были незначительными и В 70-е годы уступили место природному газу и ядерной энергии. Характер потребления первичной энергии в Англии в настоящее время представлен в таблице 6.

Энергия и экономический результат. Зависимость между потреб­лением энергии и экономическим развитием Англии показана на ри­сунке 2 [6]. Потребление энергии на единицу выпускаемой продук­ции варьировало, при этом максимум приходится на период индустриа­лизации конца XIX столетия. Затем наблюдалось уменьшение этого отношения, что говорит о повышении эффективности использования энергии. Вопрос об отношении энергии к валовому внутреннему про­дукту привлек значительное внимание, так как во многих странах с ростом благосостояния увеличивалось потребление энергии. Получила распространение концепция эластичности энергии, или изменения потреб­ления энергии в зависимости от изменений экономической активности. После завершения индустриализации в большинстве стран, по-видимому, установилась постоянная и аналогичная степень эластичности энергии [15, 16]. Однако за последнее десятилетие в развитых странах рост цен на топливо, возможно, вызвал сокращение расходов энергии по наиме­нее важным статьям [17]. В Великобритании за последние годы отно­шения ’’энергия/валовой внутренний продукт” и энергетические коэф­фициенты были неустойчивы [18]; это происходило, возможно, в ре­зультате отхода от энергоемкой промышленной технологии.

Современные стадии экономического развития отдельных стран ха­рактеризуются громадными различиями. В странах с низким доходом наблюдается небольшое потребление энергии (рис. 3). Что касается ис­торических тенденций, то страны, находящиеся на стадии индустриали­зации (т. е. страны со средним доходом и индустриальные страны с не­рыночной экономикой[1]), характеризуются меньшим выходом продук­ции на единицу использованной энергии, чем индустриальные страны с рыночной экономикой. На основании рисунка 3 можно сделать вывод, что в менее развитых странах стоимость энергии с точки зрения затра-

1700 1800 1860 1920 1975 Годы

Д Энергия/чвл. |^| Выпуск/чеп. ^ Энергия/выпуск

Рис. 2- Энергия и экономический результат.

ченного человеческого труда более віьісокая, чем в развитых странах. Хотя это более очевидно для таких видов топлива, как уголь и нефть, имеющих международное значение, это также верно для древесины, ко­торую можно использовать не только как топливо. В таблице 7 дается примерный расчет среднего количества человеко-часов, необходимого для оплаты 1 ГДж энергии; расчеты даны по четырем типам стран. Для древесины, угля и нефти издержки приняты равными соответственно 0,9; 1,1 и 4,33 долл, на 1 ГДж.

Стоимость энергии. Мы теперь перешли к стоимости потребляемой энергии. В краткосрочном плане этот вопрос более острый, чем вопрос нехватки или избытка энергии. Если брать средние показатели за дли­тельный период, т. е. за десятилетия или столетия, то можно сделать вы­вод, что энергия постепенно становилась дешевле. Для устранения влия­ния инфляции стоимость энергии может быть выражена в единицах экви­валентных товаров и успуг [12]. В период между 1920 и 1970 гг. цены на сырую нефть снизились в 7 раз (в пересчете на эквивалентные това­ры и услуги — рис. 4); фактическая же стоимость нефти в этот период составляла 1 — 3 допл. за баррель [19]. Издержки в угольной промыш­ленности в течение XX столетия, несмотря на повышение эффективности производства, во многих районах не выдерживали конкуренции с из­держками в нефтяной. В послевоенные годы как в США, так и в Велико­британии нефть стала основным источником энергии. На рисунке 5 по­казан переход от использования угля к использованию нефти в Велико­британии в 60-е годы. Предпочтение, отдаваемое нефти, было связано с ее более ценными, чем у угля, физическими свойствами, а также с от­носительно низкой ценой. Аналогичная картина наблюдалась в XVII веке в отношении цен на древесину и уголь [4]. История замены одного вида топлива другим представляет особый интерес, так как, возможно, мы •"Живем в период, когда нефть будет заменена другой формой энергии. Будет ли это ’’возобновляемая” или ядерная энергия — зависит от таких

Рис. 4. Стоимость сырой нефти в 1920-1970 гг.

Рис. 5. Уголь и нефть в Великобритании.

факторов, как цена и удобство использования, которые сыграли свою роль в прошлом.

Нефтяной кризис. История использования энергии и ее стоимости будет неполной, если не упомянуть события последних 10 лет. Хорошо известны два скачка цен на нефть, вызванных нефтяным картелем, с последующим спадом и избытком нефти. Цены на нефть в промышлен­ности Великобритании в период 1970—1980 гг. представлены на рисун­ке 6. Хотя за этот период наблюдался poet всех цен, как это видно из динамики индекса розничных цен, рост цен на нефть и уголь был наи­более существенным. Именно в результате указанных повышений цен, а также прогнозов относительно дальнейшего роста цен и истощения углеводородных видов топлива в 90-х годах возник и продолжает расти интерес к использованию возобновляемых видов энергии.

Являются ли события последних 10 лет только временным отклоне­нием в истории потребления энергии, или они предвещают фундамен­тальные изменения в ценах на энергоносители? Вопрос очень важный. Несмотря на то что в развитой стране доля валового национального продукта, приходящаяся на энергетические ресурсы, является неболь­шой (например, в США она составляет около 5 % - экстрагирование, подготовка и переработка топлива [9]), обычно считается, что для эко­номического роста необходим избыток дешевой энергии. Если явления прошедшего десятилетия являются временными, то в итоге будет найден вариант замены подорожавших видов топлива более дешевыми. В ряде стран уже наблюдался отход от использования нефти. В Англии нефть была частично заменена природным газом. Во Франции предпочтитель­ным вариантом стала ядерная энергия. Однако, если доступность более дешевых видов топлива представляет собой только временное явление, мировая экономика может испытать серьезные затруднения [20, 21]. Биоэнергия может быть дешевым (а может, и не таким дешевым) видом топлива, конкурирующим с обычными видами, но может быть и доро­гостоящим видом, конкурирующим с другими дорогостоящими видами топлива в условиях уменьшающегося объема валового национального продукта. Вероятно, первый вариант является более благоприятным для биоэнергии, так как уменьшение валового продукта означает снижение спроса на все виды энергии, включая биоэнергию. Это контрастирует с точкой зрения, высказываемой сторонниками биоэнергии, что век био­энергии наступит благодаря все большему подорожанию ископаемых видов топлива.