Вход на сайт

МЕДИАМЕТРИКА

Облако тегов

Снижение потерь за счёт альтернативной энергетики

Аватар пользователя Homo 2.0
Еще одна интересная статья от наших камрадов
Потери энергии и их снижение за счёт альтернативной энергетики и электромобилей
Это продолжение вот этой статьи: http://mirvn.livejournal.com/8149.html


Напомним её вывод: углеводородной тройке ещё долго придётся оставаться основным поставщиком первичной энергии для человечества, т.к. даже если альтернативные источники энергии продолжат свою экспоненту, то им всё равно требуется очень много времени чтобы вырасти со своей сверхнизкой базы. А атом в силу сложностей строительства не способен сильно нарастить свою тоже небольшую долю.

Часть 6. Повышение эффективности энергобаланса. Общая ситуация.

Дело в том, что с первичной энергией не всё так просто, как описывалось в предыдущей статье. С одной стороны, добыча (производство) первичной энергии растёт, потребление растёт, и это судьба развития человечества на протяжении тысячелетий. С другой стороны, конечное использование энергии логично разделить на:

1.) энергию, потерянную в преобразованиях тепловых электростанций, двигателях внутреннего сгорания и т.п.

2.) полезную энергию, которая и совершает работу.

Т.е. если вы залили в бензобак автомобиля 10л бензина и КПД двигателя внутреннего сгорания 30%, то 7 литров добытой нефти и переработанной в бензин будет выкинуто на потери и только 3 литра будет потрачено на непосредственно движение автомобиля. Для всего энергобаланса это можно пронаблюдать на примере европы из этого комментария, где зелёным справа отмечена использованная энергия, а серым вверху справа потери при преобразованиях, т.е. неиспользованная энергия:

Как видно, доля потерь в энергобалансе европы достигает гигантских 62%.

Таким образом, может человечеству и не обязательно наращивать первичную энергию, а просто снизить огромные потери? Снижение потерь наполовину при неизменной первичной энергии позволит нарастить полезную энергию почти в два раза. Данная статья посвещена именно этому вопросу: насколько позволит снизить потребность в первичной энергии применение электромобилей и возобновляемых источников, гигантские тепловые потери которых в большинстве отсутствуют?

Потери очень отличаются по секторам. В индустриальном они мизерные, в жилом тоже ненамного больше, но с другой стороны, в транспортном секторе потери составляют 80% и в электрогенерации - 66%. Объяснение этому явлению кроется в термодинамике. Если вам нужно что-то нагреть, то вы можете получить 100%-ю эффективность (жилой и индустриальный сектора), но если же главное для вас это трансформация тепловой энергии в другую форму энергии, то воюйте с потерями, что и происходит в транспортном секторе и электрогенерации. Поэтому если вы хотите улучшить энергобаланс, то нужно справиться с тепловыми потерями электростанций и двигателя внутренного сгорания. В контексте этой статьи - перейти на возобновляемые источники энергии, которые этих потерь не имеют (вода, ветер, солнце) и на электромобили.

Часть 7. Электромобили

На возобновляемой энергетике (без гидро) мы подробно останавливались в предыдущей статье и здесь повторяться не будем. Перейдём к электромобилям.

Электромобили, это самая чёрная лошадка в нашей конюшне. На сегодняшний день невозможно предсказать развитие отрасли для 2039 года и для более ранних периодов. Любой прогноз будет чистым вангованием, но мы не ищем лёгких путей и попытаемся это сделать. Для этого давайте обратимся к немного более близкому будущему. Есть прогноз/программа действий от 2013 года, где IEA ставит цель электромобилям завоевать 2% автопарка до 2020 года.

