Таким образом, на печатную продукцию теперь приходится незначительная доля в объеме хранящейся в мире информации. В 2000 г. все книги Библиотеки Конгресса США содержали более 1013 байт (более 10 терабайт, Тб) информации, но это меньше 1 % всего собрания (1015 байт, или около 3 петабайт, Пб), если учитывать фотографии, карты, фильмы и аудиозаписи.
В XXI в. информация генерируется еще быстрее. Облачный сервис Domo в своем последнем исследовании скорости генерации информации за 2018 г. учитывал более 97 000 часов видео, транслируемого пользователями Netflix, почти 4,5 млн просмотренного видео на YouTube, чуть больше 18 млн запросов прогноза погоды на Weather Channel и более 3 квадриллионов байт (3,1 Пб) других данных из интернета в одних только Соединенных Штатах. В 2016 г. скорость генерации данных во всем мире превысила 16 зеттабайт (1 Зб = = 1021 байт), а к 2025 г. эта величина возрастет еще на порядок, то есть примерно до 160 зеттабайт (1,6 × 1023 байт). Согласно данным Domo, в 2020 г. 1,7 Мб данных генерируется за секунду каждым из почти 8 млрд обитателей земного шара.
Эти цифры вызывают ряд очевидных вопросов. Сохранить можно лишь часть этого потока данных, но какую именно? Трудности хранения очевидны, даже если сохранять меньше 1 % всего объема. Но что бы мы ни решили сохранить, неизбежен следующий вопрос: надолго ли? Ничто не может существовать вечно, но каково оптимальное время хранения?
Из всех приставок, принятых в Международной системе единиц для обозначения кратных десятичных единиц (тысяча обозначается буквой K = 103, а миллион – буквой M = 106), наибольшее число обозначает приставка йотта (Y = 1024, или триллион триллионов). Такое количество информации мы накопим за десять лет, и обрабатывать ее становится все труднее – даже если эта задача все чаще поручается компьютерам. А когда мы начнем генерировать более 50 триллионов байт информации на человека в год, будет ли у нас реальный шанс ее эффективного использования? Как бы то ни было, существует фундаментальная разница между собранными данными, полезной информацией и глубоким знанием.
Инновации: будем реалистами
Современное общество одержимо инновациями. В конце 2019 г. поиск в Google выдавал 3,21 млрд ссылок на запрос «инновация», что многократно превосходит «терроризм» (481 млн), «экономический рост» (около 1 млрд и «глобальное потепление» (385 млн). Мы готовы поверить, что инновации откроют любые двери, от ожидаемой продолжительности жизни, превышающей 100 лет, до объединения человеческого и машинного интеллекта и практически бесплатной солнечной энергии.
Такое слепое преклонение перед алтарем инноваций ошибочно по двум причинам. Оно игнорирует те масштабные фундаментальные исследования, которые окончились неудачей после того, как на них были потрачены гигантские суммы. И оно почти ничего не говорит о том, почему мы зачастую упорно придерживаемся неэффективной практики, даже зная о существовании лучшего образа действий.
Реактор-размножитель на быстрых нейтронах, названный так потому, что вырабатывает больше ядерного топлива, чем потребляет, – вот лишь один яркий пример долгих и дорогостоящих неудачных инноваций. В 1974 г. компания General Electric предсказывала, что к 2000 г. около 90 % электричества в США будут вырабатывать реакторы-размножители. GE просто транслировала общие ожидания: в 1970-х гг. правительства Франции, Японии, Советского Союза, Великобритании и Соединенных Штатов вкладывали огромные средства в разработку таких реакторов. Однако высокая стоимость, технические трудности и опасность для окружающей среды привели к закрытию британской, французской, японской и американской программ (а также меньших по масштабу немецкой и итальянской), хотя в Китае, Индии, Японии и России до сих пор работают экспериментальные установки. Весь мир потратил гораздо больше $ 100 млрд (по нынешнему курсу) и шесть десятков лет на проект, который не принес никакой коммерческой выгоды.
Среди других многообещающих фундаментальных прорывов, которые до сих пор не коммерциализировались, – автомобили на водородном топливе (топливных элементах), поезда на магнитной подушке (маглевы) и термоядерная энергия. Последний пример – самое известное из всех наших «вечно недостижимых» достижений.
Вторая категория неудачных инноваций – то, от чего мы не можем отказаться, хотя знаем, что это бессмысленно, – достаточно многочисленна, и в нее входят как повседневные практики, так и теоретические концепции.
Прототип поезда на магнитной подушке. CRRC Corporation Limited, Китай, 2019
Два самых ярких примера – переход на летнее время и посадка в самолет. Зачем мы каждые полгода переводим часы под предлогом экономии энергии, когда нам точно известно, что никакой экономии нет? А посадка на пассажирские рейсы теперь занимает больше времени, чем в 1970-х гг., несмотря на тот факт, что нам известны несколько методов, которые позволят рассадить пассажиров быстрее, чем менее эффективные, которые сегодня в ходу. Например, можно рассаживать людей по принципу перевернутой пирамиды, одновременно впуская их в переднюю и заднюю части салона (равномерно распределив поток пассажиров, чтобы не создавать заторов) или просто не указывая места в билетах.
