16 марта 2015 Живой журнал
Теория и Практика EROEI на примере нефти и газа США
В энергетике есть ряд важнейших параметров, которыми удобно пользоваться для оценок и выводов. Экономистам, например, будет интересна экономическая рентабельность, в то время как для интересующихся обществом, человечеством, динамикой системы - коэффициент EROEI для топлив и/или электрогенерации (энергетическая рентабельность) и “чистая” энергия. Т.е. добытая энергия минус энергия затраченная на добычу, переработку и т.п. Более подробно EROEI освещался в позапрошлой статье и повторяться не будем.
Часть I. Теория.
Первым кто ввел термин EROEI в обращение и стал его активно изучать, начиная с 1970-х, был американский эколог Чарльз Холл [Charles Hall]. В последствие, к изучению вопроса присоединились и другие ученые, в частности Катлэр Кливлэнд [Cutler Cleveland] и Дэвид Мёрфи [David Murphy]. На сегодняшний день если будете изучать научную литературу по теме, то эти три фамилии вы найдёте почти со стопроцентной вероятностью, либо в качестве авторов и соавторов статей, либо в списке источников в статьях других авторов. В данной заметки мы, основываясь на их работах, попытаемся раскрыть различные методологические тонкости и сложности подсчета EROEI, а также покажем некоторые данные на тему нефтегазового сектора США дополненные нашими подсчетами и анализом.
Нюансы вычисления EROEI
Начнём с того, что были успешные попытки стандартизировать методологию подсчёта EROEI, т.к. занимаются им по всему миру и хотелось бы, конечно, иметь возможность сравнивать результаты. Для этого надо чётко расписать границы затрачиваемой и добытой энергии. “Успешная попытка” схематически выглядит так:
Системные границы учёта (обозначены как System Boundary):
1. Добытая и необработаная энергия. Т.е. нефть (в качестве примера возьмём нефть) достигла устья скважины (верхней её части). Учитываем энергетические затраты только до этого момента.
2. Обработаная энергия. Нефть прошла переработку, плюсуем и эти затраты.
3. Энергия, доступная для деятельности - добытая и переработанная нефть льётся из пистолета бензоколонки.
Выполнять исследования EROEI можно по предложенным границам. Тогда результаты будет легче сопостовлять.
Хотелось бы остановиться на ещё одной детали данной схемы та, которая в каждой границе указывает на 5 видов затрат энергии. Эти 5 видов затрат обозначают глубину учета. С одной стороны, чем больше учтём, тем ближе окажемся к реальности, с другой стороны, чем глубже подсчет, тем он сложнее.
1. Затраты внутри границы (газ из скважины, использующийся нефтяниками на месте для собственных нужд добычи)
2. Внешняя энергия (дизель, привозимый на буровую)
3. Энергоёмкость материалов (например, стали для колонн скважины)
4. Затраты на человеческий труд
5. Вспомогательные услуги
И последний пункт. Временные рамки оценки энергозатрат. В жизни любой энергодобывающей системы есть различные периоды и для полноты анализа необходимо учитывать общий цикл.
Т.е.:
Предложенная структура оценки EROEI
Стандартный EROEI (EROEI stnd - 1 столбец, 3 строка. Ниже приводятся рассчёты именно его) включает в себя прямые и косвенные энергозатраты плюс затраты на материалы:
* EROEIdeo - Добавлен нами. [Direct Energy Only]
Прямая энергия - это дизель, газ, и т.п. Косвенная энергия - это энергия смежных отраслей. Чем ниже по строкам, тем больше плюсуется.
Для разной глубины подсчёта нужны разные методы. От анализа процессов (белый фон) до использования обширного межотраслевого баланса (серый фон).
Часть 2. Практика.
Теперь давайте перейдем от теории к практике подсчёта. Для этого мы обратимся к одной из последних статей вышеназваных авторов, где они подсчитывали EROEI для нефтегазового сектора США в целом. Результаты этой статьи достаточно часто используют как в научной среде так и в блогосфере, не всегда, правда, осозновая источник цифр.
Поэтому нам кажется важным раскрыть методологию для широкой публики, а также поскольку оригинал считал EROEI до 2007 года, у нас есть хорошая возможность посмотреть тренд на последующие 5 лет.
Основные положения методики
Подсчёт EROEI всего нефтегазового сектора США идет за период 1919-2007 в 13 разных точках. В статье показаны два альтернативных подсчета EROEI: один от Холла и Мэрфи другой от О’Коннора и Кливлэнда. Методология первой пары учёных раскрыта шире, так что распишем ее подробнее и мы.
Для каждого года взяли всю добытую энергию нефтегазовым сектором и поделили на всю затраченную энергию (прямые и косвенные затраты, в т.ч. капитальные расходы) в том же году. Сами авторы говорят, что видят фундаментальную проблему в этом подходе, поскольку часть добытой/разведанной нефти будет добыта благодаря затратам энергии сделанные в прошлые годы, но с другой стороны часть затрат сделанная в этом текущем уйдёт на нефть которую добудут в будущем. Авторы считают, что эти ошибки не существенные поскольку, по их мнению, большинство энергии в нефтегазовом секторе идёт на поднятие нефти и компрессию газа, а не на бурение. Если читать дальше, то это утверждение становится странным, поскольку по их расчётам основные расходы это как раз косвенные затраты и пик этих затрат приходится не на пик добычи, а на пик бурения. По такой методологии на растущем месторождении EROEI будет занижаться, на падающем - завышаться.
Авторы взяли в числитель данные добычи нефти и газа от Агентства Энергетической Информации США (EIA), данные по затратам в знаменатель взяли из 5 летнего экономического ценза проводимого среди компаний США. Ценз содержит как прямые энергетические, так и косвенные финансовые затраты нефтедобывающего сектора.
Также стоит понимать, что эта методология затрагивает не только саму добычу, но и бизнес-модель. Дело в том, что операционные затраты включают и, например, затраты на менеджмент, доля которых доходит до 10%. Т.е. это уже не совсем EROEI добычи, а EROEI специфического функционирования цельной отрасли.
Для перевода долларов финансовых затрат в энергию Холл сотоварищи, после некоторых нудных размышлений, предлагают использовать усреднённый коэффициент в 14 мегаджоулей за доллар (конечно, только в случае США и только в случае комплексной отрасли). Вопрос почему этот коэффициент можно считать постоянным для всего 88-летнего периода остался нераскрытым.
Результат их работы можно видеть на графике ниже:
Наши расчёты
Мы захотели повторить этот расчёт для США на период с 2007 года используя их методологию. Что мы сделали:
Мы, как и они, использовали даные EIA по добыче нефти и газа. Небольшое отличие которые мы посчитали необходимым это то, что в оригинале использовалось для газа значение всего добытого из газовой скважины (судя по всему), а мы учитывали только сухой газ с газоконденсатом. Это сократило количество добытой энергии в нашем расчёте в среднем на 7-9%.
Для прямых затрат мы также взяли потребление дизеля и газа от EIA. Мы не нашли возможности найти значения для электричества, но если смотреть на данные [график] из оригинальной статьи, то видно, что доля электричества в расходах ниже, чем убранная нами доля энергетических доходов. С другой стороны, расходы на электричество есть в операционных расходах, но так их учитывать некорректно. Но в любом случае, сути это всё не меняет.
Количество газа и нефтепродуктов, потреблённое нефтегазовой отраслью, т.е. её энергетические расходы, идут в знаменатель. Получается такая формула:
Это будет подсчёт EROEI на устье скважины, с учётом некоторой части затрат на ввод в эксплуатацию и на вывод (только той части, которая обусловлена потреблением нефтепродуктов и газа). Если эту формулу применить к каждому календарному году, то получится такая линия:
Для EROEIstnd расчёт второстепенных расходов через перевод финансовых затрат в энергетические неизбежен, разнятся лишь подходы. Для этого в знаменатель добавим оставшиеся операционные расходы нефтегазовой отрасли. Далее, в качестве капитальных расходов мы решили взять потребление основного капитала нефтегазовой отрасли, т.к. этот показатель и ровнее и логичнее отображает суть. Эти данные доступны на сайте “Бюро Экономического Анализа” (BEA).
В итоге формула преобразуется в:
Далее, для расчёта, операционные и капитальные придётся из долларов переводить в джоули, мы взяли коэффициент Холла в 14 мегаджоулей за доллар.
Получится:
Выводы
Стоит справочно упомянуть, что в 2007-2008 началась т.н. “сланцевая” революция. С тех пор EROEI начал расти. В 2012 доля нефти низкопроницемых коллекторов и сланцевого газа составила около 40% нефтегаза США. Если бы их EROEI был ужасен, то начал бы падать EROEI нефтегаза США. Однако этого не наблюдается, поэтому сланцы имеют приемлемый EROEI. Не хуже, а скорее даже немного лучше традиционной добычи США. Но при этом месторождения все разные, где-то EROEI будет больше 11, где-то меньше. Как показывал предварительный анализ в позапрошлой статье и как будет ещё показано в следующей, например на Баккене (месторождение т.н. “сланцевой” нефти) EROEI выше среднего по США.
Часть 3. “Полезная” энергия vs EROEI
В статье Михаила (Mikhail_T) “EROEI наша альфа и омега” можно почитать почему, сам по себе EROEI, в абстракции от других нюансов добычи, не определяет суть добычи энергоресурсов. Т.е. если, предположим, EROEI добычи упал со 100 до 10, а сама добыча возросла в 5 раз, то в этом случае рост полезной энергии составит 4,5 раза. Налицо в этом мысленном примере тот факт, что общество выиграло бы от увеличения добычи, пусть и с падением EROEI. Применим часть этой концепции к рассматриваемому нефтегазовому сектору США и посмотрим на энергию, которая пошла на саму добычу и на полезную энергию, т.е. всю добытую энергию минус затраты на добычу. До 1997 возьмём EROEI Холла, после - наш. Для 2013 мы взяли оценочное значение по некоторым текущим трендам.
Синяя область+красная - это вся добычая нефтегазовой отраслью США энергия. Синяя - “полезная” энергия. Красная - энергозатраты на саму добычу.
