Читатель, который внимательно прочитал предыдущие части моего opus magnum, касающегося перспектив нефтедобычи в США, мог уже невольно задать себе простой вопрос - а нафига американцам закапывать свои усилия - и в прямом, и в переносном смысле - во все эти непонятные проекты по получению жидкого топлива с неясными перспективами и слабопрогнозируемой экономикой? Почему они, ёлки-палки, не строят АЭС, не развивают альтернативы нефти, не инвестируют в новую энергетику, а раз за разом пытаются реанимировать старое? Ответ на этот вопрос интересен и нетривиален - и требует отдельного рассмотрения.
При анализе энергобаланса любой страны мира всегда необходимо учитывать, что кроме источников энергоресурсов, экономика страны, как минимум, на 9/10 состоит из потребителей различных форм энергии. Потребители энергии есть как в самом топливно-энергетическом секторе (мы помним, что "энергия производит энергию"), так и во всех других производящих и обслуживающих секторах экономики. Часто, именно структура промежуточного и конечного потребления энергии диктует направление усилий, которая та или иная страна будет прикладывать в деле развития источников первичной энергии.
То есть, часто в рамках сложившейся структуры экономики можно получать энергоноситель в процессе со всё более и более низким внутренним EROEI, но такой энергоноситель оказывается гораздо выгоденее (речь идёт опять-таки об энергетической выгоде, а не о бухгалтерской прибыли!) в момент его утилизации в эффективных оконечных устройствах - поскольку устройства эти обладают большими значениями удельной мощности (specific energy) и пиковой удельной энергии (peak energy) и большим КПД. Кроме того, на замену всех оконечных потребителей и, особенно, на перестройку используемой ими инфрструктуры, просто может не хватить никакого рыночного экономического ресурса - но об этом - ниже.
Почему же основная часть усилий западного мира и, особенно, усилий США, сосредоточена вокруг "продолжения банкета" жидкого топлива?
Ответ достаточно прост - такое топливо легче всего хранить, транспортировать, оно обладает очень высоким значением удельной энергии (измеряется в кВт-ч-кг). Устройства, утилизирующие жидкое топливо - одни из наиболее мощных в расчёте на килограмм веса (параметр пиковой удельной мощности - измеряется в кВт-кг) и обладают одним из самых высоких КПД (коэффициент полезного действия).
Кроме того, сами по себе эти устройства могут быть очень малыми по мощности (вплоть до единиц киловатт), поэтому их можно раздавать извините - продавать буквально всем и каждому. Кроме того, в силу высоких значений пиковой удельной мощности и удельной энергии - такие устройства легко использовать в быту и в транспорте, и особенно - в автомобильном транспорте.
Жидкое топливо - это вообще-то - мечта индивидуалиста. А индивидуалист - это, собственно говоря, и есть идеальный американец. Вы представляете себе американца в троллейбусе? Во-во. Американец - это автомобиль. Забери автомобиль у американца - и кем он будет? Лохом на троллейбусе?
Поэтому - дальше много цифр и выкладок и умозаключений - касательно того - могут ли вообще США без революции уйти от нефтяной иглы?
Для понимания эффективности различных видов топлив и устройств, их утилизующих - приведу Вашему вниманию один интересный график:
Топлива и устройства их оконечной утилизации, оси: пиковая удельная мощность, удельная энергия.
Представлены:
Advanced Flywheels - супермаховики
Conventional Flywheels - маховики
Super capacitors - суперконденсаторы
Pb-Acid - свинцовые аккумуляторы
Ni/Zn - никелевые и цинковые аккумуляторы
LiM/FeS - высокотемпературные сульфид-железо-литиевые аккумуляторы
Lithium Ion - литий-ионные аккумуляторы
Zn/Air - цинковые воздушные аккумуляторы
H2 ICE - водород в ДВС
Methanol - метанол
Gasoline - бензин
H2 Fuel Cell - водород в топливных элементах
Что можно сказать, внимательно рассматривая этот график?
