06/01/2008 КОГДА НЕФТЬ ПОДЕШЕВЕЕТ? Часть 6.

[тех.админ]

В Казахстане с 1 июня вводится запрет на вывоз бензина и дизтоплива с территории республики. Правительствен ное постановление принято в соответствии с пунктом 2 статьи 8 Таможенного кодекса республики от 5 апреля 2003 года и "в целях стабилизации внутреннего рынка нефтепродуктам и".
— «Правда.Ру» 31.05.2008, 23:07

The bird’s song, the sun, and the wind –
The wind that rushes, the sun that is still,
The song of the bird that sings alone,
And wide light washing the lonely hill.
— Sir Charles George Douglas Roberts (1895)

Все энергетические затраты связаны с расходованием природных ресурсов, но некоторые способы выработки энергии наносят гораздо меньший вред экосистеме, чем другие. Вот ими мы сегодня и займёмся.




Часть 6. НЕИСТОЩИМЫЙ БУФЕТ ПРИРОДЫ

ВЕТЕР

Ветер – ограниченный, но восстановимый энергетический ресурс. Движение воздуха, вызванное неравномерным нагревом поверхности планеты, неистощимо, хотя даже метеорологичес ким службам не дано гарантировать постоянства ветров. После изготовления и установки ветряных турбин, остаются лишь расходы по их обслуживанию. Не требуется никакой дополнительной подкачки энергии. Электроэнергия, добываемая во всём мире за счёт ветра составляла в конце 2007 года 94.1 гигаватт (~1% всего потребляемого электричества). За последние 8 лет выработка электричества ветровыми турбинами увеличилась более, чем вдвое. Лидер – Дания получающая 19% электроэнергии за счёт ветра, за ней следуют Испания и Португалия (9%), Германия и Ирландия (6%). В Штатах добыча энергии за счёт ветра замедлилась в 1990-х, но с начала этого века стала быстро расти. В одном только 2007 году рост составил 45%. Причиной такого быстрого роста послужило решение Конгресса предоставлять налоговый кредит компаниям, занятым в разработке энергии ветра. Вот вам отличный пример того, как налоговая политика может изменить структуру производства. Тем, кто спросит, а откуда, мол, взять деньги на предоставление кредитов, я отвечу: обложите налогом нефтепродукты! Это и называется энергетической политикой, а не предвыборное сюсюканье с избирателями по поводу снижения налогов на бензин!...

Сегодня немногим более 1% энергии, потребляемой в США, производится за счёт ветра. Исполнительный директор AWEA (American Wind Energy Association) Рэндолл Суишер считает, что к 2020 году реально довести долю ветровой энергии до 20% национального потребления ( http://www.usatoday.com/money/industries/energy/environment/2008-01-17-wind_N.htm )

Электроэнергию ветра получают на так называемых ветряных фермах. Такая ферма представляат собой массив (или множество массивов) ветровых турбин, расположенных в “коридоре” (в ущелье, горной местности, вблизи морских побережий), где бóльшую часть года дуют сильные ветры. На картинке вверху показана морская ветряная ферма возле Копенгагена. На картинке внизу – калифорнийская ферма, на перевале San Gorgonio pass неподалеку от Palm Springs, где потоки ветра создают идеальный коридор (с ветрами, дующими 300 дней в году):



Качество ветряных турбин значительно улучшилось в последние годы. Лет пятнадцать назад инженеры считали 300 киловатт предельной мощностью турбины, при этом скорость вращения лопастей была такой высокой, что во многих местах турбины не разрешалось устанавливать, так как они представляли угрозу для орлов и других хищных птиц. Старые турбины могли работать в оптимальном режиме только при скорости ветра от 15 до 25 миль в час, и превращали всего лишь 20% полной энергии ветра в электричество. Сейчас промышленность изготавливает турбины мощностью от 2 до 3 мегаватт. Их лопасти вращаются гораздо медленнее, не угрожают пернатым, и эффективность отбора энергии ветра существенно повысилась. Кроме того они могут оперировать при разнообразии скоростей ветра – от 7 до 50 миль в час.

