Экономия топлива и энергии

Эффективность, с которой человек использовал энергетические источники, была очень низкой. Паровой двигатель, один из «краеугольных камней» Промышленного переворота, превращал в полезную мощность всего несколько процентов подаваемой в него энергии, а первые электростанции с паровыми турбинами тратили впустую 95% угля, который в них сжигался.

Пока топливо, а значит, и вырабатываемая энергия были дешевыми, с низкой эффективностью мирились. Когда же цены на уголь и нефть значительно возросли, во многих странах стали бережнее расходовать энергию и топливо, в особенности нефть и горючее, получаемое из нее [2]. Но системы выработки и потребления энергии сложны и инертны, и даже крупные капиталовложения приносят пока незначительные успехи в экономии топлива и энергии.

Запасы нефти истощаются. Кривые прогнозируют добычу нефти, исходя из двух оценок запасов нефти: 2,1 трлн. и 1,35 трлн, баррелей (1 баррель = 153 л). Оба прогноза предсказывают рост производства до конца XX в. с полным истощением запасов к 2100 г. Площади под кривыми соответствуют объему запасов нефти.

Потребление энергии. Топливо в основном идет на нужды домашнего хозяйства, для промышленных целей, для нужд транспорта и выработки электроэнергии [1]. Великобритания потребляла в 1972 г. энергию, эквивалентную 332 млн. т. угля, или немногим более 5 т угля в среднем на душу населения. Соответственно Франция расходовала 3,3 т угля на душу населения, ФРГ-4,5, Италия-2,3. Даже с учетом различий в объемах экономики указанных стран можно видеть, что Великобритания потребляет гораздо больше энергии на единицу промышленной продукции.

Промышленно развитые страны расходуют больше всего энергии для выработки электричества. Топливо расходуется иногда расточительно. Англия расходует около 350 млн. т условного топлива, эквивалентного углю, из них 30%-для выработки электроэнергии, 29%-непосредственно в промышленности, 17%- в жилых домах, 15%- на транспорт, 9%- для других нужд. Франция расходует энергетические ресурсы экономнее.

Повышение эффективности. Наиболее удобная форма энергии-электрическая-одновременно одна из наименее эффективных. Кпд паровых турбин на больших электростанциях вырос с 5% в начале века до 35% к середине 70-х гг. Это все еще означает, что 65% угля или нефти сжигается там впустую. Кпд Британской энергосистемы с учетом потерь при передаче энергии на расстояние составляет всего около 27%. В процессе вторичного преобразования электрической энергии в теплоту происходит дальнейшие небольшие потери, и общий кпд электрического отопления составляет 22% (кпд отопления природным газом или нефтью превышает 60%). Однако электрическая энергия находит применения, недоступные газу и нефти: с ее помощью работают различные бытовые машины и механизмы, электрофоны и телевизоры, она обеспечивает мгновенно включающееся, удобное освещение, не загрязняющее окружающую среду.

Делаются попытки повысить общий кпд при выработке электрической энергии. Одну из возможностей представляют теплоцентрали, которые тепло, ранее «выбрасываемое» силовыми электростанциями, направляют на обогрев квартир и промышленных предприятий. В идеале общий кпд при этом может достигать 75%. Реально же получаемые значения кпд центрального отопления составляют около 45%. Швеция первой осуществила комбинированное производство и использование электрической энергии и тепла. Город Вастерас с населением около 100 000 человек обеспечивается 600 МВт тепловой энергии и 300 МВт электрической энергии, производимыми одной теплоэлектроцентралью.

Работники электроэнергетической и транспортных отраслей промышленности всеми возможными средствами стараются экономить энергию. Но следует помнить, что значительное количество энергии (17%) используется для бытовых нужд.

Экономия энергии и загрязнение окружающей среды. Экономить энергию можно разнообразными способами. Если избегать сквозняков, вставить двойные оконные рамы, хорошо утеплить чердачные перекрытия и заполнить внутренние пустоты теплоизолирующим пенопластом, затраты энергии на отопление дома можно снизить вдвое [3]. Существенной экономии энергии мог бы способствовать переход от малоэффективных частных автомобилей к общественному транспорту, при этом один двигатель позволял бы транспортировать до 40 человек вместо трех-четырех. Немалую помощь оказывают технические усовершенствования во всех областях использования энергии, но наибольшую выгоду сулит широкое распространение в промышленности программ рециркулирования и комплексной утилизации отходящего тепла.

В жилых домах энергия тратится неэффективно из-за потерь тепла через стены, окна и крыши. Теплоизоляция и эффективное (предпочтительно центральное) отопление помогут экономить тепло. Жилой дом [А] не имеет теплоизоляции и отапливается малоэффективным открытым огнем угольного камина. В доме [Б] баки с холодной водой [1] и их трубопроводы теплоизолированы, кирпичи и черепица утеплены войлоком или бумагой [2], потолочные перекрытия проложены стекловатой [3]. Внешние стены спален [4] дополнительно теплоизолированы рядом черепицы. Камин [5] заблокирован, а комната обогревается электрокамином либо радиаторами центрального отопления. Дверь получила противосквознячное уплотнение [6], а окна-двойное остекление [7]. В гараже настлан деревянный пол [8], изолирующий помещение от фундамента; пустоты в стенах утеплены пенопластом [9].

Потребление и производство электрической энергии связано также с загрязнением окружающей среды, и в отдельных случаях экономия энергии вызвана непосредственно интересами защиты среды. Особенно сильно отравляют окружающую среду двигатели внутреннего сгорания. С точки зрения охраны здоровья желательно снизить количество соединений свинца, добавляемых к бензину [6], что способствовало бы снижению загрязнения окружающей среды свинцом. Но в современных высокоприемистых двигателях выгоднее использовать бензин с присадками соединений свинца: их удаление приведет к увеличению потребления топлива.

Автомобиль с бензиновым двигателем внутреннего сгорания имеет низкий кпд и загрязняет воздух выхлопными газами. Кпд двигателя внутреннего сгорания, работающего на водороде, выше, а загрязнение окружающей среды ничтожно. Автомобиль с бензиновым двигателем потребляет воздух [1] и бензин [2] и выпускает в атмосферу при выхлопе воздух [4], воду [5], оксиды азота [6], углерод [7], углекислый газ [8], угарный газ [9], соединения свинца (10) , сернистый газ (11), углеводороды (12), альдегиды [13]. Автомобиль с водородным двигателем потребляет воздух [1] и водород [3] и содержит в выхлопе только воздух [4], воду [5] и оксиды азота [6]. Опытные автомобили с водородным двигателем работают либо на жидком баллонном водороде, либо на гидридах металлов, разлагающихся при нагреве с выделением водорода.

Загрязнение городского воздуха снизилось за счет возросшего потребления электроэнергии, но это потребовало дополнительных затрат. Топливо, используемое на электростанциях для выработки пара для турбогенераторов, более эффективно могло бы вместо этого быть использовано для обогрева домов. Но это приводит к большему загрязнению атмосферы и дискомфорту. Поэтому тепловые электростанции обычно строят вдали от густонаселенных районов, чтобы отходящий дым мог рассеиваться с помощью высоких труб; это позволяет избежать опасных концентраций ядовитых газов и диоксида углерода в атмосфере. Коррозионные соединения серы могут быть «вымыты» из отходящих газов.