Фактор четыре. Затрат — половина, отдача — двойная - Эрнст Вайцзеккер

Или рассмотрим фотокопировальные машины — самые большие «пожиратели» электричества в типичном офисе. В Институте Рок-ки Маунтин несколько лет назад мы сэкономили треть энергии, потребляемой стандартной фотокопировальной машиной, благодаря тому, что просто тщательно выбирали и купили более совершенную конструкцию. Стоила же она на 15 % меньше. Недавно мы сэкономили более половины расходуемой энергии при еще меньших капитальных затратах и более высокой надежности, перейдя на новую модель. Она не потребляет энергии в дежурном режиме, поскольку ее устройство для наплавления (обычно наплавляющее термопластический тонер-ный порошок на бумагу) представляет собой не металлический ролик, а резиновый ремень, который не нагревается до того момента, пока бумага не приблизится к нему. Нам также хотелось иметь небольшое копировальное устройство, способное сделать копию мгновенно, без затрат времени на прогрев. Мы достали подержанную, более старую модель копировального устройства, которая выдавливает вос-кообразный тонерный порошок на бумагу холодным прижимным роликом вообще без использования нагрева. Эта модель сэкономила 90 % как энергии, так и капитальных затрат, и она гораздо более надежна, чем модели с горячим наплавлением. Для печати большого числа документов, например счетов, уже широко применяются крупные высокоскоростные модели.

В ближайшем будущем новые виды тонера смогут плавиться при помощи вспышки ультрафиолетового излучения вместо того, чтобы наплавляться на бумагу. Многие производители уже ввели новые машины, делающие большое количество копий документа, не прибегая к ксерографии — совсем как старые множительные аппараты, но полностью с цифровым управлением. Они потребляют лишь 1 % энергии, которую расходует фотокопировальная машина.

В технику отображения и копирования быстро внедряется и управление мощностью. Почти все новые лазерные принтеры и компьютеры удовлетворяют стандарту «Энерджи Стар» Агентства по охране окружающей среды США, который требует использования энергосберегающих дежурных режимов. (Президент Клинтон приказал федеральным ведомствам не покупать никаких других видов оргтехники без особых на то причин, и многие частные компании приняли аналогичные обязательства.) Теперь, когда почти все производители выполняют это требование, следующий шаг состоит в том, чтобы стандарты лучше соответствовали современным технологиям. Другие принимаемые меры помогают «спящим» компьютерам просыпаться, например, для приема входящих сигналов модема, а не оставаться включенными всю ночь на случай, если они понадобятся.

Выгоды нарастают

К чему приводят эти сбережения? Внедрение управления энергией и выработка у людей привычки отключать все, чем они некоторое время не будут пользоваться, могут сэкономить минимум две трети энергии. Приобретение самого эффективного нового оборудования сэкономит 80–90 %, а тщательный выбор покупки — почти 96 %, если использовать оборудование, которое работает так же или лучше, и стоит столько же или меньше. Только в США за ближайшие несколько десятилетий такой подход позволит сэкономить столько, сколько производят десятки гигантских электростанций.

Более эффективная оргтехника, помноженная на миллионы единиц, сохранит владельцам зданий колоссальные суммы на электромонтаж, охлаждение и вентиляцию. Заказ очень эффективного оборудования в типичном большом новом административном здании может сократить общие затраты на его строительство примерно на 6–8 %. Этого достаточно, чтобы оправдать приобретение нового офисного оборудования, даже если существующее могло бы проработать еще несколько лет. Эффективное офисное оборудование, подобно эффективному освещению, поможет избежать слишком высоких затрат на монтаж электропроводки и системы охлаждения в более старых зданиях, не приспособленных для современной оргтехники. В общей сложности один энергоэффективный настольный компьютер может сэкономить обществу сумму, составляющую от одной до нескольких тысяч долларов — примерно столько же, сколько стоит сам компьютер! (Ловинс, 1993).

1.13. Фотоэлектричество при 48 вольтах постоянного тока: вспомнили о гениальном Эдисоне

Томас Альва Эдисон (1847–1931) был величайшим изобретателем своего времени. Он изобрел лампу накаливания (с угольной нитью), микрофон, значительно усовершенствовал телефон, придумал граммофон и киносъемочный аппарат. В 1882 г. в Нью-Йорке он основал первую электроэнергетическую компанию и энергосистему общего пользования.

