Ещё разик про 100% ВИЭ

В начале 2017 года вышла статья от международной группы аж 27 учёных «Путь для 139 стран к энергетике на воде, ветре и солнце» [1]. Натурально, вышла не просто так. Выводы статьи непрерывно педалировали в выпущенном годом позже докладе IPCC [2] o потеплении на 1.5Ц. Да, того самого, от которого Св.Грета Стокгольмская теперь не ходит в школу, плавает на яхте, толкает речи и боится жить. Сама статья, как водится, короткая – 13 страниц. Там прямо в лоб написано, что к 2050 году энергетика планеты перейдёт к использованию Ветра, Гидро и Солнца, оттого модель называется ВГС. А потребление нефти, газа, угля и урана в энергетике будет ноль!

Короче, как-то так:

Если честно, у меня при взгляде на это отвисла челюсть. ООН говорит нам, что к 2050 году на Земле должно проживать от 9.5 до 10.0 миллиардов человек. А авторы статьи нарисовали, что общая потребляемая мощность в 2012 году – 12.105 ТВт, а в 2050 – 11.840. Я, грешным делом, подумал, что IPCC собралась отправить примерно три миллиарда будущего населения планеты в биореактор. К счастью, в статье есть цифровое приложение, где приведены таблички с расчётами авторов. Туда и полезем.

Начнём с конца. Перечислим страны, которые в исследование не попали. Данные по населению – из оценок ООН.

Оказывается, для 340 млн человек планов перехода на ВГС просто нет. К 2050 году население этих стран вырастет до 700 млн человек, то есть около 7.2% населения Земли – примерно каждый четырнадцатый. Возражение, что речь идёт о странах мелких, не принимается. Во-первых, в основном списке авторов – чуть ниже – есть Гибралтар (35 тысяч жителей). Во-вторых, на вершине списка – Уганда. Страна с населением больше чем вна Украине, правда площадь территории втрое меньше. Кстати, в отличие от украинцев, угандийцы неплохо размножаются.

Интересный пример – Пуэрто-Рико. Страна относительно благополучная, с коэффициентом гуманитарного развития 0.845 (для сравнения в России 0.816). В этой островной стране в сентябре 2017 года ураганы Ирма и Мария снесли бóльшую часть электросетей. Сейчас страна на 100% зависит от ископаемого топлива: импортирует и автомобильный бензин, и мазут. Девяносто процентов бензина уходит на транспорт. В 2019 финансовом году на жидкие нефтепродукты приходилось 40% общего производства электроэнергии, на природный газ – 39%, на уголь – 18% генерации. ВИЭ обеспечивали 2.3% спроса. В Пуэрто-Рико есть две ветряные электростанции, построенные в 2012 году: Санта-Изабель мощностью 101.2 МВт (электрических) и Пунта-Лима мощностью 23.4 МВт. Кроме того, есть 21 карликовая ГЭС на ручейках и несколько солнечных станций общей мощностью 117.0 МВт. По данным EIA (https://www.eia.gov/state/print.php?sid=RQ) всё это богатство в 2019 финансовом году в основном простаивало: среднее потребление электроэнергии – 715 Вт/душу, в том числе из ВИЭ – 16.4 Вт, КИУМ ВИЭ – менее 16.4 / (101.2+23.4+117.0) = 7%. Несмотря на принятый в 2019 году закон о переходе к 100% ВГС в 2050 году, это вряд ли будет выполнено без заведомо громадного сокращения либо населения, либо уровня жизни. Возможности развития гидроэнергетики уже исчерпаны, а ветровые станции распугивают туристов и сами по себе - без огромных ГАЭС - не могут обеспечить надёжного энергоснабжения в условиях зачастую безветренного морского курорта. Затраты на постройку солнечных батарей и химических систем хранения будут, скорее всего, неподъёмными.