Дорога к цели идёт через продажи. Ниже график продаж от IEA, необходимых для достижения цели. Мы дополнили чёрной линией с несколькими точками, которые отражают реальные продажи на 2012-2013 и краткосрочный прогноз на 2014:

2013 год был на 53% ниже чем нужно (242 тыс. вместо 520 тыс.), то же самое, судя по всему, будет и в 2014 (403 тыс вместо 860 тыс) и чует сердце, что и в 2015 динамика отставания не изменится. Такими темпами заветную цель в 2% удастся достигнуть во второй половине 2020-х, так что, надеемся, никто не обидется, если мы навангуем электромобилям 10% рынка в 2039?

Часть 8. Сверхоптимистичный сценарий.

Итак, как и когда упомянутые факторы (переход транспортного сектора на электротягу и электрогенерации на возобновляемые) смогут помочь человечеству с энергией? Чтобы вы не упирались в наше вангование, мы решили сделать несколько сценариев, чтобы каждый выбрал тот, что по душе. Честно говоря, нам самим интересно не ванговать, а получить представления в вопросе и количественно оценить изменения в мировом энергобалансе в при разных ситуациях. Ни на одном из сценариев не настаиваем и вообще они очень примерны, на какую-то особую точность не претендуют и преследуют только цель примерной оценки упомянутого эффекта. Мы разбили мировую первичную энергию, во-первых, на сектора и, во-вторых, на использованную и потерянную в преобразованиях, по аналогии с картинкой из части 6.

Применение электромобилей снижает потери в транспортном секторе, которые сейчас очень велики. Чем больше доля электромобилей - тем меньше будет сожрано преобразованиями ДВС. Чем больше генерация возобновляемой энергетики - тем меньше потерь на тепловых преобразованиях электростанций. При этом стоит отметить, что сам по себе переход на электрокары особо не сэкономит, т.к. просто переложит потери с ДВС на преобразования электростанций. Т.е. необходимо одновременно перейти на электрокары и нарастить долю возобновляемых источников, в которых отсутствуют потери при преобразованиях. Только в этом случае структура энергобаланса ощутимо изменится в сторону сокращения потерь. Поэтому в сценариях будем варьировать две величины - долю электрифицированного транспорта и генерацию возобновляемых источников энергии. Динамику потребностей остальных секторов возьмём из предыдущей статьи.

Сценариев будет три. Сверхоптимистичный, оптимистичный и консервативный. Первый менее вероятен, однако его следует разобрать, чтобы хотя бы в теории увидеть как действуют упомянутые нами факторы эффективности. Второй сценарий повторяет оптимистичный сценарий IEA (“МЭА”) по возобновляемым источникам энергии. Рост секторов основан на прогнозе потребления из предыдущей статьи.

В данном сверхоптимистичном сценарии ориентироваться неначто, разве только на оптимистичный сценарий IEA, в котором возобновляемые растут в среднем со скоростью 11,5% в год. В последние года рост составлял 15-20%, однако понятно, что чем дальше, тем расти будет сложнее, поэтому средний рост намного ниже. Итак, для сверхоптимизма возьмём 12,5% в год и к концу рассматриваемого периода возобновляемые без воды займут 10% от производства первичной энергии.

Долю электрификации транспорта положим в 40% к 2039.

При заданных условиях получится такая ситуация с первичной энергией, если её разбить на полезную и потери, как это было в схеме выше:



при заданной динамике электромобилей и возобновляемой энергетики существенное отклонение от текущего тренда в первичной энергии заметно только в конце 2020-х. Это означает, что до тех пор что-то ощутимо изменить в потреблении энергии не получится и углеводородная энергетическая тройка будет обязана держаться минимум до этих дат. Тем не менее, вклад снижения потерь к середине 2030-х существенен: без него на 2039-й приходится 19000 млн тонн. н.э. первичной энергии, с ним - 14000. Т.е. данный оптимистичный сценарий позволит сэкономить около трети первичной энергии, но очень, очень нескоро.