Ну, во-первых, бегло посмотрев на него - не зря мы все так любим бензин. Штука удобная, мощная и энергоёмкая. Даже модный сейчас в США водород на фоне бензина выглядит весьма тускло. В водородных топливных элементах он на треть менее энергоёмок, нежели связка "бензин+ДВС" и в два раза проигрывает бензину по пиковой удельной мощности. То есть, переводя это на русский язык - водородные топливные элементы - тяжёлые и гораздо менее мощные, чем бензиновые ДВС.
Если же заливать водород в ДВС, как бензин, то помимо чисто технических вопросов с детонацией, надо учесть, что мы потеряем в три раза по удельной энергии устройства. Связано это с тем, что лукавая цифра всегда говорит нам о "килограммах водорода", но это в корне неверно.
Где вы видели килограмм этого вещества? В ракетах? Так он там при -255 градусах по Цельсию. Ну - или при 15 градусах по Кельвину, если так кому-то приятнее. Всё равно для целей домохозяйств такой "водород в килограммах" категорически непригоден - в реальной жизни приходится возиться с водородом в газообразной фазе, в которой он проникает даже через сталь баллонов высокого давления, надо тратить энергию на его сжатие, а потом - таскать за собой тяжёлые и опасные баллоны - ну и так далее.
Поэтому, "сказка водородной экономики" быстро сказывается, да хреново делается. Все попытки хоть как-то поднять инфраструктуру водородной экономики пришли, по сути дела, к весьма дорогостоящему "пшику". Сейчас, де факто, гораздо более серьёзные усилия направлены на проекты по производству метанола, этанола, бутанола и синтетического бензина и дизельного топлива и, посмотрев на график, можно понять почему - все эти топлива, в отличии от водорода, жидкие при нормальных давлениях и температурах, а их удельная энергия и удельная пиковая мощность позволяют, по сути дела, "подморозить" структуру оконечного потребления и инфраструктуру экономики. По этому пути сейчас активно движутся и США, и Западная Европа. Другой вопрос (тема следующего материала...) куда Америка сможет прийти с такими синтетическими, по сути дела, жидкими топливами.
У США, по факту, это вообще единственно возможный путь - вся инфраструктура его транспортной отрасли ориентирована именно на использование громадных количеств жидкого топлива, а размещение основных масс населения, сложившееся в Америке за тучный ХХ век - печально известная Suburbia - делает любые усилия по быстрому слому ситуации просто бесперспективными - мало кто решится разово переселить как минимум 200 миллионов человек для создания более эффективной транспортной структуры.
Для того, чтобы обычный читатель мог представить себе масштабы глобальной "американской логистической катастрофы" я приведу вам пример сравнения двух городов - американской городской агломерации Даллас-Форт Ворс (1 213 тыс. жителей) и похожей украинской агломерации Днепропетровск-Днепродзержинск (1 200 тыс. жителей), в которой мне доводится жить самому:
Вот это сравнение:
Даллас-Форт Ворс - это сиреневый контур, Днепропетровск-Днепродзержинск - лиловая клякса.
Как говорится - ребята, почувствуйте разницу. Даллас на нашей карте "дополз" почти до Запорожья (70 км от Днепропетровска - соседний областной центр), Павлограда (100 км от Днепра) и преодолел полпути до Кривого Рога (150 км).
При этом в "лиловую кляксу" ещё попали и два металлургических комбината (ДМК и им. Петровского), три коксохима, завод по обогащению урана (ПХЗ), ракетное производство и испытательный стенд "Южмаша" и ещё с добрую сотню днепропетровских предприятий... ;)
Для желающих наложить какой-либо из американских городов на свою местность - вот удобный сервис для этого:
http://mapfrappe.com/?show=5468
Контур Далласа можете использовать сразу.
Американцы прекрасно понимают проблему размещения свого населения. В последнее время всё чаще раздаются голоса: "С этим надо что-то делать!".
