Сорок одна неудобная правда об «Экономике зелёной энергетики»

Неделя не проходит без того, чтобы какой-нибудь мэр, губернатор, политик или ученый не попытался объявить о том, что в будущем энергетика будет полностью основана на энергии ветра, либо солнечной энергии и батареях и освобождена от «бремени» углеводородов, которые являются топливом на протяжении веков. Вне зависимости от мнения о том, нужна ли энергетическая «трансформация» или почему она необходима, физика и экономика энергии в сочетании с проблемами масштабирования ясно дают понять, что в обозримом будущем нет никакой возможности перейти на радикально «новую энергетическую экономику».

Билл Гейтс сказал, что когда дело доходит до понимания энергетических реалий, «нужно привнести в проблему математику». Он прав. Я так и сделал в своем недавнем отчете Манхэттенского института «Экономика новой энергетики: упражнения в магическом мышлении».

Ниже приводится краткое изложение итоговых выводов и реалий на основе математики (см. полный отчет с пояснениями, документацией и цитатами.)

1. Углеводороды составляют более 80 процентов мировой энергии. Если представить это количество в виде нефти, бочки выстроились бы от Вашингтона, округ Колумбия, до Лос-Анджелеса, и эта колонна прирастала бы еженедельно на высоту памятника Вашингтону.

1. Небольшое снижение доли углеводородов в мировом потреблении энергии на два процентных пункта привело к совокупным глобальным расходам на альтернативы за этот период более чем на 2 триллиона долларов США; Солнце и ветер на сегодняшний день обеспечивают менее двух процентов мировой энергии.

1. Когда четыре миллиарда бедных людей во всем мире увеличили потребление энергии до одной трети европейского уровня на душу населения, глобальный спрос возрос на величину, равную удвоенному общему потреблению Америки.

1. Увеличение в 100 раз количества электромобилей (до 400 миллионов к 2040 году) вытеснит пять процентов мирового спроса на нефть.

1. Чтобы заменить углеводороды в течение двух десятилетий возобновляемая энергия должна увеличить объемы в 90 раз. Мировая добыча нефти возросла «всего в десять раз» за полвека.

1. Для того, чтобы заменить производство электроэнергии на основе углеводородов в США в течение следующих 30 лет, требуется, чтобы строительство соответствующей энергетической сети велось в 14 раз быстрее, чем когда-либо в истории.

1. Отказ от углеводородов для производства электричества в США (что невозможно в ближайшие десятилетия) оставил бы нетронутыми 70 процентов использования углеводородов в США — Америка потребляет 16 процентов мировой энергии.

1. Энергоэффективность увеличивает спрос на энергию делая услуги и товары дешевле: с 1990 года глобальная энергоэффективность выросла на 33 процента, экономика выросла на 80 процентов, а потребление энергии в мире выросло на 40 процентов.

1. Энергоффективность повышает спрос на энергию: с 1995 года потребление авиационного топлива (на пассажиро-километр) сократилось на 70 процентов, объем воздушных перевозок увеличился более чем в 10 раз, а использование авиатоплива в мире увеличилось более чем на 50 процентов.

1. Энергоэффективность увеличивает спрос на энергию: с 1995 года потребление энергии на байт сократилось примерно в 10 000 раз, а объем глобального трафика данных вырос примерно в миллион раз; потребление электричества, используемого для вычислений, взлетело.

1. С 1995 года общее потребление энергии в мире выросло на 50 процентов, что эквивалентно добавлению к спросу двух США.

1. В целях безопасности и надежности в среднем по стране хранится запас углеводородов на два месяца. Во всех батареях общего назначения, а также во всех батареях одного миллиона электромобилей в Америке, сегодня можно запасти только два часа национального спроса на электроэнергию.

1. Аккумуляторы, производимые ежегодно на заводе Tesla Gigafactory (крупнейший в мире завод по производству аккумуляторов), могут обеспечить ежегодную потребность США в электроэнергии на три минуты.

1. Чтобы обеспечить достаточное количество аккумуляторов для удовлетворения спроса на электроэнергию в США на два дня, Gigafactory (крупнейший в мире завод по производству аккумуляторов) должен производить их 1000 лет.

1. Самолеты на миллиард долларов потребляют горючего на 5 миллиардов в течение двух десятилетий. Глобальные расходы на новые самолеты составляют более 50 миллиардов долларов в год и они растут.

1. Каждый 1 миллиард долларов, потраченный на центры обработки данных, приводит к 7 миллиардам долларов, потраченным на электричество за два десятилетия. Глобальные расходы на центры обработки данных составляют более 100 миллиардов долларов в год и возрастают.

1. За 30-ти летний период солнечная энергетика или ветровая энергетика на сумму 1 млн. долл. США производит 40 млн. и 55 млн. КВтч соответственно: на сланцевых скважинах на 1 млн. долл. США добывается достаточно природного газа, чтобы выработать 300 млн. КВтч за 30 лет.

1. Строительство одной сланцевой скважины или двух ветряных турбин стоит примерно одинаково: две ветровые турбины производят 0,7 баррелей нефти (эквивалентной энергии) в час, сланцевая скважина в среднем добывает 10 баррелей нефти в час.

1. Хранение барреля нефти или его эквивалента в природном газе обходится менее чем в 0,50 долл. США, а хранение эквивалентной энергии барреля нефти в батареях обходится в 200 долл. США.