Также интересно представлять это по секторам, ведь в разных секторах разная ситуация с потерями и полезной. В разбивке:



Предложенный рост возобновляемых позволил значительно сократить потери в электроэнергетике, в то время как сценарий электрификации транспорта (40% к 2040) всё-таки слабоват - позволил стабилизировать потери транспортного сектора и лишь немного сократить. Оставшиеся 60% автомобилей всё равно тратят слишком большую кучу энергии впустую. Что интересно отметить, транспортный сектор требует в идеале совсем немного энергии (маленькая синяя полоска) и если человечество отойдёт от ДВС к электромобилям, то это позволит сэкономить кучу энергии. Причины такой особенности транспортного сектора пояснялись в этой статье: http://mirvn.livejournal.com/3923.html

Транспортный сектор не плавит сталь и не химичит в промышленности, а лишь перемещается в горизонтальной плоскости, что, в теории, требует очень небольших энергетических затрат.

Часть 9. Оптимистичный сценарий

Однако это был сверхоптимистичный сценарий. Сложно сказать, насколько он реален. Чтобы статья имела хоть какое-то отношение к реальности, стоит взять сценарий “450 scenario” от IEA по возобновляемым источникам (из WEO2012). По версии IEA это лучшее, что может случиться с ними.

Используя оптимистичный прогноз IEA по возобновляемым (который хуже чем сценарий-1) и долю электромобилей в 20% получим примерно такую динамику:



В разбивке:



Видно, что даже такой оптимистичный сценарий не способен как-то сильно повлиять на первичную энергию. Консервативный сценарий строить не будем, потому что становится боязно за человечество и первичная энергия улетает куда-то вверх - график просто не покажет исследуемых эффектов.

Итог.

Выводы довольно просты: влияние эффективности на мировой энергобаланс в следствие роста электрогенерации воды, ветра и солнца становится заметным эффектом очень нескоро, так как несмотря на свой бурный рост два последних начинают с очень низкой базы и электричество всё-таки является лишь частью энергобаланса. Означает это по-прежнему выводы из предыдущей статьи: углеводородам ещё долго придётся обеспечивать человечество энергией. Однако эффект интересен и заслуживает внимания.

Что стоит заметить.

В комментариях к предыдущей статье звучали возгласы, что велика роль энергоэффективности конкретного применения (в ДВС, освещении и т.п.), которую мы не учли и если в 20-м веке ей уделялось мало внимания, то в 21-м веке это “очень значимый тренд”.

Стоит прояснить этот вопрос. Во-первых, непонятно почему не учли - исторические данные, с которыми мы работали и на основе которых была сделана часть выводов, уже содержат энергоэффективность, имевшую место. Конечно, вполне возможно ускорение энергоэффективности в будущем, но вместо слов стоит обратиться к реальным данным по потреблению первичной энергии за последние 50 лет, особенно к 21-му веку, где “энергоэффективность очень значимый тренд”:



Судя по постоянному росту и тем более ускоренному в 21-м веке, рост потребления многократно перекрывает все потуги человечества в энергоэффективности. Т.е. внутри энергобаланса она где-то есть и занимает весомое место, но в итоге её незаметно. Мы не относимся к консерваторам, которые считают энергоэффективность “продажной девкой империализма” и о месте энергоэффективности в промышленности писалось тут: http://mirvn.livejournal.com/7698.html или тут: http://mirvn.livejournal.com/10562.html, но в итоге она не заметна в мировом потреблении энергии.

