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 %).