alex_leshy (alex_leshy) wrote,
alex_leshy
alex_leshy

Categories:

Полностью возобновляемая энергия или куда приведут мечты. Часть 1/III



Сто процентов возобновляемых (по следам "Возобновляемая энергия без вранья")


Примерно с 2005 года на просторах Интернет появилась новая мантра: «Сто процентов энергии из возобновляемых источников». Пишут и политики, и зелёные. Знаете, а я согласен. Сто процентов из возобновляемых – вполне достижимо. Вопрос только в том, какова абсолютная величина этих ста процентов и каков при этом будет средний уровень жизни.

Дэйвид Мак-Кай в книге «Возобновляемая энергия без вранья»[21] попробовал оценить, что получится в цивилизованной Великобритании, если перейти на 100% возобновляемых. Всё приводить здесь не буду, в книге почти 400 страниц. Читайте по-английски, а для умеющих в мову камарад Андрiй Копец даже сделал укороченный перевод и вроде бы скоро выпустит полный.

[21] MacKay, David JC, Sustainable Energy — Without the Hot Air, UIT Cambridge Ltd, 2009, ISBN 978-0-9544529-3-3 (мягкая обложка) 978-1-906860-01-1 (твёрдая обложка). Электронная версия бесплатно: https://www.withouthotair.com/

Для начала, Мак-Кай оценивает потребление британского «среднего класса» – а там сейчас большинство «средний класс» и есть. В качестве единицы мощности в книге выбран 1 кВт·ч/сутки. Такая единица понадобилась для лучшего охвата аудитории: британцы, как и россияне, платят за киловатт-час, оттого понятнее. Читателей этой книги физика не пугает, поэтому сразу перевожу в простые ватты, поделив на 24 и домножив на 1'000.

Итак, средний британец хорошо кушает (2'700 ккал, 280 г мяса или птицы в сутки), элегантно одевается («сделано в Китае»), ездит в личном автомобиле (изредка пользуясь общественным транспортом), один раз в год летает куда-то полежать под более интенсивным солнышком. Некоторые британцы летают на боевых вертолётах, гоняют на полицейских «перехватчиках» или возят пациентов на «Скорых» – то есть обеспечивают остальным порядок и покой. Пресная вода считается поступающей с неба бесплатно – на дождливых островах вполне нормальное допущение. Что получилось у автора, приведено в таблице.

Потребляемая британцами мощность – 8'150 ватт на человека. Примерно столько же в других странах Северной Европы: Германии, Франции, Австрии, Голландии… В Норвегии, США, Канаде потребление почти вдвое выше. Для сравнения. Во второй главе мы подсчитали, что в 2015 году 7.35 миллиарда землян потребляли 18.5 тераватт мощности из источников с низкой энтропией плюс как минимум 8.5 ТВт в виде продовольствия, то есть по 3'670 Вт на душу. Средний землянин потребляет вдвое меньше, чем средний британец.



Далее Мак-Кай принимается оценивать максимальное производство энергии из возобновляемых источников на территории Соединённого Королевства. Сначала вообразим, что в нашем распоряжении неограниченное количество стали, редких элементов для солнечных батарей и других ресурсов. Сколько можно произвести энергии на одного британца? Вычисление получилось такое:



Внимательные читатели наверняка заметят в таблице перекос в сторону ветровой и приливной энергетики. Ничего удивительного: речь идёт о конкретных Британских островах, с конкретной территорией и береговой линией. Ветра Бог дал вдоволь, вулканами и полноводными реками – обидел.

Автор неоднократно подчёркивает, что таблица для потребления – намеренно заниженная, а для производства – всё по максимуму. Если принять числа как есть, британцы при переходе к 100% возобновляемой энергии смогут сохранить существующий высокий уровень жизни. Скажем, летать ежегодно не на Мальдивы, а в Болгарию, сэкономив 110 ватт, вот и уложились в 8040. Примерно так художник представляет центр Лондона, когда уложатся:



Далее Мак-Кай переходит от максимальных оценок производства к реальным. Внезапно оказывается, восемь киловатт на душу произвести из возобновляемых источников никак не получается. Спросим экспертов:

IEE – «Британское Общество Инженеров – Энергетиков» в 2002 году оценило потенциал Британских островов по возобновляемым источникам в 1'130 ватт на душу населения;

Центр стратегических исследований Тайнделла в 2007 – 660 ватт;

IAG – межотраслевая аналитическая группа Правительства Великобритании считала только энергию по цене не более 7 пенсов за кВт·ч (в ценах 2003 года). Получилось всего 490 ватт;

PIU – «Центр инновационных исследований Великобритании», в 2002 обещал 2'350 ватт на душу из возобновляемых к 2020 году;

CAT – «Центр Альтернативных Технологий» в 2007 представил доклад «Остров Британия» под редакцией Хельвига-Ларсена и Булла: 2'000 ватт на душу.1

Все четыре организации не учитывали продовольствие, следовательно, для правильного сравнения, следует увеличить числа на 625 Вт. Оптимистическая оценка PIU, таким образом, 2'975 Вт, то есть на 60% ниже оценки Мак-Кая.