Несмотря на кучу пессимизма, не стоит опускать руки, а лучше вспомнить поговорку: “Самое лучшее время посадить дерево - 20 лет назад. Следующее удачное время для посадки - сегодня”. Как часто бывает у человечества, всё пессимистично и светлое будущее лишь где-то за горизонтом, однако браться за дело стоит уже сейчас.

plaksiva9tr9pka wrote in mirvn

Совместно с mikhai1_t
ИСТОЧНИК
Фонд поддержки авторов AfterShock

Комментарии

Аватар пользователя DimVad
DimVad(4 года 2 месяца)(09:06:47 / 09-10-2014)

Сейчас "зелёная энергетика" в Германии привела к тому, что семьи экономят ЭЭ тотально. Люди не могут позволить настольный комп - покупают ноут (тратит меньше ЭЭ). Запрет на мощные пылесосы (а то как включит его раз в неделю аж на 15 минут...) И т.д. и т.п. Так вот, были расчёты, что электромобиль увеличит потребление ЭЭ семьёй примерно в 10 раз (если не любите расчёты - почитайте как немцы этим летом на электромобиле по России ездили. Какой "толстый кабель" они врубали часиков так на 10 подряд каждый вечер... Там вообще очень наглядное, живописное описание...).

Нет, серьёзно. Они ехали постоянно с малой скоростью просчитывая каждый лишний километр до населённого пункта "с розеткой". Они заговаривали зубы девочкам на бензоколонке, чтобы те не врубились, на какое время и на какую мощность "вежливый и красивый немец" врубает свою зарядку... После прочтения у меня возникло ощущение, что заниматься этим может только энтузиаст - путешествовать верхом на ишаке будет проще. И быстрее... ;-)

Аватар пользователя Homo 2.0
Homo 2.0(4 года 6 месяцев)(12:26:33 / 09-10-2014)

в случае углеводородной генерации, электромобиль - убожество.

в случае зеленой генерации, - электромобиль отличное частное решение.

Насчет пылесосов: многим странам энергетический суверенитет дорого дается.

Аватар пользователя DimVad
DimVad(4 года 2 месяца)(12:46:15 / 09-10-2014)

Только в виде таких "элекромобилей", как трамвай, троллейбус и т.д. Ни на что другое не хватит энергии (я сейчас не рассматриваю саму возможность существования промышленной цивилизации в случае "зелёной генерации") ;-)

Аватар пользователя Homo 2.0
Homo 2.0(4 года 6 месяцев)(12:54:23 / 09-10-2014)

Ни на что другое не хватит энергии

Голословно. Ни у вас, ни у меня не хватит квалификации и доступа к данным чтобы это утверждать точно.

Аватар пользователя DimVad
DimVad(4 года 2 месяца)(13:09:00 / 09-10-2014)

Есть доступ к данным по динамике доступности ЭЭ для семей в Германии. Чем больше "зелени", тем более экономными вынуждены становиться немцы. Я уже писал о недоступности таких "гигантских" потребителей ЭЭ, как мощные пылесосы и т.д. Процесс нарастает при росте доли "зелени". Считаю это достаточными данными чтобы сделать вывод о будущего электромобиля в "эпоху зелени" (чтобы съездить на работу и обратно, электромобиль сожрёт в месяц примерно в 10 раз больше ЭЭ, чем потребляет семья).

Несоизмеримость потребления ЭЭ электромобилем и пылесосом - достаточные данные. Вот если бы у меня небыло денег на покупку велосипеда, считали бы Вы, что я смогу купить океанскую яхту Абрамовича ? Но ведь у Вас нет данных о моих доходах !

Аватар пользователя Homo 2.0
Homo 2.0(4 года 6 месяцев)(14:21:56 / 09-10-2014)

Несоизмеримость потребления ЭЭ электромобилем и пылесосом - достаточные данные.

Не думаю.

Аватар пользователя DimVad
DimVad(4 года 2 месяца)(14:23:52 / 09-10-2014)

А пример с яхтой Абрамовича и велосипедом не убедителен ? ;-)

Аватар пользователя Homo 2.0
Homo 2.0(4 года 6 месяцев)(15:17:38 / 09-10-2014)

нет.

Еще раз:

- в условиях главенства дорогой углеводородной генерации,  электромобиль - это убожество, а экономичный пылесос - рулез.