Ряд стран из списка выше переходить на ВГС не будет в принципе. Вот эти счастливчики: Багамы, Мартиника, Барбадос, Монако, Лихтенштейн, Сан-Марино, Британские и Американские Виргинские острова… Кому-то надо плавать многомиллионные яхты и ездить «Феррари»; на частные самолётики и вертолётики ограничения «Зелёных» тоже вроде бы не распространяются. Быдло сможет попасть в эти правильные места исключительно в качестве телохранителей или охранников, проституток экскорт-девушек, горничных, поваров, пасторов секты Свидетелей Св.Греты Стокгольмской и прочих шестерёнок. Впрочем, и погоды (в буквальном смысле) эти элитные локации не делают - речь о первых миллонах счастливчиков.

Теперь от отсутствующих в списке стран, перейдём к странам и территориям, которые уважаемые авторы подсчитали. Таковых набралось 139, и в них, по состоянию на 2018 год проживает 95.5% населения Земли (в оригинале это таблица на страницах 24-29 приложения). Надо отдать авторам должное: охват значительный. Авторы дают потребление первичной энергии по модели BAU IPCC – «как если в 2015 году», и по модели ВГС – если вся энергия добывается только из ветровых, солнечных и гидро установок. Мы позволим себе пересчитать выкладки авторов обратно в ватты на душу населения, используя оценки ООН для населённости планеты – то есть тот же источник, на который ссылается работа.

Сначала 217 миллионов счастливчиков из 17 стран, которые будут жить лучше Китая образца 2018 года (3700 Вт/душу).

Энергопотребление на душу населения в этой группе должно сократиться на 45%. Вообще таблица из статьи вызывает некоторое удивление. Разбивка энергии по секторам экономики (бытовая энергия, транспорт, промышленность и т.п.) дана с точностью до 0.1%, а увеличение энергоэффективности – до 0.01%! Создаётся впечатление, что авторы слетали на машине времени и собрали статистику в 2050 году. Среди источников указан Браун, Р.Э. Не родственник ли Эммета Брауна из «Назад в будущее»?

Далее 3.7 миллиарда человек из 70 стран, которые, по мнению авторов, будут в 2050 году жить лучше Индии образца 2018 года (795 Вт/душу).

Европейцев сразу успокоим: единственная страна Европы, которая не вошла в список выше, – это Албания. Не плачь, Грета! Мир не кончится. У тебя будет госэкзамен.

Россия по энерговооружённости хозяйства обгонит США. Снижение энергопотребления с уровня 2018 года составит 45% и 65% соответственно. Китай вернётся к своему уровню жизни образца 2000 года. В целом по группе придётся сократить потребление энергии на 55%.

Наконец, 52 страны, где энергетика будет слабее, чем в Индии 2018 года (795 Вт/душу):

Индия, где в 2018 году около 350 млн живут вообще без электричества, планировала к 2050 году выйти на уровень 1000-1100 Вт/душу. По мнению авторов, индийцам придётся обломиться: их потребление 2050 года составит всего 600 Вт. Вероятно, в деревнях раздадут фонарики на солнечных батарейках и объявят эти деревни «условно электрифицированными».

Сразу передадим привет 9 текущим и 5 будущим миллионам жителей Таджикистана – ситуация там будет веселее, чем в Бангладеш. Киргизия спустится на уровень ниже Индии, но остальные республики бывшего СССР в группу аутсайдеров не попадают.

Как и в группе лидеров, потребление электроэнергии в среднем по группе аутсайдеров будет урезано на 45%. На уровне современной Индии будет жить 5.1 млрд человек. Если добавить к этому числу 0.7 млрд тех, кого в исследование не включили, среднее потребление можно оценить на уровне 380 Вт/душу. В 2018 в нищей Нигерии получается на 70% больше.

Ниже уровня 380 Вт/душу по мнению авторов исследования в 2050 году будет жить не менее 2.8 млрд человек. Конечно, это не значит, что в странах с низким энергопотреблением совсем не будет электрификации. Электричество наверняка останется в центральных районах крупных городов. Представляется весьма вероятным, однако, что около 2 млрд землян в 2050 будут жить без подключения к электросетям. Это примерно на 1.2 млрд больше, чем в 2018 году.