На следующем снимке – ветровые турбины, установленные на перевале Altamont Pass – в часе езды от моего дома (4788 турбин):



По оценке NREL (National Renewable Energy Laboratory), к 2010 году полная стоимость электроэнергии ветра составит 3.5 цента на киловатт-час. Ветряная ферма Lake Benton в Миннесоте, построенная в 2001 году, использует 1-Mgw турбины и производит электроэнергию по 3.2 цента/kw-час. Должно начаться строительство ветряной фермы на границе штатов Орегон и Вашингтон, с проектной стоимостью киловатт-часа всего 2.5 цента.

Эти цены уже приближаются к стоимости электричества, генерированног о за счёт конкурентных источников, и по мере того, как EROEI угля будет падать, а запасы природного газа истощаться, энергия ветра будет становиться всё более привлекательно й.

В исследовании 1993 года учёные подсчитали, что за счёт энергии ветра США могут получить 15 quads (единица энергии = квадрильону BTU) в год. Поскольку новые турбины открывают значительно больший интервал возможностей использования ветров и более эффективны, потенциально эта цифра может возрасти до 60 quads. Полное потребление энергии в Штатах в 2002 году составляло 100 quads. Я считаю оценку в 60 quads излишне оптимистическо й, но 18-20 quads выглядит достаточно консервативно.

Есть две проблемы, стоящие на пути серьёзного роста энергии ветра:

1. Нехватка инфраструктуры (линий) для передачи электроэнергии от будущих ветряных ферм в сеть.
2. Необходимость накопления электричества в ячейках-накопителях энергии.

Первая очевидна. Объясню вторую. Поскольку ветру не закажешь, когда дуть, выработка электричества на ферме не совпадает по времени с пиковыми запросами сети. Эту проблему можно разрешить, поставив между фермой и сетью блоки ячеек, в которых можно было бы накапливать энергию (в некоторых проектах планируется использовать излишки ветровой энергии, которую нельзя немедленно отправить в сеть или сохранить в ячейках, для производства водорода).

Читатель сам может ознакомиться подробнее с этим предметом вот здесь: http://www.fuelcelltoday.com/search?query=fuel+cells

Европейцы опередили Америку в выделении средств на разработку ячеек-накопителей: наш идиотский Конгресс выделил на эти исследования всего 130 миллионов долларов, в то время, как Европейский Совет выделил миллиард euro. С моей точки зрения, это прямая вина и Конгресса, и Департамента Энергии. Им некогда: демократы должны выяснять отношения с республиканцам и, и вся их энергия уходит в свистокна эти разборки!

Сегодня EROEI для энергии ветра – наилучшее среди всех восстановимых энергоресурсов . Согласно отчётам датчан, установки ветряных турбин самоокупаются за 2-3 месяца, что соответствует EROEI = 50 или выше. В период расцвета эпохи нефти и газа эти ресурсы имели EROEI более 100, но с течением времени, по мере истощения резервов, их EROEI значительно упало и в настоящее время уступают ветру.

Чтобы получить доступную энергию ветра, в размере 18 quads, к 2030 году, Соединённые Штаты должны будут построить и установить около полумиллиона современнейших ветряных турбин (в среднем более 21000 в год), начиная с нынешнего года! Это в пять раз больше, чем число действующих в стране турбин, и потребовало бы серьёзного вливания экономических ресурсов в разработку энергии ветра. Откуда взять деньги? Вы уже догадываетесь о том, каков будет мой ответ: обложите налогом нефтепродукты, пусть деньги налогоплательщ иков идут лучше на развитие использования восстановимых энергоресурсов, чем в карманы Саудовских принцев!

CОЛНЕЧНАЯ ЭНЕРГИЯ

Имеется в виду процесс прямого превращения солнечной энергии в электричество с помощью использования фотоэлектричес кого эффекта, открытого в 1839 году Эдмундом Беккерелем (Эйнштейн получил нобелевскую премию в 1923 году за теоретическое объяснение этого эффекта). Первая в мире солнечная батарея было изготовлена исследовательс ким центром Bell Laboratories; она обладала мизерной эффективностью – 4.5%. NASA продолжила работу над солнечными батареями для своих целей, и к 1960-ым годам эффективность конвертировани я света в электричество достигла 15%. С 1970-х годов взялись за работу учёные-энтузиасты использования альтернативных энергоресурсов; их усилия сделают возможным использование солнечных батарей в пост-нефтяную эпоху.

