Не так давно была новость о штрафе владельцу теслы в Сингапуре. Я читал эту новость и комментарии к ней на разных сайтах/форумах и почти везде количество защитников владельца теслы превалировало над сторонниками решения министерства транспорта Сингапура. В школе мне тоже часто приходилось слышать восхищенные возгласы о "зеленой" энергетике и технологиях. И у меня всегда так подгорало в школе из-за этого, что моя итоговая работа по экологии была посвящена анализу "зеленой" энергетики и энергетики классической. Сейчас я в ВУЗе и мое мнение почти не изменилось, поэтому выкладываю эту работу как она была написана.
Введение:
В последнее время я слышу очень много разговоров об альтернативных источниках энергии (далее АИЭ) как о спасении от энергетического и экологического коллапса. Люди расхваливают АИЭ, искренне верят, что за ними будущее. Телевиденье, школа, интернет подают информацию весьма однобоко и большинство людей, не задумываясь, принимает ее как есть, это большинство искренне верит, что АИЭ крайне экологичны, а цена вырабатываемого ими электричества очень низка, что вот-вот и электричество будет стоить копейки, а воздух станет чистым, благодаря переходу на АИЭ. Такая массовая безграмотность и возмутительная подача ложной, необъективной информации вызывает у меня печаль. В этой работе я попытаюсь рассмотреть все плюсы и минусы АИЭ, провести сравнение с традиционными источниками энергии и, надеюсь, заставить прочитавших взглянуть на ситуацию по-новому.
Терминология:
EROEI - соотношение полученной энергии к затраченной энергии - в физике, экономической и экологической энергетике, это отношение количества пригодной к использованию (полезной) энергии, полученной из определённого источника энергии (ресурса), к количеству энергии, затраченной на получение этого энергетического ресурса. Если для некоторого ресурса показатель EROEI меньше или равен единице, то такой ресурс превращается в «поглотитель» энергии и больше не может быть использован как первичный источник энергии.
Всего энергии получено / Энергии затрачено = EROEI
EROEI — универсальный показатель эффективности метода получения энергии. С точки зрения EROEI нет возобновляемых и невозобновляемых источников энергии — есть источники, EROEI которых со временем понижается и источники, EROEI которых повышается.
Токама́к — (тороидальная камера с магнитными катушками) — тороидальная установка для магнитного удержания плазмы с целью достижения условий, необходимых для протекания управляемого термоядерного синтеза. Плазма в токамаке удерживается не стенками камеры, которые не способны выдержать необходимую для термоядерных реакций температуру, а специально создаваемым комбинированным магнитным полем — тороидальным внешним и полоидальным полем тока, протекающего по плазменному шнуру. По сравнению с другими установками, использующими магнитное поле для удержания плазмы, использование электрического тока является главной особенностью токамака. Ток в плазме обеспечивает разогрев плазмы и удержание равновесия плазменного шнура в вакуумной камере. Этим токамак, в частности, отличается от стелларатора, являющегося одной из альтернативных схем удержания, в котором и тороидальное, и полоидальное поля создаются с помощью внешних магнитных катушек.
Общие проблемы:
Практически все альтернативные способы генерации электроэнергии зависят от природных условий, так, например, солнечные батареи могут работать только в безоблачную солнечную погоду, а ветряки только в ветреную погоду, это означает, что генерация не зависит от человека, а определяется природой. Следовательно, мы не можем наращивать или снижать мощности в зависимости от наших суточных потребностей. Но что делать, если ветра/солнца нет, а энергия нам нужна? В таком случае мы вынуждены использовать аккумуляторы, напомню, производство аккумуляторных батарей одно из грязнейших производств, учтем и быстрый износ аккумуляторов. Есть еще вариант – держать на постоянном дежурстве классическую электростанцию. Не будем забывать, что солнечные панели, аккумуляторы, лопасти для ветряков не падают с неба, а производятся на заводах, которые потребляют огромное количество энергии, причем отнюдь не “зеленой” энергии. Производство меди, кремния – основы для изготовления солнечных батарей приносит колоссальный вред окружающей среде. Производство лития и никеля (Норильск один из самых загрязненных городов мира), необходимых для создания полупроводников - чрезвычайно энергоемкое производство.