Далее интересно посмотреть, как по мнению авторов будет развиваться промышленность. В 34 странах с населением 2,5 млрд энергопотребление в промышленности будет менее 100 Вт/душу. По мнению авторов, механизированное производство следует полностью ликвидировать в Сингапуре, Панаме, Гонконге, Гибралтаре, на Кипре и на Мальте. Вы хотели развивать промышленность Эритреи, Конго, Гаити, Непала, Того, Бенина? Забудьте. Натурально, и механизированная промышленность не попавших в исследование стран: Уганды, Афганистана, Нигера и так далее – развиваться не имеет права.

Авторы оставляют возможность развития кустарных производств. Вероятно, в новом мире ВГС появятся новые профессии: вместо швеи-мотористки будет швея-педальщица, вместо токаря – токарь-педальщик, вместо записного автора IPCC – педальщик-педальщик™ (надо же кому-то педалить потепление). Как насчёт оператора станков с ЧПУ (чисто-педальным управлением™)?

Кстати, о педалях. С точки зрения авторов, расходы энергии на транспорт тоже следует урезать – в абсолютных значениях примерно на 70%.

Следует учитывать, что в понятие «транспорт» авторы включают не только доставку ваших личинок в детский сад, а вас самих – к месту работы, но и все необходимые в экономике перевозки, например, урожая с полей в магазины или металлолома к домнам. Сюда же в явном виде включено поддержание в рабочем состоянии авто- и жел- дорог и прочей транспортной инфраструктуры, например точек зарядки электромобилей, а также погрузка-выгрузка и прочая логистика. Например, стационарный портовый кран и городской холодильник-распределитель - никуда не едут, но по графе "транспорт" проходят.

Двадцати четырём странам с населением около 1.9 млрд придётся пересесть на гужевой транспорт. Вот полный список счастливчиков, где на транспорт и инфраструктуру выделено менее 50 Вт/душу: Куба, Узбекистан, Ангола, Судан, Того, Йемен, Сенегал, Зимбабве, Кения, Нигерия, Непал, Бангладеш, Камерун, Мьянма, Гаити, Берег Слоновой Кости, КНДР, Танзания, Мозамбик, Замбия, Эфиопия, Таджикистан, Эритрея, Дем. Республика Конго. Как обсуждалось выше, около 0.7 млрд будут просто ходить пешком. На индивидуальный моторизованный транспорт (конечно, на батареях) могут рассчитывать: Гибралтар, Сингапур, Мальта, Гонконг, ОАЭ, Люксембург, Бруней-Даруссалам, Катар плюс всякие Монако и Багамы с Виргинскими островами – всего около 40 млн землян.

Остальное население планеты, около 7.1 млрд человек, будет жить с комбинацией электрического наземного и электро-парусного водного транспорта и велосипедов. По воздуху будут летать либо военные, либо очень богатые. Список открывает Тринидад и Тобаго (914 Вт/душу) и, ВНЕЗАПНО, Ливия (804 Вт/душу). В Саудовской Аравии и США на транспорт выделяется примерно по 750 Вт/душу. Россия по транспорту на почётном 41 месте в списке, между Болгарией сверху и Ираном снизу. Уровень в 380 Вт на душу – это в основном общественный электротранспорт: трамвай, метро, троллейбус, вероятно с добавлением всяческих электроскутеров и самокатов. КНР на 57 месте – 285 Вт/душу, Индия – на 95 месте, 85 Вт. Список замыкают Пакистан и Гана (105 и 106 места, по 53 Вт/душу).

Авторы оптимистически заверяют нас, что несмотря на двукратное сокращение энергопотребления нам удастся сохранить достойный уровень жизни. В качестве обоснования выдвигают тезисы, что,

• во-первых, ВВП в долларах на единицу мощности вроде бы нарастает,
• во-вторых, не нужно будет тратить энергию на добычу нефти, газа и угля,
• и в-третьих, людей можно приучить экономить.

В целом по 139 исследованным странам ожидается общая экономия 42.54% (sic! Именно так, с сотыми долями процентов, показано у авторов предсказание на 2050 год. Страница 29). За счёт повышения энергоэффективности рассчитывают сэкономить 23.00%, за счёт добычи ископаемого топлива – 12.65%, за счёт общей бережливости 6.89%.

Пока согласимся с авторами, что так оно и будет. Что нам нужно сделать, чтобы перейти к ВГС? Авторы подсчитали и выдали табличку на стр. 30.

