alex_leshy (alex_leshy) wrote,
alex_leshy
alex_leshy

Categories:

Полностью возобновляемая энергия или куда приведут мечты. Часть 2/III



Мак-Кай предлагает ряд мер, как смягчить переход на низкий уровень потребления.

1. Пассажироперевозки наземным транспортом. Следует учитывать не только расход топлива на единицу пробега, но и затраты энергии на создание, ремонт, утилизацию транспортных средств, а также на поддержание инфраструктуры. Даже велосипед не перевозит седока бесплатно – истираются шины, изнашивается механизм, да и вращающему педали седоку требуется больше калорий. Общие расходы педального транспорта составляют 1-2 кВт·ч на 100 пассажиро-километров.

Магической серебряной пули под названием «сверхэкономичный автомобиль» в природе не существует. Иногда для студентов устраивают соревнования типа «максимальный пробег на 1 литре топлива» или «на солнечной энергии через Австралию». В рамках «Экологического марафона Шелл» в 2005 году творение студентов из Цюриха «PAC Car II» накрутила на 1 грамме водорода по идеально горизонтальному автодрому 20.6 км (дистанция совсем не автомобильная и даже не марафонская) со средней скоростью 30 км/ч. Автомобиль на велосипедных колёсах вёз одного пилота: студентку с массой тела около 45 кг. Для обучения будущих инженеров понятию «инженерный компромисс», а также мастерить руками – сгодится. Практический транспорт? Ну что вы! Из-за умопомрачительного «пробега между техобслуживаниями» 80 км, стоимость 100 пассажиро-километров на этой штуке оценивается в 2'000-3'000 кВт·ч, не хуже, чем у гоночных болидов «Формула-I».



«Омагничивание бензина» и прочие торсионные поля оставим лохам.

Перспективными с точки зрения экономии энергии являются, в порядке приоритетов: (а) уменьшение веса транспортных средств по отношению к весу пассажиров, (б) снижение потерь за счёт более ровного пути и оптимизации перекрёстков, (в) рекуперация энергии при торможении, (г) оптимизация заполненности транспорта, (д) оптимизация скорости транспортного потока.

Электрические автомобили, например, более эффективны, чем бензиновые, если считать по текущей стоимости киловатт-часов, полученных из сети против стоимости бензина на заправке. Однако, если учесть эффективность сжигания угля на тепловых станциях, потери при передаче энергии, потери при зарядке батарей, расходы на добычу лития, более короткий срок жизни электрического авто в целом, и прочие факторы – получаются сравнимые показатели: от 40 до 200 кВт·ч на 100 км пробега в зависимости от класса автомобиля и состояния проезжей части.

Какое-то время в Великобритании был популярен электромобиль индийского производства «REVAi», он же «G-Wiz». Британцы описывали его как «тележку для гольфа, которой разрешили ездить по улицам». В России тележки для гольфа не особо известны, поэтому лучше описать машинку как «электрическую инвалидку». Для сравнения возьмём увековеченную Моргуновым «С3А», так как идеально соответствует «G-Wiz» по габаритам; более современные «С3Д» и «Ока» – несколько длиннее и шире.



Как видим, инвалидка 1958 года с прожорливым двухтактным мотоциклетным мотором вполне сравнима со «сверхэкономичной» индийской машинкой. О комфорте и безопасности у обоих говорить не приходится. В 2010 году «G-Wiz» погубила видного британского специалиста в области строения белков доктора Джудит Надал5. Сейчас G-Wiz уже сняли с производства, заменив на «e20». Последняя находится в той же лиге, что и остальные электромобили своего класса: более 3 метров в длину, 50 кВт·ч на 100 км пробега. Британские учёные покупать новинку не спешат: к 2015 году продано не более 1500 единиц.

Для сравнения, сильно распиаренный «Тесла» потребляет (по городу) 25-30 кВт·ч на 100 км, если считать «из розетки». С учётом стоимости производства автомобиля с цельно-алюминиевой рамой, технического обслуживания электродвигателей с редкоземельными магнитами и, особенно, стоимости замены 7104 (sic!) литий-ионных батареек Panasonic 18650, энергетическая эффективность «Теслы» сопоставима с бензиновыми аналогами: около 65 кВт·ч на 100 км. Кстати, по данным самой «Панасоник»6 номинальная ёмкость батарейки 2.7 А·ч при напряжении 3.6 В, то есть номинальный запас энергии в «Tesla-85 кВт·ч» 2.7*3.6/1'000*7'104 = 69 кВт·ч. Откуда взялись «85 кВт·ч»? По паспорту, батарея требует примерно столько или чуть больше для зарядки: 2.9*4.2/1'000*7'104 = 86 кВт·ч. Представьте, что каждый раз покупая 50 литров бензина, вы заливаете 41 литр в бак, а оставшиеся 9 – поджигаете на газоне перед заправкой! Уважаемый Маск запросто поимел мозг тесловодов на 16 кВт·ч.



