Четвертий енергетичний перехід і болісність
від Константина Крангану, субота, 19 жовтня 2019 р., 8:59
Історія людської цивілізації - це також історія енергетичних переходів - низка руйнівних технологій, які незмивно позначили окремі етапи економічного, соціального, культурного розвитку тощо. В принципі, людство пережило три великі енергетичні переходи і зараз намагається розпочати четвертий.
Першим був контроль вогню, який дозволяв людям виділяти енергію, отриману від сонця, спалюючи біомасу, кількість якої була обмежена фотосинтезом. За допомогою вогню люди стали їсти краще, жити комфортніше і виглядати ефективніше, ніж тварини. Володіння вогнем було одним із найбільш вражаючих досягнень нашого виду, яке назавжди відокремило людей від інших ссавців приблизно на 800 000 років тому.
Другий перехід відбувся 10 000 - 12 000 років тому, з винаходом сільського господарства, яке перетворило і сконцентрувало сонячну енергію на їжу (хімічну енергію). Перехід від мандрівного пошуку їжі до осілого виробництва разом із одомашненням тварин звільнив людей для інших видів діяльності, окрім існування, і призвів до народження великих культур, організованих товариств та історичної свідомості. У цей другий період, який закінчився лише кілька століть тому, тварини в домашніх господарствах і більші людські популяції також забезпечували енергією форму м’язової сили.
Третій енергетичний перехід, від біопалива та тваринної енергії до викопного палива, створив сучасний сучасний світ та першу справжню глобальну цивілізацію. Промисловою революцією - головною емблемою цього переходу - стала революція вугілля, нафти, природного газу та автомобілів, які використовували ці види палива для виробництва електроенергії, тепла або кінетичної енергії.
Сьогодні світ переживає четвертий енергетичний перехід: раптова за кілька десятиліть відмова від викопного палива та їх заміна джерелами енергії без вуглекислого газу. В основному, повернення до доіндустріальних часів претендує на повернення до поточних енергетичних потоків Сонця замість історичних, які мільйони років тому матеріалізувались у родовищах вугілля, нафти та природного газу.
Біль від прийняття
Четвертий енергетичний перехід відрізняється від перших трьох у кількох аспектах.
1. Історія речей: люди зазвичай продавали відносно низькі джерела енергії з низькою щільністю енергії (МДж/кг) або щільністю потужності (Вт/м ^ 2) для джерел, що виробляли більше енергії на кг, або потужність на квадратний метр (рис. 1).
З дерева, соломи, кущів, зламаних гілок з дерев (щільність потужності нижче 10 Вт/м ^ 2) ми перейшли на вугілля (щільність потужності між
500 - 20000 Вт/м ^ 2) і, нарешті, для вуглеводнів (щільність потужності між
100 - 35000 Вт/м 2). Для порівняння, біопаливо етанолу, ліси, вітряна та сонячна енергія славляться низькою та дуже низькою щільністю енергії (
Рис. 1. У минулому люди використовували джерела енергії з більшою щільністю енергії, які виробляють більше енергії на одиницю маси і вимагають менше землі для її отримання. Поновлювані джерела енергії (зелені) мають меншу щільність, ніж викопне паливо (коричневі). Це означає, що нинішній рух до глобального прийняття відновлюваної енергетики значно збільшить слід світового виробництва енергії (більші виробничі площі та нижча щільність енергії), одночасно запобігаючи розширенню ядерної енергії.
Нинішня парадигма, яка стоїть на передньому краї всіх останніх природоохоронних рухів, проголошує зміну цієї історичної тенденції та повернення до джерел енергії низької щільності, періодичних, не масштабованих та дорогих без субсидій. Чому? Оскільки, на думку екологів, це було б головним рішенням для контролю антропогенних викидів СО2.
Основним наслідком проголошеного зміни густини енергії буде зобов'язання виділити земельні ділянки у 100 або навіть в 1000 разів більше для виробництва відновлюваної енергії, ніж зараз. і
У своїй попередній статті я проілюстрував величезний вплив на сільське господарство, біорізноманіття та якість навколишнього середовища в США, якщо до 2050 року відбудеться четвертий енергетичний перехід:
Замість 58 000 турбін, якими вона зараз володіє, Сполученим Штатам знадобиться близько 14 мільйонів турбін, кожна заввишки 120 метрів і кожна, здатна генерувати 1,8 мегават з максимальною потужністю, коли вітер дме з високою швидкістю. відповідна.