К большой досаде для Эдисона, после того как он изобрел электростанцию, безопасный и эффективный в использовании низковольтный постоянный ток был постепенно вытеснен переменным током высокого напряжения. Победа переменного тока стала возможной благодаря усилиям по сокращению потерь в электрических сетях. Для эффективной передачи электроэнергии на большие расстояния по кабелям с ограниченной площадью поперечного сечения необходимо очень высокое напряжение, например, на уровне 50 тысяч вольт. Для конечного пользователя его нужно преобразовать обратно в низкое напряжение, например, 110 или 220 вольт, — то, что физика не позволит сделать с постоянным током.

Переменный ток во многих случаях неэкономичен по двум причинам. Во-первых, изменение направления намагниченности в электродвигателях примерно 100–120 раз в секунду выделяет много тепла в железе. Во-вторых, преобразование переменного тока в постоянный — неэкономный процесс: попробуйте прикоснуться к горячим трансформаторам любого бытового электронного оборудования.

Работающий на переменном токе 20-ваттный насос может быть заменен 8-ваттным, работающим на постоянном токе. При этом потребление электроэнергии уменьшается в 2,5 раза. Для компьютеров, видеомагнитофонов или вентиляторов потенциальные сбережения еще более впечатляющи: здесь использование постоянного тока могло бы быть в 6—10 раз эффективнее, чем переменного. Для бытовых электроприборов, таких как холодильники и телевизоры, повышение эффективности в связи с использованием постоянного тока (т. е. без усовершенствований, упоминаемых в разделе 1.9) составило бы около 60 %.

Фридрих Лапп, Гюнтер Шарф и Герд Эрманн из Нюрнбергской школы профессионального обучения решили, что давно пора воспользоваться преимуществами постоянного тока и мудростью великого Эдисона, хотя Эдисон и не мог представить себе их конкретный мотив: идею фотоэлектричества. Однако солнечные батареи дороги. Чтобы произвести в Германии электроэнергию, необходимую для типичной семьи из четырех человек, которая обычно использует неэффективные электроприборы, работающие на напряжении 220 вольт переменного тока, требуется по меньшей мере 30 квадратных метров солнечных батарей, стоящих примерно 50 тысяч долларов. Вместо этого достаточно было бы использовать электроприборы на постоянном токе, какие-нибудь 8 квадратных метров солнечных батарей стоимостью в 15 тысяч долларов, плюс пассивную солнечную систему обогрева воды за дополнительную пару тысяч долларов. Эффективные электроприборы уменьшают необходимую площадь для генерации фотоэлектричества.

Нюрнбергская команда, занимающаяся применением солнечной энергии, исследовала оптимальное напряжение для питания постоянным током.

При 12 вольтах, т. е. при напряжении автомобильных аккумуляторных батарей, для удовлетворения потребности в энергии обычной семьи потребовались бы толстые медные провода (площадью поперечного сечения в 24 квадратных миллиметра), они обошлись бы дорого и потянули бы за собой тяжелый «экологический рюкзак» (см. раздел 9.2). При напряжении 24 вольта необходимая площадь поперечного сечения уменьшается до 6 квадратных миллиметров, а при 48 вольтах сокращается до приемлемой величины —1,5 квадратных миллиметра.

Таким образом, команда из Нюрнберга определила интересную стратегию прорыва в области фотоэлектричества и использования потенциала эффективности (и преимуществ в плане безопасности для семей с малыми детьми) низковольтного постоянного тока в частных домах. С учетом снижения уровня выбросов СО2 их стратегия могла бы дать гораздо больше, чем «фактор четыре». Беда, однако, в том, что электроприборы, работающие на постоянном токе напряжением в 48 вольт, практически не выпускаются (производители заявляют, что на них нет спроса), производятся только приборы на 12 вольт (редко на 24 — для лодок, автоприцепов и т. д.). Это неудивительно для стран, где в каждом доме традиционно используется переменный ток напряжением 220 или 110 вольт и где зимний провал в производстве фотоэлектричества ставит вопрос о получении дополнительной энергии от электрической сети.

Прорыв в реализации мудрых идей Эдисона в наше время мог бы произойти в странах, не имеющих развитой энергетической системы, но располагающих солнечным светом в течение всего года, или там, где есть небольшие ресурсы ветряной или водной энергии. Здесь идея достичь эффективности с помощью постоянного тока кажется намного более целесообразной, нежели возведение неэкономной инфраструктуры для переменного тока.