Теорема естественного отбора.

В процессе эволюции организмов возникают многочисленные приспособления против деструктивного влияния внешних воздей­ствий — приспособления, саморегуляции. По И. П. Павлову, орга­низм — в высшей степени саморегулирующая система, сама себя поддерживающая, восстанавливающая, направляющая и даже совершенствующая. Разнообразие форм поведения, а следовательно, и способность к саморегуляции зависит от богатства внутренних свя­зей: чем меньше их в системе, тем не менее у нее возможных форм поведения. Вместе с тем саморегуляция осуществляется лишь в тех случаях, когда в организм поступает информация из внешней среды, т.е. саморегуляция в своей основе является приспособительной реак­цией. Так как способность к саморегуляции — свойство, несомненно, противодействующее возрастанию энтропии, поступление и перера­ботка внешней информации — способ борьбы с ростом энтропии.

А как действуют энергоэнтропийные закономерности при есте­ственном отборе? В 1930 г. Р. Фишер вывел «основную теорему есте­ственного отбора», в соответствии с которой в ходе эволюции живых организмов возрастает способность использовать жизненные ресур­сы, что неизбежно выражается вроете организованности органичес­кого мира. Эта теорема, по существу, равноценна закону эволюции живых систем, сформулированному с помощью теоремы Пригожина уже в последние годы. Об этом говорилось выше.

Согласно теореме Фишера, более активные особи, лучше использу­ющие ресурсы внешней среды для роста, жизни и размножения, вытес­няют в процессе смены поколений менее активных особей.

Более устой­чивые особи, т.е. лучше противостоящие различным вредным влиянием, также вытесняют путем преимущественного размножения менее ус­тойчивых особей. В обоих случаях более упорядоченные формы орга­низации с более низким уровнем энтропии вытесняют менее упорядо­ченные формы организации с более высоким уровнем энтропии. Иными словами, в процессе естественного отбора повышается информаци­онное содержание органического мира, степень его организованнос­ти. Приспособленность представляет собой биологическую форму организации.

Академик В. А. Энгельгард считает, что пока математические ас­пекты теории информации еще не находят отчетливых приложений к анализу элементарных основ жизненных явлений. Однако имеют­ся основания предполагать, что благодаря универсальности прин­ципов этой тории дальнейшее ее развитие откроет возможности для такого рода приложений, которые будут все расширяться и углуб­ляться.

Действительно, попытки связать энергоэнтропию информации с биологией делаются. Так, К. С. Трипчер продемонстрировал это на примере анализа функционирования одноклеточного организма — эритроцита, который обладает способностью хранить, преобразовы­вать и передавать информацию. Другие ученые пытались перевести на энергоэнтропийный язык генетический код.

1925 г. Академик С. Г. Струмилин утверждал, что энергия челове­ка самая дорогостоящая. Она в денежном выражении обходится при­мерно в 10 раз дороже равного ей количества энергии лошади и в 30 раз — механической энергии.

20-е гг. Это годы бурного промышленного подъема. А энергии, особенно преобразованных ее видов, не хватало (электроэнергия и др.). В ряде стран вновь вернулись к ветрякам, но уже к ветроэлектродвигателям.

В начале XX в. подобными работами занимались и русские уче­ные Н. Е. Жуковский и В. П. Ветчинкин. Интересно, что при расче­тах и испытаниях подтвердились многие интуитивные находки ста­рых мастеров-самоучек.

Н. Е. Жуковский разработал теорию быстроходного ветродвига­теля и заложил научные основы создания высокоэффективных вет­родвигателей, которые были построены в 1918г. его учениками.

Первая в мире ВЭС мощностью 8 кВт с инерционным аккумуля­тором энергии была построена в нашей стране в Курске в 1929-1930 гг. по проекту изобретателя А. Г. Уфимцева и профессора и В. П. Ветчинкина. А в 1931 г. уже была сооружена ВЭС мощностью 100 кВт, которая в довоенный период давала энергию в электрическую сеть Севастополя.

Заводы по сухой перегонке соломы появились в Америке в 20-е гг. XX в. Мелко изрезанную солому пропускали через сильно нагретые трубы, получая при этом 358 м³ горючего газа из каждой тонны сы­рья. Интересно, что температура во время перегонки поддерживалась за счет получаемого горючего газа и дополнительных источников энергии не требовалось, то есть технология, выражаясь современным языком, была энергосберегающей.

В 1931 г. известный немецкий ученый Ф. Бергиус продемонстри­ровал на съезде химиков в Америке добывание из соломы каменного угля.

Целлюлозу, выделенную из соломы, Бергиус смешал с водой и поместил эту смесь в герметичном закрытом сосуде в расплавленный свинец. Через 24 часа сосуд извлекли из свинца, откупорили, выпус­тили скопившиеся газы, а содержимое вылили и охладили. Затвер­девшая масса по всем свойствам почти не отличалась от каменного угля.

Безусловно, даже в наше время превращение соломы в каменный уголь в промышленных масштабах обошлось бы слишком дорого. Но в другие виды топлива солому можно перерабатывать весьма ус­пешно, и технологии этих процессов разработаны достаточно давно и в настоящее время в ряде стран успешно используются.