В разбивке:
По расчётам Холла в 1919 году EROEI был 15,8 и сегодня около 11. По размеру красной области видно, что ничего апокалиптичного в таком EROEI нет. Но даже если в 1919 он был бы равен 100, то это не меняет главного: что бы вы предпочли для общества? 3,1 эксаджоуля полезной энергии и EROEI = 100 (1919г), или 42,5 эксаджоуля и EROEI = 10,5 в 2013г? Для нас ответ очевиден. Ведь общество питается не коэффициентами, а абсолютными значениями полезной энергии.
EROEI "сланцевой" нефти на примере месторождения Баккен в США
Данная статья была написана для "Однако" в декабре совместно с Александром Собко (obkos) и являлась примерной оценкой EROEI для Баккена. Пусть полежит тут. Что-то мы не учитывали из-за незначительности факторов, что-то взяли по худшим параметрам (чтобы не получать оптимистичную оценку, а приближенную к реальности), но в целом всё верно и наши последующие исследования вопроса лишь подтверждают этот результат (может, лишь с небольшим снижением полученного EROEI_на_устье) - на днях будут опубликованы продолжения этой статьи с углублением, уточнением и дополнительной информацией, а ряд информации и выводов из этой статьи вообще пересмотрен в лучшую сторону (что-то в худшую).
Вопросы экономической рентабельности сланцевой добычи — популярная тема для обсуждения. Но для развития человечества необходима не прибыль, а энергия. Важно, чтобы для получения самих энергетических ресурсов этой самой энергии тратилось не так уж много. Предлагаем оценку энергетической рентабельности сланцевой добычи.
Не секрет, что разработка сланцевых запасов в некоторых случаях определяется не только экономическими, но и политическими соображениями. Польша, Китай, некоторые другие страны, несмотря на более чем скромные успехи и сомнительную экономическую рентабельность, по-прежнему стремятся развить у себя подобную добычу энергоресурсов. В США вроде бы экономика добычи сланцевых запасов пока положительная, но и здесь долларовая накачка помогла ускорить темпы развития сланцевой отрасли.
Так или иначе, экономические перекосы в наше время не редкость, и в производстве энергоресурсов (где велика геополитическая составляющая) это встречается сплошь и рядом. Но деньги сами по себе не так важны, ведь основное назначение добычи углеводородов — получать энергию, а не деньги. Поэтому тем важнее проводить оценки энергетической рентабельности добычи (EROEI или Energy Return on Energy Investment) — какое количество энергии нужно затратить, чтобы получить единицу «новой» энергии в виде сланцевых нефти или газа.
Часто бытует мнение, что сланцевая добыча энергетически нерентабельна — то есть на получение сланцевых нефти и газа приходится потратить сопоставимый объём энергии. На самом деле приемлемый уровень энергорентабельности для любой добычи ископаемых энергоресурсов, как считается, находится в районе пяти — то есть, затратив одну единицу энергии, мы получим 5 единиц на выходе. Если же выход энергии меньше, то уже могут начаться проблемы. Это связано с тем, что самые разнообразные косвенные расходы по транспортировке и конвертации энергии для конечного потребителя также съедают часть энергии.
Расходы на добычу — это расходы на дизтопливо
Для сланцевой нефти, как известно, важную роль играет интенсивное бурение скважин. Буровые машины работают на дизельном топливе, поэтому расходы на «дизель» — это ключевая графа в энергозатратах при бурении на сланцевую нефть или газ. Да и транспортировка оборудования — это тоже работа грузовиков. Есть и другие затраты, хотя их доля невелика, — об этом ниже.
А пока — модельный пример, чтобы описать суть. Допустим, вы смонтировали буровую и хотите пробурить скважину и добыть нефть. На бурение и ввод скважины истратили 100 тонн дизельного топлива и потом добыли 2000 тонн нефти. Получается, что 5% от добычи вы потратили на саму добычу и ваша «полезная» добыча — 1900 тонн нефти. Коэффициент EROEI как раз и определяет это соотношение и записывается с помощью перевода тонн дизеля и нефти в энергетические единицы (джоули): EROEI = энергетическая добыча/энергетические расходы. В нашем примере это запишется примерно так: 82 тераджоуля/4,1 тераджоуль, то есть EROEI = 20. Если же вы потратите 100 тонн дизеля и добудете 100 тонн нефти, то полезной добычи не будет, EROEI = 1 (4,1/4,1), и такую нефть лучше вообще не добывать. Для наглядности лучше использовать доли в процентах. В первом случае 100% — вся добыча и 5% — расходы (95% полезной добычи), во втором 100% — добыча и 100% — расходы (0% полезной добычи).
EROEI можно считать по-разному. Можно на скважине — то есть в расходах учитывать только расходы на добычу. Можно считать EROEI у потребителя — в этом случае добавятся расходы на инфраструктуру месторождения, транспорт нефти и нефтепереработку.
Мы попробовали оценить EROEI сланцевой нефти на скважине — так как именно на этом этапе и находятся основные отличия от «традиционной» добычи.
И взяли для примера американское месторождение Bakken, расположенное в Северной Дакоте. Американские статистические ведомства предоставляют достаточно точную информацию по затратам топлива в каждом штате. В какой-то момент, одновременно с ростом сланцевой добычи, началось и увеличение спроса на дизтопливо в Северной Дакоте. Кроме того, зная затраты труб и цемента на скважину (250 и до 600 тонн), а также энергетические затраты на производство стали и цемента (21 и 3,4 ГДж на тонну), можно оценить и энергозатраты на эти компоненты. Анализировался 2011 год, так как пока только для него есть все необходимые данные.
Ещё один важный момент. В 2011 году было пробурено около 1000 скважин, расходы на них — в знаменателе. Но в числителе — не полученная за 2011 год энергия (в виде нефти) от всех новых и старых скважин, а накопленная добыча — ожидаемая добыча нефти за всё время жизни этих 1000 скважин.
Это важно: если мы возьмём данные по производительности в текущем году, то исказим картину. Данные по накопленной добыче в различных источниках несколько отличаются, поэтому мы специально взяли оценку, ближе к минимальной (260 тыс. баррелей на скважину), чтобы случайно не завысить значение EROEI. И вот что у нас получилось:
Числитель — накопленная за всё время жизни добыча пробурённых в 2011 году скважин (260'000'000 баррелей). То есть в числителе добыча для скважин, пробурённых за год (1000 шт.), в знаменателе — все энергетические расходы на эту самую добычу (ввод 1000 скважин). Подавляющая доля расходов — это дизтопливо (86%).
Разделив 1560 на 55 получим EROEI = 28 (то есть соотношение 28 к 1), что означает: на единицу энергетических затрат пришлось 28 единиц энергетического дохода. Если перевести в доли: от 100% добытой энергии 3,6% (100/28) пошло на саму добычу.
Для сравнения, на волне запуска лучших месторождений в конце XIX — первой половине XX века EROEI добычи превышал 100. Фактически энергозатратами на саму добычу можно было пренебречь. Ещё бы — пробурил скважину — получил нефтяной фонтан. Но сейчас ситуация изменилась. Хороших месторождений почти не осталось. На истощённых старых традиционных месторождениях — вовсю бурятся горизонтальные скважины и применяется гидроразрыв, как и при сланцевой добыче. То есть каких-то качественных отличий от сланцевой нет, и потому EROEI на старых традиционных месторождениях не будет сильно отличаться от EROEI «сланца».
Так или иначе, EROEI = 28 — это очень хороший показатель. И строго говоря, — не так важно EROEI = 28 или 100 (1% или 3,6% энергии тратятся на добычу). Только на нефтепереработку нужно 10% от полученной энергии. То есть расходы, например, на добычу + нефтепереработку для традиционного месторождения составят 11%, для нетрадиционного — 13,5%.
Да, конечно, что-то мы могли не учесть в своих расчётах. Но принципиально это ситуацию не изменит, пусть даже EROEI у скважины составит 20. Основное — особенности темпов бурения и качество запасов — учтены.
Насколько традиционные месторождения лучше?
Всё это выглядит настолько оптимистично для сланцевой нефти, что, конечно, захотелось себя перепроверить. Каким образом? Логично это сделать путём сравнения с традиционными месторождениями. То есть оценить, сколько скважин бурится на «обычных» месторождениях и какую добычу они обеспечивают. К сожалению, подробных данных по обычным месторождениям мало. Но кое-что удалось найти.
Вот оценки по двум гигантским месторождениям. Заметим сразу, что это — лучшее, что есть (точнее, было на планете) по качеству запасов, а месторождения такие в мире в общем-то на счёт. Это Прадхо-Бей на Аляске или же российский Самотлор. На Самотлоре за 40 лет добыто около 18 млрд баррелей и пробурено 18 тысяч скважин, то есть около миллиона баррелей на скважину, на Прадхо-Бей ситуация похожая. То есть на Самотлоре и Прадхо-Бей средняя скважина выдала около 1 млн баррелей за всю историю эксплуатации. Ясно, что сначала качество запасов было лучше, потом — хуже.
А что со сланцевой нефтью? Средняя накопленная добыча для скважины Баккена составляет 250–400 тысяч баррелей (по разным данным) за всё время эксплуатации.
То есть самый важный параметр — накопленная добыча — отличается лишь в 2,5–4 раза. Соответственно и бурить надо в 2,5–4 раза больше. Для тех же результатов. Но и сами скважины в 2 раза длиннее (3 км вниз + 3 км горизонтального ствола). Ещё одна деталь, связанная с накопленной добычей. Сланцевую добычу часто критикуют из-за быстрого падения дебитов (производительности) скважин. Но, строго говоря, это не так важно. Важна именно накопленная добыча за всё время жизни скважины, а какова была динамика этой добычи — падала ли она быстро с высоких значений или медленно с низких — не имеет никакого значения.
Но новых супергигантов уже нет. И если тот же Прадхо-Бей на Аляске в начале своей разработки (1980-е годы) давал 1,6 млн баррелей нефти в день, то сейчас — всего 0,2 млн баррелей. Не исключено, что новые традиционные месторождения «попроще» будут показывать и худшую накопленную добычу. А на старых качественных, но истощённых месторождениях приходится применять всё тот же гидроразрыв и горизонтальное бурение. Для примера: горизонтальный ствол уже перестал быть экзотикой для месторождений России, а, например, «Роснефть» на гигантском и старом (разрабатывается с 1981 г.) месторождении «Приобское» вводит всё новые скважины с ГРП. И это без учёта того, что эти месторождения находятся в труднодоступных условиях. И когда наши нефтяные компании рапортуют о низкой себестоимости добываемой нефти даже на старых месторождениях (хотя и она уже растёт), нужно понимать, что значительная часть капитальных затрат — это советское наследство.