Если у кого-то хватит времени на просмотр (поверьте, Ваше время того будет стоить - многие из прогнозов, высказанных в этом фильме - это уже свершившаяся история), вот один из наиболее острых фильмов последних лет об этой американской проблеме - "The End of Suburbia":
http://vk.com/video_ext.php?oid=56540918&id=161090563&hash=603c6fe9ce3ddef8
Но, как видите, пока инерция американского слона столь велика, что этот вопрос, являющийся, по сути дела одним из "краеугольных камней" американской мечты, всерьёз никто обсуждать не хочет. Есть вопросы, нет ответов. Предложения плана "корову надо меньше кормить и больше доить", понятное дело, в расчёт не берём. Снова строить скоростные трамваи для связи пригородов с центров пока желающих нет.
Возвращаясь к скучному графику удельной энергии и пиковой мощности - можно заодно посмотреть и на новую мечту американского автопрома - электромобили. Сразу видна ещё более печальная картинка "аккумуляторного послезавтра". Даже самые продвинутые литий-ионные аккумуляторы, уступают в 10 раз бензину по удельной энергии и полтора раза - по пиковой мощности. То есть, автомобиль на аккумуляторах, выражаясь кратко - очень тяжёлый и менее мощный.
Поэтому - на самом деле - транспортная революция в США - это только пригородные электрички, метрополитен, трамваи и троллейбусы. Только провода, только хардкор. Полумеры американского слоника уже не спасут никак.
Однако пока Америка продолжает увлеченно участвовать в безнадёжном ралли жидкого топлива. Сланцевая нефть, канадские битумозные пески, нефть Мексиканского залива... что есть ещё в активе у американского слона?
Комментарии
> транспортная революция в США - это только пригородные электрички, метрополитен, трамваи и троллейбусы.
С трудом себе представляю доставку продуктов по пригородным магазинам метрополитеном, трамваем, троллейбусом...
Да, будут и "колбасные электрички" в США. Неожиданно? ;)
А чё? Грузовой трамвайный контейнеровоз для магазинов - нормально. А уж троллейбус на аккумуляторе и отъехать от линии может для долгой разгрузки.
Если хватит времени - посмотрите фильм. Там не очень хороший звук, но лучшего с синхронным русским переводом я не нашёл. Первые пригороды в США были полностью привязаны к трамвайным путям. То есть - это уже всё было, и работало. Другой вопрос - что это сейчас социально и экономически невозможно в современных США - нефтяной и автомобильный банкет будет там идти до упора, пока последнее не пропьют не выкачают.
Ну, а самые пытливые читатели могут разместить стандартный тяговый электродвигатель на оси ординат диаграммы "пиковая мощность/удельная энергия" и посмотреть, насколько он "уделывает" бензиновый двигатель по этому параметру. Чисто технически. ;)
Ну, самая простая оценка - это цена билетов в СССР. Трамвай - 3 коп., троллейбус - 4 коп, автобус - 5 коп. :)))))
И это - при мировой цене нефти - в 20-30$!
>Ну, а самые пытливые читатели могут разместить стандартный тяговый электродвигатель на оси ординат
Ни насколько трамвай дизель не уделает, если рассматривать полный цикл исходное сырье - перемещение полезного груза. Потому что в существующей инфраструктуре, чтобы получить электричество для трамвая, нужно все равно сжечь какую нибудь органику с КПД, близким к ДВС.
Я где-то сказал, что у трамвая будет больший КПД?
Еще раз: есть три параметра - КПД, пиковая мощность, удельная энергия.
Трамвай уделывает автомобиль по пиковой мощности своего привода. Параметр "удельной энергии" имеет значение только для автомобиля - у трамвая есть провода, ему насчёт "запаса хода" беспокоиться нечего.
КПД у "отдельно взятого автомобиля" с ДВС (25-33% КПД) будет ниже, чем у трамвая (75-80% КПД). Кроме того, автомобилю надо будет обеспечивать холостой ход ДВС, а это тоже весёлые расходы если график его движения далёк от оптимального (светофоры, перекрёстки, пробки). Ну - и рекуперацию энергии он тоже делать не умеет, а трамвай или электричка - всегда пожалуйста.
В рамках же всей экономики автомобилям надо будет "сражаться" с паровыми турбинами (18-31% КПД). Здесь они их, при условии дешёвой нефти, уделают с небольшим отрывом. Это факт.
