Показателем энергоэффективности является отношение количества полезной энергии на выходе системы ко всей полезной энергии на входе.

Энергоэффективность зависит также от соответствия каче­ства энергии качеству выполняемой работы.

Для выполнения различных видов работы может применяться энергия разного качества. Чтобы горел свет, работали электродви­гатели, электронные приборы, двигались автомобили и летали самолеты, требуется высококачественная концентрированная энер­гия. А для отопления жилых и других помещений можно ис­пользовать менее качественное низкотемпературное тепло (ме­нее 100 °С). Необходимость в высококачественной концентри­рованной энергии для поддержания жизнедеятельности городов и всего современного общества, потребует рано или поздно раз­работки способов концентрации энергии низкого качества.

Но, пока недостаточно разработаны технологии концентра­ции энергии, можно использовать и низкокачественную энергию для «низкокачественных» работ.

Пассивные системы могут улавливать первичную солнечную энер­гию, сохранять ее и использовать для обогрева зданий и нагре­вания воды без каких-либо дополнительных механизмов. Примером может служить хорошо изолированный герметичный дом с тройны­ми оконными рамами, обращенными к солнцу, и использование камня, цемента или воды в таких домах для накопления и затем медленной отдачи тепла. Специально спроектированные и устанав­ливаемые на крышах зданий коллекторы также могут концентриро­вать прямую солнечную энергию для нагревания воды и внутренних помещений. Особые солнечные аэотоэлементы могут непосредственно преобразовывать солнечную энергию в электрическую.

Коэаэфициенты полезного действия различных по качеству видов энергии могут резко различаться в зависимости от выполняемых работ.

Глава 3. Энергия в экосистемах

Сравним энергоэффективность обогрева хорошо изолированно­го дома за счет прямой солнечной энергии, поступающей через обращенные к солнцу окна, и энергоэффективность обогрева за счет электроэнергии, выработанной АЭС и поступающей к дому по линии электропередач и превращенной затем в низкотемпе­ратурное тепло (рис. 3.13).

Рис. 3.13. Энергоэффективность обогрева дома за счет солнечной энергии и за счет электроэнергии АЭС (по Т. Миллеру, 1990, с изменениями)

Глава 3. Энергия в экосистемах

Анализ рис. 3.13 показывает, что чем больше ступеней в процессе преобразования энергии, тем больше ее превращается в бесполезное рассеянное тепло, тем меньше показатель эфаэектив-ности ее использования, т. е. практический коэффициент полез­ного действия.

Превращение высококачественной энергии, извлекаемой из ядерного топлива, в тепловую энергию с температурой в несколь­ко тысяч градусов и затем - в низкокачественное низкотемператур­ное тепло (на уровне 20 °С) для обогрева дома - чрезвычайно расточительный процесс. Использовать эту энергию для обогрева домов все равно, что стрелять из пушек по воробьям. Солнечная же энергия, поступающая естественным путем, может дать в дан­ном случае необходимое количество тепла без больших его по­терь в окружающую среду.

Прямая солнечная энергия - это один из наиболее эффектив­ных и дешевых способов отопления зданий, применяющийся тысяче­летиями.

Однако прямую солнечную энергию нельзя применять для получения высокотемпературного тепла для нужд промышленного производства и транспорта. Чтобы использовать солнечный свет для этих целей, его нужно сконцентрировать на гелиоустановках (гр. helios - солнце). В этом случае эффективность использования энергии будет очень низкой, так как, чтобы принять и сконцен­трировать в определенном месте слабый по интенсивности поток солнечной энергии, необходимо много денег и высококачествен­ной энергии топлива для добычи, обработки и перевозки мате­риалов, используемых для создания громадных антенн, фокуси­рующих зеркал, труб и прочего оборудования, не считая затрат интеллектуальной энергии на разработку проектов.

Эффективность использования того или иного энергоносите­ля для различных видов работ зависит также от его доступности и удаленности от потребителей. Так, использование нефти пока довольно рентабельно, так как в основном она поступает из богатых и легкодоступных месторождений (Саудовская Аравия и

Глава 3. Энергия в экосистемах

другие районы Среднего Востока). Когда эти источники истощат­ся, цены на нефть возрастут, так как ее придется добывать из менее богатых, глубоко залегающих месторождений или в суро­вых отдаленных районах (Арктика, Аляска, Северное море и др.). Потребуется гораздо больше денег и высококачественного топлива на ее добычу и доставку потребителям. Рентабельность использования такой энергии упадет.

На рис. 3.14 приведены коэффициенты рентабельности для различных видов энергии, используемых в разных целях.

Рис. 3.14. Коэффициенты рентабельности энергии при различных видах работ (по Т. Мил­леру, 1990, с изменениями)

Если бы специалистов попросили перечислить три устройства с наибольшими потерями энергии, они, вероятно, назвали бы

Глава 3. Энергия в экосистемах

следующие: 1) лампы накаливания (потери 95 %), 2) машину с двигателем внутреннего сгорания (теряется 90 %) и 3) АЭС, используемую для обогрева зданий и воды (теряется 90 %).

При разработке будущей стратегии в стране и в мире в целом необходимо руководствоваться важнейшим прин­ципом - использовать энергию такого качества, которое соответствует выполняемой работе.

Горючие ископаемые и атомная энергия должны идти в основ­ном на поддержание механизмов, требующих высококачествен­ной энергии (самолетов, космических кораблей, автомобилей и др.); не следует их тратить в котельных и печах там, где обогре­вать дома может Солнце. Запасы нефти и угля сохранятся дольше и позволят выиграть время для разработки технологий получения высококачественной энергии.

Одновремено необходимо разрабатывать меры по сохранению как количества, так и качества энергии. Сохранение количества энергии - обычная экономия энергии, т. е. искусство сбережения, снижения утечек, потерь и др. Сохранение качества энергии - это задача устранения ее деградации, потерь рассеивающегося тепла.

Энергию высокого качества нельзя использовать вторично, но можно замедлить потери тепла в окружающую среду при трансфор­мации высококачественной энергии в низкокачественную, т. е. сберегать ее эксергию. Например, плохо изолированный дом в холодное время теряет тепло с такой же скоростью, с какой оно производится. Напротив, герметичное здание может удерживать тепло от нескольких часов до трех-четырех суток. Снижение температуры - эксергоразрушительный процесс, а рециркуляция теплоты - эксергосберегающий.

В некоторых административных зданиях тепло, излучаемое свети­льниками, компьютерами и другими приборами, аккумулируют и направляют на отопление при холодной погоде или на охлаж­дение воздуха при жаркой погоде. Тепловые выбросы промыш­ленных предприятий и станций можно использовать для обогрева зданий, теплиц, прудов. Подсчитано, что если при эксплуатации

Глава 3. Энергия в экосистемах

всех паровых котлов в США станет использоваться выбрасывае­мое тепло, то будет получено столько же электроэнергии, сколько могли бы произвести от 30 до 200 электростанций (в зависимости от технологии), работающих на ядерном топливе или на угле. Это значительно снизило бы стоимость электроэнергии.

Дата добавления: 2015-07-20