Означает ли это, что наши запасы в результате не имеют никакого преимущества перед, скажем, американскими?
И да, и нет.
Главный вопрос — велики ли запасы сланцевой нефти?
С одной стороны, наше конкурентное преимущество действительно снижается. На старых месторождениях — ситуация по затратам близка к «сланцевой» добыче. А для разработки новых удалённых месторождений нужны огромные инвестиции для освоения (а это и экономическая, и энергетическая рентабельность), даже если собственно бурения там меньше. Плюс расходы на доставку. А у сланцевой нефти, как мы видим, с энергорентабельностью пока не всё так плохо.
Но со сланцевой нефтью есть ещё одна деталь. Пока в США всего два таких (где добыча оправдана) гигантских нетрадиционных месторождения нефти — Bakken и Eagle Ford. И всё. При этом высокая степень геологической изученности в Соединённых Штатах говорит в пользу того, что новых таких открытий уже не будет. Другое дело, что на самом месторождении Bakken есть несколько пластов. И если несколько лет назад основная добыча шла с пласта «Средний Bakken», то сегодня почти треть новых скважин с верхнего пласта Three Forks (а всего их там 7).
Хотя формация и называется «сланцевой», она содержит много пластов, и сланцы — лишь два из них. Ещё 7 являются несланцевыми (напр. песчаники, доломиты). Именно оттуда нефть и добывается, поэтому нефть Bakken и Eagle Ford — строго говоря, не сланцевая, этот термин мы используем, как наиболее распространённый. А нетрадиционной она зовётся из-за того, что коллектор (твёрдая нефтеносная порода) плохо пропускает через себя нефть. Более точный и удобный термин для неё — нефть низкопроницаемых коллекторов.
Вот, кстати, как примерно выглядит «план» по разбуриванию этого месторождения.
Сланцевая формация Bakken. Размер каждого квадратика = 1,6 × 1,6 километра. Чёрные линии — стволы скважин. Теперь можно представить распределение скважин (одна/две на 5,1 квадратных километра) и их длину (3 километра).
Что с месторождениями сланцевой нефти в мире — остаётся вопросом. И от этого во многом зависит, каким будет нефтяное предложение в ближайшие десятилетия.
Формат "Однако" не способствует разглагольствованию и углублению в нюансы, поэтому в статье опущен ряд важностей, которые тем не менее, были обдуманы и просчитаны. Чтобы читатели могли сами понять методику и лично разобраться что к чему, озвучим кое-что.
для начала о подсчёте EROEI.
Методика подсчёта проста как валенок. Для начала я поясню для простоты на примере одной скважины, а потом как мы конкретно считали.
1. Бурится скважина. На это тратят X джоулей дизеля - буровая работает на дизеле.
2. В процессе бурения запихиваются стальные трубы (колонны) и потом НКТ - сталь, материал очень энергоёмкий. Добавляем к джоулям дизеля буровой джоули на выплавку необходимой стали.
3. Также, в процессе туда запихивается куча цемента. Цемент менее энергоёмкий в производстве, но всё равно его надо учесть. Плюсуем джоули на производство цемента.
4. Потом плюсуем джоули на ГРП и эксплуатацию - подъём нефти с глубины 3 км.
В итоге мы получим основные энергетические расходы на ввод одной скважины
Теперь о доходах. Энергетические доходы - это вся нефть, которую добудет скважина за свою жизнь. Т.н. "накопленная добыча". Разделив доходы на расходы - получим EROEI на устье, т.е. EROEI добычи. Далее, по желанию, можно плюсовать другие расходы - транспорт, переработка и т.п. и получить EROEI у потребителя, однако последние стадии не зависят от того, традиционная ваша нефть или нет, а т.к. нам были интересны непосредственно отличия в максимально чистом виде, мы не стали считать расходы после скважины (различия между трад. и нетрад. нивелируются потом). Кому интересно - могут посчитать.
Надеюсь методика понятна.
Как считали мы. Расходов дизеля на буровую нам не найти, да и не заморачивались. Зато найти параметр "потребление дизельного топлива индустриальным сектором Северной Дакоты [Баккен]". Понятно, что не всё потребление дизеля северной дакоты - это Баккен. Поэтому вычли капелюську оттуда (8%) и постулировали, что оставшиеся 92% - потребление всей нефтянки северной дакоты. Не стали пытаться вычленять из этого дизеля расходы именно на буровые и записали их в п.1 примера выше, т.е. в дизель на бурение скважин и перевели его в джоули.
Но: EIA даёт этот параметр сразу за год, это означает, что надо перейти от одной скважины мысленного примера ко всем скважинам пробуренным за год. Т.е. нефтянка сожрала за год сколько-то дизеля и за год же пробурила сколько-то скважин. Число пробуренных скважин в 2011-м известно - около 1000. Поэтому к дизелю плюсуем сталь и цемент на годовой ввод скважин.
Итого:
годовой дизель дакоты+(сталь и цемент на одну скважину)*1000 = энергетические расходы на ввод 1000 скважин.
Каков же энергетический доход? Накопленная добыча этих 1000 скважин за всю свою жизнь.
Разделив доходы на расходы, получили 28,5.
Как видно, мы не учитывали ГРП и расходы на подъём нефти. Сразу ответим на этот вопрос. Дело в том, что параметр "потребление дизеля нефтянки сев. дак." содержит, конечно, не только расходы на бурение, а ещё на огромную кучу других дел. В т.ч. эксплуатацию других тысяч и тысяч скважин. Т.е. в "дизеле на бурение (п.1)" на самом деле ещё траты на эксплуатацию тысяч скважин (которые были пробурены ранее 2011-го). А мы тут жмёмся из-за небольшой тысячи 2011-го. Во-вторых, порядок величины эксплуатации можно оценить через изменение потенциальной энергии нефти при подъёме с глубины в 3 км. Ведь именно это основная трата на эксплуатацию. Поднять 1 кг нефти с глубины 3 км - это 30 кДж. удельная теплота сгорания нефти - 42 МДж. Т.е. величины - несопоставимые по масштабу.
Ну а ГРП - это вообще ниачём. фуры и насосы на дизеле (который уже учтён), закачивают воду с песком ну и реагентов немного. Поэтому можно на ГРП с чистой душой списать перерасход энергии в п.1, когда у нас весь дезель якобы шёл на бурение (можно даже добавить в энергетические расходы потребление дизеля транспортным сектором дакоты, суть не изменится)
Вообще, почти все расходы - это дизель. следующей идут 250 тонн стали на скважину (попросили подсчитать буровиков Баккена) и потом 600 тонн цемента (вообще, конечно, меньше, но мы решили не жмотиться и переборщить цемента в скважину и взять очень плохой вариант). На фоне этого видно, что ГРП и эксплуатация - вообще ниачём.
Далее, накопленная добыча скважин. Тут тоже оказалось много интересного. Ну во-первых, забываем про кривую добычи на баккене. Форма кривой добычи принципиально никак не может повлиять на EROEI. посмотрите на формулу для EROEI и убедитесь в этом. Резко она падает или медленно - пофиг. Важно сколько она добыла за свою жизнь. Мы решили и опереться на чужие данные и подсчитать сами. Чужие данные рознятся 250.
Обратив внимание на кривую добычи для среднестатистической скважины Баккена, заметили, что, например, вот эта кривая:
это очень хорошая кривая, почти что средняя Самотлора (1'000'000). Такая скважина даст 700'000 баррелей за свою жизнь. Т.е. в числитель EROEI самотлорской скважины пойдут джоули для миллиона баррелей нефти, в числитель скважины баккена - джоули для 700 тыс. Т.е. разница совсем небольшая. Это как раз пример того, что темпы падения сами по себе ничего не значат.
Ещё известная кривая для баккена вот эта:
Типа такой накопит под 300'000-350'000 баррелей за жизнь.
Есть и такие:
Самые медленные темпы падения, все должны быть счастливы! Но... скважина с такой кривой добудет совсем смешные цифры. Т.е. кривые все разные и хоть по сути похожи (везде резкие падения), дадут совершенно различно нефти и EROEI. В итоге мы решили этот вопрос по косвенным данным - зная месячный ввод добычи в баррелях и месячный ввод скважин на баккене, можно определить, что реальная кривая - график №2.
ну и второй набор косвенных данных, который тоже подвёл ко второму графику:
найдено по наводке Mikhail_T, но ни наводку ни ссылку на отчёт я не найду. всё, что есть - пдфка на винте.
Вообще, по кривой вроде №2 есть разные оценки, мы взяли самые плохие - менее 300'000 баррелей. И эта цифра в джоулях пошла в числитель EROEI.
Вывод1:
если сравнивать традиционную нефть и нефть низкопроницаемых коллекторов (Баккен), то логично для качественной оценки сделать такое разбиение:
1. новое хорошее традиционное месторождение - вертикальные скважины, отсутствие ГРП, накопленная - сильно более 1'000'000.
2. Старое плохое традиционное - горизонтальные скважины, ГРП, накопленная меньше 1'000'000
3. Низкопроницаемые коллекторы (Баккен, игл-форд) - горизонтальные скважины, ГРП, накопленная меньше 1'000'000
т.е. сравнивать с традиционной нефтью баккен некорректно, т.к. она очень разная. Баккен сильно хуже той нефти, которой сегодня уже нет (ну кое-где есть, но не в США). И такой же как та, которая есть. И обвинять пиндосов в том, что они такие дебилы добывают плохую нефть - маразм. Хотите предложить им добывать ту нефть, которой нет? Ну а та традиционная, которая есть... Так Баккен мб даже лучше её. Поэтому пиндосы с гиканьем и улюлюканьем перебежали на нетрадиционный коллектор с еле сочащихся скважин традиционных месторождений. На которых им точно также приходилось делать ГРП и бурить горизонтальные стволы.
