Неудобные факты о возобновляемой энергетике

Споры о будущности энергетики не стихают. Новые аргументы сегодня представляет гость портала КузПресс Сципион.

Предисловие Владимира Зыкова.  Понятно, что это всё азбука, но некоторые образные сравнения любопытны и наглядны. Может, кому-то пригодится.

Не проходит и недели, чтобы какой-нибудь мэр, губернатор, политик или ученый не предсказал бы новое энергетическое будущее, полностью основанное на использовании энергии ветра и солнца и на отказе от использования углеводородов, управляющих жизнью человечества на протяжении веков.

Однако, физика, экономика энергии и просто реалии жизни дают понять, что в обозримом будущем места для "новой энергетической экономики" нет. В недавнем отчете Манхэттенского института "Новая энергетическая экономика: упражнение в магическом мышлении" приводится ряд доказательств этой точки зрения.

1. Углеводороды обеспечивают более 80% мировой энергии.

2. Снижение доли углеводородов в мировом потреблении энергии всего на 2 п.п. приведет к совокупным глобальным расходам на альтернативные варианты энергии за этот период, которые составят почти $2 трлн. Солнце и ветер сегодня обеспечивают менее 2% объемов мировой энергии.

3. Когда 4 млрд бедных людей в мире увеличат потребление энергии до одной трети европейского уровня на душу населения, мировой спрос вырастет на величину, которая будет вдвое больше общего объема потребления Америки.

4. К 2040 году увеличение в 100 раз количества электромобилей, до 400 млн, приведет к снижению мирового спроса на нефть на 5%.

5. В течение 20 лет объемы использования возобновляемой энергии должны расшириться в 90 раз, чтобы заменить углеводороды. Для того, чтобы мировая добыча нефти выросла всего в 10 раз, потребовалось полвека.

6. Чтобы заменить производство электроэнергии на основе углеводородов в США в течение следующих 30 лет, нужна будет программа строительства, которая позволит создать энергосистему в 14 раз быстрее, чем когда-либо в истории.

7. Если США откажутся использовать углеводороды для производства электричества, 70% объемов использования углеводородов в США останутся нетронутыми. Сейчас Америка потребляет 16% мировой энергии.

8. Эффективность увеличивает спрос на энергию за счет того, что продукты и услуги становятся дешевле: с 1990 года глобальная энергоэффективность выросла на 33%, экономика - на 80%, а потребление энергии в мире - на 40%.

9. Эффективность повышает спрос на энергию: с 1995 года потребление авиационного топлива на пассажиро-километр сократилось на 70%, объем воздушного движения вырос более чем в 10 раз, использование авиатоплива в мире увеличилось более чем на 50%.

10. Эффективность увеличивает спрос на энергию: с 1995 года потребление энергии на байт сократилось в 10 тыс. раз, а объем мирового трафика данных вырос примерно в 1 млн раз; взлетел мировой объем использования электричества, необходимого при работе компьютерной техники.

11. С 1995 года общий объем потребления энергии в мире вырос на 50%.

12. В целях безопасности и надежности в хранилищах страны должны оставаться запасы углеводородов, которые могли бы обеспечивать необходимые потребности страны в течение 2 месяцев. Сегодня все батареи общего назначения и аккумуляторы 1 млн электромобилей в США способны обеспечить только 2 часа национального спроса на электроэнергию.

13. Аккумуляторы, производимое ежегодно на заводе Tesla Gigafactory, могут обеспечить лишь 3 минуты ежегодного спроса на электроэнергию США.

14. Чтобы обеспечить достаточное количество аккумуляторов, которые удовлетворили бы спрос на электроэнергию в США на 2 дня, длительность производства Gigafactory должна составить 1 тыс. лет.

15. На эксплуатацию каждого произведенного самолета за $1 млрд в течение 20 лет нужно авиационное топливо стоимостью $5 млрд. Глобальные расходы на новые самолеты составляют более $50 млрд в год. И они еще растут.

16. Каждый $1 млрд, потраченный на центры обработки данных, приводит к использованию электроэнергии в течение 20 лет стоимостью $7 млрд. Глобальные расходы на центры обработки данных составляют более $100 млрд в год.

17. За 30 лет установки по выработке солнечной или ветровой энергии на сумму $1 млн дают 40 млн и 55 млн КВтч соответственно. Скважины стоимостью $1 млн, производящие сланцевую добычу нефти и газа, вырабатывают объем природного газа, способного дать 300 млн КВтч за 30 лет.

18. Строительство одной скважины на нефтяном или газовом месторождении или двух ветряных турбин стоит примерно одинаково: последние производят 0,7 баррелей нефти в час (эквивалентность энергии), скважина на месторождении сланцевого газа добывает 10 баррелей нефти в час.