Например, сельскохозяйственные отходы можно превратить не только в газообразное, но и жидкое топливо, главным образом, в спирты — метиловый и этиловый, которые можно с большим успе­хом добавлять к бензину. Ведь октановое число метилового спирта 106-114, а этилового — 111,4, тогда как у лучших марок бензина этот показатель, как известно, равен 93-95.

По использованию спиртового топлива первое место в мире с дав­них пор прочно занимает Бразилия. Это обусловлено целым комп­лексом факторов: сильной зависимостью страны от импорта нефте­проводов (80% потребности), наличием в ней больших земельных площадей для возделывания энергоносителей, избытком дешевой рабочей силы.

В настоящее время в Бразилии примерно 1,2 млн. автомобилей ис­пользуют в качестве горючего смесь, состоящую на 80% из бензина и на 20% из спирта.

Именно этим обстоятельством и вызвано появление такой своеоб­разной отрасли сельского хозяйства, как «энергетическое растениевод­ство». Для этой отрасли отводят земельные площади, на которых и выращивают специально подобранные «культуры-энергоносители» — сахарный тростник, маниок, рис, кукурузу. Ведь технология получе­ния спирта из этих культур известна уже на протяжении сотен лет.

В настоящее время развитие промышленной отрасли «энергети­ческое растениеводство» вполне реально и в России. Некоторые при­меры даны в разделе «Домашняя энергетика».

30-е гг. С начала 30-х гг. в ряде стран (США, Италия, Япония, Швейцария) сооружаются опытные теплонасосные установки (теп­ловые насосы). Дальнейшие этапы развития тепловых насосов:

— с 1947 г. началось массовое применение круглогодичных кон­диционеров, которые представляют собой реверсивные (обратимые) теплонасосные установки;

— с 1972 г. подобные агрегаты мощностью в несколько киловатт стали использоваться для отопления жилых домов и особенно широ­ко в сельском хозяйстве ряда стран (США, Германия и др.).

Период стимулирования роста расхода энергии.

Начиная с 30-х гг. в большинстве стран, в том числе и в России, сложилась ситуация, когда наличие достаточного количества энер­гии, как для промышленного производства, так и для обеспечения общества, позволило большинству государств реализовать на прак­тике политику, стимулирующую увеличение расхода энергии.

Покажем это на примере двух крупнейших государств.

В США это подтверждается следующими обстоятельствами:

1. Отпуск по низким ценам и без ограничений электрической энергии федеральными организациями, такими, как Управление по раз­витию водного энергетического и сельского хозяйства долины реки Теннеси, Энергетическое управление в Бонневилле, а также Админи­страция сельской электрификации.

2. Контроль над ценами на природный газ, выходящий из сква­жин под напором, в тех случаях, когда разрабатываются крупные газовые месторождения.

3. Ввоз значительных количеств иностранной нефти, особенно после 1970г.

Результаты осуществления таких мер способствовали экономичес­кому росту и процветанию США. Несмотря на существование неко­торых причин для эффективного использования энергии и энергосбе­режения, расход энергии США в прошлом характеризовался таким же «расточительством», которое практиковалось в отношении това­ров широкого потребления.

В СССР сложились такие условия, что фактически никто не был заинтересован в рациональном использовании и экономии топлив­но-энергетических ресурсов в народном хозяйстве:

цены на топливо и энергию были значительно ниже действитель­ных народнохозяйственных издержек на их дополнительное произ­водство (по газу и нефтепродуктам в 2-2,5 раза, по углю — в среднем в 2,5-3 раза, по отдельным шахтам до 10 раз).

Кроме того, было немало характерных системных причин:

— неудовлетворительное состояние системы контроля и учета рас­ходования топлива и энергии;

— слабая экономическая заинтересованность трудовых коллекти­вов в экономии из-за низкой доли энергетической составляющей в себестоимости продукции (3-7%);

— отсутствие единой технической политики в области энергосбе­режения;

— недостаточное количество высококачественного энергосбере­гающего оборудования и др.

Как тут не вспомнить высказывание Г. М. Кржижановского о том, что в современном промышленном производственном процессе «обо­рот вещества» не только неразрывно связан с «оборотом энергии», но и все в большей степени вытесняется последним.

Другой особенностью этого периода было зарождение, а затем и бурное развитие ядерной техники, в том числе и ядерной энергетики. Многие специалисты были уверены, что в начале XXI в. Потребность человека в энергии будет удовлетворяться главным образом за счет ядерных источников энергии.

Энергоресурсы ядерных топлив деления (в основном урана) при «сжигании» их в реакторах на медленных нейтронах, где они исполь­зуются только на 0,2-0,3%, соизмеримы с энергоресурсами нефти. Поэтому надежды возлагались на применение в XXI в. в 20-30 раз более эффективных реакторов на быстрых нейтронах, гибридных ядерно-термоядерных реакторов (в которых нейтроны, выделяющи­еся при неполной термоядерной реакции, делят ядра урана, тория или плутония), а позже — термоядерных реакторов, работающих только на дейтерии — тяжелом водороде, запасы которого в морской воде считаются почти неисчерпаемыми.

Соответственно эту эпоху предполагалось делить на три периода:

1. Ядерной энергетики деления на медленных (тепловых) нейтро­нах.