1. В моделях затрат солнечной и ветровой энергетики предполагается коэффициент использования мощностей соответственно 41 и 29 процентов (т. е. как часто они будут производить электроэнергию). Реальные данные показывают на десять процентных пунктов меньше для обоих. Это означает, что на 3 миллиона долларов будет произведено меньше энергии, чем предполагалось, в течение 20-летнего срока службы ветротурбины мощностью 2 МВт за 3 миллиона долларов.

1. Чтобы компенсировать эпизодичность работы солнечных батарей и ветряков, американские энергетические предприятия используют поршневые двигатели, работающие на нефти и газе (большие дизельные установки, похожие на оборудование круизных лайнеров); С 2000 года в сеть их было добавлено в три раза больше, чем за 50 лет до этого.

1. Коэффициенты использования производственных мощностей ветропарка улучшаются примерно на 0,7 процента в год; этот небольшой выигрыш в основном достигается за счет сокращения числа турбин на акр, что приводит к увеличению средней площади земель, используемой для производства ветро-киловатт-часов, на 50 процентов.

1. Более 90 процентов электроэнергии в Америке и 99 процентов электроэнергии, используемой для транспорта, поступают из источников, которые могут легко поставлять энергию для экономики в любое время, когда этого требует рынок.

1. Ветряные и солнечные установки вырабатывают энергию в среднем от 25 до 30 процентов времени и только тогда, когда позволяет природа. Обычные электростанции могут работать почти непрерывно и доступны при первой необходимости.

1. Сланцевая революция обрушила цены на природный газ и уголь, два вида топлива, которые производят 70 процентов электроэнергии в США. Но тарифы на электроэнергию не снизились, вместо этого они выросли на 20 процентов с 2008 года. Прямые и косвенные субсидии на солнечную и ветряную энергию съели эти сбережения.

1. Для политиков и ученых мужей сменить направление энергетики все равно, что запустить ракету на Луну. Но трансформировать энергетическую экономику – это вам не отправить на Луну несколько человек. Это больше похоже на задачу переселения всего человечества на Луну.

1. Распространенное клише: сбои в энергетических технологиях приведут к сбоям в цифровых технологиях. Но машины для производства информации и машины для производства энергии используют совершенно разную физику; это клише глупее, чем сравнение яблок с шарами для боулинга.

1. Если бы солнечная энергетика масштабировалась так же, как компьютерные технологии, то Эмпайр Стейт Билдинг уже мог бы использовать одну солнечную батарею размером с почтовую марку. Но это происходит только в комиксах.

1. Если технологии изготовления батарей масштабировались бы, как цифровые технологии, батарея размером с книгу, которая стоит три цента, смогла бы обеспечить энергией реактивный лайнер в Азию. Но это возможно только в комиксах.

1. Если бы двигатели внутреннего сгорания масштабировались как компьютеры, автомобильный двигатель уменьшился бы до размеров муравья и произвел бы в тысячу раз больше лошадиных сил; реальные муравьиные двигатели производят в 100 000 раз меньше энергии.

1. Для солнечной энергетики не существует ничего похожего на цифровой 10-кратный рост. Физический предел для солнечных элементов (предел Шокли-Кейссера) представляет собой максимальное преобразование около 33 процентов фотонов в электроны; коммерческие батареи сегодня на работают на 26 процентов.

1. 10-кратного роста не существует и для ветряных технологий. Физический предел для ветряных турбин (предел Бетца) — это максимум в 60 процентов энергии в движущемся воздухе; коммерческие турбины достигают 45 процентов.

1. 10-кратный рост для батарей отсутствует: максимальная теоретическая энергия в фунте нефти на 1500 процентов превышает максимальную теоретическую энергию в лучшем фунте химикатов для батарей.

1. Для хранения энергетического эквивалента одного фунта углеводородов требуется около 60 фунтов батарей.

1. По крайней мере, 100 фунтов материалов добываются, перемещаются и обрабатываются на каждый фунт изготовленной батареи.

1. Для хранения энергетического эквивалента одного барреля нефти, который весит 300 фунтов, требуется 20 000 фунтов батарей Тесла (стоимостью 200 000 долларов США).

1. Для хранения энергетического эквивалента авиационного топлива, используемого самолетом, летящим в Азию, потребуются аккумуляторы типа Тесла на 60 млн. долл. США, которые в пять раз больше этого самолета.

1. Энергетический эквивалент 100 баррелей нефти требуется для изготовления количества батарей, которые могут хранить энергетический эквивалент одного барреля нефти.

1. Энергетическая сеть, ориентированная на мир электромобилей и батарей потребует перерабатывать гигатонны грунта, чтобы получить из него необходимые литий, медь, никель, графит, редкоземельные элементы, кобальт и т. д., а также использовать миллионы тонн нефти и угля для добычи этих металлов и производства цемента.

1. В мировом производстве аккумуляторов доминирует Китай, энергосистема которого, на 70 процентов работает на угле, таким образом, электромобили, использующие китайские батареи, произведут больше углекислого газа, чем сэкономят, за счет замены двигателей, работающих на нефти.

1. Невозможно использовать вертолеты для регулярных трансатлантических путешествий, которые требуют сложной и дорогостоящей логистики – это все равно что использовать ядерный реактор для питания поезда или фотоэлектрические системы для питания страны.

Оригинал статьи