Вывод2:
Некорректно смотреть на отличия EROEI трад. и нетрад. в относительных цифрах. Надо смотреть и в разах и в разнице. На добычу 28 джоулей на баккене тратится 1 джоуль. Т.е. если 100% - вся добыча, то 3,5% было затрачено на неё же. Допустим EROEI традиционного лучше в миллион раз Баккена и тогда на 100% добычи потратится 0,0000035%. Казалось бы, миллион раз! а разница - всего 3,5% (3,5% минус 0,0000035%). Можете взять миллиард раз и получите те же 3,5%. Поэтому надо смотреть ещё и на сколько они вырасли, а не во сколько раз. Мы считаем 3.5% - очень незначительной цифрой и потому сланцы имеют хорошую энергетическую рентабельность. Да, в разы/десяток раз хуже хороших традиционных, но всё равно хорошую (3.5% тратится на саму добычу)
Вывод3:
Можно узнать насколько больше нетрадиционный коллектор надо бурить. 1. накопленная добыча меньше в 3 раза традиционного. Т.е. для той же добычи, скважин надо бурить в 3 раза больше (в штуках). Если мыслить проходкой (т.е. единицами длины), то бурить надо в 6 раз больше (3*2), т.к. после нескольких километров вертикального ствола надо ещё 3 км горизонтального ствола. Т.е. скважина требуется в 2 раза длиннее.
Вывод4:
EROEI в разных местах будет разным в зависимости от методики. когда нефть вышла из скважины - одним, у потребителя - другим. Если считать рентабельность нефтей у потребителя, то разница между трад. и нетрад. будет сглажена, т.к. обоим придётся проходить одинаковые процедуры после выхода из скважины. В "разах" отрыв сократится с десятка раз до 1,25, в разнице так и останется - 3,5%. При прочих равных. Что вам не придётся подогревать нефтепроводы на самотлоре и аляске и тащить оттуда нефть 3000 км до мест потребления.
Обратите внимание, мы брали довольно плохие данные. По добыче, цементу и дизелю. Т.е. 28,5 - это не верхняя оценка, это средненькая оценка.
Экспоненциальный рост EROEI? Суровая реальность!
Мы пишем в рамках стратегии win-win. С нас статьи - с вас интересные комментарии и в итоге все в выигрыше. Чтобы расширить круг действия мы запустили английский “Мир Вокруг Нас” (перевели пару статей) и уже есть ответная польза, которой мы хотим с вами поделиться на русском языке. В одном комменте нам описали один интересный “парадокс”, который с интересной стороны наводит на вывод, который мы систематически доказываем в статьях [см. ниже]: по сути не важно насколько EROEI больше единицы. Важен именно размер энергоресурса. А уж рост EROEI мы вам обеспечим экспоненциальный.
Не верите? Тогда приступаем.
Допустим у нас есть открытая система и коробочка, которая на каждый джоуль ввода производит два джоуля на выходе, EROEI такой коробочки будет скромные 2:1. Теперь берём пять таких коробочек, подключаем их последовательно одну за другой и получаем такую цепочку 1=>2=>4=>8=>16=>32. Кладём содержимое в коробку побольше, пометив её квадратными скобками:
1=> [=>2=>4=>8=>16=>] =>32
Теперь у нас одна большая коробка с EROEI 32:1. Можно сформулировать и по-другому: выход коробочки подать обратно на вход и пропустить 5 раз и получим те же 32 джоуля. Чудо? Надувательство? Нарушение законов физики? Нет, ведь на самом деле внутри коробки было произведено 64 джоуля энергии, а мы получили только 32. EROEI с учётом внутренних затрат всё ещё 2:1 и количество энергии, производимой коробочками в любой конфигурации, ограничено доступностью энергии для них и законами физики.
32:1 у нас получилось только потому что мы прочертили границу соответствующим образом и внутренние проблемы коробки стали нам не видны. С нашей точки зрения всё что мы вложили это один джоуль.
Чуть менее абстрактный пример. Допустим, у нас есть одна буровая на нефть и армия умных роботов, и всё это хозяйство работает на нефти.
Допустим на эту армию роботов, буровую и бурение первой скважины мы потратим один мегабаррель нефти и поставим задачу добыть 32 мегабарреля. Если пробуренная скважина даёт роботам 2 мегабаррелей нефти, то EROEI системы составит 2:1 и, вроде, никак эти 32 мегабарреля не добыть с помощью одного мегабарреля. Тем не менее, в первую итерацию роботы всё-таки добудут 2 мегабарреля, из которых один мегабаррель можно потратить на строительство новой буровой, а второй пойдёт на новое бурение. В итоге, две буровых смогут пробурить две скважины и добыть 4 мегабарреля нефти (соблюдаем EROEI=2). Как понимаете, роботы в этом сценарии повторяют теоретический абзац выше и в конце с помощью 16 буровых добудут 32 мегабарреля нефти! Таким образом, мы получили 32-кратное умножение поданной на вход энергии. Ловкость рук и никакого мошенничества. В теории этот процесс можно развивать и дальше и ограничен он лишь запасами нефти.
Несложно догадаться, что именно так и развивалось человечество от неандертальцев до XXI века, просто в отличие от роботов далеко не 100% добытой энергии уходило на воспроизводство новой энергии, но любой стабильный процент роста, даже очень маленький - это ведь всегда экспонента. Ну и экспонента временно приостанавливалась, когда доступная база используемого ресурса исчерпывалась - вырубали последнее дерево или засеивали последний гектар земли.
Слишком абстрактно? Реальный пример - канадские битуминозные пески. Довольно известный факт, что EROEI у них около 5 - есть множество исследований. Напомним, что наиболее энергоёмкая операция в их добыче это нагрев породы для снижения вязкости битумов. И вот тут зарыта собака - нагрев породы можно проводить добываемыми на месте ресурсами. Если вы поставите себя на место канадского общества, то ситуация будет аналогичной примеру с роботами - нефтяники на месторождении сами добывают газ и тратят его на свои нужды. Таким образом, де-факто на канадские пески тратится куча газа, но весь этот газ внутри “коробочки” для канадского общества и его для общества не существует. EROEI, который известен как 5 - это EROEI коробочки, EROEI всей системы для канадского общества намного выше, так как газ на нагрев нефтяники не отнимают у общества, а производят на месте сами.
Есть работы, которые считают EROEI битуминозных песков c учётом внутренней или внешней энергии. На графике ниже, красная линия больших значений - это EROEI всей системы добычи нефти битуминозных песков карьерным способом относительно канадского общества, бордовая внизу - это значение EROEI для отдельной коробочки внутри системы:
Канадцев как абстрактных жителей абсолютно не должно волновать что там делают нефтяники внутри своего месторождения и для них EROEI будет 20:1.
Несмотря на то, что мы оптимистично смотрим на нефть и не видим пика нефти в ближайшие годы и десятилетия, она всё-таки конечна. А вот что условно бесконечно в масштабе человечества - это солнце.
Мировые потребности в энергии для 2030 года можно удовлетворить такими площадями солнечных панелек:
Для понимания - эти масштабы (500 тыс. кв.км) вполне по силам человеку. Стоит учесть, что только система междугородних шоссе в США это уже 94 тыс. кв. км., а площадь городов на планете это 657 тысяч кв. км. А город это всё-таки гораздо более сложная стройка, чем поля солнечных панелей.
Когда человечество собирает с поля урожай результат фотосинтеза, кушает и набирается сил, и сеет ещё большее поле - это опять тот же процесс. Концепция самовоспроизводящейся коробочки в солнечной энергетике может сработать в рамках описанного, есть даже готовые соответствующие идеи. Значение EROEI определяет только одно - насколько быстро человечество сможет развиваться, но не сам факт развития, как пытаются преподнести сторонники апокалиптических взглядов.
Единственный вопрос - сколько энергии мы как общество готовы выделить на первую фазу сейчас? Насколько актуально именно сегодня запускать механизмы роста фотовольтаики, пока есть и более дешёвые топлива и нет удобной технологии хранения энергии - это вопрос. Но в масштабе десятилетий и столетий ответ однозначен: если мы не научимся воспроизводить термоядерную энергетику сами, то игнорировать рог изобилия джоулей с небес как-то нелогично.
EROEI наша алфа и омега
Давайте разберемся в такой, очевидной на первый взгляд, вещи как EROEI (отношение энерговозврата к энергозатратам).
У нас есть такая простая для понимания абстракция энергосистемы: зарытый бак бензина, труба на поверхность и насос, работающий от бензинового генератора. Чем глубже зарыт бак, тем больше энергии нам нужно потратить на извлечение бензина.
Бак - это вся доступная энергия, труба - это пропускная способность, а насос - энергозатраты на добычу. EROEI - это пропорция всей добытой энергии к энергии затраченной на добычу, обычно EROEI сводится к единице затраченной энергии. Абсолютно любой источник энергии, начиная от мускульной силы и заканчивая термоядом, можно привести к этой простой модели.
Но нужно понимать, что в этой модели важны все три части:
размер резервуара
затраты энергии (EROEI)
максимальная пропускная способность от источника до потребителя
Попытка сводить всё к EROEI и делать выводы только на основе одного параметра может приводить к ошибочным выводам.
Пример:
У вас задача обеспечить долгосрочное потребление энергии и у вас два таких бака бензина: один с EROEI 100:1, второй с 10:1 - какой для вас предпочтителен?
Если я буду смотреть только на EROEI, то скажу, что первый бак лучше, но давайте усложним задачу и скажем, что первый бак содержит 1000 литров, а второй 10000 литров.
Какой выгоднее выбрать на основе этих параметров, если мы хотим обеспечить фиксированный уровень потребления допустим в 99 литров в цикл времени?
Ниже вы можете посмотреть таблицу развития этих двух систем:
1. цикл - порядковый номер цикла
2. вложение энергии - траты энергии (в литрах) для добычи текущего цикла.
3. добыча - добыча литров бензина за текущий цикл
4. отложено на следующий цикл - сколько энергии потребовалось отложить на затраты для добычи следующего цикла
5. свободная энергия - "чистая" энергия. Т.е. добытая энергия минус траты на саму добычу.
