ПОИСК Статьи Чертежи Таблицы Ценность энергии и материализованное знание из "Мировая энергетика и Евразийское энергетическое пространство " И учение об энергетических порогах, и теория технологических укладов дают последовательно углубляющиеся толкования волнооб-разности процесса роста энергопотребления (см. рис. 1.3) и вьщвига-ют интересные гипотезы о технологической основе происходящих изменений производственной и энергетической базы общества. [c.49] К сожалению, эти гипотезы носят преимущественно качественный характер и не дают достаточной основы для количественного изучения рассматриваемых явлений прежде всего потому, что сами энергетические пороги и технологические уклады пока не определены какой-либо мерой интенсивности их проявления, а имеют лишь описательные характеристики, привязанные к определенному временному этапу. [c.49] Попытка дать количественную оценку взаимосвязей в развитии энергетики и общества была предпринята в [10]. Для этого детально анализировалась структура производства первичных энергоресурсов в США, России и для мира в целом, т.е. изменение на протяжении последних 120-140 лет доли каждого вида первичной энергии в общем производстве энергоресурсов (см. рис. 1.9-1.11). [c.49] В начале этого периода, несмотря на все успехи промышленной революции, доминирующими энергоресурсами даже в передовых странах мира оставались дрова, мускульная сила животных и энергия воды, но их доля в общем энергопотреблении быстро падала. Это вызьгеалось отнюдь не исчерпанием лесных и кормовых ресурсов. Снижение доли дров и рабочего скота в общем производстве энергоресурсов еще долгие десятилетия сопровождалось ростом общих объемов их использования. Массовое применение угля вместо дров и паровых машин (работающих на том же угле) вместо рабочего скота и энергии воды было обусловлено их возможностями обеспечить более высокие мощности и температуры, а также, что особенно важно, на порядок большие концентрации потока извлечения энергоресурсов из природной среды. Только при этом удавалось удовлетворять быстро растущие потребности общества в энергии. [c.49] Переход на каменный уголь шел весьма болезненно. Тем не менее, как видно из рис. 1.9 и 1.10, уголь становится доминирующим энергоресурсом в США с 1885 г. и в России с 1932 г., а соответственно в 1910 и 1955 гг. его доля в общем производстве энергоресурсов достигает максимума 74 и 62%. [c.49] Потеря углем доминирующих позиций тоже не связана с ограниченностью его ресурсов. Определяющими здесь были качественные характеристики пришедших ему на смену нефти и газа, свойственная им (особенно на начальных стадиях разработки месторождений) высокая концентрация потока извлечения из недр, обеспечившая необходимые темпы и экономичность дальнейшего роста энергопотребления и энерговооруженности труда. [c.51] К настоящему времени из недр Земли извлечено до 20% потенциальных запасов нефти и около 10% запасов газа. При таких данных, очевидно, рано говорить о глобальном исчерпании этих природных ресурсов. И тем не менее максимум доли нефти в общем производстве энергоресурсов уже пройден, а по газу это ожидается в первые десятилетия XX века. В перспективе неизбежно вытеснение нефти и затем газа какими-то новыми энергоресурсами, вероятно, это будет энергия деления урана в тепловых реакторах, несмотря на широкое ее неприятие обществом после известных ядерных аварий. [c.51] Анализ фактического хода процесса освоения природных энергоресурсов позволяет сделать следующие основные заключения. [c.52] Материализованное знание как ключевое понятие, характеризующее не теоретические знания, открытия или изобретения, а их воплощение в совокупности действующих технологий, техники и навыков работы, было введено в [10] для объяснения закономерностей развития энергетики. При этом увеличение материализованного знания трактовалось как процесс замещения прежних технологий и техники качественно новыми, гораздо более производительными, но неизбежно уступающими затем место еще более совершенным. Именно этот процесс отчетливо виден в перестройках структуры производства энергоресурсов. [c.52] Темп роста (накопления) материализованного знания интерпретируется в [10] как произведение двух функций, количественно характеризующих изменения структуры производства энергоресурсов с учетом их качества. [c.52] В [10] установлена статистически устойчивая связь рассчитанных по (1.3) темпов роста материализованного знания с темпами роста энерговооруженности труда. Как видно из рис. 1.12, она стала проявляться для США и России соответственно с 1880 и 1895 гг., а для мира в целом - после 1950 г. Математическое ожидание соотношений темпов роста материализованного знания и энерговооруженности труда для США равно 0,2 для всего рассматриваемого периода. В