Сегодня в мире установлено батарей PV (Photo-Voltaic batteries) мощностью порядка 1 gW – сравните это с полной мощностью всех мировых теплоэлектрост анций порядка 3000 gW. Эффективность солнечных батарей в наше время превышает 30%, и цена солнечного электричества, первоначально баснословно высокая, снизилась стократно.

Типичная маленькая система для отдельного пользователя (скажем, такого как я, когда я буду устанавливать солнечную батарею на крыше моего дома) стоит примерно $6 за ватт производимого электричества, в то время, как для крупных проектов цена не превышает $3 на ватт. При цене крупного проекта, если получить финансирование под 5% на 30 лет, цена фотоэлектричес тва составит примерно 11 центов на киловатт-час. Как видите, фотоэлектричес тво всё ещё весьма дорого.

Существуют две схемы солнечных установок:

– автономная (stand-alone) и
– подсоединённая к сети (grid-tied)

Недостаток автономной системы заключается в том, что для неё требуется и автономная батарея, чтобы накапливать электричество для использования тогда, когда солнце не светит. Обычная схема включает блок батарей (требующих ухода и добавляющих существенную часть в общую стоимость), массив фотоэлементов, контроллер, и конвертер для перевода постоянного тока в переменный. Даже для экономно построенного (в смысле рассеяния энергии) дома нужно вложить где-то $20000 на установку автономной системы.

Во многих штатах домовладелец или бизнес могут подсоединить свой массив фотоэлементов напрямую (через счётчик) к электросети. При этом отпадают расходы на батареи и уменьшается счёт за электричество; более того, если вы отдали в сеть больше энергии с вашего массива, чем забрали из сети, электрическая компания выплачивает вам разницу, как независимому производителю электричества. Это явно более выгодный вариант энергонезависи мости.

Следует иметь в виду, что не только эффективность, но и качество растёт, а цена фотоэлектричес ких батарей постоянно снижается, благодаря внедрению новейших технологий. Изготовители тонкоплёночных коллекторов утверждают, что с помощью их устройств возможна выработка электричества по цене 7 центов за киловатт-час. Уже выпускаются три вида тонкоплёночных коллекторов: аморфно-силиконовые (a-Si), кадмиево-теллуриевые (CdTe) и медно-индиево-двуселенидные (CuInSe2, или CIS). Ещё два типа на подходе – сферические и CIGS (copper, indium, gallium, diselenide). А в Швейцарии учёные Ecole Polytechnique de Lausanne с помощью “искусственного фотосинтеза“ разработали совершенно новый солнечный фотоэлемент, который потенциально может стать самым дешёвым из всех: Titania Dye Sensitised Cells (Titania DSC). Идея их применения заключается в том, что эти элементы можно вставлять прямо в стены домов или в sunroofs автомобилей (дьявол забери, я понятия не имею, как сказать по-русски sunroof – в мои времена в России этого декадентства не было). Titania DSC могут превосходно работать при тусклом свете и при высоких температурах, что недоступно обычным силиконовым ячейкам. Проблема заключается в том, чтобы довести эффективность швейцарских элементов до современного уровня силиконовых. Но в принципе даже более низкая эффективность конвертировани я световой энергии в электрическую может быть не суть важна: если элемент может работать в сумерках, общий выход энернии всё равно может быть выше, чем от силикона. Кроме того, покрыв крышу титанией вместо черепицы, вы экономите на черепице; если вы вставляете её вместо окон, вы экономите на стекле...

[тех.админ]

Расчёты съёма чистой энергии для фотоэлементов всегда весьма запутаны, и я не хочу вызывать новую волну бурных обсуждений цифрами, которые могут быть не самыми новейшими, с пылу-жару горячими. Каждый может сам поискать на сети и найти те цифры, которым он захочет верить (trust me, там есть всё, что нужно и оптимистам, и пессимистам!... )) Начинать можете отсюда: http://www.solarbuzz.com/StatsCosts.htm. Далее везде.

Ясно одно: солнечная энергия пока что ещё дорога, но начиная с какого-то времени в будущем её использование станет более выгодным с точки зрения EROEI, чем электроэнергия, произведенная от сжигания нефти – по мере удорожания иссякающего нефтяного ручейка. Поэтому необходимо двигать вперёд промышленное развитие и внедрение солнечных технологий с максимально возможной скоростью, опережающей скорость истощения нефтяных ресурсов. Это главная надежда человечества на замещение утерянного нефтяного рая.