6. осталось - остаток в резервуаре
Резервуар с EROEI 100:1 и объёмом 1000 литров:
Резервуар с EROEI 10:1 и объёмом 10'000 литров:
Для первого бака (EROEI = 100:1) мы в самом начале (1й цикл) должны вложить 1 литр бензина в добычу (его пока у нас нет и мы его берём "в долг") и добудем 100. Из этих 100 отдаём долг в 1 литр и ещё 1 переносим в следующий цикл, чтобы потратить его на саму добычу следующего цикла. В результате у нас 98 свободных литров в первом цикле и по 99 в девяти последующих. На необходимый уровень вышли за один цикл.
Для второго бака (EROEI = 10:1) мы вкладываем в первый цикл 1 литр, добываем уже не 100, а лишь 10. Из добытых 10 отдаём долг и все оставшиеся 9 переносим в следующий цикл. В первом цикле у нас 0 литров излишков. Во втором цикле, потратив 9, добудем 90 литров. 11 литров мы переносим в следующий цикл и начиная с 3 цикла мы имеем заветные 99 литров но уже в течение 90 циклов, а не девяти, как в случае с первым баком. На необходимый уровень мы вышли за 2 цикла.
Наверно, глядя на таблицу все уже поняли, что количество доступной энергии - это экспоненциальная функция n^t где n это EROEI, а t цикл. Поскольку экспонента - это очень быстро растущая функция, то даже 10 кратное изменение EROEI смогло только незначительно замедлить выход на необходимый уровень отдачи энергии.
Вывод:
Большой резервуар с маленьким EROEI = медленный старт и долгий период стабильности
Маленький резервуар с высоким EROEI = быстрый старт и быстрое падение.
Но, как я и говорил, у нас три параметра, третий параметр не менее важен - это пропускная способность трубы или максимально возможная скорость добычи. Если мы достигаем этого максимума, более низкий EROEI становится проблемой: в примере выше во втором резервуаре нам нужна пропускная способность в 110 литров за цикл. Если же максимальная пропускная способность трубы это только 100 литров то, не смотря на то что второй резервуар огромный, достичь необходимого уровня в 99 литров мы не сможем.
С другой стороны, если труба огромна, а наш аппетит ничем не ограничен, то вы очень быстро вычерпаете любой резервуар и не важно какой у вас EROEI. Так, в примерах выше, если мы захотим максимизировать добычу и вся энергия идёт на увелечение добычи, то разница между временем исчерпания резервуаворов состовляет только один цикл.
Все это можно увидить на графики добычи нефти в Азербайджане (с прогнозом):
Видите незначительный пик 1901 года? Это время когда Баку был крупнейшем производителем нефти на планете - половина мировой нефти добывалась в Баку. Это также был и пик EROEI, нефть буквально можно было черпать ведрами из выротых вручную колодцев и выливать в канаву по которой нефть стекала вниз. С вводам первых буровых процес просто взлетел. Славные времена - EROEI 100:1.
В каждый последующий пик добычи EROEI становился ниже, нефть залегала всё глубже и дальше, требовались новые технологии добычи и новая инфраструктура, но каждый пик давал в конце больше чистой энергии чем предудущий, посколько размер резервуара рос гораздо быстрее, чем сложность добычи.
Почему же уважаемые люди пугают нас неминуемым коллапсом цивилизации, если EROEI опустится ниже 1:8? Например такими картинками:
На картинках показано как всё больше энергии уходит на добычу энергии (черная стрелка) и развитие новой энергоинфрастуктуры (синия стрелка). Это страшная картинка, но только если забыть, что в 1949 году мир потреблял только 94 эксаджоулей, а в 2007 уже 493! Если предположить, что в 1949 году EROEI был примерно 70:1 (т.е. 1.5% добытой энергии уходят на добычу), а для 2007 возмем 10:1, что является низкой оценкой, то есть 10% уходят на добычу, то в результате в 1949 году у нас получится 92.6 эксаджоулей свободной энергии (94 минус 1.5%), а в 2007 году 443 эксаджоулей. Т.е. почти в 5 раз больше, а население выросло в 2.5 раза, так что на человека у нас больше энергии несмотря на снижение EROEI - бочка выросла за эти 58 лет.
Oдно важное замечание EROEI это в конечном счёте это обычный процент и поэтому как в известной хохме, даже самая красивая девушка не может дать больше чем дать, если бы в 1949 году EROEI был бесконечность:1 то доступная энергия выше 94 не подымется, EROEI не может дать вам больше 100% поэтому фантазии о том что будет в обществе с EROEI 1000:1 или 100000:1 не релевантные будет почти тоже самое что в обществе с EROEI в 20:1 разница в 5%.
Повторюсь: как видно на этой простой модели, EROEI не может быть единственной метрикой для определения нашего энергетического будущего.
Для оценки потенциала источника энергии необходимо использовать все 3 параметра
Размер резервуара
Максимальная пропускная способность
EROEI
Падение EROEI vs рост энергоэффективности
В энергетике, как и в быту, существует проблема “отцов и детей”. В нашем случае это проблема EROEI и энергоэффективности. “Отцы” переживают за будущие поколения из-за снижения EROEI энергоресурсов, “дети” же уповают на энергоэффективность и бОльшие доступные резервы, хоть и с меньшим EROEI. Попробуем сравнить эти тенденции и разобраться: “В чём сила, брат?”. В высоком EROEI или в энергоэффективности и резервах?
Часть 1. Общая ситуация
Коэффициент EROEI применяется для оценки “чистой” энергии доступной обществу, где “чистая” энергия это вся добытая (грязная) энергия минус затраты на саму добычу. Однако, EROEI формирует искажение в восприятии “чистой” энергии. Дело в том, что падение EROEI энергоресурса с 100 до 10 обычно преподносится как что-то ужасное для чистой энергии и человечества. Предлагаем не использовать “косвенности” (т.е. EROEI), а обратиться напрямую к чистой энергии.
Учитывая, что данные есть только по США, то и разбираться вопрос будет на примере США. Вообразим такую модель:
1.) добыча нефти в США последние сто лет постоянна и составляет 1000 миллионов баррелей в год, это “грязная” добыча.
2.) EROEI линейно падает со 100 единиц в начале 20-го века до 10 единиц в современности.
Отразим это на графике с разбивкой на чистую энергию и на затраченную на саму добычу:
И если падение EROEI с 100 до 10 кажется ужасным, то на графике чистой энергии ничего ужасного не видно. “Чистая” добыча снизилась с 1 млрд до 900 млн барр. Энергоресурс (нефть) затраченный на добычу, составил в конце периода 10% от самой добычи, т.е. 100 млн барр.
Проще говоря, в данной модели из-за падения EROEI с 100 до 10 США в последнем рассматриваемом году теряли 10% своей добычи. Что такое 10% добычи? Если взять в среднем за последнее столетие, то есть со всеми падениями добычи и т.п., то с 1919 года по 2012 нефть набирала 10% от первоначальной добычи в среднем за два года. Из этих двух абзацев следует, что падение EROEI с 100 до 10 за столетие в данной модели не является серьёзной проблемой, потому что десятипроцентная потеря чистой энергии компенсировалась бы в реальности ростом добычи.
Исторический EROEI
Следующий аспект, который обязательно стоит осветить, это реальность суждения о том, что сто лет назад EROEI нефтегаза США был под сотню. Обычно это принимается с потолка, однако, этому вопросу посвящены научные исследования с точными данными. К счастью, основатель концепции EROEI и один из ведущих исследователей этого вопроса, Чарльз Холл, совместно со своими коллегами выполнял подсчёт EROEI нефтегаза США для столь отдалённых в прошлое периодов и никаких “100” для EROEI нефтегаза США вековой давности нет и в помине:
После 1997 мы дополнили результат авторов своими вычислениями с новыми данными, но по их же методологии, чтобы сохранить возможность сопоставления результатов.
Теперь преобразуем модель в более реальную.
1.) Грязную добычу оставим ту же - постоянную в 1000 млн барр,
2.) вместо вымышленного падения EROEI со 100 до 10 подставим полученные значения EROEI (график выше)
и посмотрим на чистую энергию:
Опять же, как видно, ничего ужасного с чистой добычей не происходит. И это, напомню в данном примере добыча взята постоянная.
Если же взять реальную добычу нефти в США и EROEI нефтегаза для неё, то “чистая” добыча нефти будет выглядеть так:
Видно, что чистая добыча нефти плевать хотела на снижающийся EROEI. Да, EROEI в среднем за столетие снизился. Но добыча выросла в два десятка раз.
Эту ситуацию можно характеризовать дилеммой:
1.) либо добывать мало нефти из хороших традиционных месторождений, но с хорошим EROEI (которые давно закончились)
2.) либо добывать много нефти и чистой энергии, но с худшим EROEI.
Ответ очевиден и он есть на графике выше: для человечества второй вариант лучше в разы, ибо человечество “питается” чистой энергией, а не коэффициентом EROEI.
Часть 2. EROEI vs энергоэффективность
Итак, основное использование нефти - транспорт. Возьмём такую модель:
1.) грязная добыча нефти постоянна,
2.) EROEI снижается с 100 до 10.
Однако и прогресс в транспортном секторе не стоит на месте: автотранспорт всё более эффективен и использует всё меньше нефти/бензина, чтобы проехать условные 100 км. Данные по затратам топлива на расстояние для разных модельных годов удобно взять из отчёта агентства по защите окружающей среды США, т.к. они сами меряют этот параметр. Итак, вопрос: сколько миль можно проехать на чистую добычу автомобилям разного модельного года, если грязная добыча постоянна, но её EROEI снижается с 100 до 10?
Данные по затратам топлива есть только с 1975 года по 2012, поэтому примем, что в 1975 EROEI нефти был 100, а в 2012 это 10. Результат:
Получается, что при условиях
1.) грязная добыча нефти постоянна
2.) EROEI падает со 100 до 10
3.) энергоэффективность авто растёт по указанным данным,
новые авто могут проехать в два раза больше при добыче с низким EROEI, чем старые авто при добыче с высоким EROEI. То есть энергоэффективность авто намного перекрыла модельное падение EROEI и общество в итоге в плюсе.
