Как цивилизацията се развива с по-малко енергия

Цивилизацията се развива и с по-малко енергия

За да се разбере, че и без целенасочена държавна политика или намеса това също може да се случи, ще преведа данни от доклада на Lawrence Livermore National Laboratory (LLNL), публикуван на 9 Април 2019, за консумацията на енергия в САЩ. Наред с изключително добре представената графика за потреблението, ето основните изводи:

Въпреки рекордната за САЩ в икономическо отношение 2019 общата консумация на енергия е намаляла с 1% спрямо 2018:

• Енергията от вятър има ръст 10%
• Енергията от солари има ръст 8%
• Употребата на природен газ се увеличава с 3.5% (разбира се, от много по-голяма начална база)
• Употребата на въглища намалява с 14%.

Загубите (наречени тук "rejected energy") не се променят и са всъщност зашеметяващите 67%. С други думи, две трети от енергията, която е добита и заплатена, всъщност се губи в атмосферата. И това не е нещо специфично за Америка, така е, общо взето, в целия свят и се обуславя от съвременното ниво на ефективност на технологиите в момента. И тук, както и в останалия свят, най-големите "прахосници" са:

• производството на електричество от конвенционални източници на енергия (около 24% от общата енергия)
• транспорта (около 22% от общата енергия)
• индустрията (около 13% от общата енергия)

Една любопитна подробност, която липсва на графиката (с известно основание) и която не е много добре известна - показаната атомна енергия е тази, която е отишла за електропроизводство. Тя обаче е за сметка на под 10% от енергията в атомното гориво. Когато горивните пръти се извадят от реактора, отработеното гориво престоява дълги години в басейните да се охлажда и после погребва в други хранилища. Ето защо, ако се сметне общата ефективност на производство на ток от енергията в атомното гориво, то тя е под 3%, което прави атомната енергия най-неефективната по този показател. Това показва огромното, да го наречем, топлинно замърсяване на АЕЦ - на всеки един ват електрическа енергия, се губят в атмосферата 33 пъти повече топлинна енергия. Повече, за тези, които се интересуват може да намерите тук.

Разбира се, в Китай и Индия при нарастваща икономика ще има ръст на енергията през следващите години, но дори и там консумацията на единица вътрешен продукт непрекъснато намалява, защото това е ключово за конкурентоспособността в дългосрочен план.

Плащате за 100 единици енергия, но получавате само 33.

Засега запомнете това, че 67% процента от всичката първична енергия, която се потребява, всъщност се губи като топлина в атмосферата. Иначе казано, ние всички плащаме едно, а получаваме всъщност 33% от него. Нека да дам един съвсем неподходящ на пръв поглед пример, но показателен и красноречив : колко от нас ще са щастливи да си купуват примерно онлайн 3 хляба, а да им доставят 1?! Това се случва ежечасно с енергията, която ползваме. Наистина доскоро нямаше алтернативи, но днес вече има и от нас зависи дали искаме да продължаваме да плащаме за нещо, което не получаваме.

Един от важните аспекти на енергийното потребление извън електропроизводството и транспорта е отоплението на домакинствата с природен газ. Тук нещата на пръв поглед също изглеждат ясно предопределени. Един котел на газ има ефективност над 90%, докато конвенционалното отопление на ток (макар че преобразува изцяло електрическата енергия в топлинна), е с обща ефективност 33%. Ако обаче се направят сметките за отопление с термопомпи, нещата придобиват съвсем друг аспект.

Затова е интересен ефекта от електрификацията в отоплението на домакинствата, който се разглежда в едно интересно проучване за Тексас на Pecan Street, излязло през септември 2019. Изследването разглежда възможността за пълна електрификация на отоплението на домакинствата, които се отопляват предимно на газ. Поради работата на климатиците през лятото обаче се забелязва пик на електрическата енергия. Разглеждат се няколко варианта, като долу са показани резултатите за вариант, в който всички са с термпомпи с нормална ефективност SEER 14 (standard), вариант в който всички са с високоефективни термопомпи SEER 29.3 (superior), и най-близък до реалността смесен вариант, при който има 60% стандартни термопомпи и 40% високоефективни (blend). Сметките са направени на база истинските данни за 2011 г., както и спрямо Типична метеорологична година (TMY):

Натоварване/разходи при електрификация на отоплението (източник Pecan Street) Преглед на оригинала

При всички от разгледаните сценарии осреднената сметка за енергия за домакинство намалява между 90$ и 451$ в двата крайни варианта и 235$ при смесения вариант.

