ВОЗОБНОВЛЯЕМЫЕ ИСТОЧНИКИ ЭНЕРГИИ

ТЕМПЫ ЭНЕРГОПОТРЕБЛЕНИЯ

Темпы преобразования человеком энергии из одного её вида в другой в течение веков непрерывно возрастают. Так, в древние времена человек не умел использовать даже энергию огня. Он получал энергию исключитель­но через пищу, поглощая в день приблизительно 2000 ккал, что соответствует мощности 100 Вт. Значительно позже, когда люди стали пользоваться огнем, энергетическое потребление увеличилось примерно до 300 Вт в расчете на од­ного человека.

В Месопотамии (4000 г. до н. э.), где люди занимались примитивным сель­ским хозяйством, впервые стали использовать энергию животных для транспор­тировки полезных грузов и подъема воды. Солнечная энергия стала применяться хтя сушки зерновых культур и для изготовления строительных материалов из глины. Таким образом, энергетическая мощность, которую стал потреблять для «.воей жизнедеятельности человек, увеличилась примерно до 800 Вт в расчете на одного человека.

Идея о возможности получения полезной энергии с помощью ветра, воды и огня известна с древних времен. Так, энергию ветра стали применять для пла­вания на небольших парусных лодках еще за 3000 лет до н. э. А первые упомина­ния о простейших ветряных мельницах относятся к 100 г. н. э. Около 300 г. н. э. с..тряные мельницы получили широко распространение в Персии, тогда как в Европе и Китае их начали использовать гораздо позже.

К тем же временам относится описание простейших паровых двигателей, которые предположительно тогда же использовались для привода механических устройств. Витрувиус (Vitruvius), известный римский архитектор, инженер и ав­тор книг, издававшихся во времена героев Александрии, описал принцип работы водяной турбины, которую применяли для подъема воды, шедшей на орошение полей. Вместе с тем, поскольку в древние времена энергетические технологии были достаточно примитивными, люди преимущественно довольствовались собственной силой и силой мышц животных.

К 1200 г. мощность используемой человеком энергии увеличилась до 2 кВт. Это было связано с разработкой новых технологий ведения сельского хозяйства, с использованием каминов для обогрева жилых помещений в зданиях, с изоб­ретением новых технологий производства строительных материалов, а также с активным использованием энергии ветра и воды. Потребление энергии челове­ком стало расти высокими темпами.

На рис. 1.2 представлена оценка изменения мощности, которую использо­вал человек для своих нужд с течением времени. Основанные на этих данных результаты оценки изменения темпов использования энергии человеком пред­ставлены на рис. 1.3. Хотя точность приведенных данных, очевидно, не явля­ется высокой, однако с большой степенью уверенности можно утверждать, что обшая тенденция роста характеристик вполне достоверна. Так, до XIX в. темпы

1.5. Темпы энергопотребления -1г 21

роста использования энергии оставались практически постоянными (менее 1 % в год), после начала промышленной революции темпы роста энергопотребления получили огромное ускорение, и сейчас их увеличение даже вызывает опреде­ленное беспокойство.

Одной из основных движущих сил, приведшей к такому резкому уве­личению темпов потребления энергии в XX в., стала относительно низкая цена нефти, однако после энергетического кризиса 1973 г. нефть стала силь­но дорожать. До кризиса 1973 г. её цена была всего 2-3 долл. за баррель, в 2000 г. уже 10 долл. за баррель, а в 2008 г. её цена превысила 100 долл. за баррель и, по прогнозам экспертов, в недалеком будущем может превзойти 200 долл. за баррель.

Уже в середине прошлого века наступило понимание того, что быстрое ис­черпание мировых запасов дешевой нефти может вызвать глобальный экономиче­ский кризис. В 1954 г. была учреждена Организация стран-экспортеров нефти (ОПЕК), которая формировалась не как картель для извлечения максимальной прибыли от продажи нефти, а как организация, созданная для «предотвращения хищнического потребления нефти и гарантирующая её разумное гуманное рас­пределение в течение времени, необходимое для создания экономики на основе возобновляемых источников энергии».

Одной из главных задач ОПЕК является регулирование цен на нефть с целью стимулирования развития мировой экономики при одновременном сокращении темпов потребления нефти.

В последние годы важным фактором, стимулирующим рост потребления не­фти и цен на нее, стало бурное развитие экономики некоторых развивающихся стран (Китай. Индия и др.). Вместе с тем среднедушевое потребление энергии пока остается в мире неравномерным. Как иллюстрирует рис. 1.4, 72 % населения Земли потребляет в среднем не более 2 кВт/чел. мощности, тогда как 6 % насе­ления индустриально развитых стран потребляет более 7 кВт/чел. мощности.

Представленные данные энергопотребления стран достаточно хорошо соот­носятся с их валовым национальным продуктом (ВНП). Оценки показывают, что в среднем на каждый доллар произведенного ВНП приходится около 2,2 Вт мощности, или около 70 МДж энергии в год. Следует отметить, что «энерге­тическая стоимость» доллара изменяется год от года. Сильное влияние на этот показатель оказывают энергетические и финансовые кризисы, в результате ко­торых «энергетическая пена» доллара резко уменьшается.

Промышленное развитие стран, если использовать прогрессивные техноло­гій эффективного преобразования энергии и энергосбережения, не обязатель­но должно сопровождаться значительным увеличением среднедушевого уровня энергопотребления. Так, в США и в Европе удельное (в расчете на одного жите - тя) энергопотребление в последние десятилетия практически не возрастает. Это

связано прежде всего с изменением характера структуры основных производств и изготавливаемой продукции. Так, в США тяжелая промышленность (произ­водство стали и пр.) в конпе прошлого века выводилась за пределы страны, тогда как высокотехнологичные и относительно малоэнергоемкие отрасли (электро­ника и генная инженерия) переживали бурный рост.

Технологические инновации во многом направлены на более эффективное использование энергии. Примерами могут служить лучшее утепление домов, ве­дущее к сокращению затрат энергии на отопление, повышение КПД двигателей с соответствующим увеличением пробега автомобилей при том же суммарном потреблении бензина. При этом все более широкое применение альтернатив­ных источников энергии снижает потребности в ископаемом топливе для нужд энергетики и промышленности. Так, этанол, который получают из сахарного тростника, может служить отличным автомобильным топливом. Использование термоядерных реакторов, возможно, в будущем также приведет к сокращению потребности в традиционном топливе.

Разработка и создание более эффективных устройств преобразования энер­гии не дает мгновенного результата в экономии энергии — требуется достаточно длительное время для их широкого внедрения. Реакция экономики на иннова­ционные нововведения имеет значительную временную инерцию. Рассмотрим это на примере автомобильного рынка. Резкое повышение цен на бензин вызва­ло интерес к более эффективным автомобилям. Однако спрос на них вырос не
мгновенно, поскольку автовладельцы еще длительное время продолжали ездить на старых автомобилях. В результате сокращение потребления автомобильного топлива началось лишь много лет спустя, когда значительная доля парка авто­мобилей была заменена новыми, более эффективными.

Инвестиции в новые технологии дают эффект от разработки и создания бо­лее перспективных и эффективных систем со значительной временной задерж­кой. Оценить характерные времена задержек позволяет исследование функции проникновения на рынок (market penetration function), более подробно рассмат­риваемой в § 1.7.