Вы все еще считаете АЭИ безвредными для окружающей среды?
С точки зрения экономики:
В отношении любого ископаемого топлива (угля, нефти, газа, урана) действует своя система налогообложения, налог на добычу, ввозные и вывозные пошлины, утилизационный сбор, система страхования. В отношении АИЭ действуют всевозможные датирования, льготные налоговые условия. Весь этот пир и шарлатанство “зеленых” технологий, происходит за счет классических источников энергии. Даже учитывая все дотации и налоги, киловатт “зеленой” энергии гораздо дороже энергии, добытой традиционным путем.
Биотопливо:
EROEI (США) 1,3
Биотопливо – одна из глупейших замен стандартным источникам энергии. КПД преобразования растениями солнечной энергии в растениях равно примерно 1% вкупе с КПД двигателя внутреннего сгорания около 30% + КПД выработки спирта из целлюлозы. В итоге КПД биотоплива меньше 1%
Биотопливо производится из специально выращиваемой кукурузы (США) и сахарного тростника (Бразилия), в Европе из биологических отходов. При промышленном производстве придется отдать под выращивание огромнейшие территории, возникает вопрос, где их взять? Около миллиарда человек голодает, а мы будем иррационально использовать почву, для выращивания топлива с КПД меньшим 1%, вместо того чтобы направить эти почвенные ресурсы на борьбу с продовольственным кризисом? А что если неурожай? Каково это с точки зрения экологии, отдать огромные ранее не тронутые территории под выращивание сырья, при этом цинично используя потенциал почв?
Зато такой вид АИЭ не требует новых технических решений для автомобилей, ибо нынешние автомобили способны передвигаться на смеси спирта и бензина в соотношении 8/1.
Гидроэнергетика:
EROEI (США (для ГЭС)) 100.0
Гидроэлектростанции
чрезвычайно удобны и выгодны. Ресурс восполняемый, весьма экологичный, но стоит заметить, что требуются территории для водохранилищ и мест, пригодных для строительства ГЭС не так уж и много.
Энергия приливов
Принцип работы схож с обычной ГЭС, но КПД не такое большое, мест пригодных для установки очень мало. При использовании прибрежная флора и фауна, как правило, погибает. Нарушается естественный процесс вымывания почвы.
Энергия волн
Колебание волн – непрерывный процесс. Учитывая, что большая часть планеты это океаны, источник весьма перспективный, но тут мы упираемся в децентрализованную систему, которую крайне сложно обслуживать. АИЭ требует выделения больших территорий.
Ветроэнергетика:
EROEI (США) 18.0
Довольно-таки спорная технология. Как мы видим, EROEI достаточно высоко. К минусам этой технологии относится сезонность, сильный шумовой фон, который не позволяет размещать ветряки вблизи населенных пунктов и создает определенные неудобства для обитателей биоценоза, расположенного в непосредственной близости, массивность конструкций и небольшая мощность подразумевают выделение под ветряные фермы больших территорий. Одним из важнейших минусов этого (как и многих других) вида АИЭ является зависимость от природных условий, нет ветра – нет энергии. Ветряки нарушают розу ветров, что может привести к локальным изменениям климата, несвоевременному опылению растений, нарушениям естественной эрозии почвы. Система децентрализована (много ветряков), что усложняет и так не легкое обслуживание.
Солнечная энергетика:
EROEI (США) 1.9
На данный момент совершенно несостоятельная технология. Батареи крайне дороги, быстро изнашиваются (мощность падает на 10% - 15% за несколько лет). При запылении или облачной погоде становятся бесполезными. Производство батарей, как писалось выше, крайне грязно. На мой взгляд, солнечные батареи имеют право на существование только как дополнительный источник энергии для зданий, при непосредственной установке на крышу или стены зданий.
Традиционная энергетика:
С традиционной энергетикой все гораздо проще. Производство энергии практически не зависит от погодных условий, легко масштабируется как в краткосрочной, так и в долгосрочной перспективе. Энергия получается весьма дешевой, а уровень вредных выбросов постоянно сокращается, благодаря совершенствованию технологий.