Далее по тому же паспорту «Панасоник», батарейка 18650 номинально рассчитана на 500 циклов зарядка-разрядка (при оптимальном времени зарядки 4 часа). Маск утверждает, что на одной зарядке «Тесла» с батареей «85 кВт·ч» прозжает по шоссе 425 км (в зависимости от вашего «стиля вождения» и качества дороги может быть вдвое меньше, но оставим официальные данные). Тогда, 500 циклов – это всего 210'000 км шоссейного пробега. Опытные любители «секонд-хэндов» скажут вам, что при правильно растущих руках на таком пробеге у бензинового «японца» едва-едва открывается второе дыхание молодости.

Ещё огорчение российским тесловодам. Обратите внимание на номинальные температуры зарядки и разрядки батарей! Даже на широте Сочи и Краснодара, гарантий нет. А на широте Москвы – потребуется тёплый бокс на зиму. Когда машинка стоит на улице, часть энергии используется для прогрева самой батареи. При свежем морозце 25 градусов, за сутки-двое вынужденной стоянки машинка батарею скушает. Простояв разряженной на морозе неделю, – батарея сдохнет в ноль. Заплатите кровные за новую батарею с установкой, и даже гарантия вам не светит, ибо «эксплуатировать надо по инструкции».

Ну и в других странах с «зелёным» тесловодством не всё в ажуре. Допустим, живёте вы в бесснежной солнечной Австралии, а на крыше 20 м2 коммерческих солнечных панелей. Тогда в день можно выработать в среднем (лето-зима, солнечно-пасмурно) около 30 кВт·ч электроэнергии, значит в день можно проезжать 60 км. Вполне достаточно, чтобы ездить на работу и за покупками, а если не шиковать, останется на кондиционеры, холодильники и прочую домашнюю «роскошь». На широте почти бесснежного, но пасмурного Лондона, имея реалистические по мнению автора 10 м2 солнечных панелей и учитывая погодные условия, дневная выработка около 5 кВт·ч, а на нужды личного транспорта с учётом ветровой энергетики можно выделить 0.25*24 = 6 кВт·ч (смотрим таблицу выше). Тогда средний дневной пробег автомобиля класса «инвалидка» 13 км, класса «Тесла» – 9 км. Электромобиль превращается из средства передвижения в игрушку: поездка раз в неделю летом на дачу или типа того. На широте Москвы и выше никто от солнечных панелей и ветряков заряжать машинку и не станет: придётся использовать энергию мирного атома, а за её недостатком – газ и уголь. О «возобновляемой энергетике» речь уже не идёт.

На волне глобального отупения позеленения на рынке появились «гибридные» бензин-электрические авто и даже работающий на водороде «Хаммер-H2H». Стоит ли объяснять, что при самых благоприятных условиях подобные монстры спасают не более 20% энергии? Иногда и наоборот бывает. «Лексус» выпустил в 2008 году гибридный «RX 400h», «официально по техпаспорту» потреблявший на 10% больше бензина, чем базовая модель. Творение BMW «Hydrogen-7» требует 254 кВт·ч на 100 км – почти вчетверо больше, чем средний британский автомобиль образца 2015 года. Бывший ведущий ТВ-шоу «Прямая передача» Джереми Кларксон про гибридное творение Тойоты «Приус» высказался так:

Автомобиль дорогой, очень сложный в обслуживании, не особенно «зелёный», медленный, сделанный кое-как и бесполезный в качестве средства передвижения.


Мак-Кай заключает, что совершенствование автопарка Британии с включением электромобилей (но не «водородных» и прочих чудовищ) вполне возможно, но в долгосрочной перспективе основным методом пассажироперевозок в «Великобритании на возобновляемой энергии» будет общественный транспорт: автобусы (общий расход порядка 10-30 кВт·ч на 100 пассажиро-километров) и железная дорога (порядка 2-15 кВт·ч на 100 пассажиро-километров). Предлагаются новации, навроде автоматических пунктов проката велосипедов. Ну и, натурально, британцам придётся, как 150 лет назад, инвестировать в пару крепких ботинок и трость – или длинный зонтик. И обходиться вообще без транспорта.