Отставим в сторону авто и посмотрим на какой-нибудь хардкор. Например, выплавку стали в США. Я бы рад взять Россию, но нет исторических данных ни по EROEI, ни по остальному. Конечно же, и в этом секторе прогресс энергоэффективности не стоит на месте. Позволит ли он компенсировать падение EROEI? Возьмём “условное топливо” т.к. нефть к стали имеет мало отношения и как обычно положим падение EROEI с 100 в 1950 году до 10 в 2006 при постоянной же добыче условного топлива (данные по энергозатратам на сталь есть за период 1950-2006).
Мировое потребление энергии индустриальным сектором vs производство в мире
В 19, 20 и в начале 21 века любой разговор про индустриальное потребление энергии это, прежде всего, разговор про Металлы, Цемент и Химию.
Поэтому для того, чтобы решить вопрос связи мирового индустриального энергопотребления с мировым производством, и, соответственно, связи нашего индустриального будущего с энергией, надо рассмотреть именно указанное выше.
Методология
Возьмём данные по мировому индустриальному энергопотреблению [далее - МИЭП] и сравним изменение МИЭП с изменением количества производимой продукции в натуральных величинах, а также ростом населения за тот же период времени.
Рассмотрим мировую выплавку (или результат другой технологии) стали, алюминия, меди, серебра, редкоземельных элементов; цемента, аммиака, пластмасс (как продукта нефтехимической промышленности, в нашем случае включающего полиэтилен, полиуретан, полипропиленовые волокна и ещё кучу всего другого); добычу (а добыча ресурсов тоже относится к промышленности и потому входит в ИЭП) нефти, природного газа, угля. Составив изменения с 1973г к 2011г (т.е. что и насколько выросло) и добавив динамику населения (вторая снизу), получим для мира:
Мировое индустриальное энергопотребление с 1973 к 2011 выросло лишь на 65%, а сталь на 114% (т.е. более чем в 2 раза), медь на 132%, алюминий в 3,7 раза (267%), ..., цемент более чем в 5 раз, а пластмассы улетают в небеса. Меньше МИЭП выросла только нефть. Правда если вспомнить упомянутый материал:
В "добычу" входит добыча всего, в т.ч. и нефти и газа и железной руды и т.п., т.е. добыча нефти, газа и угля (и других ресурсов) относятся к очень, очень неэнергозатратным проиводствам по сравнению с остальными и не делают сильной погоды в МИЭП.
Для примера можно полюбоваться динамикой алюминия (для мира) в индексе от 1973:
Т.е. с вопросом корректности использования такого индикатора как "индустриальное энергопотребление" для оценки производства, на мой взгляд, всё предельно ясно - индикатор энергопотребления неприменим.
Далее. обратим внимание на динамику перечисленного на душу населения, ибо распространён тезис, что раз МИЭП_на_душу деградирует, то значит и мировая индустрия_на_душу тоже деградирует:
Несмотря на то, что МИЭП_на_душу упал, то сталь_на_душу выросла на 21%, цемент_на_душу вырос в 2,9 раза и т.п. Это говорит о том, что мировая индустрия не падает на душу, а растёт.
Для интереса можно добавить еду:
Всё основное приросло больше населения и МИЭП, значит доля на человека - выросла. Например мясо выросло в 2.6 раза.
Вымрет ли человечество “тепловой смертью"?
Сценарии “мывсеумрём” всегда были и будут популярны. Тематика энергоресурсов не стала исключением и тут есть свои два главных апокалипсиса - один из них это пик добычи нефти. Концепция пика нефти получает широкое распространение при высоких ценах на нефть и уходит в забвение при низких. Так, ещё в 2008 году все писали о пике нефти в 2012 году, а позже это пришло и в рунет. К счастью, мировая добыча нефти с тех лет всё ещё растёт, поэтому сторонникам теории пришлось редуцировать свою теорию “пика добычи нефти вообще” к частностям: “пик добычи легкодоступной нефти” или “пик добычи традиционной нефти”. Причина упоминания “легкодоступности” лежит во втором “апокалипсисе” - в снижении коэффициента энергетической рентабельности (EROEI), по аналогии с экономической рентабельностью (ROI). О нём и поговорим.
Что такое EROEI? Представьте себе гепарда за охотой на антилоп. Мясо антилопы содержит белки и жиры, которые дают гепарду энергию, так необходимую для существования. Если бы гепард владел термодинамикой, то перед каждой охотой ему стоило просчитывать сколько энергии он потратит на погоню за антилопой и сколько получит из её мяса. Если он будет охотиться за антилопой, а поймает в результате только мышку, которая не может даже компенсировать потери энергии на охоту, то очевидно, что лучше было в этот день вообще не охотиться.
Соотношение добытой гепардом энергии к затраченной и будет называться коэффициентом EROEI. Если гепард из мяса антилопы получит 20 джоулей, а потратит 1, то EROEI охоты гепарда будет равно 20:1. Очевидно, что EROEI=1 это критическое значение, ниже которого энергоресурс, по сути, перестаёт быть энергоресурсом, а становится даже обузой.
Если у гепарда есть антилопы, то у нас есть нефть, газ и уголь. Они удовлетворяют потребности человечества в энергии на 92%, то есть почти целиком. И если на добычу этих и остальных энергоресурсов будет тратится больше энергии, чем в них заключено, то человечество останется без энергии на своё существование и обречено на вечные муки роста энтропии и смерть, согласно второму началу термодинамики. Вообще, аллегория этой статьи уходит к аналогичному сценарию для вселенной. Поэтому, второй апокалиптический сценарий подразумевает снижение EROEI энергоресурсов до единицы и ниже. Чтобы разобраться с этим сценарием следует обратиться к реальным значениям EROEI, но вот незадача - вычисление EROEI довольно трудоёмко, расплывчато, а главное - не несёт коммерческой ценности. Итог предсказуем - есть множество оценок экономической рентабельности чего угодно, а энергетической занимаются лишь несколько исследователей по всему миру.
Раз уж речь пошла о “мывсеумрём”, то следует изучить EROEI наиболее разработанного энергоресурса. Лучше всего рассмотреть нефтегазовый сектор США - уже в середине 20-го века там добывалось гигантское количество нефти и газа даже по современным меркам, пик традиционной нефти был пройден ещё в 70-х годах. Сложно представить себе что-то более исчерпанное и именно поэтому местная нефтегазовая отрасль переходит с добычи традиционных углеводородов на “сланцевые” газ и нефть.
Прошлые исследования EROEI
Вследствие того, что:
а) исследования EROEI нефти и газа США можно пересчитать по пальцам одной руки;
б) тема “сланцев” холиварна чуть более, чем полностью;
в) апокатиптические прогнозы популярны намного более оптимистичных;
будет полезно окунуться в существующие результаты, чтобы понять что вообще достоверно известно про EROEI нефтегаза США. А известно очень мало, по крайней мере, намного меньше того, что про него говорят.
Исследований за последнее время всего два. Первое датировано 2005 годом, а второе 2011-м и EROEI во втором в нём рассчитывается с 1919 по 2007 гг. То есть, новее 2007 года данных нет, а именно в 2007-2009 только зарождалось самое интересное в вопросе EROEI нефтегазовых ресурсов - “сланцевая революция” и именно поэтому про EROEI “сланцев” почти никаких данных нет. С прискорбием для тех, кто считал EROEI “сланцев” равным пяти (очень распространённое мнение) сообщаем, что эти данные взяты с потолка и цифра является результатом ошибок и манипуляций.
Методология рассчёта
Все исследования EROEI нефтегаза США выполнялись группой исследователей при руководстве или участии идейного вдохновителя - Чарльзом Холлом как “изобретателя” этого понятия. Конечно же, хочется иметь возможность сравнивать результаты разных исследований как в контексте США, так и всего мира, а для этого требуется одинаковая методология - что и как считать и учитывать? Коллектив рубит с плеча - вводит 15 разных EROEI, присваивая каждому свой индекс. Подход, на наш взгляд, логичен и изобразить их можно такой таблицей:
меряет прямо на месте добычи, то есть без переработки, например, нефти в бензин и без транспорта готового бензина до бензоколонок, отсекая лишнее - не связанное с добычей. Авторы методологии приняли его как наиболее удобный для подсчёта и сравнения, отсюда и соответствующий индекс. Первая строчка, EROEI(1,deo), добавлена нами и пригодится в следующей статье. Поэтому, чтобы получить осмысленное значение EROEI и иметь возможность с чем-либо его сравнивать, надо выполнять расчёт в соответствии с таблицей выше, а желательно вычислить именно EROEI(stnd). Методология расчёта EROEI(stnd) для нефтегаза США есть в упомянутом выше исследовании от 2011г. - мы не будем изобретать велосипед и воспользуемся ей, подставив новые данные по 2013 год. Если убрать всё несущественное, то формула выглядит так:
Результат получился такой:
Что видно:
а) EROEI(stnd) традиционного нефтегаза падает с 1997 по 2008, что в принципе закономерно.
б) С началом сланцевой революции EROEI(stnd) начинает, в целом, расти.
С 2008 по 2013 “сланцы” совершили рывок в добыче с околонулевой доли до половины: “сланцевая” нефть (нефть НПК) сейчас составляет около половины от всей добычи США, а добыча сланцевого газа недавно превысила половину. Поэтому эти данные логично интерпретировать как:
а) EROEI(stnd) даже у такой разработанной страны как США не такой уж и низкий и сейчас около 11. Никаким апокалипсисом и не пахнет.
б) EROEI(stnd) “сланцев”, скорее всего, выше традиционного нефтегаза США и потому EROEI(stnd) не только переломил тренд падения, но и начал расти с началом сланцевой революции.
в) EROEI(stnd)=10,5 это лишь “среднее по больнице” американского нефтегаза. Конечно же, существует разброс значений. Учитывая вышесказанное, EROEI традиционного нефтегаза находится где-то около среднего и ниже, а “сланцев” - около среднего и выше. По нашим предположениям EROEI(stnd) “сланцев” находится в диапазоне 8 … 25
Это отлично вписывается в происходящее в США с нефтегазовой сферой и объясняет почему отрасль массово переходит на “сланцевые” углеводороды. Дело в том, что между энергетической и экономической рентабельностью существует, конечно, некая корреляция и “сланцы” выгоднее в добыче не только энергетически, но и экономически.