2. Ядерной энергетики деления на быстрых нейтронах.

3. Термоядерной энергетики.

Транспорт предлагалось переводить на вторичные источники энер­гии, вырабатываемые с помощью ядерных: водород, жидкие горю­чие, получаемые из каменного угля, электрохимические аккумулято­ры и т. п.

Загрязнение окружающей среды в эту эпоху будет тормозить раз­витие энергетики. Использование ядерных реакторов деления ставит проблему надежного захоронения или удаления за пределы Земли радиоактивных продуктов реакции. С применением термоядерных реакторов возникают не менее сложные проблемы: 1) извлечение из морской воды более 10-20% содержащегося в ней дейтерия может вызвать глобальные катастрофы из-за понижения уровня вод в Ми­ровом океане и нарушения водного обмена и 2) выделение тепла в количестве более 5% энергии падающего на Землю солнечного излу­чения (данные академика Н. И. Семенова) приведет к глобальным катастрофам из-за таяния льдов Арктики и Антарктики; вследствие этого предполагалось, что будут вводиться определенные ограниче­ния на мировое производство энергии.

У современников есть возможность самим оценить реальность этих прогнозов. Но тем не менее ядерная энергетика (проблемы ядерного оружия мы здесь, естественно, не рассматриваем) развивалась в XX веке исключительно активно.

1942 г. В США пущен первый ядерный реактор.

1946 г. То же самое произошло в СССР.

Кратко принцип работы реактора. Деление ядер происходит в активной зоне реактора, в которой сосредоточено ядерное топливо, и сопровождается значительным количеством энергии. Ядерные ре­акторы различают:

— по энергии нейтронов, вызывающих деление ядер (ядерные ре­акторы на тепловых, быстрых и промежуточных нейтронах);

— по характеру распределения ядерного топлива (гомогенные и гетерогенные);

— по используемому замедлителю (графитовые, водо-водяные и др.);

— по назначению (энергетические, транспортные и др.).

В настоящее время ядерные реакторы наиболее широко использу­ются для выработки электроэнергии на атомных электростанциях (АЭС), в ядерных силовых установках атомных судов, для воспроиз­водства ядерного топлива.

1956 г. Первая в мире АЭС мощностью 5 МВт была введена в СССР 27 июня 1954 г. в г. Обнинске. На АЭС тепло, выделяющееся в ядер­ном реакторе, используется для получения водяного пара, вращаю­щего турбогенератор.

В 1985 г., предшествующему Чернобыльской трагедии, во всем мире установленная мощность атомных электростанций (нетто) со­ставляла — 251 ГВт (251000МВт), или 10,4% от общей установлен­ной мощности электростанций в мире (нетто). Работает на Белоярской АЭС (Свердловская область) энергетический блок с реактором на быстрых нейтронах.

50-60 гг. Практически единственной страной в мире, которая не поддалась эйфории доступности и избыточности энергии, оставалась Япония.

В 1947 г. Япония и Россия имели практически одинаковую энер­гоемкость национального дохода и практически равный уровень пос­левоенного разрушения, промышленного потенциала.

К настоящему времени в Японии минимальная энергоемкость ва­лового внутреннего продукта (ВВП). Что касается России, то энерго­емкость ВВП выше среднемирового уровня в 3-4 раза, а по отдель­ным видам продукции в 6-7 раз по сравнению с японскими показателями.

1956 г. В этот год было введено понятие «эксэргия». Этот термин был весьма популярным, очень широко использовался в самых различных научных исследованиях, поэтому приведем здесь одно из из­вестных толкований этого явления.

Сразу же при появлении первых тепловых двигателей многие об­ращали внимание на то, что невозможно использовать всю подве­денную к рабочему телу энергию. Большая часть энергии при работе любого двигателя в лучшем случае используется на тепловое загряз­нение окружающей среды.

Заметив это, Р. Клаузиус в 1865 г., Ф. Массье в 1869 г. и Д. У. Гиббс в 1875 г. сформулировали понятие свободной энергии системы, кото­рое стало широко известным из статьи Г. Гельмгольца (1882 г.) и по­лучило название термодинамического потенциала Гельмгольца.

Свободная энергия системы F = U - TS — это часть ее внутренней энергии U, которая может быть превращена в любую немеханичес­кую работу W при постоянном объеме системы и постоянной темпе­ратуре Т, равной температуре окружающей среды. Такие процессы происходят в гальванических элементах, где химическая энергия пре­вращается в электрическую работу, при фазовых превращениях и т.д. (т.е. когда механическая работа не совершается).

Внутренняя энергия систем состоит из двух частей U= (U-TS ) + TS, из которых одну F = U - TS можно превратить в работу, за что ее и называют свободной, а другую TS — нет, за что ее называют свя­занной.

Максимальная работа, которую система может совершить при постоянной температуре и постоянном объеме, должна быть равна уменьшению свободной, а не полной энергии системы:

W*_max = -ΔF = -ΔU + T ΔS.

Совершается максимальная работа только в идеальных, нереаль­ных обратимых процессах.