Якщо припустити, що площа не менше 6 га, цим турбінам знадобиться приблизно 910 000 квадратних кілометрів! Це значно вдвічі більше площі поверхні Каліфорнії - не враховуючи ліній електропередач! Мільйони гвинтів вітрогенераторів вб'ють мільйони хижих птахів, інших птахів і кажанів по всій Америці.
Для виготовлення цих вітрогенераторів знадобиться близько 4 мільярдів тонн сталі, міді та сплавів для веж та турбін; 8 мільярдів тонн сталі та бетону для фундаментів; 4 мільйони тонн рідкісних земель для двигунів, магнітів та інших компонентів; 1 млрд. Тонн композиційних матеріалів на основі нафти для кожухів і лопаток турбін; плюс величезна кількість каменю та гравію на мільйони миль під’їзних шляхів турбіни. Підключення вітрових електростанцій та міст США до високовольтних ліній електропередачі також потребуватиме більше сировини та мільйонів гектарів.
Всю цю сировину доведеться видобувати з шахт, переробляти, плавити, виготовляти у вигляді готової продукції та відправляти по всьому світу. Отримання цієї сировини потребуватиме видобутку сотень мільярдів тонн гірських порід та подрібнення десятків мільярдів тонн руди на сотнях нових шахт і кар’єрів.
Кожен крок у всьому цьому процесі потребуватиме величезної кількості викопного палива, оскільки вітрогенератори та сонячні панелі не можуть експлуатувати шахтне та копальне обладнання, а також вони постійно виробляють тепло, достатньо велике для плавлення кремнію, заліза, міді, рідкісних земель. або інші матеріали. ii
2. Для того, щоб краще оцінити труднощі, з якими стикається четвертий енергетичний перехід, я буду використовувати аналогію із відомим зауваженням, зробленим Толстим у вступному абзаці Анни Кареніної: iii .
"Усі щасливі сім'ї однакові. Однак кожна нещасна сім'я нещасна по-своєму".
Аналогія стосується очевидної швидкості та легкості реалізації енергетичних переходів у деяких країнах проти. складні, тривалі та відстрочені переходи, що стоять перед іншими країнами. Обидві ситуації специфічні та невід'ємно пов'язані з унікальними соціальними, економічними, екологічними та технічними обставинами.
У Нідерландах гігантське родовище природного газу в Гронінгені, розповсюджене на півночі країни площею близько 900 квадратних кілометрів, було виявлене поблизу Слохтерена 22 липня 1959 р., А перший транспорт транспорту був здійснений у грудні 1963 р. здійснив революцію в енергетичному балансі країни, оскільки після того, як практично всі галузі та будинки були перетворені на нову енергію, все ще існували важливі ресурси для експорту. Нідерланди стали ідеальним прикладом передової економіки, яка швидко перейшла на використання нового енергетичного джерела.
Інша категорія - Кувейт, де розвиток нафтової промисловості розпочався в 1934 році, коли Кувейтська нафтова компанія отримала операційну концесію, поряд з APOC (англо-персидською нафтовою компанією, пізніше BP) та Gulf Oil.
На той час Кувейт був бідним британським протекторатом, площа якого менше половини площі Нідерландів, з одним містом, населення якого менше 100 000, більшість з них кочівники. Традиційний експорт перлів, коней, спецій та кави різко скорочувався. Концесія на видобуток корисних копалин була підписана 23 грудня 1934 р., А через чотири роки, 23 лютого 1938 р., Було відкрито величезне родовище нафти - Аль-Буркан, друге за величиною у світі після саудівського гіганта аль-Гавар.
У 1946 році, коли він розпочав експорт, Кувейт видобув близько 800 000 тонн нафти; через рік - 2,25 млн. тонн; а в 1965 р. при виробництві 100 млн. т. країна перевершила Саудівську Аравію, ставши четвертим за величиною виробником у світі, після США, СРСР та Венесуели.
Для Кувейту енергетичний перехід означав перехід за одне покоління від досучасного суспільства, яке залежить від імпорту деревини, деревного вугілля та гасу, до нафтової наддержави.
Але темпи переходу не однакові для великих і багатих країн. Показовим є порівняння між Нідерландами та Великобританією.
Перші відкриття природного газу в британському секторі Північного моря були зроблені BP в 1965 р. Але, незважаючи на інтенсивні розвідки та експлуатацію багатих і приповерхневих родовищ, Великобританія не змогла отримати їх навіть за 30 років чого досягли Нідерланди за десятиліття: частка природного газу, що використовується як основне джерело енергії, становила 5% у 1970 р. і лише через 30 років вона зросла приблизно до 39%.
