Мир на пике – Мир в пике
Шрифт:
У лошади, за счет большей массы тела, КПД еще больший, чем у людей. Теоретический предел для живого организма — это около 51 % энергии пищи, превращенной в чистую энергию. Поэтому, собственно говоря, лошади и люди долго и не сдавали свои позиции механизмам «века угля».
И, исходя из данного примера, уже становится понятно, почему первичный источник энергии должен иметь достаточно высокий EROI — на его «плечах» надо выстроить всю сложную технологическую цепочку комплексной структуры экономики. В каждом следующем переделе и превращении энергии его начальный КПД («перевернутый» EROI) будет умножаться на КПД специфических процессов каждого из переделов. Ну и внезапно, в ходе длинной технологической цепочки, результат умножения вполне может упасть ниже 1. Тогда КПД всей экономики, построенной на таком
Итак, для планирования будущего нужно четко знать, что, кроме EROI первичных источников не менее 4:1 (что соответствует КПД в 400 %), надо иметь еще и очень активные утилизирующие устройства, которые помогают превратить первичную энергию во что-то полезное. Поскольку первичная энергия в индустриальный век обычно состоит из всяких «невкусных» и «неполезных» вещей вроде атомов урана или цепочек углеводородов, сразу скажу, что батраки в моем забеге не участвуют — их принципиально нельзя накормить ни нефтью, ни газом. Кроме того, я принципиально не хочу, чтобы мои дети были батраками. Вот такое у меня, извините, граничное условие. Даже для США, потому что это тоже люди. Да и неэффективны рабы, как я показал выше.
53
In medias res — В самую суть дела.
Рассмотрим этих «крепких индустриальных ребят» утилизации энергии.
Рис. 65. Участники «веселых стартов» по использованию топлива.
Nota: ГПУгт — ДВС на генераторном газе; ПТУпг — ДВС на природном газе; ГТУ — газотурбинные установки на природном газе; ДДУ — двухтактные дизельные установки на дизельном топливе; МТУ — микротурбинные установки; ПДУ — установки с паровыми двигателями; ПТУ — паротурбинные установки на природном газе; ПГУ — парогазовые установки на природном газе; СДУ — установки с двигателями Стирлинга; ТЭУ — установки с топливным элементом; ЧДУ — четырехтактные дизельные установки на дизельном топливе.
Отрешившись от возможности задействовать всех этих «крепких ребят» на транспорте, — как мы помним, там есть весьма специфические требования к весу и запасу топлива (энергии) на тот или иной тип двигателя, — поставим их всех на неподвижный постамент и посмотрим, насколько они конкурентны друг другу.
Ведь в конечном счете всех этих «ребят» можно так или иначе подключить либо к инвертору, либо непосредственно к обычной динамо-машине и заставить выдавать электричество в общую сеть. После этого из такой глобальной электрической сети уже можно запитать и тяговые двигатели на транспорте (с КПД 70–80 %), и асинхронные двигатели на производствах (с КПД 90–95 %), и аккумуляторы электровелосипедов, лампочки, кондиционеры, кухонные комбайны и холодильники для населения, и будущие заводы по синтезу синтетического топлива для самых автономных и самых ответственных процессов.
Что сразу бросается в глаза?
Во-первых, природный газ надо жечь только в ПГУ (установки комбинированного цикла — газовая турбина, на ее выхлопе — паровая турбина). Такие комбинированные машины позволяют перегонять в электроэнергию до 60 % энергии топлива. Жечь газ в паровых котлах в будущем — недопустимая роскошь.
Во-вторых, паровозов будет немного. ПДУ (паровые поршневые установки), к сожалению, так всерьез и не вышли за размер 1 МВт и так и не поднялись выше 25–27 % по КПД. Все низкосортные топлива надо будет по максимуму утилизировать в ПТУ (паротурбинные установки, если что). Эти многоступенчатые
В-третьих, размер мощностей от 100 кВт до 10 МВт очень эффективно, по-прежнему, закрывается поршневыми двигателями внутреннего сгорания (ДВС). Чем лучше топливо, используемое в них, и чем совершеннее термодинамический цикл самого двигателя, тем более впечатляющ результат.
Дальше в догонялках внутри этого сегмента — просто-таки стандарт детской игры «камни, ножница, бумага». Дизель бьет двигатель с принудительным зажиганием на размерах больше 100 кВт, но проигрывает ему в более мелком размерном классе. Соляр эффективнее бензина, но в перспективе его будет труднее получать на заводах синтетического топлива — процесс Фишера-Тропша неэффективен для получения длинных цепочек углеводородов. Бензин эффективнее газообразного топлива, но в будущем газ низкого качества можно будет получать для ДВС и из коровьего навоза, и из древесины, и из угля. И я думаю, что именно в этом сегменте нам еще предстоит услышать о многих интересных изобретениях и концепциях.
Кроме того, надо учесть, что будущие источники энергии будут очень распределенными по площади, поэтому часто и густо генерация энергии размеров от 100 кВт до 1 МВт мощности будет очень востребована и экономически выгодна — при местном использовании многие такие топлива имеют очень высокий EROI, а вот при перевозке они эту эффективность теряют.
В-четвертых, в будущем надо будет что-то делать с «трудными подростками XX века» — топливными элементами, микротурбинами и двигателем Стирлинга.
Каждый из этих концептов очень интересен сам по себе (как сферический конь в вакууме), но требует очень серьезных усилий инженеров по его доводке до состояния готового изделия. Микротурбины имеют адские запасы по собственному ресурсу (120 000 часов без капитального ремонта уже сейчас при 8000 часов у среднего ДВС), двигатели Стирлинга могут работать, как и паровики, практически на чем угодно (а с гелием в виде рабочего тела — и с очень высоким КПД), а топливные элементы, в перспективе, обеспечивают необыкновенный КПД преобразования — до 70 % энергии топлива можно превратить в электричество.
И да, теперь все эти ребята выигрывают у батраков и лошадей. Человечество не зря два века ломало себе голову над тем, как сделать наш мир интереснее, чище, эффективнее и добрее.
Однако пока Америка продолжает увлеченно участвовать в безнадежном ралли жидкого топлива. Ни инфраструктура транспортной энергии, ни производство электроэнергии в США никак особо не изменяются. Сланцевая нефть, канадские битумозные пески, нефть Мексиканского залива, война в Ливии, Сирии и «далее везде»… Что есть еще в активе у американского нефтяного динозавра? Цивилизационный гегемон ведь вступил в последний бой за энергию прямо на наших глазах. Рассмотрим все эти альтернативы вместе — и каждую по отдельности.
И начнем все же с фокстерьера, которого мы как-то незаслуженно забыли в тени нефтяного динозавра.
Вот состояние нашего фокстерьера в мире современной нефти.
Рис. 66. График потребления и добычи нефти в России. Данные EIA.
Как видите, на самом деле даже сейчас, на фоне существующей, старой инфраструктуры, Россия тратит на себя лишь 25–30 % добытой сырой нефти, или около 2,5 Мбд. Оставшиеся 70 % уверенным потоком льются за рубежи страны. То есть, в отличие от нашего нефтяного динозавра, у фокстерьера еще нет призрака нефтяного голода даже и на горизонте. Но дело и не в том, что у фокстерьера полно нефти.