2. Грузоперевозки наземным/морским транспортом. Мак-Кай отмечает, что современный железнодорожный, речной и морской транспорт уже достигли максимальной эффективности порядка 0.1-0.2 кВт·ч на 1 тонну груза на 100 км. Морской транспорт, предположительно, может ещё уменьшить это значение за счёт прямого использования энергии ветра (если паруса будут ставить не матросы, а механизмы). Однако, основными методами сокращения энергозатрат станет прямое сокращение грузоперевозок. Порт, принимавший 10 контейнеровозов в неделю в 2008, будет в 2050 году принимать одно судно. Во вам и сокращение на 90%.



Сейчас в Великобритании для перевозок внутри страны предпочтение отдают прямой доставке автомобильным транспортом: страна не особенно большая, не требуется погрузка и выгрузка барж и поездов. В будущем вновь востребованной станет профессия «грузчик», а студентам – найдётся ударный приработок.

3. Воздушный транспорт, морские лайнеры. Самолёты летать не перестанут, но летать будут куда реже. Практическим пользователем авиации станут военные. Иногда они же могут возить тушку очередного премьер-министра. Ну и у мультимиллиардеров и их обслуги авиация останется, – кто же им-то запретит? Средний британец будет рассказывать об единственном в жизни воздушном путешествии, как бабушки в СССР образца 1960 года: «а вот я на самолёте летала…»

Что до морских лайнеров, навроде упоминавшегося в первой главе «Титаника», – вопреки расхожему убеждению, перевозка пассажиров морем далеко не так экономична, как воздухом. Наилучшие результаты были достигнуты в пятидесятые-шестидесятые годы прошлого века, когда через Атлантику в США ходили «экономические сестрички» «Маасдам» и «Рийнсдам». Первого класса с отдельными каютами у них не было вовсе, скорость хода 16.5 узлов, переход от Глазго до Нью-Йорка – 8 суток с небольшим. Энергии на 100 пассажиро-километров уходило 103-121 кВт·ч. Сравните с круизным лайнером «Куин Мэри – II», который сжигает 3'000 кВт·ч на каждого резвящегося туриста в сутки и 8-часовой перелёт от Хитроу до Нью-Йорка на аэробусе «А380» – 60-68 кВт·ч на 100 пассажиро-километров.

Конечно, для нищебродов могут воссоздать (на современном технологическом уровне) и парусные пассажирские суда – со средней скоростью 6 узлов и временем перехода через Атлантику до месяца. Можно заключить, если кто из простых британцев и соберётся «на пароходе в Америку», билет, скорее всего, будет в один конец. Смотрите последнюю версию «Титаник»: куда и зачем герой Леонардо Ди Каприо плыл?

4. Обогрев помещений. К счастью, кондиционирование (охлаждение) воздуха в умеренной Великобритании не является жизненной необходимостью. Экономить энергию на обогрев можно, с точки зрения физики, пятью путями, в порядке удобства: (а) теплоизоляцией помещений, (б) увеличением эффективности обогревателей, (в) климатической оптимизацией новых зданий – глухая стена на север, окна на юг, (г) уменьшением разницы между температурой внутри и снаружи жилища, (д) оптимизацией использования обогреваемых помещений.

К несчастью, большинство домов в Великобритании было построено или перестроено в 1950-70 годы, когда энергия была дешева, а про теплоизоляцию не задумывались. По подсчётам Мак-Кая, можно сохранить до 25% энергии, если просто вложить теплоизоляцию между кирпичными стенами и заменить типичное для Британии одинарное остекление на стеклопакеты.

Пункт (г) в Великобритании почти исчерпан: большинство британцев традиционно поддерживают температуру в помещениях вблизи забортной. «Нормальной комнатной температурой» считается зимой +15°Ц, летом +30°Ц. Впрочем, та же практика существует и в Китае: типичная домашняя одежда зимой состоит из трёх-четырёх слоёв, включая подбитый ватой халат. Ну и жители северных штатов Индии не греют жилища, а надевают весь гардероб.



Эффективность обогревателей (б) – поле пока нехоженое. По мнению Мак-Кая, в условиях Британии генерация электроэнергии на ТЭЦ менее эффективна, чем использование «тепловых насосов».