Ну и справочно стоит привести EROEI нефтегазодобычи США за последние 100 лет для любознательных. Для этого объединим вышеупомянутое исследование и наше продолжение:
Подытожим, дискуссия формата “апокалипсис” vs “светлое будущее” в контексте ресурсов это всегда вопрос “природа” vs “знания”. Попытки представить, что человек стоит перед ресурсным кризисом на планете, где ресурсы относительно наших потребностей с практической точки зрения бесконечны, произрастают из ошибочной оценки наших знаний. Людям всегда кажется, что мы уже очень близко к пику познания, а ведь на самом деле мы только только начали на него восходить. Поэтому крайне неверно представлять мир статичным без экстенсивного прогресса и интенсивных прорывов, хотя последние, понятное дело, прогнозировать невозможно. Что и порождает ошибки.
Индустрия и энергия
В данной статье хочу коснуться базового вопроса: почему индустрия требует больших затрат энергии? На что она затрачивается и какие базовые принципы за этим стоят.
Для начало нужно определиться чем вообще занимается индустрия. Индустриальный процесс - это трансформация исходного сырья в продукт, как правило, индустрия это не одно производство, а цепочка производств, где продукт одного производства это сырье другого и так до тех пор пока не получается конечный продукт, использующийся человеком. По ряду причин принято разделять индустрию на 3 сектора: добыча, строительство и производство, но нужно понимать, что и строительство и добыча полезных ископаемых это тоже индустриальные процессы, попадающие под определение данное выше и они тоже участвуют в индустриальной цепочке.
Схематично цепочки можно представить так:
Планета => Руда => Металл => Деталь => Конечный Продукт
ну или
Планета => Минерал => Базовые Химические Продукты => Комбинированные Химические продукты => Конечный Продукт
Цепочка идёт от простых продуктов к более сложным. Вот пример ввода для последнего этапа одной, достаточно длинной цепочки
А вот пример продукции первого этапа для большой части этого многообразия:
Разобравшись с определением индустрии перейдём к тому в чём заключаются трансформации.
Есть 3 вида базовых трансформаций:
Путём механического воздействия.
С помощью направленной химической реакции.
Или через термическое воздействие с переходом материала из одного базового состояния в другое.
Думаю, каждый сможет сам расставить эти трансформации для этапов упомянутых выше цепочек.
Нужно понимать, что химические реакции и термическое воздействие берут на порядки больше энергии, чем самое интенсивное механическое воздействие. Сначала покажу это на примерах, а потом попытаюсь объяснить, почему это так.
У вас есть кубический метр стали и весит эта дура 8 тон.
Поднять этот куб на высоту 100 метров потребует 8 мегаджоулей (E=mgh)
Сделать в нём канавку 10х10х100 см на фрезеровальном станке 16 мегаджоулей
А вот расплавить этот кубик уже 11 гигаджоулей.
Разница между механическим и термическим воздействием в этом примере это 3 порядка или 1000 раз.
Ну что там сталь, давайте посмотрим на такую банальную вещь как кубический метр воды комнатной температуры:
Поднять этот куб на высоту 100 метров потребует 1 мегаджоуль
Для преврашения в 100 градусный пар нам понадобиться потратить 2.6 гигаджоулей
Если мы хотим разделить его на водород и кислород то это возмёт 15.5 гигаджоулей
Опять разница на 3-4 порядка.
Откуда эта огромная разница? В очень базовой физике. В природе есть 4 фундаментальных взаимодействия.
На нашем макро уровне мы ощушаем только 2 из этих 4, гравитацию и электромагнетизм. И рекомендую всем заметить разницу между ними: электромагнитная сила на атомном уровне в 10^36 раз сильнее, чем гравитация. Гравитация это то, что не позволяет нам улеть в космос, а электромагнетизм это то, что не позволяет нам превратиться в облако свободных элементарных частиц. И так же как с гравитацией, у электромагнитной силы есть своя ямка, вот такая:
На этой схеме ямка это стабильное состояние для пары атомов водорода находяшихся в ковалентной связи, состояние минимума потенциальной энергии. Когда мы пытаемся растащить эти 2 атома, то нам нужно наполнить яму энергией извне, когда же мы даём им небольшой толчок чтобы помочь скатиться в ямку, то мы получаем обратно избыток энергии уже ненужный атомам.
Вы никогда не задумавались почему атомы собираются в молекулы, а молекулы в ещё более сложные структуры, почему в наших условиях сталь твердая, а вода жидкая? Это всё он, электромагнетизм. Все классические силы из учебника физики - трение, упругость, натяжение в своей самой базе имеют электромагнитную природу, также как все свойства материалов и все химические реакции. Это основа всего нашего макро мира.
Все наше макро разнообразие сил и материалов на атомном и молекулярном уровне - это движение электронов из одной ямки в другую. Всем, кому этот аспект интересен, советую почитать старые добрые учебники по физике и химии.
Чем более интенсивное и фундаментальное изменение материала нам нужно, в тем большее противодействие мы вступаем с электромагнитной силой. Механические воздействия типа фрезеровального станка, где изменяются связи между маленьким числом атомов требуют в разы меньше энергии, чем попытка разрушения связей между большим числом молекул как во время плавки металла или электролиза воды.
Поэтому картинка ниже не должна быть неожиданностью:
Несмотря на то, что строительный сектор в Китае закончил в 2010 году строительство 3 миллиардов квадратных метров и работал ещё над 7, а горнодобывающий сектор добыл 45% от всей мировой добычи угля, 40% от мировой добычи железной руды и 17% всего мирового золота, эти 2 сектора не отвечают и за 10% от общего индустриального энергопотребления. Это совсем не удивительно, ведь как нам уже известно, если вы на поверхности планеты Земля и оснoвная сила которой вы противодействуете это гравитация, то считайте что вам повезло. А это безусловно верно для строительства и добычи ископаемых. И там и там главный потребитель образно говоря это грузовик.
Ниже 2 картинки из отчёта фирмы крупнейшего в мире золотодобычика.
Как видно, на тону породы тратится 290 мегаджоулей и больше половины это дизель, то есть топливо для грузовиков и другой тежелой техники. Напомню, что преврашение тонны воды в пар требует 2600 мегаджоулей это в 10 раз больше, и это при том, что золотодобыча это одна из самых энергоинтенсивных отраслей горной промышлености. Да и надо знать, что из тонны породы сейчас получают 1.2 грама золота. Каждый стандартный 12 килограммовый слиток требует обработки 10,000 тон породы, если бы железо или медь добывали из такой руды, то картинка была бы совершенно другой, но пока нам до этого ещё очень далеко. И общемировая пропорцая очень похожа на Китайскую.
Давайте теперь сделаем зум на синюю часть графика и посмотрим, какие части производственного сектора потребляют большую часть индустриальной энергии. Чтобы не говорили, что Китай это нехарактерный пример, я дам разборку ещё и для США, а вместе эти страны потребляют 50% всей мировой индустриальной энергии. На графиках ниже я взял для обоих стран производства, которые в сумме отвечают за 80% энергопотребления всего производственного сектора.
Китай:
Мы видим что 80% производственной энергии в Китае потребляют только 5 видов производств: Металлы , Химия, Цемент, Бензин и с очень большим отрывом Текстиль
США:
Для США картина очень схожая с Китаем: 80% это Бензин, Химия, Бумага, Металы и с большим отрывом Продовольствие.
Как видно картинка у двух стран достаточно схожая. И она будет повторяться в любой индустриальной стране. Индустрии производящие базовые продукты, такие как металл, цемент, химические продукты стоят на втором этапе нашей индустриальной цепочки, и потребляют большинство энергии. А всё остальное бесконечное многообразие продукции от ширпотреба и до самолётов, пароходов и ракет это оставшиеся 20% индустриальной энергии. Так получается поскольку эти 3-4 индустрии, используют в основном термические и химические трансформации, а остальная индустрия это уже в основном механическая обработка или даже просто сборка из существующих деталей.
ВЫВОД: В 19, 20 и в начале 21 века любой разговор про индустриальное потребление энергии это, прежде всего разговор про Металлы, Цемент и Химию.
Хотите продвинуть науку ? Придумайте пирамиду
Предыдущая статья к вопросу EROEI подходила с практической стороны. Мы специально решили начать с практики и подсчитали EROEI(stnd) нефтегаза США, так как это проще для понимания. Краткий вывод был таков, что EROEI(stnd) нефтегаза даже такой разработанной страны как США далёк от единицы и общество далеко от “тепловой смерти” второго закона термодинамики. Но тут появляется интересный нюанс - нефть не только нужно добыть (10% затрат энергии самой нефти), но ещё и переработать в бензин, что требует ещё 10%. Таким образом, чтобы иметь хоть какой-то положительный выход энергии, минимальный EROEI добычи нефти должен быть не просто выше единицы, а выше 1.2. Так как существование общества не ограничивается переработкой нефти, появились умозаключения, что минимальный EROEI в сложном обществе должен быть выше не только 1.2, но и 5 и 10, а значит конец ближе, чем кажется. Так родилась довольно известная концепция “пирамиды энергетических потребностей общества”:
Автор концепции, опять же, Чарльз Холл (изобретатель понятия EROEI). На пирамиде изображён минимальный EROEI добычи нефти необходимый для обеспечения в США работы различных функций общества. По концепции, более сложное общество требует более высоких значений EROEI добычи нефти для поддержания своего существования.
Для существования автомобильного транспорта требуется EROEI=3:1, для функционирования сферы образования EROEI=10:1, искусства - EROEI=14:1. Исходя из этой концепции, снижение EROEI ниже 14 будет означать разрушение общества и отмирание различных сфер. Учитывая, что в США EROEI нефти около 10, выходит, что общество США - глубокий энергетический банкрот и живёт за чужой счёт. Давайте в деталях разберём эту пирамиду до последнего кирпичика.
