Тема зелёной энергетики, что называется, не сходит с первых полос. И малограмотные журналисты-пропагандисты не устают нам рассказывать, что не сегодня завтра в просвященных странах Запада снесут все атомные и работающие на ископаемом топливе электростанции. Понастроят солнечных и ветряных, и уедут в светлое цветущее завтра на электромобиле.
Вопрос, почему, если солнечные панели и ветряки — это так классно, товарищи бизнесмены и предприниматели не спешат их строить и рубать вагонами бабло, почему-то мало кого волнует. А зря. Солнечная энергетика, это как бы помягче сказать … пока крайне неразвитая и малоэффективная технология. Ветряная так вообще - позавчерашний день.
Когда речь идет об энергии, то, как это не обидно, многочисленным финансовым аналитикам, на первую роль выходят вовсе не деньги и стоимость, которую хитрая статистика может подогнать под любые потребности, а элементарная физика, которая несколько более точная наука. В ней, в частности, есть непреложный закон, о том, что энергия в замкнутой системе постоянна (т.е. не берется из ниоткуда), а в реальных условиях - где есть трение, тепловые потери и прочие неприятности, энергия при преобразовании из одного вида в другой только снижается.
В переводе на простой русский язык - это значит, что прежде чем электричество попадет в какой-нибудь электромобиль оно должно откуда-то взяться и переработаться с потерями части энергии. Поэтому, вопрос о том, сможет ли появление электромобилей потеснить производство нефти, сводится к тому, сможет ли вообще что-либо потеснить невозобновляемые источники (нефть, газ, уголь) в производстве электроэнергии в ближайшие годы.
Потому как если электричество мы получаем сжиганием газа и нефти, то увеличение числа электромобилей только УВЕЛИЧИТ потребление нефти, ибо раньше она напрямую использовалась в автомобиле в его двигателе (с КПД около 30%), а теперь ее преобразили с серьезными потерями (КПД 30-40%) в электричество, которое при хранении и транспортировке до заправочной станции еще потеряло 10-20%, а затем попало в электромотор автомобиля с КПД 85%. Итого, нефти на этот процесс потратится примерно на 20-30% больше (включая выбросы в атмосферу вредных газов) чем если бы мы просто заправили автомобиль бензином.
Ещё один важный момент, энергию ещё нужно где-то хранить. Энергия от солнца и ветра штука не постоянная. То есть, то нет. Соответственно, перепроизводимую энергию нужно заливать в аккумуляторы, чтобы восполнять потери, когда установка не работает. Батарея тоже стоит энергии.
Можем ли мы заменить нефть с газом чем-то зелёным и возобновляемым? Есть такой показатель EROI – это для тех, кто знает про ROI (окупаемость на вложения) примерно то же самое, но про энергию. Сколько энергии надо потратить, чтобы получить один киловатт электричества. В США ещё часто его именуют EROEI (Energy returned on energy invested). А теперь внимание на картинку:
EROI современных солнечных панелей, которые можно приобрести на рынке – 3.9, а с учётом потерь на хранение (жёлтым) – 1.6. У ветряков дела чуть лучше – 16 и 3.9. Для сравнения газовые электростанции ССGT – 28. Угольные – 30. Потерь нет, так как установка работает постоянно. Атомная энергетика – EROI 75(!). Гидроэнергетика – 49 и 35. Таким образом сжигание газа на практике в 7 раз эффективнее энергии ветра (!). Исследование 2013 года (немецких учёных), но с тех пор мало что помелось. Кстати, отказ от энергии атома увеличил цены на электричество, например, в Великобритании раза в 3. И домохозяйствам приходится платить за свет по 400 с лишним футов, 35 000 рублей (!).
В Германии тарифные льготы и дотации распространяются на ветрогенерацию лишь в течение 20 лет с момента пуска, так что далее она становится нерентабельной. И ветряки уже активно демонтируют. Прорывных технологий здесь нет и не будет, традиционным газу и нефти с их стороны вообще ничего не грозит.
А солнечные панели? Именно на них сконцентрирована вся надежда сторонников чистой энергии, ибо технология реально развивается. EROI подсчитанное для солнечной энергии в 2015 году уже в 2019-ом не очень актуально, ибо эффективность выработки солнечной энергии постоянно повышается. Но тут как раз начинается мухлеж с цифрами.