Центр Тайнделла отмечал, что даже для выработки 660 ватт на душу придётся напрягаться. Производство из возобновляемых источников (включая биомассу) в Великобритании 2006 года – 34 Вт на нос. От ядерных станций получали 142 Вт, остальное, в порядке возрастания: уголь, нефть, природный газ.

Большая работа и времени требует немало. В 2002 «Общество Инженеров-Ядерщиков» доклад PIU раскритиковало в пух и прах – не за абсолютные значения, а за сроки: 2020 год – совершенно не реалистичен. И как в воду глядели: с момента доклада прошло 13 лет, в 2015 Великобритания произвела из возобновляемых… 147 ватт на душу. В отместку, зеленоватые лирики перекричали ядрёных физиков: субсидии срезали, и производство электроэнергии на атомных станциях сократилось до 124 ватт на британца. Впрочем, в целом по планете ситуация ещё хуже.



Как видим, самые оптимистичные прогнозы едва дотягивают до 1/3 требуемой мощности и меньше чем среднедушевое потребление на планете. Отчего такая разница с максимальной оценкой? Рассмотрим только первые три строчки таблицы производства. Закатать 5% территории Британии в солнечные панели при использовании современных технологий нереально. Во всех месторождениях Земли просто нет такого количества редких элементов2, например, гадолиния для этих батарей.

Кое-где ведутся исследования по замене редкоземельных на дешёвую серу, а перцы уже вопят, что редкоземельные «скоро» станут не нужны. Ну, «скоро» у перцев – это лет пятьдесят минимум. А скорее – никогда. Бесплатный сыр бывает только в мышеловках: солнечные панели с серой имеют КПД в десятые доли процента, и над ними учёные бьются с начала прошлого века. Между делом, в 2011 году, единственный на планете серьёзный производитель гадолиния – КНР – вдруг заявила: «Конец экспорта, самим мало».

Более того, Солнце, конечно, светит миллиарды лет, а вот солнечная панель работает 20-30. Каждые 25 лет каждый британец должен будет оплатить установку новых панелей. Ну, или более реально: покупать по 10 м2 новых солнечных панелей ежегодно. Трата, сравнимая с покупкой микролитражки.

Установка ветряных турбин на шельфе Северного моря потребует не менее 60 миллионов тонн стали. Для сравнения, все нефтегазовые платформы Северного моря, со всеми трубопроводами и прочей инфраструктурой – всего 8 миллионов тонн. Во время Второй Мировой американские судостроительные компании спустили на воду 2'751 сухогруз класса «Либерти» – строили быстрее, чем немецкие подводные лодки успевали топить. Общая масса стали в пароходах – 19 миллионов тонн.

Однако, и ветряная турбина в море работает вечно лишь во влажных мечтах перцев. Реальный срок службы – те же 30 лет или меньше. Уже сейчас по всей Европе часть ветряков простаивает – нет запчастей. Значит, после постройки турбин Британии потребуется ежегодно скармливать на нужды ветроэнергетики не менее 2 миллионов тонн новой стали.

Ну и биотопливо. В США, Аргентине, Австралии – процесс уже идёт. Сахарный тростник и кукурузу перерабатывают в этанол, рапс – в биодизель. Площадь Великобритании невелика – всего 44 сотки на душу населения, включая и сельхозугодья, и городскую застройку, и бесплодные скалы. Лишней земли просто нет, да никто и не отдаст.

Какой уровень жизни получится, если ограничиться 2'650 ваттами на человека в день? «Сходите поглядеть в Бразилии» – не предлагать. Климат не тот. Напомню, всё исследование ведётся для конкретной страны в конкретных географических условиях.



Туризм убираем начисто: фиг с ней, с Болгарией, дома позагораем. Про личные автомобили придётся забыть и пересесть на велосипеды, автобусы, электрички, сократив расходы энергии на 85%. Аналогично поступаем с грузовыми перевозками, средствами связи, освещением, сокращая на 90%. На улицах будет темно, как в 1940. Категорически не сокращаем образование, а то население примется расти, и 2'650 Вт на душу никак не удержать. Чем нельзя поступиться? Примерно 1/5 предметов потребления, обогревом, продовольствием. Британия – не Бразилия, зимой бывает прохладно. Сколько отнимать у военных и полиции – решайте в меру вашей веры в добропорядочность среднего британца и соседей за Каналом. Много там сэкономить не удастся.