Значения минимального EROEI в “пирамиде” взяты с потолка
Сначала пару слов о значениях, указанных в “пирамиде”, а потом и о самой концепции. Приведём цитату из книги, на основе которой и построена верхняя часть “пирамиды”:
Now if you wanted to put something in the truck, say some grain, and deliver it that would require an EROI of, say, 5:1 to grow the grain. If you wanted to include depreciation on the oil field worker, the refinery worker, the truck driver and the farmer you would need an EROI of say 7 or 8:1 to support the families. If the children were to be educated you would need perhaps 9 or 10:1, have health care 12:1, have arts in their life maybe 14:1 and so on.
Расходы на добычу, переработку и транспортную инфраструктуру взялись из других исследований и эти значения можно с большим скрипом, но принять. А вот минимальный EROEI начиная с производства продовольствия и заканчивая искусством взят с потолка, без каких-либо вычислений. Для незнающих английский переведём последнее предложение:
Образование детей потребует, предположительно, [EROEI] 9 или 10:1, медицина 12:1, а искусство, возможно, 14:1
Таким образом, полагаться на эти цифры нельзя. К значениям минимального EROEI в “пирамиде” следует относиться просто как к наглядной визуализации концепции, не более того. Так что давайте теперь разберём саму концепцию.
Немного матчасти
Что означает EROEI=10 или иногда записывается как EROEI=10:1? Оно отображает соотношение полученной (10) и затраченной энергии(1). Это же соотношение можно записать и по-другому, что затраченная энергия составляет 10% от полученной (1/10). Это абсолютно идентичные утверждения, поэтому, к EROEI можно подходить и через процент. Например:
EROEI 20:1 = 1/20 = 5%
EROEI 10:1 = 1/10 = 10%
EROEI 5:1 = 1/5 = 20%
То есть в трёх примерах затраты на саму добычу составляют 5%, 10% и 20% от всей добычи, что эквивалентно EROEI в 20, 10 и 5. В такой записи концепция EROEI выглядит как энергетический “налог” на добычу энергии - часть полученной энергии приходится тратить на саму добычу. Также, как ни парадоксально, но EROEI=10000:1 не будет сильно отличаться от EROEI=100:1 - обе цифры настолько близки к нулю, что в практическом смысле между ними нет разницы. На диаграмме ниже видно, что затраты (красным) практически не меняются и крайне малы вплоть до EROEI=20, а существенную долю они начинают занимать примерно с EROEI=5:
Расходы в долях и абсолютных числах
Давайте для начала рассмотрим один наглядный пример. Допустим, есть зарплата и есть налог на неё.
а) Зарплата 50 рублей, налог 2%. Выплата по налогу = 1 рубль, чистый доход = 49 рублей. Нетрудно увидеть, что это соответствует EROEI=50.
б) Зарплата 200 рублей, налог 50%, что соответствует ужасающему EROEI=2.
Если в пункте Б опираться только на значение EROEI, то получается, что зомби-апокалипсис близок как никогда, так как EROEI сильно приближен к единице. Однако, очевидно, что в случае второй зарплаты жизнь будет полна девушек и блекджека! Если в первом случае “чистый” доход составлял 49 рублей, то во втором - 100 рублей!
Когда говорят о деньгах, то большинству людей очевидно, что более низкий налог при более низкой зарплате может обрадовать только человека у которого и расходы не в рублях, а в процентах(!) от дохода. Если вы расплачиваетесь за еду 30% от доходов, за транспорт 25%, за жильё 20%, а на оставшиеся после налога “проценты” идёте в кино, то рост налога на зарплату на оставшиеся 25% действительно убьёт вашу возможность приобщаться к искусству.
“Пирамида” подходит к EROEI именно в долях. Если использовать упомянутые значения EROEI “пирамиды” и перевести их в проценты, можно получить следующую очень странную картинку, которая вызывает ещё больше вопросов, чем стройная пирамида:
Вышесказанное на примере пирамиды и этой картинки будет звучать так, что 16,7% от добытой нефти вынь-да-положь на переработку. В принципе, всё логично - затраты на переработку нефти действительно прямо пропорциональны добыче и можно пользоваться долей (процентами). То есть, если добыча нефти вырастет в два раза, то 16,7% так и останутся и в абсолютных числах расходы возрастут в два раза. А вот почему на образование должна тратится доля в 2,5% энергии добытой нефти? Очевидно, что затраты на образование не должны быть прямопропорциональны добыче нефти. Если добыча нефти вырастет в два раза (что случилось в США за последние несколько лет), то почему образование должно оставить свою долю в 2,5% и вырасти в два раза в абсолютных числах? Очевидно, что образование в США в 2014-м должно потребить примерно столько же энергии, сколько и в 2007-м, поэтому его доля должна снизиться до 1,25%. Высвободившиеся 1,25% можно пустить на что-нибудь полезное.
Человеческой радости нет предела, так как и в финансовой и в энергетической реальностях большинство расходов не имеют фиксированную долю от дохода, поэтому делать выводы о доступных для человека или общества благах на основе процентов “энергоналога” или значениях EROEI можно только в том случае, когда зарплата/добываемая энергия не меняется. Для сферы энергетики последнее предположение является абсурдом, так как добыча энергии с начала индустриальной революции постоянно растёт как в абсолютных показателях, так и на человека. Поэтому пирамида EROEI слабоприменима к реальному развитию общества.
Покончим с разрушением и перейдём к созиданию - возьмём добычу нефти США в динамике и посмотрим что будет получаться.
Модель пирамиды EROEI при росте добычи нефти
Итак, пирамида использует данные 2009 года. С тех пор, благодаря “сланцевой революции” добыча нефти в США существенно выросла и появилась дополнительная свободная энергия и её, в теории, можно пустить на саму добычу, то есть минимальный EROEI может снижаться. Если сектора пирамиды нарисовать в динамике с накоплением, то получится такой график:
Всю верхнюю часть пирамиды, от еды до искусства, мы объединили в один пункт и назвали “потребности развитого общества”. В итоге видно, что дополнительная энергия к 2014 году в шесть раз превысила затраты на добычу и, соответственно, затраты на добычу можно увеличить в шесть раз (для удобства мы обозначили их одинаковым красным оттенком). Если так и сделать, то минимальный EROEI опустится вот так:
То есть мы пришли к очевидному, по сути, выводу, что значительное увеличение “энергозарплат” в США с огромным запасом компенсирует увеличение “энергoналога” в США. То есть минимальный EROEI очень чувствителен к добыче. Более того, на него влияет и эффективность использования нефти. Мы уже описывали этот нюанс здесь. Ну а сама пирамида - это просто фиксирование существующего на 2007 год потребления транспортной инфраструктуры США плюс фантазии автора по минимальному EROEI для других сфер без какого-либо глубокого смысла.
EROEI, считаем правильно! selftrips.ru
С т.з. физики - все правильно, любой EROEI >1, при хотя бы условно бесконечном источнике энергии, позволяет сделать что то наподобие того что вы описали.
Но когда мы переходим в общество (в экономику) возникает ряд существенных проблем.
1. Время. Я вам уже писал но вы не обратили внимание.
Для понимании важности этого параметра (хотя он никак вроде в EROEI не ходит!!) замечу что можно не городить ваш огород с коробочками, достаточно одно коробочки и подождать (время!!) 32 цикла (для реализации вашего примера). На каждом цикле 1 откладываем, 1 пускаем в работу. Через 32 цикла у вас есть 32 накопленных джоулей. Теперь объявим эти 32 цикла одним - и все - у вас есть процесс с EROEI=32.
Из этого примера видно что при любом EROEI>1 и достаточном времени можно получить какой угодно большой EROEI.
Но на это может потребоваться миллионы лет, которых может не быть у человечества.
2. Точность подсчета EROEI
Чисто энергетически точно посчитать его в современных условиях нет возможности. Можно только оценить.
Систем оценки есть 2
1. Оценивать "главные" компоненты, до какой то глубины. Уменя есть подозрение что ошибка может достигать порядков!
2. Стоимостная оценка по себестоимости. Это интегральная оценка которая учитывает все цепочки на всю глубину. Недостатки понятны - разная стоимость одного и того же физического процесса в разных странах, недооценка (в $) или переоценка какого то элемента себестоимости рынком и тд)
Используя метод 1 вам кажется что EROEI солнечных панелей больше 1. Я попробую доказать вам, используя метод 2, что он меньше 1, на текущем технологическом уровне, или меньше чем %% ставки. (как я уже объяснил время важный параметр в EROEI!)
Все говорят что при текущих ценах (не помню допустим 5 центов)на э/э панели не рентабельны и нужно, опять не помню но допустим 50. (фактически говоря что EROEI их меньше 1).
На что поборники зеленой энергетики говорят, ну рано или поздно цена повысится и это будет конкурентно способно. Это не так!
Когда цена э/э поднимется до 50, выяснится что производство новых панелей подорожало также, для простоты, в 10 раз и уже нужно чтобы цена э/Э была не 50 центов, а 5 баксов! итд.
Наверное вас коробит от денег в физическом процессе. Давайте попробую зайти с другой стороны и все же примерить деньги и физический процесс.
3.Энерговалюта. 3 600 000 Джоулей = 1кВЧ, меняется на любой электростанции. Зарядят или ваш аккумулятор или можете заказать доставку (за отдельную плату Джоулями) по любому адресу. Другие виды энергии меняются с некими постоянными коэффициентами, географически зависимые, но технологически постоянными.
Т.е. обеспечить валюту не золотом, которого не хватает, а энергией, производство которой постоянно растет. Понятно что после введения в рамках всей планеты, все процессы будут переоценены и, скажем затраты Джоулей на производство айфонов в Китае будут почти равны затратам при производстве в штатах, и с учетом затрат в Джоулях на доставку просто не выгодны.
Но сейчас не про это. Может быть соберусь и напишу об этом статью, но пока только рассмотрим один аспект.
Сколько будет стоить производство панелей в Джоулях? Ну где то посредине между стоимостью в китае деленную на среднюю для планеты цену э\э и стоимостью в штатх или европе, деленную на ту же величину.
Но ведь даже если использовать китайскую стоимость затраты в Джоулях будут больше чем произведено этими панелями, по крайней мере с учетом оплаты заема Джоулей для первоначального призводства и затрат на эксплуатацию!
/ (C) Источник
Не является индивидуальной инвестиционной рекомендацией
При копировании ссылка обязательна Нашли ошибку: выделить и нажать Ctrl+Enter