	Типичная мощность одной установки МВт	Доля в выработке энергии в 2050 году, %	Требуемая установленная мощность   ГВт	Установлено к 2015 году, от требуемой мощности %	Надо установить до 2050 года   единиц
Основные генерирующие мощности
Ветровые наземные	5	23.50	8'330	5.04	1'580'000
Ветровые морские	5	13.60	4'690	0.26	935'000
Волновые	0.75	0.58	307	нет	410'000
Геотермальные (электростанции)	100	0.67	96	13.05	839
ГЭС/ГАЭС	1300	4.00	1'060	100	0
Приливные (турбины)	1	0.06	31	1.79	30'100
Солнечные на крышах частных домовладений	0.005	14.90	9'280	0.76	1'840'000'000
Солнечные на крышах коммерческих/гос. организаций	0.1	11.60	7'590	1.16	75'000'000
Солнечные фермы	50	21.40	12'630	0.53	251'000
Солнечные тепловые концентраторы	100	9.72	2'150	0.23	21'000
Всего основных		100	46200.00	3.76
Резервные и аварийные мощности
Солнечные тепловые концентраторы	100	5.83	1292	нет	12'900
Солнечные накопители тепла	50		4640	8.98	84'400
Геотермальное (тепло)	50		70	100	0
Всего резерва		5.00	6000	8.11	97'300
ВСЕГО			52159	4.26

В этой табличке тоже весело! Авторы складывают гигаваттные ГЭС с мегаваттными ветряками, прибавляют киловаттные солнечные панельки на крышах и получают 1'919'616'000 штук… чего-то. Это примерно то же самое, что сказать: нашей мастерской нужно 20 напильников и 1 токарный станок, а всего 21 штука; двенадцать напильников уже купили и привезли, значит, мастерская оборудована на 57%.

У авторов есть некие «солнечные накопители тепла», которых на планете должно быть, по состоянию на 2015 год, около 400 штук. Притом, штучка немаленькая: средняя мощность установки 50 МВт (просто дизельная/газовая ТЭС такой мощности - это примерно габариты морского контейнера, но с запасением солнечного тепла габариты, конечно, должны получиться серьёзно больше). Если кто знает, где такое установлено – укажите в комментариях. Надо набрать по крайней мере 10 примеров.

И ещё очень весёлое замечание: авторы подсчитали, что необходимые мощности ВИЭ уже установлены на 3.76%. На самом деле число включает 1060 ГВт ГЭС, которые строились по всему миру последние 100 лет. Если ГЭС не считать, то ветряки и солнечные панели установлены на 1.5% от требуемой мощности.

Теперь пройдёмся по таблице более подробно. С 2015 по 2050 год требуется построить 1.580 миллиона наземных и 0.935 млн морских ветряков. Средняя установленная мощность ветряка – 5 МВт. Ежегодно требуется вводить в строй (1'580+935)/35 = 72 тысячи установок, или 360 ГВт электрических. По факту (данные БП-2019) за 2016, 2017 и 2018 годы суммарно введено в строй 147 ГВт, или эквивалент 29 тыс установок. Скорость постройки примерно в 7 раз медленнее, чем требуется. Оптимисты говорят, что мы пока двигаемся не быстро, но к 2040 году ужо ускоримся. Примерно так же нерадивый студент рассчитывает написать курсовую за двое суток до сдачи.

По мнению авторов, на крышах частных домов надо разместить 1.84 миллиарда солнечных установок по 5кВт (в тропиках это 8-10 м² панелей плюс инвертор плюс, скорее всего, домашняя батарея на стенку – ну или новые провода и трансформаторы на уличных столбах, хрен редьки не слаще). ООН ожидает, что в 139 странах будет проживать 9.06 млрд человек. Одна солнечная установка на 4.9 человек. Откинув полных нищебродов, получается по одному комплекту солнечных панелей на каждую семью (родители плюс один-два ребёнка). Установка одной системы занимает один рабочий день, один грузовик, 4-5 человек в бригаде сертифицированных электромонтажников. Считая по 300 ударных рабочих дней в году, надо ставить по 1'840'000 / 35 / 300 = 144 тысячи комплектов ежедневно. Всего надо ввести в строй 31'400 ГВт солнечных мощностей за 35 лет, или по 900 ГВт ежегодно. БП любезно сообщает нам, что за 2016, 2017 и 2018 годы суммарно введено в строй 262 ГВт. Скорость постройки в 10-11 раз ниже требуемой. Опять нерадивый студент?