Но - хрен получится "отдельно взятый автомобиль" углём или дровами кормить. А паровую турбину - пожалуйста. С атомным приводом на автомобили пока тоже затык, недоработали... ;)
>Трамвай уделывает автомобиль по пиковой мощности своего привода. Параметр "удельной энергии" имеет значение только для автомобиля - у трамвая есть провода, ему насчёт "запаса хода" беспокоиться нечего.
Ему то как раз есть чего беспокоиться - рельсы обычно кольцевые. :) А на кольцевом маршруте можно и заправку поставить.
> Но - хрен получится "отдельно взятый автомобиль" углём или дровами кормить.
Приспичит - получится. Даже в гараже. Не слишком эстетично, правда, получается, но работает. :)
http://waralbum.ru/2400/ Французские гражданские автомобили на угле и газе в Париже. В оккупированной Франции весь бензин шел на нужды германской армии.
На дровах тоже можно - http://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%93%D0%B0%D0%B7%D0%BE%D0%B3%D0%B5%D0%BD%...
Вы мой блог смотрели? ;)
Я газогенераторы вообще-то сам делал и прекрасно знаю всё: и недостатки, и преимущества, и ограничения этой технологии. Так, например, в гитлеровской Германии было даже налажено артельное производство "деревянных кубиков" для газогенераторов силами дешёвой славянской рабочей силы.
Могу, если интересно, написать целую статью об этой альтернативе - как было, как есть, как будет. Сразу говорю - подходит для России или для Украины - в случае же США - практически нереально.
И да, всех американских газогенераторщиков "через одного" я тоже знаю лично. Нормальные люди, но никто их там не понимает.
А с чертежами? "Муравей" на дровяной тяге - это было бы круто!
Ваши статьи всегда интересно читать, но отдельная статья про газогенераторы - на Ваше усмотрение. На мой взгляд, газогенераторные повозки по потребительским характеристикам, за исключением экстерьера, не сильно хуже современных электромобилей. (При этом и те, и другие сильно хуже ДВС)
А почему в России можно на дровах кататься, а в США - нет. Дров не хватает? Так у них вроде уголь есть. http://www1.kamakuranet.ne.jp/oilpeak/pdf_files/ChinaCoalFuture.pdf слайд Global coal distribution. Правда, он там по большей части, за полярным кругом, ну мы им валенками и рукавицами всегда поможем...
1. Дров не хватит. Надо будет аннексировать Канаду.
2. Еды надо уже на 300 миллионов ртов. В перспективе - на 350 миллионов. При этом - на юге есть ещё и Мексика, с которой тоже надо что-то решать:
3. Уголь весь будет уже в основном низкокачественный, причём - в основном уже шахтной добычи.
4. Уголь, из которого сейчас США делают 50% электроэнергии, в любом из сценариев, выходит в США на пик в 2040 году - уже через 28 лет.
Короче, без революционных изменений - никак... :(
В рамках же всей экономики автомобилям надо будет "сражаться" с паровыми турбинами (18-31% КПД). Здесь они их, при условии дешёвой нефти, уделают с небольшим отрывом. Это факт.
--
Не факт, КПД у парагазовых установок более 60%, например http://www.quartzgroup.ru/o_kompanii/press-centr/novosti_kompanii/sostoyalsya_torzhestvennyj_pusk_energobloka_pgu-190220_tyumenskoj_tec-1_postroennogo_gruppoj_kompanij/
На установки парогазового цикла надо иметь качественное топливо (жидкое или газообразное), которое можно жечь в газовой турбине. А вот с этим, в общем-то, в ближайшем будущем и ожидается самый крупный напряг.
Поэтому надо будет для ПГУ газифицировать твёрдое топливо. Или его же пиролизировать - в жидкое. Я об этом хотел целый отдельный обзор написать, он у меня следующий по плану.
А 18-31% - это обычный цикл Ренкина - паротурбинная установка. Там можно жечь всё, абы "оно горело". Хоть уголь, хоть сухие кизяки, хоть доменный газ.
Ну так и бензин это не уголь, а качественное топливо.