Действительная работа, производимая системой в реальных, нео­братимых процессах, всегда меньше максимальной на величину необра­тимых потерь тепла в окружающую среду TΔS_H , где ΔS_H — увеличе­ние энтропии системы вследствие необратимости процесса:

W*_d=-ΔF – TΔS_H = -ΔU + TΔS – TΔS_H < W*_max.

В изотермически-изобарных (при постоянных температуре и дав­лении) процессах работа совершается за счет уменьшения свободной энтальпии — полной энергии системы, складывающейся из внутрен­ней энергии U и внешней запасенной механической (упругостной) энергии pV, где p — давление окружающей среды (например, атмосферное), а V— объем системы. Свободную энтальпию называют так­же потенциалом Гиббса. Если обозначить энтальпию l = U + р V, то свободная энтальпия будет равна G= l - TS. В этих процессах, проте­кающих, например, в топливных элементах, при парообразовании и т. д., максимальная и действительная работы будут соответственно равны:

W^*_max = -ΔG; W^*_Д = -ΔG – TΔS_H < W^*_max..

Величины свободной энергии и свободной энтальпии определя­ют, как мы видели, исходя из равенства температур системы и окру­жающей среды — из изотермичности процесса. Поэтому, как и энер­гия, эти потенциалы являются функциями состояния системы, т.е. их изменение в процессе не зависит от его характера, а определяется лишь разностью конечного и начального значений.

Однако в реальных условиях температуры системы (например, продуктов сгорания в цилиндрах автомобильного двигателя перед расширением) и среды обычно различны. Поэтому в конце XIX в. француз Ж. Гюи и чех А. Стодола ввели новое понятие, учитываю­щее это различие, — технической работоспособности, или максималь­ной технической работы, которую может совершить система при пе­реходе из данного состояния в состояние равновесия с окружающей средой, включающее и выравнивание температур. В 1956 г. Р. Рант подобрал для этой величины название, созвучное «энтропии», — «эк-сергия», часть же, не превращающаяся в работу, была названа «анер­гия».

Закон Гюи-Стодолы гласит: потеря эксергии из-за необратимос­ти процессов равна произведению температуры окружающей среды на сумму приращенной энтропии всех тел, участвующих в исследуемых процессах, — TΣΔS_Hi. Таким образом, эксергия зависит от температу­ры окружающей среды, а потому, строго говоря, не является функци­ей состояния системы, хотя ее условно и принимают за таковую.

Следовательно, если полная энергия идеальной системы склады­вается из свободной энергии и связанной энергии, то полная энергия реальных систем делится на эксэргию и анергию. Из сказанного выше ясно, что в одних и тех же условиях эксергия всегда меньше свобод­ной энергии, а анергия всегда больше связанной энергии.

Из 2-го закона следует, что во всех необратимых процессах эксер­гия уменьшается, превращаясь в анергию, а в обратимых процессах она остается неизменной. Значит, в отличие от энергии, которая, строго говоря, не может «расходоваться» и «теряться» по закону сохране­ния ее (допускающего лишь переход энергии из одной формы в дру­гую), эксергия, характеризуя запас работоспособности системы, по мере совершения последней работы или при протекании других нео­братимых процессов всегда уменьшается, расходуется. Это позволи­ло ввести, например, эксергетический коэффициент полезного дей­ствия: двигателей — отношение использованной для получения движения эксергии к подведенной и теплообменных аппаратов — от­ношение эксергии теплоносителя на выходе к его эксергии на входе. В результате получается, что в отличие от энергетического КПД, на­пример, автомобильных двигателей, равного 25-40%, эксергетичес­кий КПД достигает 80-90%, и, наоборот, у паровых котлов первый равен 92-96%, а второй — 50-60%. Эксергетический КПД лучше от­ражает действительную эффективность рабочего процесса, посколь­ку показывает, какая часть работоспособности продуктов сгорания была использована в двигателе для совершения работы, а в паровом котле — для получения пара с параметрами его входа в турбину, т. е., например, с температурой порядка 500°С — в 4 раза более низкой, чем в автомобильном двигателе.

Эти достоинства эксергии сделали ее чрезвычайно популярной в качестве критерия оценки эффективности тепловых машин и аппара­тов. Однако иногда забывают, что эксергетический баланс позволя­ет учесть потери лишь из-за необратимости процессов, а это не все­гда является главным. Так, при сравнении теоретических циклов реальных тепловых машин, все процессы которых принимаются об­ратимыми, с идеальным обратимым циклов Карно эксергетический КПД всех их равен 100%. При использовании же тепла для нужд (плав­ки металлов, выпарки, сушки и т.п.) запас работоспособности тепло­носителя — его эксергия — не имеет прямого значения.

50-60-е гг. Бурное развитие энергоемких производств, низкие энер­гетические КПД многих технологических процессов заставляли спе­циалистов создавать новые энергоэффективные технологии. Именно в этот период было совершено немало технологических прорывов, которые до сих пор не потеряли своего значения. Приведем здесь толь­ко несколько примеров из отечественной практики, ограничившись таким энергоемким видом производства, как черная металлургия.

Непрерывная разливка стали. Этот способ заключается в том, что жидкую сталь заливают в интенсивно охлаждаемую сквозную форму — кристаллизатор.