Новых гидростанций авторы не планируют. Это оттого, что хочется и рыбку съесть, и, пардон-с, «Зелёных» удовлетворить. Зелёные активисты, en masse, ненавидят водохранилища не меньше, чем АЭС! Авторы советуют, что на уже построенных ГЭС можно перемонтировать турбины и генераторы, вот и получится на 50% больше мощности. Я не гидротехник, но подозреваю, что если речь о мгновенной мощности, то потребуется примерно на 50% больший сброс воды. А ежели речь о средней выработке за год, то многое зависит от годовых осадков и ёмкости водохранилищ. Тех самых, против чего «Зелёные». Ну и есть ещё в таблице 410 тысяч неких «волновых» станций с общей мощностью 307 ГВт, по 750 кВт на установку. Пока в мире построена 1 (одна установка, а не одна тысяча): Митрику в Испании, и с мощностью 296 кВт, а не 750. Осталось ввести в строй всего лишь 409'999 установочек, всего по 12'813 штук за каждый из оставшихся 32 лет.

А теперь – вишенка на тортике! По мнению авторов, к 2050 году будет установлено 46200 ГВт основных и 6000 резервных/аварийных мощностей ВИЭ, а всего 52200 ГВт. Эта мощь будет вырабатывать 11840 ГВт усреднённой, то есть плановый КИУМ всех этих свистоперделок (по мнению авторов) 11840 / 52200 = 23%. В лучшем случае, всё народное богатство простаивает ¾ времени.

Быстро пройдёмся по методам повышения эффективности.

(1) По приучению людей к экономии вопросов нет. Ко всему-то подлец-человек привыкает!™ Например, можно отучить народ от кондиционеров. Три миллиарда будут пользовать вентиляторы, а остальным пусть жар костей не ломит. Для экономии на обогреве помещений бедняки могут просто набиваться по десятку в комнату 10 м². Вас это шокирует? Ну, авторы пропагандируют тепловые насосы и другие подобные способы экономии. Относительно богатые вполне могут себе позволить, но большинству населения это не понадобится, смотрим выше.

(2) То, что ВВП растёт быстрее, чем потребление энергии, тоже ничего удивительного нет. Всё дело в методах расчёта ВВП. Секс-массаж при свечах стоит больше, чем при электрическом освещении, не так ли? А вот попробуйте предложить, как сэкономить 23% энергии при выплавке стали, выделении алюминия, металлорезке… Если сможете, вам будет профит! Только изобрести не так-то легко, внедрить ещё труднее, а изобретение ваше, скорее всего, изменит не всю экономику разом, а лишь один из многих тысяч технологических процессов.

(3) Наконец, авторы надеются сэкономить 12% энергии на бурении нефтяных скважин и разработке угольных карьеров. Пусть сэкономим. Тогда железная руда для миллионов ветряков сама вылезет из месторождений, и ударившись о сыру землю слегка подмокший грунт, обернётся сталью. А вот новая безшахтная технология выделения редкозёмов для солнечных панелей:

Авторы считают, что в традиционной энергетике будет уничтожено 27.7 млн рабочих мест (опять-таки, откуда такая офигенная точность?), зато в ВИЭ – будет создано 52 млн. По-моему, авторы пессимистичны. Из-за возрождения ручного труда новая экономика ВГС потребует куда большее число работяг. Например, токарей-педальщиков, хе-хе. Зато педальщиков-педальщиков в IPCC понадобится куда меньше, что тоже не может не радовать.

Итог подвела сама IPCC в докладе 2018 года [2]:

C.2 Pathways limiting global warming to 1.5°C with no or limited overshoot would require rapid and far-reaching transitions in energy, land, urban and infrastructure (including transport and buildings), and industrial systems (high confidence). These systems transitions are unprecedented in terms of scale, but not necessarily in terms of speed, and imply deep emissions reductions in all sectors, a wide portfolio of mitigation options and a significant upscaling of investments in those options (medium confidence).