Несколько ссылок для интересующихся более отдалёнными возможностями технологий сбора солнечной энергии с помощью спутников, приведены здесь, в разделе Solar Power Satellites: http://www-formal.stanford.edu/jmc/progress/solar.html

Энергия солнца имеет все те же основные недостатки, что и атомная энергия и ветер: данное решение даст нам электричество, но перевод сельского хозяйства и транспорта на электричество остаётся нерешённой проблемой. Чтобы двигать большие машины, необходим некий медиум для накопления электроэнергии в форме компактной и легко доступной для транспортировк и. Многие считают, что таким элементом является водород. Если у нас достанет сил, может мы когда-нибудь поговорим и о водороде. А сейчас время перейти к энергии падающей воды.

ГИДРОЭЛЕКТРИЧЕСТВО

С этим предметом все знакомы, поэтому я буду очень краток. Гидроэлектриче ство имеет EROEI порядка 10-11. В начале века около 9% электричества США генерировалось гидроэлектрост анциями – чуть меньше половины доли атомных станций. Всё равно, это в три раза больше, чем было выработано за счёт всех других восстановимых источников энергии вместе взятых. Энергия падающей воды вырабатывает 19% всего электричества в мире.

Премущество гидроэлектрост анций заключается в том, что с их помощью легко хранить энергию, высвобождая её в то время, когда возрастает спрос. Вода, накапливающаяс я за плотинами, служит накопителем энергии. К тому же избыточное электричество можно использовать для накачивания воды наверх, запасая таким образом энергию на время пиковой нагрузки, когда она понадобится потребителю.

К сожалению, плотины электростанций имеют ряд существенных недостатков: они разрушают природные водные запасы, осушают водопады, ставяит препятствия для восполнения рыбных запасов. Самое главное: эти сооружения ведут к скапливанию осадочных пород за стенкой плотины – процессы, остановить которые невозможно, и которые угрожают в конце концов сделать невозможным пользование накопительными резервуарами.

В любом случае, строительство крупных плотин в США не стоит более на порядке дня, потому что все реки с подходящим водным ресурсом уже разработаны. В течение последних 15 лет не было утверждено строительство ни одной крупной плотины.

Ситуация в Канаде отличается от нашей. У канадцев всё ещё есть непочатый край водных ресурсов, пригодных для выработки электроэнергии, что в сочетании с природным газом позволит Канаде быть главным поставщиком электроэнергии в Штаты.

В бедных странах мира есть множество водных ресурсов, пригодных для строительства гидроэлектрост анций; проблема этих стран заключается в том, что для строительства подобных сооружений требуются чрезвычайно крупные суммы денег, которых у бедных нет. Попытка одолжить достаточно денег за рубежом обернулась бы для малоразвитой страны угрожающими долгами.

“Микрогидро” – производство электричества на локальном уровне, используя течение малых речек и ручьёв, – является, пожалуй, наилучшим решением для отдалённых населённых пунктов. Такие проекты успешно выполняются в Шри-Ланке, Зимбабве, в Голландии. Единственный их недостаток – угроза источникам свежей воды, которая становится всё более драгоценным ресурсом на перенаселённой планете.

Гидроэлектриче ство не сможет ни в какой мере заменить исчезающую нефть.

ГEОТЕРМИЧЕСКИЕ СТАНЦИИ

Человечество издавна использовало тепловую энергию горячих источников. В Орегоне (Klamath Falls) этой водой обогревают дома. Подземный пар начали использовать для выработки электричества ещё в 1904 году неподалеку от Рима. Первая промышленная геотермальная электростанция была введена в действие в 1958-ом году в Новой Зеландии, а в 1960-ом были построены 28 геотермальных станций в районе Гейзервилля в северной Калифорнии.

По природе своей геотермальные станции зависимы от мест, гда имеется выход на поверхность источников горячей воды или пара, только там и можно строить предприятия, использующие геотермальную энергию – возле горячих источников, гейзеров и фумаролей (испускающие пар дыры в окрестности вулканов). Большинство таких мест расположены по краям тектонических плит: в Исландии, Индии, Кении, на Филиппинах, в Индонезии, Японии, Таиланде.