Сейчас в Европе (и в России) большая часть электроэнергии вырабатывается на Тепло-Электро-Централях. Как любая тепловая машина, ТЭЦ получает энергию от «нагревателя» и отдаёт «холодильнику». Источником тепла является сгорающее в топке или турбине станции топливо, а в качестве холодильника выступают в летнее время – градирни-испарители, а в «отопительный период» – радиаторы водяного отопления в квартирах граждан. Летом «лишнее» тепло просто улетает в атмосферу, зимой – используется на обогрев помещений. В Сибири (или той же Финляндии), где отопительный сезон длится более полугода, – ТЭЦ вполне энергетически оправданы. Другое дело на юге Великобритании. В году не так уж много дней, когда жилой фонд может выступать эффективным «холодильником», оттого почти вся энергия сбрасывается в градирни.

«Тепловые насосы» (думайте как о холодильнике, где конденсатор выведен в дом, а морозилка на улице) могут быть сконфигурированы по-разному. Некоторые выкачивают теплоту из окружающего воздуха. Есть системы, где вместо воздуха – закопанная по периметру садового участка витая медная труба или колодец с водой7.

В качестве бонуса, «тепловые насосы» могут утилизировать, помимо тепла от ископаемого топлива, электроэнергию солнечных батарей или ветряков.



Пущенный в обычный электрообогреватель, киловатт-час электроэнергии выделит в вашей комнате ровно на один киловатт-час тепла. С тепловым насосом, тот же киловатт-час доставит в комнату больше 1 киловатт-часа; насколько больше, зависит от конфигурации уличной «морозилки» и перепада температур. По той же причине, отчего домашний холодильник (при прочих равных условиях) потребляет тем больше электроэнергии, чем холоднее вам хочется пиво, чем холоднее на улице, тем интенсивнее должен работать тепловой насос, тем меньше «перекачка» на единицу электроэнергии. Температура уличной «морозилки» должна оставаться ниже забортной, а то тепло от земли в «морозилку» не потечёт!

В условиях мягкого климата Великобритании: среднегодовая температура почвы +11°Ц, минимальная комнатная +15°Ц, тепловые насосы могут перекачивать до 4 кВт тепла на каждый киловатт электрической мощности. Если принять электрический КПД современной газотурбинной станции (с потерями на передачу энергии) в 50%, каждый кВт·ч газа, сгоревший на электростанции, нагреет ваш дом, грубо, на 2 кВт·ч. В Сибири, если на улице минус тридцать, а в доме всё одно хочется +25°Ц, выгоднее нагревать воздух горячими батареям от ТЭЦ и держать про запас электрокамин.

Ну и оптимизация использования помещений, то есть «уплотнение» в терминах Булгаковского Швондера, (д). Истина, известная каждому туристу. дЕсли хорошо законопатить стены-окна-двери, да набить в помещение побольше народа, обогрев вообще не нужен! Вспомним, что человек в покое выделяет тепла как 130-ваттная лампочка. В Викторианские времена типичное жилище зимой в Лондоне вмещало 20-25 человек на 10 квадратных метрах. В складчину покупали несколько фунтов угля – и хватало на ночь.

5. Горячая вода и приготовление пищи. Мак-Кай замечает, что использовать для нагрева воды электричество – бесполезно греть атмосферу. В странах с холодным климатом за нагрев воды могут отвечать те же ТЭЦ. Где климат мягкий, солнечные водонагреватели на крышах могут сократить затраты потребного топлива примерно вдвое-втрое. В странах жарких используются и системы прямого воздушного нагрева воды. Например, на жарком севере Австралии (он к экватору ближе) холодную водопроводную воду пропускают под домом в десятиметровый медный теплообменник. В качестве бонуса, пол в доме прохладный, экономится кондиционер. На выходе получается вода с температурой окружающего воздуха, – то есть 35-45°Ц. Воду накапливают в дневное время в термостатированной ёмкости. Расход электроэнергии или газа – исключительно на подогрев воды в «холодные» (+23°) дни, такой ужас в городе Дарвине бывает раз в три года.

Если использовать для приготовления пищи природный газ, лучший способ, как ни странно – современная газовая плита, а не электрическая, энергию для которой вырабатывает далёкая ТЭЦ. Однако, помимо плит у населения есть микроволновки и электрочайники. Что делать с ними – непонятно.

Часть 1
Часть 3



Tags: ВИЭ, Великобритания, анализ, комментарий, энергетика
Subscribe
  • Post a new comment

    Error

    Anonymous comments are disabled in this journal

    default userpic

    Your reply will be screened

    Your IP address will be recorded 

  • 3 comments