Расширение области потребления электроэнергии
В XXI в. существенно расширится область потребления ЭЭ и изменится структура этого потребления. Рассмотрим некоторые тенденции в изменении структуры потребления ЭЭ и увеличение его областей.
Бытовое электропотребление. В США и развитых странах Европы доля бытового электропотребления составляет около 1/3 от общего электропотребления, в современной России меньше 1/10. На структуру электропотребления оказывают влияние климатические особенности страны. Для нашей страны характерно массовое использование электронагревательных приборов, для южных штатов США — кондиционеров. В целом наша структура электропотребления несовременна и несомненно будет претерпевать большие изменения с ростом благосостояния народа. В высокоразвитых странах число бытовых электроприборов достигает 50 наименований. Помимо базисной группы электроприборов (телевизор, холодильник, стиральная машина, утюг, пылесос, звуковоспроизводящая аппаратура) используются приборы для тепловой (жарочные шкафы, тостеры, СВЧ печи, и т.д.) и механической (пищевые процессоры, электромясорубки, ломтерезки, электроножи и т.д.) обработки пищи, вспомогательные хозяйственные приборы (сушильные шкафы, посудомоечные машины, полотеры, мусородробилки, прессы для мусора и т.д.), приборы для поддержания микроклимата (ионизаторы, увлажнители и осушители воздуха, воздухоочести- тели и вентиляторы) и приборы личной гигиены (массажеры, сауны, электроодеяла и т.д.). Используемые в этих странах электроприборы бытового назначения гораздо экономичнее российских аналогов. Отсюда следует, что в условиях дефицита производства ЭЭ на отечественный рынок придет поток зарубежных электроприборов бытового назначения, если российская промышленность не решит проблему повышения экономичности собственных приборов.
Потребление электроэнергии в электротехнологических целях. Если XX в. для электротехники был, в основном, веком электромеханики, то XXI в. в значительной мере будет веком электротехнологий. Это связано в значительной мере с растущими экологическими проблемами. Одна из них — утилизация мусора. Вторая — обеззараживание питьевых, сточных и оборотных вод. К середине XXI в. чистая вода будет рассматриваться как стратегический товар в силу ее дефицита. Поэтому названная проблема станет одной из самых востребованных. Спрос на различные электротехнологические установки обеззараживания воды (электроразрядные, ультрафиолетовые и т.д.) возрастёт. Третья проблема — необходимость вмешательства в биотехнологические процессы, где электротехнологии будут все чаще применяться для обеззараживания продуктов, дезинфекции зерна, управления сроками прорастания семян и т.д. Еще более востребованными окажутся и все традиционные направления электротехнологии — электротермия, электросварка, электрофизические методы обработки материалов.
Электротехника в области обеспечения гражданской, военной и государственной безопасности. Наряду с традиционными направлениями использования электротехники в этих областях — электроснабжением военной наземной техники (подвижной и стационарной), плавательных и летательных аппаратов различного назначения и т.д. — в современных войсках используются уже системы индивидуального электроснабжения. Если учитывать, что управление войсками, наблюдение за противником (радиоразведка) строятся на использовании электрооборудования, то вывод его из строя может нанести противнику серьезный ущерб. Поэтому на вооружение современных армий принимаются устройства, создающие электромагнитные помехи (например, мощные электромагнитные импульсы), выводящие из строя электронные системы управления. Например, графитовые бомбы, применяемые против объектов электроэнергетики, рассеивают графитовые волокна, обладающие высокой электропроводимостью, что приводит к замыканию токоведущих частей электроустановок (фаз воздушных ЛЭП, трансформаторов и т.д.).
Современная полиция также вооружается электроустройствами для борьбы с противозаконными действиями населения (например, электрошокеры у нас, таузеры в США).
Электротехнические установки находят все более широкое применение в целях обеспечения гражданской и государственной безопасности — устройства, фиксирующие несанкционированное проникновение в жилище, устройства обнаружения взрывоопасных и наркосодержащих предметов.
Электротехника высоких технологий. Расширится использование электротехники в таких областях, как микро-электротехника, космическая электротехника, робототехника; более широкое применение будут находить электроустановки на высоких, ультра- и сверхвысоких частотах (ВЧ, УВЧ, СВЧ) — вплоть до мега- и гигагерц, а также установки, работающие на новых физических принципах и явлениях.
Одно из таких явлений— сверхпроводимость, открытое в 1911 г. Суть его заключается в том, что при очень низких температурах (близких к температуре абсолютного нуля — минус 273 °С) некоторые материалы практически теряют свое сопротивление и, следовательно, не дают потерь при их работе в электроустановках. Однако проблема охлаждения этих материалов до столь низких температур сама по себе требует больших материальных и энергетических затрат. Развитие электротехники на основе сверхпроводимости интенсифицировалось с открытием во второй половине XX в. явления высокотемпературной сверхпроводимости. Это явление связано с обнаружением материалов, приходящих в сверхпроводящее состояние при температуре всего в несколько десятков градусов ниже нуля по Цельсию. Ясно, что реализация такой, ее называют еще «теплой», сверхпроводимости уже не потребует особо сложной холодильной техники.
По некоторым экспертным оценкам, в период с 2000 по 2020 г. объем продаж сверхпроводникового оборудования возрастет почти в 100 раз, страна лидер здесь — США.
Транспортная электротехника. Электрооборудование (ЭО) транспорта: магистрального (поезда, автомобили, самолеты, суда); городского (метро, трамваи и троллейбусы); промышленного (конвейеры, канатно-подвесные и грузовые монорельсовые дороги, электрокары) совершенствуется столь стремительно, что во-многом определяет как эффективность, так и стоимость транспортных средств. Показателен в этом отношении автомобиль, у которого стоимость ЭО выросла за последние несколько десятилетий с 5% до 50% от общей его стоимости и, прежде всего, за счет его автоматизации и интеллектуализации (бортовой компьютер).
Самым динамично развивающимся и важным по значению транспортом является железнодорожный транспорт (в России с его использованием осуществляется 80% грузовых и более 40% пассажирских перевозок). За первое десятилетие XXI в. в России планируется существенно повысить уровень грузовых перевозок по железной дороге, 80% которых будет совершаться по электрифицированным железным дорогам. Еще большую значимость этот транспорт приобретет для пассажирских перевозок при введении высокоскоростных (160 км/ч и более) магистралей. На расстояниях до 1,5 км он окажется более предпочтительным, чем авиационный транспорт. В настоящее время в России подобных магистралей нет.
В различных странах мира: Японии, Китае, Швейцарии и др. в последние годы активизировалось строительство железнодорожных магистралей со скоростью движения электропоездов свыше 500 и более км/ч на базе магнитолевита- ционных технологий. В последние годы в РФ начались подобные разработки, но в ограниченном количестве и без существенной государственной поддержки. Тем не менее эта область развития высокоскоростного железнодорожного транспорта для РФ является одной из самых необходимых. А вместе с решением этой проблемы потребуется решать многие взаимосвязанные с нею задачи — разработку ЭО для таких электропоездов, обеспечивающего экономичную и безопасную их работу. Эти задачи предстоит решать отечественным электротехникам.