Уголь:
EROEI (США) 80
Архаичный способ получения электроэнергии. Энергия, полученная благодаря сжиганию угля, дешева. Запасы угля велики, как и выбросы в окружающую среду от его сжигания.
Нефть и газ:
EROEI газа (США) 10.0 EROEI нефти (Мир) 35.0
Запасы газа колоссальны, легкодоступной нефти осталось значительно меньше (напомню, существует еще труднодоступная “твердая” нефть). Нефть дорога, газ, наоборот, на фоне многих других энергоносителей дешев. Загрязнение от сжигания газа меньше. Резюмируем – сжигать нефть все еще выгодно, но не стоит думать, что так будет всегда. Вред, наносимый окружающей среде от сжигания нефти огромен, куда более выгодно как с экологической, так и с экономической точки зрения сжигать газ, что и делает Европа.
Ядерная энергия:
EROEI (США) 50
Наиболее перспективный метод. Запасы радиоактивного топлива на Земле огромны. Производство безопасно (не стоит вспоминать устаревшие Чернобыль и Фукусиму-1, аварии на которых произошли из-за халатности и старости станций), масштабируется легко, всего лишь достраиваем энергоблок в пределах уже существующей АЭС. Не требует больших территорий.
Термоядерная энергетика:
Как вы заметили, EROEI для этой реакции не указан, дело в том, что технология крайне сложна, в международном проекте ITER ожидается Q=10 (энергии вырабатывается в 10 раз больше, чем тратится), но проект будет готов лишь к 2020 году, а запуск примерно в 2027 году. Для протекания реакции требуются огромнейшие температуры, порядка 100 000 000 градусов, удержать вещество при такой температуре крайне сложно, для этого нужно очень мощное магнитное поле. Существует масса способов провести простейшую (на самом деле слово «простейшая» тут неуместно) термоядерную реакцию, но наибольших результатов добились советские ученые. Элементы конструкции чрезвычайно быстро становятся радиоактивными и относительно быстро выходят из строя (около 10 лет, в то время как обычный реактор способен работать около 50 лет). Реактор на быстрых нейтронах (а он всего один) уже сейчас вырабатывает больше энергии, чем предположительно будет вырабатывать токамак ITER. Тем не менее именно эту (и ядерную энергетику) технологию я считаю наиболее перспективной. Если человечество научится управлять термоядерной реакцией, это будет воистину началом новой эры, энергия будет практически бесплатна.
Заключение:
Из всего вышесказанного можно сделать вывод, что воистину безвредных методов получения энергии не существует, а так называемая “зеленая” энергия, таковой отнюдь не является и зачастую даже грязней энергии, добытой традиционным путем. Я могу выделить несколько перспективных направлений энергетики:
* Ядерная энергетика (в частности реакторы на быстрых нейтронах)
* Термоядерная энергетика (в долгосрочной перспективе)
* Гидроэнергетика (использование потенциала волн)
Как Вы видите, многое упирается в несовершенство современных аккумуляторных батарей, при должном развитии аккумуляторов ситуация может улучшиться и некоторые альтернативные методы встанут в один ряд с традиционными.
Надеюсь, эта работа должным образом повлияет на прочитавших ее и усмирит “псевдозеленую” вакханалию хотя бы в рамках нашей школы. Я предпочитаю объективный и взвешенный подход к вещам. Вся шумиха вокруг “зеленых” технологий добычи электроэнергии на данный момент является не чем иным, как способом вынудить поставщиков энергоресурсов снизить цены на традиционные энергоносители.
Используемая информация:
wikipedia.org
habrahabr.ru
** мое мнение сейчас (спустя примерно 4 года)
1 Будь у меня деньги, я бы купил себе теслу или другой электромобиль.
Электричество для подзарядки относительно дешево, пробега на 1 заряде мне вполне хватит.
2 Будь у меня частный дом, я бы использовал солнечные панели для отдачи электричества в сеть (есть 1 разрешенный счетчик, на сколько я знаю, который при отдаче электричества в сеть считает в обратном направлении), тем самым бы экономил на оплате электричества и имел бы условно резервный источник питания.