Частично затвердевший слиток непрерывно протягивают через него и дополнительно охлаждают в так называемой зоне вторичного охлаждения. В результате в процессе непрерывной залив­ки металла и его затвердевания образуется непрерывный слиток, ко­торый впоследствии разрезают на заготовки определенной длины. Способ непрерывной разливки имеет ряд преимуществ перед широ­ко распространенной в России до сих пор разливкой в изложницы. Непрерывная разливка исключает ряд промежуточных нагревов слит­ков перед прокаткой, снижая тем самым расход топлива на 15-20%, а также увеличивает выход годного на 10% по сравнению с обычной разливкой. Суммарная экономия энергии составляет около 55 кг у.т. на 1т стали.

Специалисты нашей страны одни из первых реализовали эту энер­гоэффективную технологию, но именно в нашей стране возможности этого метода непрерывного литья заготовок (МНЛЗ) реализованы в меньшей степени, чем в таких странах, как США, Япония и др.

Испарительное охлаждение. Испарительное охлаждение элементов огнетехнологических агрегатов является чисто отечественным изоб­ретением, По сравнению с системой охлаждения водой при ее нагре­ве не выше 50-60°С при испарительном охлаждении, т.е. при темпе­ратуре воды выше температуры парообразования (в зависимости от давления), удается резко (в разы) сократить затраты на циркуляцию охлаждающей воды, а также расходы на подготовку воды. Появи­лась возможность использования тепла пара в технологических и других процессах.

В свое время большинством стран были приобретены лицензии на этот метод охлаждения. Характерно то, что в настоящее время за рубежом этот метод используется более широко, чем в России.

Сухое тушение кокса. Тушение раскаленного кокса с помощью воды приводит к большим потерям тепла, снижает качество кокса. Идея сухого тушения кокса была известна в 20-х гг., XX в., и были попытки ее реализации на ряде коксовых предприятий Европы. Но все это перестало быть актуальным, как только в Европе появился дешевый природный газ.

В СССР эта технология была разработана на новом оригиналь­ном уровне и впервые реализована в начале 60-х гг. XX в. К 1973 г. (дате первого энергетического кризиса) в СССР работало 47 устано­вок сухого тушения кокса (УСТК). Причем только после 1973 г. в зарубежной печати появились сообщения о необходимости освоения УСТК, и в начале 80-х гг. только в Японии данные установки были реализованы на трех заводах. Но при этом следует учесть, что прак­тически на всех зарубежных заводах (Индия и др.), построенных при содействии СССР, УСТК были реализованы.

При использовании тепла нагрева кокса при процессе сухого ту­шения получают 450-500 кг пара среднего давления на 1 т потушен­ного кокса, или 42-49 кг у.т./т кокса.

Газовые турбины. Впервые в мировой практике в СССР была раз­работана и освоена технология производства электроэнергии в газо­вых турбинах, использующих избыточное давление колошникового газа доменных печей.

В настоящее время такие установки практически не сохранились в России полностью, хотя в ряде стран (Япония и др.) все крупные до­менные печи оборудованы подобными газовыми турбогенератора­ми и производят электрическую энергию.

По информации руководства ОАО «Северсталь» (Череповец), на предприятии планируется в 2002 г. пуск в комплексе одной из домн газоутилизационной безкомпрессорной турбины ГУБТ-25.

70-е гг. Несмотря на всю эйфорию энергетической самодостаточ­ности и безбрежности запасов сырья и топлива, в мире продолжа­лись прогнозные исследования, пытающиеся установить, что станет с человечеством в ближайшие десятилетия при неконтролируемом стихийном развитии. Высказывались опасения, что бурный рост про­мышленности и сельского хозяйства, техники и науки в последние 200 лет может завести человечество в тупик: дальнейший прогресс станет невозможным из-за недостатков ресурсов, особенно энергети­ческих.

Отдельные ученые и крупные коллективы за рубежом, вроде Рим­ского клуба, существующего с 1968 г. на взносы многих капиталис­тических фирм и объединений, разрабатывали различные модели дальнейшего развития человечества в условиях истощения ресурсов Земли в связи с быстрым ростом населения. За последние десять сто­летий население Земли возросло в 10 раз и к марту 1980 г. составляло 4,5 млрд. При таких темпах роста через 40-50 лет оно должно увели­читься до 10-12 млрд. Кстати, к 2000 г. население Земли превысило 6 млрд. человек.

Авторы второго доклада Римского клуба «Человечество перед выбором» (1974 г.) Месарович и Пестель отказались от глобального подхода к решению проблем «демографического взрыва», экологии и развития экономики, который был принят в первом докладе «Пределы роста», составленном под руководством Медоуза в 1972 г. Они выделили 10 регионов, которые включают различные национальные государства с учетом традиций, истории и стиля жизни, ступеней эко­номического развития, социально-политического порядка, а также общности большинства проблем, с которыми в конечном счете стол­кнутся эти нации.