44% электроэнергии, вырабатываемой во всём мире за счёт геотермальных станций, производится в США. Тем не менее, в последние 30 лет использование геотермальных источников у нас практически оставалось на одном уровне. В мире меньше 1% электричества добывается за счёт этого источника энергии.

Согласно вычислениям Одума, геотермальное электричество в настоящее время имеет EROEI более высокий, чем даже нефть (хотя и ниже нефти времён изобилия 1960-х годов). Но этот высокий показатель достижим только в районах, расположенных непосредственн о поблизости от геотермальных источников. Более того, представляется неправдоподобн ым сценарий, при котором удалось бы существенно нарастить выработку электричества за счёт геотермальной энергии, и нет оснований надеяться на этот источник в качестве резерва, который смог бы облегчить нам переход к пост-нефтяной эре.

Многие оспаривют даже, что геотермальную энергию можно относить к разряду восстановимых резервов. По мере того, как подземный пар откачивается для того, чтобы крутить турбины электростанций, его энергия неизбежно убывает. Период, в течение которого истощение геотермального потенциала достигнет точки, за которой перестаёт быть коммерчески выгодным использование этого ресурса, оценивается некоторыми учёными в размере от 40 до 100 лет для большинства геотермальных полей. Конечно, эти поля могет впоследствии снова накопить энергию, но на это могут понадобиться столетия или тысячи лет, что вполне бесполезно для рассматриваемо й нами цели.

На территории Гейзерных полей в северной Калифорнии делаются попытки добиться “перезарядки” полей с помощью закачки воды, использованной городом Санта-Роза, но пока ещё слишком рано говорить о том, насколько успешными окажутся эти попытки. В случае успеха геотермальную энергию можно будет отнести к разряду восстановимых энергоисточник ов, но следует иметь в виду, что подобные операции существенно снижают EROEI геотермальной технологии.

ПРИЛИВНАЯ ЭНЕРГИЯ И ЭНЕРГИЯ ВОЛН

Я могу рассказать вам очень мало об этом энергоресурсе больше того, что и так общеизвестно. Одум приводит данные о том, что для участков побережья с 25-футовым приливом EROEI=15 – это самый высокий показатель среди всех рассмотренных им энергоресурсов . Энергия приливов – восстановимая, чистая и эффективная. К сожалению, есть всего около двух дюжин местностей в мире, пригодных для использования приливной энергии, и большая их часть находится на весьма негостеприимны х побережьях – на северо-западе России и на северо-востоке Канады (Nova Scotia). Нет надежды, что этот источник энергии сможет выручить человечество.

Огромная энергия кроется в волнах мирового океана, непрерывно разбивающихся о его берега, и теоретически ею можно было бы воспользоватьс я. Но до сих пор не существует технологии для эффективного её отбора. Волны подвержены нерегулярному распределению вероятностей, иногда они могут достигать высоты 60 футов, с другой стороны могут пройти дни и недели, когда океан спокоен. В Японии, Норвегии, Дании, Англии, Бельгии и в Индии были построены устройства различных систем с целью извлечения энергии волн – с разной степенью успеха. Производимая энергия имеет невысокую стоимость, но источник её совершенно непредсказуем. Толстое исследование по данному вопросу, выполненное Дэйвидом Россом, содержит вывод о том, что этот ресурс имеет ограниченное будущее.______ ______________ ______________ ______________ ________
Размер допустимого текста LJ заставляет меня закончить на этом шестую часть. Так что я перенесу на следующий выпуск обсуждение возможностей использования биомасс, биодизелей и этанола.

Непонятно почему, после начала публикации этого цикла, сюда, ко мне на страничку, набежала толпа людей, значительная часть которых являются виртуалами – аккаунтами с нулевым количеством постов (или около того). Именно от этой публики чаще всего приходят нелепые комментарии, бессмысленная болтовня и прямое хамство (перлы вроде "вы думете, что вы аналист, а я думаю, что вы говно"). Я без сожаления баню глуповатых пикейных жилетов, потому что жизнь коротка, а число дураков бесконечно. И я с наслаждением баню хамов. Упрекать меня в этом бесполезно. Я не собираюсь провести остаток жизни на московской кухне, занимаясь маниловщиной, или обмениваясь эпитетами с ходынкой.


Продолжение следует


 Current Mood: incredibly busy
Tags: компиляция, размышления