Другият очакван ефект е, че освен намаляването на необходимата енергия с 11% при варианта 60/40 пиковото потребление на електричество се премества от лятото през зимата:

Примера го привеждам с две основни цели:

• Електрификацията на отоплението с термопомпи намалява общото потребление на енергията.
• Разходите за отопление ще бъдат по-ниски.

Все пак това са изчисления за крайното състояние, когато целият процес е приключил. Очевидно е, че една такава подмяна изисква колосални инвестиции, както и промяна в работата на оператора - от промяна на периодите, през които се извършват ремонтите в генериращите мощности, до разпределението на разходите по преноса, както и оценката доколко е адекватна мрежата, за да посрещне сривове през зимата.

Промяна на натоварването на мрежата при отделните сценарии (източник Pecan Street) Преглед на оригинала

В обобщение: има ясни доказателства, че нарастването на икономиката и благосъстоянието на хората може да става и при намаляване на общата потребявана енергия, а отоплението на домакинствата може да става на ток и да е по-евтино. Това е важно, защото наблюдаваното до момента намаляване на енергията не е заради промяна на отоплението от газ на ток - т.е. има още неизползван потенциал. Можем да направим и още една крачка: именно преминаването към по-ефективни технологии ще направи обществата още по-богати, защото ще освободи допълнителен финансов ресурс.

Да намалим ужасното прахосване

Нали си спомняте онези 67% загуби? Естествено, когато има такива огромни загуби на енергия, то учените ще дадат предложения как точно трябва да бъдат решени нещата. В края на декември излезе проучване на Станфорд, което не само описва как това може да стане, но и дава най-важното: икономическите измерения на прехода. Ето най-важното от него, което е във връзка с разглежданите от нас тук аспекти:

• Разглежданият вариант за осигуряване на цялата първична енергия ВЕИ (плюс системи за съхранение) на практика елиминира почти изцяло загубите от топлина при производството на електричество. Загубите по преноса ще останат, макар че и там се очакват намаления поради намаляване на разстоянията за пренос и намаления брой преобразувания. Така например доставянето на електричество от ТЕЦ изисква преобразуване на напрежение докато стигне до дома. Ако имате собствена соларна инсталация това не се налага.
• Преминаването на транспорта към електричество елиминира огромните при двигатели с вътрешно горене. Разбира се, все още има технически предизвикателства с батериите, особено в тежкотоварния транспорт, но инженерите винаги са показвали, че няма технически нерешима задача при ясно поставена цел. В доклада се развиват и други технологии на база водород, които макар и с по-ниска обща ефективност, са изключително обещаващи - в крайна сметка цената на този водород може да бъде изключително ниска, когато за производството му се използва излишна енергия, която на моменти може да има дори отрицателни цени.
• Третият прахосник на енергия - индустрията, също е разгледан в доклада. Енергоемките производства като рафинерии, химически и циментови заводи използват природен газ за необходимите им термични процеси. Изследването разглежда и този аспект: на практика няма термичен процес, който да не може да бъде заменен с електричество. Не само това, но дори използването на въглища в металургията (използвани като редуктор в доменните пещи) може напълно да се премахне и да се използва водород като редуктор.
• Достигането на това състояние не само би осигурило допълнителни 28 милиона нови постоянни работни места (загубата на работни места от сегашните фосилни индустрии е взета под внимание), но и общите разходи, необходими за това, ще бъдат значително по-ниски, отколкото ако продължаваме по сегашния начин на добив и ползване на енергия.

Докъде сме с доказателствата

Не само имаме вече необходимите технологии и сме ги тествали на практика, но имаме модел как това може да стане по отделните индустрии. Знаем и защо в крайна сметка, ще е по-евтино. И докато по технологичната част няма кой знае какви разногласия за ефективността (все пак това са лесно доказуеми неща ), то убеждаването на по-голяма група хора, че ще е и по-евтино, е значително по-трудната част. В самото изследване на Станфорд има оценка и на финансовата част, но без да си правя илюзии за крайния резултат, а като една първа стъпка в тази посока, ще се опитам да засегна темата в следващата статия, която ще е посветена точно на зелената сделка, ефектите от коронавируса, цената на тока и съдбовния избор по кой път да тръгне Европа.

И дали този път няма да можем да постигнем електрификация и светло бъдеще, но без съветската власт.