Общий вывод авторов второго доклада неутешителен: по их под­счетам (они были проведены с помощью ЭВМ, поскольку математи­ческая модель включала уже не 140 уравнений, как в первом докладе, а 100 тысяч), человечество обречено на вымирание... Они утвержда­ли, что количество пищевых продуктов на душу населения не увели­чивалось с 1936 г., а за последнее десятилетие даже снизилось, нефтя­ные запасы ограничены, а надежды на ядерную энергетику неоправданны, так как для того, чтобы преодолеть неизбежный энер­гетический кризис с ее помощью, требуется затратить больше поло­вины всего нынешнего мирового продукта. По одному из сценариев Месарович и Пестель прогнозируют голод для стран Южной Азии начиная с 1980 г. До 2025 г. только в этом регионе от голода, по их мнению, погибнет около 500 млн. детей...

Однако эти пессимистические прогнозы не находили большой поддержки как в научных, так и в политических кругах. Наоборот, подчеркивалось, что энергетические ресурсы Земли имеют огромные резервы в виде практически неисчерпаемых запасов термоядерного топлива (дейтерия) и в виде «вечных» запасов постепенно возобнов­ляющихся источников энергии — солнечного излучения, движения вод в реках и морях, ветра и т.п.

Однако наступил XXI в., и следует отметить, что достаточно мас­штабных прорывов в освоении этих видов топлива пока нет и освое­ние их сдерживается в первую очередь необходимостью вложения крупных материальных и денежных ресурсов.

1973 г. Первый в мире энергетический кризис.

Наложение арабскими странами эмбарго на поставку нефти в ок­тябре 1973 г. вызвало шок, распространившийся на потребляющие значительные количества энергии промышленные районы США, Европы и Азии. В еще большей степени ухудшило положение то об­стоятельство, что в январе 1974 г. нефтедобывающие страны в два раза увеличили цены на сырую нефть. Что касается промышленно развитых стран, зависящих от импорта энергии, то для них необхо­димость выплаты дополнительных миллиардов за нефть могла лишь привести к далеко идущим последствиям. Эмбарго, наложенное араб­скими странами, явилось сигналом, предупреждающим о более серь­езных проблемах, которые, несомненно, возникнут, но и в настоящее время мы уже ощущаем в полной мере влияние дефицита энергии.

Коренная проблема возникшей энергетической ситуации заклю­чается в том, что рост спроса на энергию не ограничивался, а ее полу­чение из существующих источников значительно затруднилось.

Несмотря на то, что прогнозируемые оценки намечаемых к исполь­зованию энергетических ресурсов колеблются в широких пределах, эксперты соглашаются с тем, что их степень вовлечения будет сни­жаться, в то время как расход будет неуклонно возрастать. В резуль­тате в обозримом будущем будет иметь место дефицит энергии.

Все индустриально развитые страны сразу после начала энергети­ческого кризиса, с целью повышения энергетической эффективности промышленного производства, транспорта, жилого сектора и сферы услуг, обратились к государственному регулированию. И начиная с 1974 г. в этих странах началось создание гибкой законодательной базы, позволяющей государственным органам формировать, проводить и осуществлять контроль за реализацией энергосберегающей политики.

1973-1974 гг. Образовано Международное энергетическое агент­ство (МЭА), в состав которого в настоящее время входят 24 промыш­ленно развитых стран с установившейся рыночной экономикой. К числу главных направлений деятельности этой организации относятся укрепление энергетической безопасности стран-участников путем сни­жения энергоемкости их экономик и создания крупных стратегичес­ких запасов нефти. В 1976 г. странами МЭА было подписано согла­шение о разработке и реализации энергосберегающих программ как на национальном, так и на международном уровне.

1976 г. В Германии был принят первый закон об энергосбереже­нии. Он регулировал следующие направления деятельности:

— теплоизоляция зданий;

— энергосбережение отопительных установок;

— распределение оплаты за отопление.

Данная структура закона вызвана тем, что именно здесь сосредо­точен основной потенциал энергосбережения. Так, в Германии треть всего первичного потребления энергии составляет отопление и горя­чее водоснабжение.

Затем подобные законы об энергосбережении были приняты во всех индустриальных странах.

В СССР события 1973-1974 гг. рассматривались как один из поро­ков капиталистической системы. Но, несмотря на это, начались неко­торые изменения в формировании энергетической политики. В первую очередь это отразилось на структуре технической литературы — еже­годно стали издаваться книги по рациональному использованию топ­лива и энергии. В «Основных направления развития народного хозяй­ства СССР на 1976-1980 годы» предусматривалось снижение норм расхода котельно-печного топлива на 3-4%, электрической и тепло­вой энергии на 5%. Предполагалось начать подготовительные работы по использованию атомной энергии для теплофикации.

В связи с энергетическим кризисом вновь возникла необходимость искать зависимость между деньгами и энергией. Развернутую карти­ну такой зависимости дали американские ученые Г. Одум и Э. Одум в своей книге «Энергетический базис человека и природы» (1976 г.). Сущность ее такова.

Деньги переходят из рук в руки, выполняют роль посредника, обес­печивающего обмен товарами и услугами. Однако в природе нет де­нег, и обмен совершается, как мы видели, энергией и энтропией, в осно­ве материального производства — продуктов питания и промышленных товаров — тоже лежит энергоэнтропийный обмен. Причем, как мы знаем, большая часть энергии и негэнтропии, овеществленная в про­дуктах и товарах, — это солнечная энергия, энергия движения вод в реках и морях и энергия движения воздуха в атмосфере.