Конечно, поэтому на него и такой повышенный спрос. По моему скромному мнению существующие и уже построенные ПГУ будут в перспективе по максимуму переводить на газификацию углей (всё-таки лучше жечь уголь в ПГУ, а не в ПТУ), а вот у автомобиля и транспорта в целом - вообще неясное будущее. Ясно только, что без бензина, а вот возможных вариантов - тьма. И все хуже бензина и дизтоплива, но тут уж ничего не поделаешь - халява закончилась.
Да, напишите, будет интересно. Я сейчас как раз нашел Ваши посты на talks.guns.ru :)
Трамвайная тема еще у Джека Лондона в романе "Время не ждет" неплохо была описана
«Входите тесными вратами, потому что широки врата и пространен путь, ведущие в погибель, и многие идут ими; потому что тесны врата и узок путь, ведущие в жизнь, и немногие находят их.» (Мф. 7:13-14)
Нечего разбрасываться стратегическим ресурсом для поощрения индивидуализма.
Очень интересно ! С большим нетерпением ожидаю выхода следующей части.
Я тоже подсел на этот сериал. ) Вот это рассказчик!
отличные у вас патроны )))
Судя по картинке будущее за суперконденсаторами. Вопрос только в их емкости и токах утечки.
Будущее автономного транспорта, не привязанного к проводам - скорее всего за метанолом. На нём, кстати, уже и сейчас гонки Nascar гоняют - помните фильм "Тачки"?
Самый простые требования к исходным веществам для синтеза - проще только у процесса Фишера-Тропша. Суперконденсаторы очень мало запасают энергии в расчёте на 1 кг веса - далеко от источника первичной энергии (электрической сети) хрен отъедешь.
а вот этого не надо - отрава еще та. при том почти со 100%ой летальностью. уж поверьте - постоянно имею с ней дело.
Хм. метанол в количестве 10-15 г приводит к ослеплению, свыше 25г - почти всегда к смерти. Накапливается в организме и очень плохо выводится.
Предствьте себе город, пробка, хорошая такая - часа на 1,5 - 2. Много там паров бензина? Катализаторы на холостых не работают, бензин не дожигается. Теперь представьте, что вместо бензина - метанол?
Повторяю, это очень опасная штука. Вот пусть американцы и переходят на него. Глядишь и дышать посвободенне станет, ртов поубавится.
<body><p>Это Разово. А Если в течении недели, месяца, года? Метанол — это яд. При том официальный.
Метанол лечится этанолом. Серьёзно, этанол его выбивает из метаболизма, где эта дрянь пытается с ним конкурировать. :)
А вообще, лучше вот это Вам почитать:
http://flavorchemist.livejournal.com/60231.html
Тут про аспартам, но о метаноле и его метаболизме тоже в деталях всё расписано. Не надо его пить, остальное, в принципе, решаемо.
<body><p>Это Я знаю, чем его выводить. ;) но в обозримом будущем пока нет технологии его нейтрализации в выхдопных газах. Тот Же наскар нельзя приводить впример. Разговор Идет о как минимум й10—15 годах до серийного выпуска двтгетелей и инфраструктуры для снабжения им населения. А Как вы представляете его производство? Тактих Мощностей нет ни у одной страны мира, чтоп покрыть такое потребление...
Про производство метанола я напишу в следующей статье - вместе с коксующимися углями, процессом Фишера-Тропша и прочей "синтетикой".
Для завершения дискуссии о влиянии метанола на человеческий организм - применять его надо будет только на мощной и тяжёлой спецтехнике. Карьерные самосвалы, магистральные грузовики, освоение какой-нибудь Сибири или Антарктиды, в двигателях на небольших судах, куда не впихнёшь атомный реактор, на военной технике - короче, везде, где аккумуляторы и провода бесполезны.
При этом метанол - это отнюдь не единственная опция в числе будущих замен бензина.
Население, как я сказал, пусть привыкает к электровелосипедам и электромотороллерам.
Электровелосипеды - это суперконденсаторы. И электрозаправки через каждые 100м. Крайне недешевое удовольствие.