царской России оно составляло 0,9 и затем монотонно снижалось в СССР в период с 1925 по 1955 гг., после чего стабилизировалось на уровне 0,45 вплоть до 1990 г. Для мира в целом эта величина после 1950 г. устойчиво равнялась 1,15. [c.53] Таким образом, информация, заключенная в процессе перестройки структуры используемых обществом первичных энергоресурсов (с учетом их качества), статистически закономерно обусловливает динамику одного из главных показателей взаимосвязи энергетики и общества - энерговооруженности труда. Но, как было показано на рис. 1.8, для США и России в тот же период наблюдалась линейная связь энерговооруженности и производительности труда. Поэтому показатель материализованного знания вероятно позволяет количественно связать линейной зависимостью измеримые физическими величинами показатели структуры и качества используемых первичных энергоресурсов с денежным выражением производительности общественного труда. [c.53] Один из вопросов вызван тем, что очень быстрый (по экспоненте) рост требований к качеству энергоресурсов, извлекаемых из природной среды, явно связан с характером роста энергопотребления. Сущность этой связи еще не раскрыта, но ее логическая основа может состоять в следующем. Быстро увеличивать абсолютные приросты энергопотребления удается только с помощью все больших концентраций потоков энергоресурсов из природной среды. Напротив, при замедлении роста энергопотребления (например, вследствие интенсификации энергосбережения) улучшение качественных характеристик используемых природных энергоресурсов может также замедлиться или даже приостановиться. При нулевых и отрицательных же приростах, т.е. при сохранении или сокращении размеров энергопотребления, вполне допустимо временное ухудшение качественных характеристик используемых энергоресурсов. Это неоднократно наблюдалось в период мировых войн, революций и депрессий. [c.55] Главный же вопрос связан с оценкой не только количества, но и качества (ценности) расходуемой человеком энергии. Использованные для этого в [10] показатели удельной теплотворной способности топлива характеризуют качество энергоресурсов, извлекаемых из природной среды. Даже из общих соображений ясно, что в конце XIX века и в течение всего XX века они росли намного медленнее, чем потенциал энергии, непосредственно используемой потребителями. [c.55] Проблема количественной оценки качества используемой энергии была сформулирована Умовым [30] еще в конце XIX века и прорабатывается в разных направлениях зарубежными [31, 32] и отечественными [33-38] специалистами до настоящего времени. [c.55] Наиболее продвинуты исследования относительной ценности тепловой энергии разного потенциала, химической и механической энергии [31, 32, 35, 38 и др.]. Теоретическую основу для них дает второй закон термодинамики, позволяющий определить количество эксергии, т.е. работы, которую может совершить рассматриваемая термодинамическая система при ее переходе в состояние равновесия с внешней средой. [c.55] исчисленная через показатель эксергии, будет в 10 раз меньше, чем во втором. Но и тепло с температурой 1000°С при таком подходе в свою очередь уступает на 18-20% химической энергии и на 22% любому виду механической энергии или электроэнергии. [c.56] Вместе с тем эксергия химической, механической и электрической энергии практически неразличима, т.е. этот подход не позволяет определить меру ценности одинакового количества энергии, развиваемой, скажем, упряжкой лошадей или ракетой, движущейся с третьей космической скоростью, атомным реактором или ядерным взрьшом. [c.56] Для учета этих различий Умов [30] еще в 1874 г. ввел понятие плотности потока энергии. Оно предусматривает, во-первых, векторное сложение плотностей потоков (т.е. отношений мощности к единице площади) всех форм энергии - электрического тока, потоков механической, химической и термической энергии. В 1988 г. уравнение Умова было дополнено потоками волновой энергии и радиации [36]. [c.56] Показатель плотности потока энергии учитывает величину электрического (разность напряжений), химического (функция Гибса) и термического (разность температур) потенциалов, скорости механического движения и потенциалы других форм энергии. Благодаря этому исчисление плотности потока энергии позволяет ввести количественную меру ценности энергии, которая различается на многие порядки в зависимости от величины этих потенциалов. В терминах плотности потока единица энергии, используемой для достижения третьей космической скорости, в 10 ° раз (на десять порядков ) ценнее того же количества энергии, развиваемого упряжкой лошадей, а ядерный взрыв по плотности потока энергии на 9-11 порядков пре-вьппает современный атомный реактор (см. табл. 1.5 и приложение). [c.56] Вернуться к основной статье