Широкое понимание энергетики

Проблемные вопросы: энергия, время, пространство

Энергия заключена не только в веществе, но и в пространстве. Типичный пример пространственной составляющей энергии – потенциальная энергия в поле тяготения Земли, величина которой, как известно, зависит от третьей координаты – абсолютной высоты.

Таким образом, потенциальная энергия связана как с веществом, так и сположением. Размещая определенным образом объекты и даже целые города, мы тратим разное количество энергии. Определенное расположение объектов, таким образом, отображает некоторое количество энергии.

Распределение энергии во времени также влияет на эффективную величину энергии. Эффективность использования энергии зависит также от размеров систем. Известны оценки эффективности городов в зависимости от их размеров. С одной стороны, с увеличением размеров города до некоторого предела увеличивается его эффективность. С другой стороны, изменения размеров городов влекут за собой изменение энергетических затрат на транспортные потоки. Энергетические затраты зависят также от расстояния населенных пунктов друг от друга. Возникает задача оптимизации расстояний между населенными пунктами в связи с транспортными расходами.

Разнообразные формы энергии проявляются в структуре объектов, в их масштабах. Структура ландшафта есть пространство-время, отображающее разнообразные факторы – от космического до локальных.

Рассмотрение проблем энергетики ведется обычно в отрыве от широкой совокупности природных, технических и социальных предметов и явлений. Между тем энергия перемещается в конкретных системах (природных, технических, социальных), обладающих определенными закономерностями динамики, организации, самоорганизации. От этих свойств зависит характер использования энергии, эффективность использования.

Предлагается новое понимание энергетики – как всей совокупности природных и искусственных систем, в которых происходит генерирование и преобразование энергии. Современные представления об энергии, как подчеркивают Г.Одум и Ю.Одум (1978) и Г.Шеер (2000), слишком узки. При расчетах энергетического баланса не учитывается энергия Солнца, которую используется при выращивании сельскохозяйственных культур, при работе ветровых колес для орошения и водяных мельниц, при сушке белья и фруктов. Дома в умеренном и холодном поясах обогревается не только техническими средствами (отопление на газе, мазуте и пр.), но и солнцем или атмосферой. Летом можно не использовать энергию для отопления, поскольку в это время высокий температурный уровень обеспечивается энергией Солнца. Поэтому использование солнечной энергии следует учитывать в архитектурном планировании и конструировании домов, при создании систем охлаждения и систем озеленения. Многие системы охлаждения также используют природные источники, что позволяет не тратить электричество.

Необходимо учитывать полные расходы солнечной энергии. Более половины потребностей в энергии удовлетворяется из возобновляемых источников косвенным образом. Таким образом, необходимо сформулировать широкое понимание энергетики – как энергетики окружающей среды. Перечислим составляющие энергетики окружающей среды:

1.Энергетику биосферы, ее экосистем, ландшафтов и геосфер – совокупность природных энергетических потоков, аккумуляторов энергии, преобразований энергии. В течение истории человеке осуществил значительные преобразования энергетики биосферы.

2.Совокупность энергогенерирующих мощностей, энергетических потоков и преобразователей энергии технического типа, то есть созданных человеком. Получение энергии в этих системах связано с изъятием из биосферы природной энергии, находившейся в связанном или свободном состоянии, переводом ее в новые каналы, использованием для получения благ.

3.Сигналы, информация, знания, процессы мышления, определяющие наиболее эффективное использование энергии. Эта составляющая в большинстве случаев неразделима с предыдущей, образует с ней тесно взаимосвязанные комплексы, но есть смысл ее выделить в отдельную категорию вследствие ее особой роли, особых форм проявления, хранения и пр.

4.Природная энергия, которая косвенным образом используется человеком. Это происходит в ходе приспособления человека к пространственно-временной динамике природных энергетических потоков - оптимальному размещению по местоположениям разных уровней (от локальных до зональных): сельскохозяйственных культур, зданий (жилищ и др.), промышленных предприятий и транспортных систем. В этом случае: 1)получаются более высокие и стабильные урожаи; 2)жилища и другие строения требуют меньше затрат, в том числе меньше отопления; 3)меньше затраты на эксплуатацию промышленных и транспортных систем. В этом случае сочетаются и переплетаются первая, вторая и третья составляющие.

Технологическая энергетика связана с использованием природных резервуаров энергии (различных по объему, типу организации, способности актуализироваться и пр.), переводом природной энергии в свободную форму. При этом необходимо вписывание систем этого вида энергетики в природные циклы, недопущения нарушения природных режимов.

Сигнально-информационная энергетика базируется на использовании сигналов (очень слабых энергетических потоков), которые могут вызывать высвобождение огромных потоков энергии. Но эффективность таких сигналов имеет место лишь при их соответствии структуре и организации управляемых систем (обычно технических и социальных, но иногда и природных). Системы этого вида энергетики должны вписываться как в технические и социальные системы, так и в природные (и таким образом составлять единство с системами технологической и природной энергетики).

Из этого видно, насколько более многообразны задачи энергетики, если ее брать в полном объеме. Наше общество пока ограничивается, в основном, задачами получения свободной энергии, в меньшей степени – задачами использования сигналов и информации. Вопросы природной энергетики до сих пор остаются за пределами интересов традиционной энергетики, и только постепенно входит в круг интересов альтернативной энергетики. Между тем учет характера природной энергетики совершенно необходим для вписывания техногенных и социальных систем в биосферу.

Неразрешимое на сегодня противоречие между утвердившейся в истории цивилизации практикой природопокорительского отношения к окружающей среде и способностью биосферы поддерживать систему естественных биогеохимических циклов самовосстановления требует выработки новой парадигмы сосуществования человека и биосферы. В 70-80-е годы ХХ столетия были сформулированы концептуальные основы сохранения человеческой цивилизации, заключающиеся в достижении коэволюционного сосуществования общества и биосферы. Составляющими новой парадигмы стали идеи коэволюции человека и природы (Н.Н.Моисеев), создания каскада взаимодополняющих производств, вписывания хозяйственной деятельности человека в природные биогеохимические циклы (В.Г.Горшков, В.П.Данилов-Данилья, К.С.Лосев и др.), признание отходов главным материальным ресурсом человечества.

Стало понятно, что деятельность человека не должна противопоставляться природным процессам, а должна стать их элементом. Энергетические потоки хозяйственных циклов также должны быть вписаны в природные циклы.

Таким образом, три вида энергии - природная энергетика, энергетика, создаваемая человеком в виде генераторов электрического тока, паровых и электрических двигателей и т.д., а также сигнально-информационная энергетика (мышление, информационные базы данных и знаний, системы управления и регулирования и т.д.) - неразрывно связаны между собой и в совокупности позволяют создать устойчивые и эффективные системы.

В отличие от экономистов, сравнивающих денежные затраты с полученной прибылью, Г.Одум и Э.Одум (1978) предлагают новую единицу расчета эффективности производства – сравнение энергетических затрат, включая оценку и природных ресурсов, и работы человека, и полученной энергии. Энергия-нетто, или полезная энергия - это та величина, которая остается после того, как из всей суммы положительных результатов деятельности и природных, и экономических систем вычитается количество энергии, затраченной на обеспечение этой деятельности.

Дата добавления: 2015-06-27