А зачем - суперконденсаторы? Можно и современные литий-ионные батареи ставить - у меня всю зиму электрик на таком китайском чуде на работу за 10 км ездил. Электромотор там нужен в основном на подъёмах или если ноги устали - там, в основном, педали крутить надо.
У батарей сильно меньше количество циклов заряда-разряда. Т.е. срок службы у батарей меньше. А это уменьшает общую эффективность системы.
C таким вариантом полностью согласен. Спасибо за дискуссию!
почитайте - http://doc-load.ru/SNiP/Data1/41/41899/index.htm
раздел ОБЩИЕ САНИТАРНЫЕ ПРАВИЛА ПРИ РАБОТЕ С МЕТАНОЛОМ
Из картинки видно, что будущее авто за удешевлением Zn/Air, а для дорогих и мощных: метанол
Цинк и литий. Оба металлы, оба в дефиците уже сейчас. Как и свинец, кстати. Но цинк всё-же дешевле лития. Пока.
Придется ездить на дорогих и мощных тачках на метаноле :)
Инженеры постоянно повышают мощность ДВС и при этом падает расход топлива.
"У нас город богатых и скучных людей - куча торгово-развлекательных центров повсюду." ;)
А если серьёзно - то вполне может случится, что и метанола на всех не хватит, а большинство будет ездить на электровелосипедах и электромотороллерах. Вполне функциональные агрегаты, кстати - на перевозку 1-2 людей и нехитрого скарба.
Представил старость.
Гараж, старенький 180-ти сильный мотоцикл сузуки -- техника неведомая внукам. Законсервирован и покрыт пылью и чехлом. Достаю из под подушки скромные сбережения за год, иду на черный рынок и покупаю там 10литров бензина. И оно того все равно стоить черт возьми :)
Зато серно-натриевые батареи производят без использования дефицитных материалов:
Zebra / FIAMM: http://www.fzsonick.com/
NGK: http://www.ngk.co.jp/english/products/power/nas/index.html
За литием есть определённое будущее и связано оно с КПД электродвигателей. Если сравнить КПД бензиновых ДВС / энергёомкость бензина на кг с КПД электродвигателей / энергёомкость аккумулятора на кг, то литий приближается к бензину. Но встаёт в полный рост проблема инфрастуктуры, цена аккумуляторов и их утилизации.
КПД у тягового электродвигателя где-то в 2 раза больше, чем у ДВС, то есть, в идеале, разрыв по таком параметру, как "запас хода" между ДВС и электроприводом теоретически может быть где-то около 5 раз.
Хотя я не уверен, что на диаграмме учли и вес самого электропривода для случая литиевых батарей, или там посчитаны только батареи. Вот альтернативный график "только для батареек":
Видно, что для тяговых литий-ионных батарей всё уж не так и кучеряво: хотим мощности-теряем в ёмкости - и наоборот.
Так что я не против легкового транспорта на литии, но вот карьерный самосвал на "батарейках" - это, скорее всего, утопия.
Для карьерных самосвалов оптималнее развитее енергоэффективности (дизельного) ДВС + использование суперконденсаторов для аккумуляции энергии торможения. В современных карьерных самосвалах уже используется связка ДВС > генератор > электродвигатели на колёсах, а использование суперконденсаторов может улучшить энергоэфективность на порядок. Ранее для этих целей пытались использовать маховик, но, я полагаю, он оказался неэфективен изза своей массы.
Надеюсь, скоро мы увидим силовую установку ДВС > генератор > электродвигатели > суперконденсаторы в ё-мобилях, которая может оказатся наиболее оптимальной на данном этапе развития.
В таком варианте - несомненно. Давно уже пора перестать переводить тормозные колодки в тепло и абразивную пыль.
так ведь именно так сейчас и делают
На больших и мощных автомобилях уже и сейчас разными путями уходят от тупого перетирания тормозных колодок в пыль. Просто не всегда сейчас эту энергию используют "про запас", а в большинстве случаев просто перегоняют в тепло. В будущем, на фоне подросших цен на топливо, я думаю, ситуация будет понуждать к большим усилиям - и тут автомобилистам, на самом деле, стоит поучиться у железнодорожников.
Страницы