Все эффективности солнечных батарей измеряются в идеальном (чистом) состоянии, в пустыне, в солнечный день. Справедливости ради, приведём EROI для различных типов солнечных батарей. Вторая точка слева – это как раз Поли-силиконовые, наиболее распространенные на данный момент (на рисунке выше как раз их цифры брались за основу).
Как видим, есть вроде прорывная технология CdTe, которая дает EROI до 32 примерно. Однако,
1. Учитывается ТОЛЬКО сама установка преобразующая свет в электричество. В таком варианте она бесполезна. Ибо постоянный ток надо, во-первых, преобразовать в переменный, а во-вторых, необходимы аккумуляторы, которые его будут накапливать. Как выше уже говорилось, энергосистемам нужны стабильные источники, иначе промышленность работать не сможет. С учетом наличия солнечных и пасмурных дней, в среднем хранение накопленной энергии должно иметь 10-дневную продолжительность это снижает EROI в 2.5 раза!
2. На территории Европы и большей части США мощность солнечных батарей падает примерно вдвое. Плюс в промышленно насыщенных районах типа Европы постоянно присутствует пылевая завеса. Реальный EROI солнечных батарей в Германии в 4 раза слабее, чем в идеальных условиях в Сахаре.
Так что имеем EROI = 6 – 7 от самых передовых технологий солнечной энергетики. В современном состоянии она не способна заместить собой традиционные источники типа нефти, газа и ядерной энергии, которые дают EROI в разы выше. В перспективе нескольких десятков лет, возможности хотя бы частично получать электроэнергию от солнца есть у стран Африки и Австралии. Транспортировка этой электроэнергии в Европу и США нерентабельна.
А теперь самое главное. EROI не простой коэффициент, а фактически показатель развития и процветания общества. Заметьте – тут нет ни слова о деньгах. Ибо если вы вдруг благодаря чудесам экономики получили источник энергии, выдающий её за копейки, но большую часть этой энергии вы все равно тратите на ее же производство (низкий EROI), то общество (страна, компания), будет деградировать до полного коллапса.
Экономисты Дэниел Хаззум и Леонард Брукс в 1980 показали, что увеличение эффективности использования энергии может парадоксальным образом приводить к увеличению общего объема потребляемой энергии (постулат Хаззума-Брукса). То есть при высоком EROI общество потребляет энергии больше (развивается производство, повышается уровень жизни), а при низком EROI – наоборот, экономика сокращается, уровень жизни понижается.
Упрощая до невозможности – если страна использует источники энергии с высоким EROI – она растет и развивается. Если с низким – деградирует. Смотрите картинку. Если у вас средний EROI источников энергии выше 12, то в обществе все хорошо. Ниже 12 - придется жертвовать искусством и здравоохранением. Ниже 7- надо закрывать ВУЗы и школы. Ниже 5- в стране голод.
И когда зеленые учёные нам намекают, что мы слишком хорошо живём, это в прямом смысле означает что для спасения Планеты большинству населения той же Европы они предлагают переселиться в первую половину 19 столетия, с высокой детской смертностью, хотьбой пешком, работой по 12-14 часов, отоплением зимой дровами, отпуском на своём огороде и т.п. И фильмы типа Голодных игр, где есть ОДИН зажиточный мегаполис, а остальное население охотится с луком и стрелами, а также добывает уголёк лопатой - не такая уж дичь и антиутопия.
Но на такое человечество вряд ли пойдет, во всяком случае по доброй воле. России же электромобили не только не угрожают, они повысят спрос на наши ресурсы процентов на 20 – 30 %. И в целом, ставка на ядерную энергетику нашей страной сделана правильно. Другой чистой альтернативы сжигаемому ископаемому топливу просто нет. Пока. И мерзкие фильмы типа Чернобыль про ужасные русские тоталитарные реакторы снимают отнюдь не просто так. Да и что говорить, в желающих перераспределить наши грязные ископаемые ресурсы с свою пользу недостатка тоже не наблюдается.
Главная же реальная проблема современности, эффективность использования энергии. Сколько её теряется, например, с гниющей на помойках едой? Очень много. В экономном и рациональном использовании того, что дала нам природа есть всё ещё масса источников для роста благосостояния Общества. И если государство подарит вам на ваше здание солнечную крышу, а оно может, то в принципе это будет выгодно всем.