C.2 Варианты, ограничивающие глобальное потепление 1,5 °C без превышения или с ограниченным превышением этого значения, потребуют быстрых и далеко идущих переходных процессов в энергетических, земельных, городских, инфраструктурных (включая транспорт и здания) и промышленных системах (высокая степень достоверности). Эти системные переходные процессы являются беспрецедентными с точки зрения масштаба, но не обязательно с точки зрения скорости, и подразумевают глубокое сокращение выбросов во всех секторах, широкий портфель вариантов смягчения воздействий и значительное увеличение инвестиций в эти варианты (средняя степень достоверности).

В переводе с обтекаемого бюракратического на нормальный русский, это звучит так:

C.2 Чтобы ограничить глобальное потепление до примерно 1,5°Ц, наверняка придётся резко поменять всё: энергетику, промышленность, землепользование, транспорт, городское строительство и инфраструктуру. Ничего подобного по масштабу никогда не делалось. С точки зрения скорости перемен, примеры в писаной истории бывали: любой экономический кризис приводит к быстрому сокращению выбросов. Мы не совсем уверены, что сокращение выбросов без существенных социальных последствий вообще возможно. В любом случае, затраты ресурсов будут огромны.

Подведём итоги и мы:

• Спор о методах введения 100% ВИЭ продолжается! Хороших, годных проектов на глобальном уровне пока… нету. На уровне схрона в тайге, деревни, острова и т.п. проектов полно, но там всё решает удачная география, а не общеприменимая технология.

• Большинство исследователей сходятся на том, что в глобальном масштабе придётся крепко урезать потребление. Отдельные счастливчики вывернутся, но их будет немного.

• В радикальных сценариях сокращения экономики, к 2050 году около 6 млрд человек (из ожидаемого населения Земли от 9.5 до 10 млрд) окажется за чертой бедности. Нижний дециль - около 0.7 млрд - планируется вообще вычеркнуть из цивилизации.

• IPCC, в общем, и не скрывает, что «уничтожение нищеты» должно производиться за счёт уничтожения «среднего класса» развитых стран; к 2050 уровень жизни населения Земли должен стать универсально низким - заведомо хуже уровня КНР образца 2018 года.

• Если педальщики педалируют 100% ВИЭ - значит, кто-то платит. Вероятно, прогнозы URR=1000 млрд toe имеют под собой основания. Там как раз придётся перейти на 90% ВИЭ между примерно 2045 и 2065 годами.

Источники:

[1] Mark Z. Jacobson, Mark A. Delucchi, Zack A.F. Bauer, Savannah C. Goodman, William E. Chapman, Mary A. Cameron, Cedric Bozonnat, Liat Chobadi, Hailey A. Clonts, Peter Enevoldsen, Jenny R. Erwin, Simone N. Fobi, Owen K. Goldstrom, Eleanor M. Hennessy, Jingyi Liu, Jonathan Lo, Clayton B. Meyer, Sean B. Morris, Kevin R. Moy, Patrick L. O’Neill, Ivalin Petkov, Stephanie Redfern, Robin Schucker, Michael A. Sontag, Jingfan Wang, Eric Weiner, and Alexander S. Yachanin, "100% Clean and Renewable Wind, Water, and Sunlight All-Sector Energy Roadmaps for 139 Countries of the World", Joule 1, 108–121, September 6, 2017

[2] IPCC, 2018: Summary for Policymakers. In: Global Warming of 1.5°C. An IPCC Special Report on the impacts of global warming of 1.5°C above pre-industrial levels and related global greenhouse gas emission pathways, in the context of strengthening the global response to the threat of climate change, sustainable development, and efforts to eradicate poverty [Masson-Delmotte, V., P. Zhai, H.-O. Pörtner, D. Roberts, J. Skea, P.R. Shukla, A. Pirani, W. Moufouma-Okia, C. Péan, R. Pidcock, S. Connors, J.B.R. Matthews, Y. Chen, X. Zhou, M.I. Gomis, E. Lonnoy, T. Maycock, M. Tignor, and T. Waterfield (eds.)].