Диаграммы энергетических потоков США за 2019 год, опубликованные Национальной лабораторией Лоуренса Ливермора (LLNL), вышли вчера вечером, и есть некоторые заметные изменения и моменты, которые стоит обсудить.
Числа ниже представляют «квады» или квадриллионы БТЕ, общий объем потребления составляет 100,2. Удобно, что приведенные ниже числа можно практически интерпретировать как процент от общего энергопотребления США.
1. Общее энергопотребление снизилось на 1%
Это значительно. Сравните с 2018 годом ниже, и вы увидите:
- 📉 Общее потребление снизилось на 1%
- 💨 Ветровая энергия увеличилась на 10%
- ☀️ Солнечная энергия увеличилась на 8%
- 🔥 Уголь снизился на 14%
Если вы посмотрите на правую сторону диаграмм выше и ниже, 100% снижения общего потребления приходится на «отброшенную энергию» (о ней ниже), что означает, что мы становимся более энергоэффективными. Но нам еще предстоит пройти долгий путь.
2018
2. Отброшенная энергия по-прежнему составляет более 2/3 производства
Самый большой шок для большинства людей заключается в том, что более двух третей энергии, производимой в США, является «отброшенной». Что это значит? Хороший primer:
Отброшенная энергия — это часть энергии топлива, например газа или бензина, которая могла бы быть использована для целенаправленной деятельности, такой как производство электроэнергии или транспорт. Однако из-за технологий, которые мы сейчас используем для потребления топлива, большая ее часть выбрасывается в окружающую среду в виде тепла, что совершенно бесполезно (или даже хуже). Например, для угольной электростанции примерно две трети энергии, высвобождаемой при сжигании угля, рассеивается в виде тепла в окружающей среде. Эта отброшенная энергия иногда проявляется в виде облаков пара, исходящих из градирен электростанции, таких как хорошо известные на станции Дидкот в Англии.
Например, уголь производит гораздо больше неиспользуемого теплового побочного продукта по сравнению с природным газом. Перевод значительной части производства энергии с угля на другие источники энергии позволил США сэкономить квадриллион БТЕ энергии, получив при этом те же энергетические услуги.
Кстати, 101,2 квада в 2018 году были самым высоким показателем потребления энергии в США за всю историю. Предыдущий рекорд, установленный еще в 2007 году, составлял 101 квад.
3. Транспорт — самый большой и самый расточительный сектор
Небольшие двигатели внутреннего сгорания являются одной из самых расточительных форм производства энергии, и они составляют почти весь транспорт в США. Это отражается в огромном количестве отброшенной энергии, поступающей от транспорта. Почти вся энергия, поступающая в транспорт, в настоящее время находится в виде нефтепродуктов, и тем не менее эти автомобили с двигателями внутреннего сгорания и реактивные самолеты в основном производят тепло и очень мало относительной энергии, то есть 1 единицу энергии на каждые 4-5 единиц, вложенных. Это 20-25% эффективности. Сравните это с электромобилем, который более чем на 90% эффективен.
Что подводит меня к моему следующему наблюдению.
4. Вам не нужен коэффициент 1:1 для замены нефти электричеством. Этот коэффициент скорее 1:5
Вся транспортная отрасль США использует всего 5,93 квада энергии для движения транспортных средств. В то время как сегодня для этого требуется 28,3 квада, в основном нефтепродуктов, замена двигателей внутреннего сгорания или реактивных двигателей гораздо более эффективными электрическими альтернативами означает, что вам потребуется всего около 6 квадов электроэнергии для достижения того же движения. В настоящее время это может быть обеспечено ветром, солнцем или гидроэнергией (если бы они не занимались другим).
Иными словами: чтобы избавиться от всей нефтяной энергии, используемой для транспорта в США, вам даже не придется удваивать количество ветровой, солнечной и гидроэнергии.
5. Более эффективное производство энергии
Самая большая часть отброшенной энергии (24,2 квада) приходится на производство электроэнергии. Большая часть этого — избыточное тепло от угольных и, в меньшей степени, газовых турбин. По мере того как будут выводиться на рынок крупномасштабные аккумуляторы от Tesla и других компаний, потребуется меньше менее эффективных угольных и газовых пиковых электростанций. Мы уже увидели снижение на 1,1 квада с 25,3 квада год назад, в то время как энергоемкость обслуживания снизилась только с 12,9 до 12,7 квада.
Другие виды повышения эффективности, такие как создание энергии ближе к точке ее использования (солнечная/ветровая энергия) и линии электропередачи с более высоким напряжением или постоянного тока, уменьшат сопротивление в проводах. Более совершенные турбины и инверторы, а также более интеллектуальное использование сети также сократят потери тепла.
6. Ветровая и солнечная энергия значительно выросли, но им еще далеко
Что касается возобновляемых источников энергии, то ветер составляет около 2,5 раз больше солнечной энергии в настоящее время и растет немного быстрее. Преимущество возобновляемых источников энергии в том, что они имеют почти 100% эффективность. Поэтому за каждый полученный БТЕ компенсируется более 1 БТЕ ископаемого топлива.
«Солнечная и ветровая энергия продолжают демонстрировать ежегодный рост, что является впечатляющим изменением для энергетической системы», — сказал Эй Джей Саймон, руководитель ассоциированной программы по водным ресурсам и технологиям в LLNL. «Другие источники энергии, такие как гидроэнергетика, ядерная энергия и геотермальная энергия, демонстрируют стабильный уровень за последнее десятилетие, несмотря на заметные ежегодные колебания».
7. Уголь мертв, мертв, мертв
Если в этой диаграмме есть один явный проигравший, то это уголь, с уменьшением на 14% всего за один год. Он наименее эффективен в точке генерации энергии, а также является худшим с точки зрения производства углерода на ватт. В прошлом году добыча угля снизилась на 5%, и, похоже, она снова снизится в следующем году, поскольку все больше угольных электростанций заменяются газовыми — или, что еще лучше, солнечной и ветровой энергией.
8. Биомасса углеродно-нейтральна?
Биомасса, или, по сути, сжигание древесины и другого растительного материала, в последнее время вышла из фаворитов из-за экономических причин, поскольку она производит больше выбросов и дороже, чем аналогичная газотурбинная установка. Однако сторонники скажут, что упавшее дерево высвободит свой CO2 независимо от того, разлагается ли оно на земле или находится в печи. Так почему бы не произвести немного энергии?
В небольших количествах (например, при использовании упавших деревьев для отопления домов) биомасса имеет большой смысл. Однако масштабы ее использования в Европе из древесины на юго-востоке США неустойчивы. Вот короткий ролик на эту тему:
https://vimeo.com/286550378
Заключение
США движутся в правильном направлении, но слишком медленно, а враждебная политическая администрация замедляет нас. Уголь следует запретить/оставить в земле и в краткосрочной перспективе заменить биомассой.
Солнечная и ветровая энергия должны удваиваться из года в год, пока мы боремся со временем, чтобы стать углеродно-нейтральными. Нам следует рассмотреть возможность установки большего количества приливных и гидроэлектростанций по всей территории США и ввести мораторий на автомобили и промышленность, работающие на нефти.
Эта блок-схема показывает нам, что нужно делать. Ученые-климатологи показывают нам, когда это нужно делать (вчера). Время действовать — сейчас.