Основні причини різниці в робочих характеристиках між Нідерландами та Великобританією знаходяться в абсолютних обсягах газу, необхідних двом національним системам (220 Мтое/рік у Великобританії проти 60 Мтое/рік у Нідерландах). Тоді Британії довелося б закрити багато вугільних електростанцій, щоб замінити їх газовими.
Ще однією ілюстрацією "мук виробництва", що стоять перед четвертим енергетичним переходом, є суть порівнянь Німеччини. У 2000 р. Викопне паливо забезпечувало 84% енергії країни. За цим послідувала історична кампанія, в тому числі з 2010 року Energiewende, під час якої було побудовано 90 ГВ достатньо відновлюваних джерел енергії для заміщення виробленої електроенергії. Витрачена сума перевищує 500 мільярдів доларів. Але оскільки німці бачать сонце лише в 11% випадків, країну все ще «годують грудьми» електростанції на викопному паливі: у 2017 році вони все ще виробляли 80% споживаної енергії. Четвертий енергетичний перехід, напевно, був продуманий і здійснений, але екологічна користь мінімальна. Гори були випалені і народилася миша ..., - говорили наші предки.
3. Швидкість прийняття та впровадження руйнівних технологій у минулому не є ідеальним прикладом поточного енергетичного переходу до зеленої енергії. Буде надзвичайно важко перебудувати сучасну індустріальну та постіндустріальну цивілізацію, величезного споживача енергії, замінивши свою двовікову викопну базу базою, виготовленою виключно з не викопних джерел.
Наприклад, винахід і розповсюдження двигунів внутрішнього згоряння та моторних транспортних засобів (істотна частина третього енергетичного переходу) відбулися за відносно короткий проміжок часу (кілька десятиліть), починаючи з 1880-х років. на мою думку, це було майже одночасне існування геніїв на ім’я Нікола Август Отто, Готліб Даймлер, Вільгельм Майбах, Карл Фрідеріх Бенц, Рудольф Дізель, Генрі Форд чи Луї Шевроле. Подібний перелік геніїв енергії вітру та сонця мені невідомий.
Поява тракторів на американських полях та автомобілів на вулицях призвела до швидкого зниження тяги, запряженої конями, з 1915 року, незважаючи на жорстокий спротив власників коней та фермерів, що харчуються. Перехід від транспорту, що працює на тваринах, до транспорту, що працює на викопному паливі, не призвів до сплати акцизних зборів на карети, що рухаються на тваринах, або від щедрих державних субсидій. На жаль, третій енергетичний перехід ще не закінчився у багатьох румунських селах, де переважають коні.
Інший приклад: винахід телефону в 1876 році Олександром Грем Беллом революціонізував спосіб спілкування людей. Один за одним з’явилися телефони з розподільними щитами, поворотним диском, кнопками та стільниковими телефонами. Але лише один геній, Стів Джобс і одна компанія Apple, лише 12 років тому зробили руйнівну парадигматичну зміну, винайшовши сенсорний смартфон.
Що сталося за останні 12 років? Вибух планетарного зв'язку, що підживлюється найшвидшим проникненням об'єкта за всю історію людства. Сьогодні близько 4 із 7,5 мільярдів людей на планеті мають смартфон, оскільки люди є соціальними тваринами і хочуть пліткувати, критикувати чи робити селфі, щоб розміщувати їх у багатьох соціальних мережах. Ви вважаєте, що була потреба в податку на старі типи телефонів або що існував уряд, який пропонував щедрі субсидії компаніям, що працюють зі смартфонами? Ні, перехід від телефону Белла до телефону Джобса був продиктований і контрольований науково-дослідними та ринковими силами. Не було потреби в телефонах IPCC або активістах Apple, щоб вони патетично допитували власників старих типів телефонів. Як ви смієте? ...
Якщо четвертий енергетичний перехід хоче покласти край мукам пологів і нарешті народити бажану дитину, що не викидає СО2, тоді слід наслідувати наведені вище приклади. Я писав і ще раз повторюю: ті, хто так стурбований викидами вуглецю, повинні запропонувати та підтримати дослідження та розробку тих "зелених" технологій, які з часом зможуть перевершити викопне паливо за ціною, достатком, доступністю та масштабованістю. . На той момент я переконаний, що всі поспішать використовувати їх і викидати викопне паливо на смітник історії, не маючи можливостей уряду та відчайдушних закликів типу Як ти смієш?… Як зараз стаціонарний телефон став реліквія, надіслана буквально за 12 років до музею невикористаних предметів, оскільки її добровільно замінили смартфоном, те саме станеться і з нинішніми насосами для бензину, дизеля чи гасу, місце яких на автомагістралях, аеропортах, портах та полях будуть зайняті новими вітровими або сонячними електростанціями.