Деньги появляются лишь на завершающей стадии трудового про­цесса как некий его эквивалент, более удобный для обмена, чем сам продукт труда. Однако сложные условия социально-экономической, общественно-политической и духовно-психической жизни человечес­кого общества, неустойчивость его потребностей, меняющихся часто под действием таких случайных факторов, как кризисы, войны, моды и т. д., не позволяют деньгам быть действительно однозначным экви­валентом трудового процесса, т. е. затраченной и «сбереженной» в нем энергии или негэнтропии, курс денег выше или ниже этих вели­чин. Кроме того, люди и государства накопили такие огромные бо­гатства в виде ценностей значительно более дорогих, чем золото, что его стоимость тоже стала весьма неустойчивой. В результате и золо­той эквивалент, на заре денежной системы выражавший количество энергии, затраченной горняком или старателем на поиски, добычу, транспортировку, обработку и даже охрану этого редкого металла, тоже теряет свое значение.

Вместе с тем экономические системы, используя имеющиеся в их распоряжении ресурсы сырья и энергии, призваны обеспечивать оп­ределенный уровень жизни населения. Однако люди — небольшая часть биосферы и таких экологических систем, как океаны, атмосфе­ра, почва, леса и т.д. Поэтому определяющим фактором их уровня жизни может быть величина потребления энергии в единицу време­ни, что зависит от ее общих запасов на Земле и их доступности.

Вот почему энергия (и негэнтропия), а не деньги должна стать еди­ницей измерения и оценки, ибо только в этом случае можно будет всюду правильно оценивать и контролировать тот вклад, который вносит природа в существование человеческого общества.

В обществе с развитым денежным обращением энергия накапли­вается в виде информации, денег, технологических знаний и обще­ственных договоров. Функционирование накопителей энергии обес­печивается затратами потенциальной энергии. Существование в системе накопителей энергии способствует улучшению циркуляции денег, материалов и услуг, подводу новых количеств энергии и т.д.

Следует понять, что речь не идет об изъятии денег из обращения и замены их на килограммы условного топлива или киловатты. Речь идет о введении кроме экономического (денежного) анализа так на­зываемого энергетического анализа на основе физических, в том чис­ле и энергетических параметров.

Сразу после энергетического кризиса в 1974 конгресс США при­нял закон, в соответствии с которым при осуществлении федераль­ных программ обязателен энергетический анализ различных техно­логий производства и преобразования энергии. В этот же период был создан институт энергетического анализа, в первую очередь для раз­работки единой методологии.

Достаточно подробно эти методы сравнительной оценки техно­логических процессов были использованы в книге X. Чоджоя «Энер­госбережение в промышленности» (1979 г.), затем переведенной на русский язык.

Появились такие работы и в СССР. В порядке общественной инициа­тивы они велись и на Урале: Уральский научный центр АН СССР, Уралэнергочермет, Уралгипрогаз. В результате этих работ был предложен ме­тод энергетической оценки современных промышленных технологий. Была поддержка по тем временам на самом высшем уровне — газета «Правда», № 336,02.12.1986 и др. Но все эти разработки как в СССР, так и в России остались до сих пор на уровне общественных инициатив.

1982-1986 гг. В ряде европейских стран (Франция, Бельгия, Да­ния) был сделан важнейший прорыв в области управления спросом на энергию с целью ее экономии посредством введения новых систем тарифов, отличающихся от предыдущих более широкой дифферен­циацией по различным категориям (время суток, потребляемая мощ­ность и др.)- Новые тарифы на электроэнергию стимулируют до сих пор в этих странах снижение нагрузки потребителей в период зимне­го максимума за счет действия льготных тарифов в остальное время года.

Благодаря широкой дифференциации тарифов пиковая энер­гия в определенных условиях стоит более чем в 20 раз дороже базо­вой, а в летнее время в отдельных тарифных зонах электроэнергия отпускается потребителям по ценам ниже среднегодовой себестоимо­сти по энергосистемам. Широкая дифференциация тарифов привела к существенному изменению графика энергосистемы Франции: по­явился третий суточный максимум нагрузки в районе 1 -го часа ночи (в том числе включений в работу автоматического бытового обору­дования — стиральных, посудомоечных и т.п. машин).

1986 г., апрель. Произошла авария ядерного реактора одного из блоков на Чернобыльской АЭС (Украина). Эта трагедия вошла в ис­торию как Чернобыльская и по своему значению и последствиям не уступает ядерным трагедиям, происшедшим в 1946 г. в г. Хиросиме и Нагасаки (Япония).

Кстати, как утверждают толкователи пророчеств придворного лекаря Нострадамуса, Чернобыльская трагедия была им предсказа­на еще в XVI в. И у атомной энергетики XXI в. появились большие проблемы. То есть для всех слоев населения, новых поколений потре­бовались ясные и доступные доказательства ядерной безопасности, в том числе и по соображениям режима дальнейшего распространения ядерного оружия и исключения тяжелых аварий на ядерных реакто­рах вообще и по причине возможных террористических актов.

Еще одна трагедия (к счастью, не ядерная) 11 сентября 2001 г. в Нью-Йорке (США) с полным разрушением террористами двух вы­сотных башен — символов современной Америки, со значительными жертвами, подтвердила, что подобная катастрофа с ядерным объек­том вполне возможна.