Уровень мирной жизни исключительно на возобновляемых источниках энергии соответствует скудной, пайково-голодной, воюющей Британии образца 1916 или 1941 годов



Мак-Кай предложил 5 вариантов развития британской энергетики с целью вывести производство электроэнергии на уровень не ниже 2100 Вт на душу населения. Если ниже, просто загнутся остатки промышленности, а вслед за ней – и любые перспективы. Как у хорошего оператора мобильной связи, планы не по номерам, а по названиям.

План «Домашний». Ветровые генераторы с установленной мощностью до 100 ГВт и средней выработкой 330 Вт на душу потребуют 10 лет и 50 морских подъёмных кранов для установки платформ, аналогичных добычным в Северном море (в наличии сейчас полтора крана, правда). Кроме ветряков, потребуются нагнетательные станции на 400 ГВт·ч (сейчас в наличии 30). Солнечные панели из расчёта 20-30 м2 на каждое домовладение (все южные скаты крыш под солнечными батареями) дадут в среднем 125 Вт на душу. Сжигание твёрдых бытовых отходов: 3.25 ГВт установленной мощности дадут 55 Вт. Волновые станции вдоль атлантического побережья: 5 ГВт установленной, 85 Вт на душу. Достроить, наконец, приливную станцию в заливе Сванси Бэй4, да к ней ещё две-три такие же: 154 Вт. Гидроэнергетика уже есть: 8 Вт. Итого из возобновляемых 760 Вт. Внимание: нужны «чистые» угольные станции (на импортном угле) и ядерные станции: по 40 ГВт установленной мощности, с выработкой по 670 Вт на душу.

План «Для путешествий». Ветряков в Северном море построить «всего» 25 ГВт, с выработкой 80 Вт на нос. В Ливии(!) арендовать пять площадок размером с Лондон (45 км в диаметре) создав на каждой огромную солнечную электростанцию. Через Средиземное море и далее через Францию проложить высоковольтные ЛЭП общей мощностью (в пике) до 50 ГВт. (На сегодняшний день все кабели между Великобританией и Францией – 2 ГВт). Фермы обеспечат в среднем 830 Вт на душу. Ну и далее по списку, кроме волновых – не будем портить пляжи! Сжигание твёрдых бытовых отходов: 2.75 ГВт установленной мощности дадут 45 Вт. Приливная в Сванси Бэй: 45 Вт. Гидроэнергетика уже есть: 8 Вт. Итого из возобновляемых 1000 Вт. Внимание: опять-таки «чистые» угольные станции на 40 ГВт установленной и ядерные на 25, с выработкой по 670 и 430 Вт на душу, соотвественно. Преимущества плана: для тех, кто не хочет портить британскую природу. Недостатки: повторяем, солнечные батареи – в Ливии.

План «Безъядерный». Точно как «Домашний», только вместо ядерных станций – солнечные батареи в Ливии, как в плане «Для путешествий». Недостатки обоих планов в наличии, преимуществ вроде нет.

План «Зелёный». Опять-таки берём «Домашний» за основу, сносим и уголь, и ядерные станции. В Ливии разворачиваем всего две площадки вместо пяти, увеличиваем на 50% волновую энергетику… Остальное должно прийти в виде ветра! Придётся построить вокруг Великобритании 400 ГВт установленной мощности ветряков. Это примерно сколько всём мире есть в 2015 году. Кроме ветряков, понадобятся резервуары на 1500 ГВт·ч, то есть каждое озеро и вообще чуть ни каждую лужу Британии придётся перегородить плотинами с нагнетательными станциями.

Наконец, план «Экономический». Если поставить себе целью обеспечить 2100 Вт на душу наиболее экономичным способом, выиграют, как ни странно, ядерщики! 110 ГВт установленных реакторов обеспечат 1830 Вт на душу населения. Из возобновляемых нужно всего 270 Вт, из которых к 2015 году 150 уже в кармане. Осталось достроить чуть-чуть ветровых, ту же приливную станцию в Сванси Бэй, да мусоросжигатели.

Заметим, все пять планов, как бы фантастически они ни звучали, с точки зрения инженера – профессор Мак-Кай преподаёт инжиниринг и физику в Кембриджском университете – вполне реализуемы. Вопрос лишь в масштабах строительства и неимоверном ценнике. В Британии, как в России, много любителей потолковать о «переходе к солнечной энергетике», но отчего-то когда доходит до чисел – политики теряются. Процитируем Д.Мак-Кая:

Не удивлюсь, если вам не нравятся мои планы. В каждом из них есть что-то отвратительное. Сделайте собственный план, который вам по вкусу. Но сделайте свой план так, чтобы ваши числа были (а) достаточны и (б) физически реализуемы.


Все пять планов предполагают, что средний британец перестанет летать в отпуск на Багамы (и даже в Болгарию), перейдёт на вегетарианское питание три дня в неделю (один день рыбный), станет ездить на работу исключительно общественным транспортом (или на велосипеде) и вообще перестанет покупать дешёвое, но бесполезное барахло.

Часть 2
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 

  • 4 comments