Але до того часу я з жалем повідомляю шанувальникам зеленої енергетики, що частка світових продажів позашляховиків удвічі збільшилася між 2010 і 2018 рр. За таких темпів позашляховики можуть додати майже 2 мільйони барелів на день до світового попиту на нафту. до 2040 року, що зводить нанівець економію викопного палива, яку виробляють майже 150 мільйонів електромобілів. Більше того, позашляховики стали другим за величиною фактором, що сприяє збільшенню глобальних викидів технічного персоналу з 2010 року, після сектору електроенергетики, але попереду важкої промисловості, вантажних автомобілів та авіації. iv
Чому досі не з'явився електричний транспорт Стіва Джобса, де наявність нагнітачів, здатних запропонувати однакову або більшу відстань, проїхав з одним швидким зарядом, подібним до наповнення бензобака? Якби ця супер батарея була доступна на ринку, надійна і за конкурентоспроможною ціною, чи вважаєте ви, що потрібна буде більша кількість апокаліптичних загроз з боку МГЕЗК, ООН чи різних екологічних активістів? Чи не побачили б ви на вулиці електричні напівпричепи, зручні лише для перевезення трохи більше ваги власних батарей? Я думаю, НЕ.
На жаль, незважаючи на багаторічні надії та напружену медіа та політичну пропаганду, вітер та сонце в 2018 році виробляли менше 7% світової енергетичної суміші v. І це відбувається, на мій погляд, тому що основні технології, необхідні для виробництва відновлюваної енергії у величезних кількостях - будь то нагнітачі чи надефективні сонячні елементи, - мали лише повільні та не руйнуючі вдосконалення. Тому, якщо четвертий енергетичний перехід не матиме Стіва Джобса зі своїм iPhone, я боюся, що "біль у виготовленні" триватиме багато десятиліть, після 2030 або 2050.
4. Для того, щоб припинити "муки виробництва", перехід від викопного палива до відновлюваної енергії повинен буде знайти конкретні та недорогі рішення для заміни поточного споживання вугілля, нафти та газу. Це означає знижки мільярди тонн сировини. Наприклад, в даний час людство щороку видобуває і використовує понад 7 мільярдів тонн вугілля. Що і коли ми їх замінюємо? Це займе час, і "муки заробляння" зміняться сильним економічним болем. Наприклад, якщо в США вугілля частково замінено глинистими газами, які мають нижчий вуглецевий слід, що буде в Китаї та Індії? Наразі ми знаємо лише те, що нещодавно говорили індіанці: "Вугілля буде нашим паливом № 1 до 2040 року".
"Економічні болі" четвертого енергетичного переходу є незрівнянними з тими, що зазнали власники коней та фермери, що харчуються під час попереднього переходу. Аналіз економічних ефектів підраховує, що відмова від викопного палива та заміна зеленої енергії призведе до рішучого провалу. Два приклади:
Професор Вільям Д. Нордхаус, єдиний екологічний економіст, удостоєний Нобелівської премії, підрахував у 2017 році, що економічні збитки, накладені обмеженням глобального потепління до 3 ° C, становитимуть близько 2% світового ВВП. ви
У 2018 році більш детальні оцінки спричинили набагато суттєвіші втрати - 9,8% світового ВВП - через те саме обмеження глобального потепління на 3 ° C. ти йдеш
Якщо ми продовжимо досягати вдвічі амбітнішої мети - потепління лише на 1,5 ° C від доіндустріального рівня, як того вимагає Паризька кліматична угода, - економічні втрати у світі будуть безперечно набагато більшими. А досягнення? Аналіз зобов'язань, підписаних у Парижі в 2015 році, дуже песимістичний:
Вся кліматична політика, запропонована США, Китаєм, ЄС та рештою світу, впроваджена з початку 2000-х до 2030 року і підтримувана протягом століття, швидше за все, зменшить глобальне потепління приблизно до 0,17 ° C до 2100 року. Viii
Як і у випадку з Німеччиною, тут застосовується зауваження Горація: Породіль монтес, nascetur ridiculus mus…