7.5. Энергоэффективность и рентабельность

Несмотря на стремительное развитие энергетики, проблема энергоресурсов остается одной из основных для современного мира. Проблема обостряется еще и тем, что многие из используемых ныне энергоресурсов являются исчерпаемыми и невозобновимыми и будут полностью использованы человечеством уже в ближайшие 100 – 200 лет, а возможно и раньше. Для предотвращения глобального энергетического кризиса возможны две стратегии, которые дополняют друг друга. Первая – поиск и освоение новых источников энергии – будет рассмотрена в следующем разделе. Вторая – более экономное и рациональное использование традиционных, освоенных энергоресурсов – тема настоящего раздела.

Вторая стратегия предполагает, прежде всего, разработку и внедрение менее энергоемких технологий. Работы в этом направлении ведутся во всем мире и уже дали значительные результаты, но темпы развития даже энергосберегающих производства, транспорта и т.п. требуют все возрастающего количества энергии, т.е. сравнимы или даже опережают темпы развития энергетики. Важным аспектом для второй стратегии является более рациональное распоряжение уже существующими энергоресурсами даже при нынешних технологиях.

Для того чтобы оценить, насколько рационально и эффективно используется энергия, необходимо учитывать не только количество энергии, но и ее качество. Обычно выделяют четыре уровня качества энергии: очень высокое, высокое, среднее и низкое. В таблице 7.6 приведена характеристика различных уровней качества, а также наиболее целесообразные направления использования энергии различного качества. Источники высококачественной энергии отличаются высокой способностью производить полезную работу, большей степенью упорядоченности и обладают низкой энтропией. Источникам энергии низкого качества свойственны малая способность производить полезную работу, большая неупорядоченность и высокая энтропия. Например, общее количество низкотемпературного тепла, содержащегося в Атлантическом океане, значительно превышает количество энергии, заключенное во всех нефтяных месторождениях Саудовской Аравии. Но это тепло настолько рассеяно в океане, что мы не в состоянии его эффективно использовать. Рациональное использование энергии предполагает соответствие уровня качества энергии направлению ее использования. Это является необходимым условием снижения потерь энергии, которые в настоящее время весьма велики. Например, из всей производимой в США энергии теряется 84 % и только 16 % выполняет полезную работу. Из этих 84 % около 41 % теряется неотвратимо при рассеянии тепла в соответствии со вторым началом термодинамики, а потери остальных 43 % в принципе можно избежать. Причина потерь в том, что на пути от источника энергии до ее конечного использования энергия претерпевает целый ряд трансформаций, и на каждом этапе неизбежно происходят ее потери.

Таблица 7.6