- в условиях главенства зеленой генерации любое электрическое потребление вместо сжигания УВ рулез, а экономичный пылесос - как приятное приложение из прошлой, УВ эпохи.

Аватар пользователя DimVad
DimVad(4 года 2 месяца)(12:48:29 / 09-10-2014)

Насчет "энергетического суверенитета" - боюсь, что для многих стран он возможен только при натуральном хозяйстве... ;-)

Аватар пользователя Homo 2.0
Homo 2.0(4 года 6 месяцев)(12:56:02 / 09-10-2014)

Люди, которые готовы осознанно платить за свой суверенитет... Это не может не вызывать уважения.

Аватар пользователя DimVad
DimVad(4 года 2 месяца)(13:14:49 / 09-10-2014)

Эти самые "люди" зарубили реальные направления - например, ядерную энергетику. И даже теперь, когда прекрасно видно, что промышленность дохнет, что людям становится недоступна энергия... Нет, я не могу это уважать. Вот, например, такой тезис : "Каждое убеждение достойно уважения...". А я вот, простите, не могу уважать убеждения сумасшедших, увы...

Аватар пользователя Homo 2.0
Homo 2.0(4 года 6 месяцев)(14:19:53 / 09-10-2014)

Это уже психология а не энергетика. Мне не хотелось бы её пока обсуждать.

Аватар пользователя alexsword
alexsword(6 лет 1 месяц)(10:03:13 / 09-10-2014)

> Таким образом, может человечеству и не обязательно наращивать первичную энергию, а просто снизить огромные потери? 

Каждый % экономии требует все больших инвестиций, там точно такой же процесс падения EROI (растущие затраты энергии на падение достигаемого выхлопа).

С ними это обсуждалось тут сто раз. 

Аватар пользователя Homo 2.0
Homo 2.0(4 года 6 месяцев)(12:15:52 / 09-10-2014)

да, это очевидно.

Весь непростой вопрос заключается в том, -куда эти инвестиции энергетически выгоднее направить - в генерацию или в экономию.

Пока нефть давала EROI = 50-100, экономить было энергетически невыгодно. При зеленыхз EROI = 5-10, многие способы экономии становятся выгодными.

Аватар пользователя alexsword
alexsword(6 лет 1 месяц)(12:24:39 / 09-10-2014)

У вас Украина перед глазами. Много там примеров масштабных вложений в модернизацию инфраструктуры?  Например, в ЖКХ, где много потерь?


Дело в том, что по мере исчерпания легкодоступной энергии, на внедрение всей этой "экономии" ее прсото не будет оставаться, все бОльшую часть будет забирать пропитание и физически необходимые нужды. 

Цемент / металлургия в нынешних масштабах просто исчезнет, их не только на замену инфраструктуры не будет, но и на обслуживание старой.

То есть будет происходить не обновление инфраструктуры, а выбытие (по мере деградации и выхода из строя той, что была создана ранее), а хозяйственный уклад устремится сперва в 19-й век, а потом в 18-й и ранее.

Аватар пользователя Homo 2.0
Homo 2.0(4 года 6 месяцев)(12:40:36 / 09-10-2014)

Да, для перехода на источники с низким EROI, и тем более на низкопотенциальные источники с низким EROI, потребуется перестройка всей хозяйственной структуры, пересмотр границ применимости всех привычных материалов. 

Полагаю, тут у каждого общества свой путь, - кто-то в силу ряда обстоятельств уже сейчас вынужден отазываться от цивилизационных прорывов, идти в "зелень", кто-то пока имеет возможности использовать энергию высокой плотности, и надеется таки прорваться в мир доступной и чистой высокопотенциальной энергии.

Никто пока достоверно не знает, какой из этих путей ведет таки к успеху. Но каждая сторона процесса надеются что именно её.

Лидеры обсуждений

за 4 часаза суткиза неделю

Лидеры просмотров

за неделюза месяцза год

СМИ

Загрузка...