Расстановка приоритетов в топливном балансе – чем выгоднее отапливаться
Какой хороший материал – дерево! Во-первых, из него можно выточить лодку, орудия труда (не слишком долговечные, правда, но уж что есть), а ещё оно хорошо горит. Значит, его свет можно использовать для освещения жилища, а источаемый костром жар – для обжаривания пойманной на охоте дичи или варения похлёбки… Примерно так рассуждали первобытные люди, когда им удалось укротить и поставить себе на службу огонь, и много веков горящая древесина оставалась главным энергетическим ресурсом человечества.
С течением времени накапливались знания об окружающем мире, и люди поняли, что на костре можно не только готовить еду, но и плавить металлы для изготовления оружия, предметов быта и рабочих инструментов. Правда, костер для этого нужно было делать громадным и положить очень много дров, чтобы они дали как можно больше жара. Но использование дерева в подобных масштабах приводило к быстрому исчезновению лесов, и людям приходилось переселяться из обезлесенной местности туда, где лесные массивы оставались нетронутыми (примером этому может служить история эфиопской Аддис-Абебы).
Но любой ресурс рано или поздно заканчивается, особенно если им пользоваться столь неразумно. Эпоха Средневековья, Возрождения и особенно Нового времени ознаменовалась не только развитием культуры, науки и религиозными войнами, но и массовым сведением под корень лесов Европы. В позапрошлом столетии быстрое развитие промышленности привело Англию на грань топливного кризиса: древесины не хватало даже для потребностей жителей, не говоря уже о металлургических предприятиях и фабриках. Необходимость в новом виде энергетического ресурса встала в полный рост.
Безусловно, то, что жар выделяется при сгорании не только дерева, но и угля и нефти, были известно издревле. Однако в течение сотен лет люди не имели технической возможности использовать эти энергоносители – а, точнее, не особенно искали такую возможность (до тех пор, пока запасы дерева не подошли к критическому уровню). Ведь, во-первых, требуется найти месторождения данных полезных ископаемых, во-вторых, конструировать пригодные для их использования отопительные и нагревательные агрегаты.
Однако недаром бытует мнение, что наилучший учитель – это настоятельная необходимость что-либо сделать. Именно в Англии использование угля для нагрева и отопления получило самое широкое распространение, а затем этот опыт переняли и прочие государства Европы. Дрова тоже применялись, но уже в существенно меньших количествах. Соотношение использования древесного и угольного топлива зависело от условий конкретного региона, и массовый переход на уголь и нефть происходил не везде и не одновременно. Например, сто лет назад в нашей стране потребность в тепловой энергии лишь на одну пятую покрывалась за счет нефти и угля, остальная же часть – по-прежнему путём сжигания древесины.
«Побочным продуктом» угольных копей и перерабатывающей промышленности являлся газ. Практический опыт показал, что он при сгорании выделяет не меньше света и тепла, чем твёрдое топливо, при этом гораздо более компактен при хранении. Однако возможность его использования в быту долгое время вызывала насмешки – но ровно до тех пор, пока газовые рожки не появились на улицах Нью-Йорка и европейских крупных городов, в том числе Петербурга и Москвы. Природный газ пришёл и на кухни, где успешно себя проявляет уже много десятилетий.
С течением времени уголь всё заметнее отвоёвывал позиции у дров (по данным 1910 года – 65%), оттеснив их на второе место. На третьей позиции стояла нефть, впрочем, её вклад в выработку тепла был мизерен (всего 3%). В середине тридцатых годов ситуация меняется: удельный весь угля в общемировых топливных расходах падает до одной второй, использование нефти возрастает до 15%, начинает находить своё применение природный газ.
Этот же период становится эпохой коренных изменений в энергетике России. В послереволюционные годы и особенно во время реализации первых пятилетних планов развития народного хозяйства добыча каменного угля увеличивается в разы. Столь больших объёмов топлива требовали строящиеся заводы, фабрики, электростанции. В предвоенное десятилетие добыча угля, этого «хлеба промышленности», по выражению Ленина, выросла с 70 млн. т в 1930 году до 220 млн. т в 1940 году. После Великой Отечественной войны восстановление экономики страны потребовало сохранения прежних темпов – так, в период 1950-1955 гг. угледобыча увеличилась на 170 млн. т.
Тем не менее, даже такая активная разработка месторождений угля не помогла удержаться твёрдому топливу главенствующее положение. Уже в 1970-е годы лидером в топливной энергетике стала нефть, удовлетворяя порядка 35% потребности человечества в топливе. Углю пришлось потесниться (30%), зато всё более заметным фактором в энергетике стал природный газ (примерно пятая часть). Древесное топливо составляло лишь около 10%, а на долю остальных участников «энергетического рынка», таких, как ГЭС и АЭС, приходилось лишь 5% вырабатываемой энергии.
В сегодняшнем общемировом «уравнении теплового баланса» самыми заметными членами являются углеводороды – газ и нефть, за счёт которых вырабатывается более 60% энергии. И это – несмотря на то, что в разведанных угольных месторождениях ждёт своего часа триллион тонн угля, а это без малого девять десятых «топливной кладовой» планеты. Причина – в том, что жидкое и газообразное топливо гораздо легче использовать. Для его транспортировки не требуется ни железнодорожных путей, ни вместительных вагонов – достаточно лишь проложить трубы. А, скажем, «система подачи» угля – лопата кочегара – изрядно проигрывает в удобстве форсункам, инжекторам, горелкам и т.д.
Кроме того, существенным плюсом нефти и газа является их высокая удельная теплота сгорания. Для сравнения: один килограмм нефти даёт при сжигании 46 МДж тепла, один кубический метр газа – 38 МДж, а один килограмм угля при самых хороших условиях может дать лишь 29 МДж (у дров удельная теплота сгорания ещё меньше). Это соотношение показывает, что итог «энергетического уравнения» зависит не только от величины «слагаемых», но и от порядка, в котором они расположены.