1988-1991 гг. Последний период в истории СССР совпал с появле­нием понимания на всех уровнях необходимости коренного измене­ния существующей официальной энергетической политики. Но и в этот период не последовало каких-либо законодательных актов на этот счет. Все ограничилось появлением фирм «Энергосбережение», выходом целевой технической литературы в виде журнальных ста­тей, отраслевых сборников предложений по экономии электрической и тепловой энергии и т.п.

Пожалуй, самым заметным изданием того времени были выпуски аналитического альбома «Энергосберегающие технологии в СССР и за рубежом».

Другой не менее важной особенностью этого периода в СССР было заметное снижение объемов добычи первичного топлива (иначе го­воря, начало спада в экономических показателях):

— добыча нефти и газового конденсата составила: 1988 г. — 623 млн. т; 1990 г. — 569,7 млн. т; 1991 г. — около 520 млн. т;

— добыча угля: 1988 г. — 771,9 млн. т; 1990 г. — 702,9 млн. т.

Пожалуй, впервые в различных информационных источниках про­звучало, что единственной альтернативой снижению уровней добы­чи и производства энергоресурсов является энергосбережение, затра­ты на которое более чем в 3 раза меньше, чем на прирост их добычи и производства.

1994 г. Начиная с 1994 г. в России начали регулярно выходить ме­тодические материалы, рекомендации по стандартизации, а затем и нормативные материалы по энергосбережению. Очевидно, этот год следует считать годом введения в России нового раздела «Энергосбе­режение» в ГОСТы, СНиПы и другую нормативную документацию.

1995 г. Международное энергетическое агентство выпустило док­лад «Энергетическая политика Российской Федерации». Этот доклад подготовлен в соответствии с Декларацией о сотрудничестве, подпи­санной МЭА и Российским Правительством в июне 1994 г. В работе был дан независимый обзор основных политических проблем, сто­ящих перед Россией.

Обзор был предназначен для помощи Правительству России в разработке рыночной энергетической политики, поддержки устой­чивого экономического развития и выявления нужд для большой тех­нической помощи и инвестиций в области энергетики.

1995 г. Этот год следует считать началом создания законодатель­ной базы для организации государственного регулирования в облас­ти энергосбережения. В апреле 1995 г. вступил в действие закон Рос­сийской Федерации «О государственном регулировании тарифов на электрическую и тепловую энергию в Российской Федерации» № 41-ФЗ от 14 апреля 1995 г.

В мае 1995 г. опубликован Указ Президента Российской Федера­ции от 7 мая 1995 г. № 472 «Об основных направлениях энергетичес­кой политики и структурной перестройки топливно-энергетического комплекса в Российской Федерации на период до 2010 г.».

1996 г. Введен в действие «Гражданский кодекс Российской Феде­рации», часть вторая. В нем впервые в российской истории появился раздел «Энергоснабжение», в котором прозвучало законодательное требование об обязательности инструментального учета расхода по­требляемой энергии.

В этом же году введен в действие закон Российской Федерации «Об энергосбережении» № 28-ФЗ от 03.04.1996 г. То есть примерно через двадцать лет после введения подобных законодательных актов в индустриальных странах в России появился закон, устанавливаю­щий принципы государственной политики энергосбережения. Следует отметить, что это закон непрямого действия, имеет декларативный характер, в нем полностью отсутствуют реальные механизмы орга­низационно-финансового обеспечения реализации энергосберегаю­щих мероприятий. И подобное дополнение в данный закон впервые поступило в Государственную Думу от Правительства России в 2002 г. по инициативе РАО «ЕЭС России».

31.01.1996 г. Опубликован Указ Губернатора Свердловской обла­сти Э. Э. Росселя № 18 от 31.01.1996 г. «О первоочередных мерах по реализации политики энергосбережения в Свердловской области». Приведем здесь текст данного Указа полностью, так как в нем до выхода федеральных законодательных актов был предложен ряд ре­альных механизмов по стимулированию энергосбережения. К сожа­лению, не все из этих механизмов удалось реализовать, ввиду отсут­ствия опять же федерального законодательства.

Начиная со дня выхода этого Указа в регионе стала систематичес­ки реализовываться политика в области энергосбережения. Дальней­шее развитие направления энергосберегающей деятельности в Свер­дловской области получили в Указе Губернатора Свердловской области № 27 от 26.01.1998г. «О реализации областной государствен­ной политики энергосбережения в Свердловской области».

Особенность данного периода состоит в том, что в регионах от­рабатывались основные направления энергосберегающей деятель­ности:

— энергетическая паспортизация предприятий, организаций;

— проведение энергетических обследований (энергоаудитов);

— создание системы непрерывного образования по энергосбере­жению;

— отработка системы тарифов на электрическую и тепловую энер­гию и др.

Опыт Свердловской области и других регионов России способ­ствовал тому, что федеральная нормативная база по энергосбереже­нию принималась с учетом интересов регионов на базе проверенных практикой решений. Примером такой практики может быть ГОСТ Р 51379-99 «Энергосбережение. Энергетический паспорт промышлен­ного потребителя топливно-энергетических ресурсов».