И почему мы оцениваем развитие экономики с помощью валового внутреннего продукта? ВВП – это всего лишь общая сумма товаров и услуг, произведенных в стране за год. Он растет не только когда развивается экономика и улучшается жизнь граждан, но и когда на людей или окружающую среду обрушиваются разнообразные несчастья. Растут продажи алкоголя и число случаев вождения в нетрезвом виде, увеличивается количество аварий, растет число пациентов в отделениях скорой помощи, наносится больше травм, в тюрьмах становится больше заключенных – все это приводит к росту ВВП. Незаконная заготовка древесины в тропиках, уничтожение лесов, утрата биоразнообразия, рост сбыта лесоматериалов – это тоже способствует увеличению ВВП. Мы все это знаем, но продолжаем поклоняться высоким годовым темпам роста ВВП независимо от их причины.
Человеческий разум влечет иррациональное: мы любим рассуждать о нелепых и безумных инновациях, но не даем себе труда устранить повседневные трудности, надеясь на будущее практическое применение того или иного новшества. Почему мы не улучшаем практику посадки в самолет, а отвлекаемся на мечты о гиперлупах и вечной жизни?
Топливо и электричествоЭнергия для общества
Почему газовые турбины – лучший выбор
В 1939 г. на городской электростанции в швейцарском Невшателе начала вырабатывать электроэнергию первая в мире газовая турбина. Машина, установленная компанией Brown, Boveri & Cie, выводила выхлопные газы, не используя их тепло, а компрессор турбины потреблял почти три четверти вырабатываемой энергии. В результате КПД составлял всего 17 %, а полезная выходная мощность – около 4 МВт.
Вторая мировая война и последовавший за ней экономический спад стали причиной того, что турбина в Невшателе оставалась единственной вплоть до 1949 г., когда Westinghouse и General Electric предложили собственные конструкции генераторов небольшой мощности. Никакой спешки с их внедрением не было, поскольку на рынке доминировали крупные угольные электростанции, вырабатывавшие самое дешевое электричество. В 1960 г. мощность самой большой газовой турбины достигла 20 МВт, все еще на порядок меньше, чем у большинства турбоагрегатов.
В ноябре 1965 г. масштабное отключение электричества на северо-востоке США заставило многих специалистов изменить точку зрения: газовую турбину можно вывести на полную мощность за несколько минут. Но растущие цены на нефть и газ, а также замедление спроса на электричество помешали быстрому распространению новой технологии. Качественный сдвиг произошел только в конце 1980-х гг.; в 1990 г. в США почти половина введенных в строй новых электрогенерирующих мощностей обеспечивалась газовыми турбинами, мощность, надежность и эффективность которых постоянно росли.
Но даже при КПД свыше 40 % температура выбрасываемых газов достигала 600 ℃, и этого хватало, чтобы вырабатывать пар в присоединенной паровой турбине. Тандем из газовой турбины и паровой турбины – газовая турбина с комбинированным циклом (ГТКЦ) – был разработан в конце 1960-х гг., а в настоящее время КПД такой установки достигает 60 %. По этому показателю с ней не может сравниться никакой другой первичный источник энергии.
Сегодня ради выработки электроэнергии для бытовых нужд компания Siemens предлагает парогазовые установки мощностью 593 МВт – почти в 40 раз больше, чем у генератора в Невшателе (15,4 МВт), – и КПД 63 %. Газовая турбина 9HA от компании General Electric выдает 571 МВт при самостоятельной работе (турбина простого цикла) и 661 МВт (КПД 63,5 %) совместно с паровой турбиной (ГТКЦ).
Конструкция мощной газовой турбины
Газовые турбины – идеальное решение при пиковых нагрузках и лучший резерв в случае, если приходится полагаться на непостоянные источники энергии – ветровые и солнечные установки. В настоящее время в Соединенных Штатах это самый дешевый вариант новых генерирующих мощностей. Нормированная стоимость электроэнергии (показатель расходов на эксплуатацию энергетического проекта в течение срока службы) для новых мощностей, которые вступят в строй в 2023 г., ожидается на уровне $ 60 за мегаватт-час (МВт·ч) для угольных турбоагрегатов с частичным улавливанием углеродных выбросов, $ 48/МВт·ч для солнечных батарей и $ 40/МВт·ч для прибрежных ветровых генераторов – но менее $ 30/МВт·ч для обычных газовых турбин и менее $ 10/МВт·ч для парогазовых установок.
Во всем мире газовые турбины также используются для одновременной выработки электричества и тепла. Пар и горячая вода нужны и во многих производственных процессах, и в системах централизованного отопления, довольно распространенных в крупных европейских городах. Эти турбины даже применяются для обогрева и освещения огромных голландских теплиц, причем у них есть и дополнительное преимущество: выбрасываемый в воздух углекислый газ, ускоряющий рост овощей. Газовыми турбинами оснащены и компрессоры на многих промышленных предприятиях и насосных станциях магистральных трубопроводов.