19. Хранение барреля нефти или его эквивалента в природном газе обходится менее чем в $0,50, а хранение эквивалентной энергии барреля нефти в батареях обходится в $200.

20. В стоимостных оценках ветровой и солнечной энергии предполагается коэффициент мощности 41% и 29% соответственно. Реальные данные дают цифры на 10 п.п. меньше для обоих. Это означает, что за $3 млн будет произведено меньше энергии, чем предполагалось в течение 20 лет службы ветротурбины за $3 млн мощностью 2 МВт.

21. Чтобы компенсировать эпизодическое использование энергии ветра/солнца, американские коммунальные службы используют двигатели, работающие на нефти и газе. С 2000 года их использование стало в 3 раза больше, чем за 50 лет до этого.

22. Коэффициенты мощности ветропарка улучшились примерно на 0,7% в год. Этот небольшой показатель в основном достигается за счет сокращения числа турбин на акр, что приводит к росту средней площади земель, используемой для производства киловатт-часов, на 50%.

23. Более 90% электроэнергии в Америке и 99% энергии, используемой транспортом, поступают из источников, которые могут легко поставлять энергию для экономики в любое время, когда этого требует рынок.

24. Ветряные и солнечные установки вырабатывают энергию в среднем от 25% до 30% времени и только тогда, когда это позволяют природные условия. Обычные электростанции могут работать почти непрерывно.

25. Сланцевая революция снизила цены на природный газ и уголь — 2 вида топлива, которые производят 70% электроэнергии в США. Но тарифы на электроэнергию выросли на 20% с 2008 года из-за прямых и косвенных субсидий на солнечную и ветряную энергию.

26. Трансформировать экономику энергии - это не то же самое, что несколько раз отправлять на Луну несколько человек. Это больше напоминает ситуацию, при которой на Луну будет отправлено все человечество. Причем, навсегда.

27. Распространенное клише: сбои в энергетических технологиях повторят разрушения в цифровых технологиях. Но машины для производства информации и машины для производства энергии основаны на совершенно разных физических законах.

28. Если солнечную энергию представить себе в масштабах компьютерных технологий, Эмпайр Стейт Билдинг мог бы использовать одну солнечную батарею размером с почтовую марку. Но это возможно только в сказках.

29. Если батареи представить себе в масштабах цифровых технологий, батарея размером с книгу, которая стоит 3 цента, может привести в действие реактивный лайнер в Азию. И это тоже возможно только в сказках.

30. Если бы двигатели внутреннего сгорания можно было представить себе в масштабах компьютеров, автомобильный двигатель уменьшился бы до размеров муравья и произвел бы в 1 тыс. раз больше лошадиных сил; настоящие двигатели производят в 100 тыс. раз меньше энергии.

31. Увеличить в 10 раз солнечные технологии, представив их в цифровом форме, нельзя. Физический предел для солнечных элементов позволяет максимально преобразовать 33% фотонов в электроны; коммерческие ячейки - 26%.

32. Тоже самое касается 10-кратного увеличения технологий ветра в цифровом формате. Физический предел для ветряных турбин - это максимум 60% энергии в движущемся воздухе; коммерческие турбины дают 45%.

33. 10-кратное усиление батарей в цифровом формате отсутствует: максимальная теоретическая энергия в фунте нефти на 1500% превышает максимальную теоретическую энергию в фунте химикатов для батарей.

34. Для хранения энергетического эквивалента одного фунта углеводородов нужно около 60 фунтов батарей.

35. На каждый фунт изготовленной батареи нужно добыть, переместить и обработать 100 фунтов материалов.

36. Для хранения энергетического эквивалента одного барреля нефти, который весит 300 фунтов, требуется 20 тыс. фунтов батарей Тесла (стоимостью $200 тыс.).

37. Для перевозки энергетического эквивалента авиационного топлива, используемого самолетом, летящим в Азию, нужны аккумуляторы типа Тесла на $60 млн, в 5 раз больше этого самолета.

38. Для изготовления того количества батарей, которые могут хранить энергетический эквивалент 1 барреля нефти, нужен энергетический эквивалент 100 баррелей нефти.

39. Для создания аккумуляторов потребуется перерабатывать намного больше гигатонн земли, чтобы получить доступ к литию, меди, никелю, графиту, редкоземельным элементам, кобальту и т. д. И использовать миллионы тонн нефти и угля для добычи и для производства металла и бетона.

40. Китай доминирует в мировом производстве аккумуляторов с энергосистемой, на 70% работающей на угле: электромобили, использующие китайские аккумуляторы, произведут больше углекислого газа, чем будет сэкономлено за счет замены двигателей, работающих на нефти.

41. От вертолетов для регулярных трансатлантических путешествий не больше пользы, чем от использования ядерного реактора для питания поезда или фотоэлектрических систем для обеспечения электричеством населения.