Энергетика сегодня и завтра

Например, при изготовлении автомобиля тратится электроэнергия на привод станков и транспортеров, на сварку, электронагрев и компрессоры, вырабатывающие сжатый воздух. Тепло разного потенциала расходуется в кузнечных термических цехах, при отоплении и вентиляции. Все остальное прибывает со стороны. Так, тонколистовой металл привозят с металлургического завода, и потому в энергетических затратах на создание автомобиля он не учитывается.

А ведь на самом деле и этот лист металла — «сплошная» энергия. Проследим путь его создания. На прокатном стане из толстолистового металла был получен тонкий лист, а еще раньше на другом стане стальную заготовку прокатали в толстый лист. При этом тратилась энергия на двигатели прокатного стана, подогрев заготовок, общецеховое освещение, вентиляцию. Стальная заготовка пришла из мартеновского цеха, где в печи расходовалась электроэнергия, кислород для переплавки чугуна. Энергия тратилась и на этапах, предшествовавших загрузке руды в доменную печь, начиная с добычи исходного сырья, которая тоже не обошлась без энергоемких взрывных и экскаваторных работ.

А ведь мы пренебрегли такими боковыми ответвлениями энергетической цепочки, как прокатные станы, транспорт для перевозки, мартеновские и доменные печи, шахты, экскаваторы, которые внесли свой «вклад» в создание тонкого металлического листа для автомобиля.

Проследим, как создавалось любое оборудование от экскаватора до мартена и доменной печи, и убедимся, аналогично случаю с тонколистовым материалом, что источником всего является энергия.

Значит, любой изготовленный нами предмет — это как бы «материализованная» энергия. Конечно, для создания вещи нужен также физический труд человека и, главное, его интеллект. Но поскольку доля физического труда в настоящее время очень мала, то любые созданные людьми вещи и материалы можно измерять в энергетических единицах, потраченных на их производство.

По-видимому, именно этот факт дал основание экологу Говарду Одуму дать своей книге название «Энергетический базис человека и природы». Во введении к ней он пишет: «Энергия — всеобщая основа, источник и средство управления всеми природными ресурсами, базис культуры и всей деятельности человека… Тема этой книги — роль энергии в управлении нашей жизни, экономикой, международными отношениями, нормами жизни и ценностями культуры». Согласно Одуму даже эмоции и эстетические ценности во многом связаны с характером энергетических процессов, с наличием или отсутствием энергии.

Не впадая в крайности, к которым склонен иногда Г. Одум, нельзя не признать, что ценность каждой вещи можно измерять не только в денежных, но и в энергетических единицах. Во многих случаях такой «энергетический» счет оказывается очень полезным.

В среднем энергетическая ценность продукции промышленности СССР равна около 10 тысяч килокалорий на рубль. Понятно, что для разных отраслей эта величина может отличаться в десятки раз: в легкой промышленности она всего 1500 килокалорий на рубль товаров, а в черной металлургии — до 30–40 тысяч килокалорий. Да и внутри отрасли для каждого вида продукции величина энергетической ценности может быть совсем разной. Существуют обширные таблицы, в которых приводится энергетическая ценность различных продуктов.

Знакомясь с этими таблицами, наглядно осознаешь, что для сбережения энергии необходимо в равной степени экономить как тепло, электроэнергию, бензин, дрова, так и металлы, пластмассы, удобрения или просто струйку воды, текущей из крана. Ведь часто всего один потерянный килограмм какого-либо вещества означает потерю не одного, а нескольких килограммов топлива. Так, на производство килограмма химических волокон или пластмасс нужно истратить 5–10 килограммов топлива.

Умение сопоставить каждой единице оборудования, винтику, кубометру бетона, метру кабеля свою величину энергетической ценности помогает совершенствовать проектируемую энергетическую или технологическую установку и выбирать наилучший вариант.

Предположим, нужно сконструировать газотурбинную установку с наиболее высоким энергетическим КПД. Обычно с помощью термодинамических расчетов выявляют, при каком сочетании параметров (температура, давление, степень сжатия газа) КПД принимает наибольшее значение.

КПД во многом зависит от площади поверхности регенеративного теплообменника — чем она больше, тем выше КПД. Где же остановиться? Ведь чем выше КПД, тем больше размер теплообменника, а значит, и его стоимость. Сейчас в большинстве таких случаев переходят от термодинамического анализа к денежному, стоимостному.

К сожалению, из-за многочисленных и порой серьезных недостатков в ценообразовании это не всегда приводит к выбору действительно лучшего варианта. Полный же энергетический анализ надежнее. Он служит хорошим дополнением к денежному. Зная энергетическую ценность оборудования, можно уточнить термодинамическую оценку КПД, которую нужно только дополнять по мере введения в схему нового оборудования или изменения его размеров.