8 мифов об источниках энергии

30 Апр

Разработка альтернативных источников энергии и использование новых технологий при добыче традиционных энергоносителей привели к серьезным изменениям в мировой энергетике.

Изменения открыли новые перспективы и дали повод для надежд и новых прогнозов. Вместе с этим появились и заблуждения и мифы относительно прежних источников энергии и дальнейшего развития энергетики.

mify_energy

Миф №1. Нефтяные компании США хотят экспортировать нефть – значит, у США больше нефти, чем необходимо для внутренних потребностей.

В действительности, речь идет о стремлении добывающих компаний продать нефть по максимально высокой цене. При продаже нефти в США доходы добывающих компаний ограничены теми ценами, по которым нефтеперерабатывающие компании готовы приобрести у них нефть.

В случае если запрет на экспорт нефти в США будет снят, у добывающих компаний появится возможность для продажи нефти по более высоким ценам в других странах. Необходимо также учитывать, что нефтеперерабатывающие заводы оптимизированы под определенные сорта нефти. Например, если НПЗ в Европе не хватает легкой малосернистой нефти (Light Sweet), из-за того что нефть данного сорта, которая раньше поставлялась на эти НПЗ из Ливии, по-прежнему недоступна, отдельные европейские НПЗ могли бы заплатить более высокую цену за легкую малосернистую нефть из месторождения Баккен, чем местные компании в США. При этом, даже с учетом затрат на поставку нефти, добывающие компании могут заработать больше на экспорте нефти, чем на ее продаже внутри США.

Уровень потребления нефти в США в 2013 г. составлял 18,9 млн баррелей нефти и нефтепродуктов в сутки. При этом объем импорта нефти составлял 6,2 млн баррелей в сутки. Это говорит о том, что США являются и, скорее всего, продолжат оставаться крупным импортером нефти.

Более того, в случае если добыча и потребление нефти в США будут оставаться на постоянном уровне, экспорт нефти из США приведет к необходимости увеличения импорта нефти. Импортируемая нефть может быть другого сорта, чем экспортируемая. Возможно, речь пойдет об импорте тяжелой высокосернистой нефти при экспорте легкой малосернистой нефти. В случае снятия запрета на экспорт нефти из США нефтеперерабатывающим предприятиям в Америке, которые специализируются на легкой малосернистой нефти, также, возможно, придется повышать закупочные цены, чтобы конкурировать с иностранными НПЗ, которые готовы покупать нефть по более высокой цене.

Так или иначе, стремление экспортировать нефть на текущем этапе само по себе не отражает общую картину по добыче нефти в США. Скорее желание и возможность экспортировать легкосернистую нефть говорит о том, что в мире скопилось большое количество НПЗ, которые адаптированы к легкой малосернистой нефти. Это произошло из-за того, что с годами в мировой экономике превалировали тяжелые высокосернистые сорта нефти. Возможно, если добыча нефти из сланцевых формаций продолжить расти, доля легкосернистой нефти в мире начнет повышаться.

Миф №2. Экономике не требуется много энергии.

Человеку требуется пища определенного типа, чтобы обеспечивать необходимую энергию для выполнения различных задач. В этом плане мировая экономика устроена схожим образом: ей требуется энергия определенного типа для выполнения различных задач.

Одной из ключевых задач экономики является производство продовольствия. В развивающихся странах производство, хранение и транспортировка продовольствия играют очень большую роль в экономике. В традиционных обществах большая часть энергии приходится на ручной труд, использование животного труда и сжигание биомассы.

В случае если какая-либо страна с развивающейся экономикой решится заменить традиционные источники энергии на более современные энергоносители, вся структура экономики при этом изменится. Это можно проследить на примере того, как в начале XIX века стало увеличиваться использование других, отличных от сжигания биомассы источников энергии.

График №1, мировое потребление по типам источников энергии (в ГДж)
Данные: "Energy Transitions: History, Requirements, Prospects", Вацлав Смил, 2010 г.

Данные: «Energy Transitions: History, Requirements, Prospects», Вацлав Смил, 2010 г.

Промышленная революция в Великобритании началась в конце XVIII века. Она произошла благодаря активному использованию угля, который в свою очередь позволил изготавливать металлы, стекло и цемент в гораздо больших объемах, чем прежде.

Без угля многие крупные города в достаточно холодных климатических зонах, в частности Лондон, столкнулись с проблемой обезлесения. С помощью угля стали возможными промышленные процессы, которые требовали значительного объема энергии, но при этом проблема обезлесения отпала. Кроме того, промышленные процессы с высоким уровнем затраты энергии также стали дешевле для экономики, так как больше не было необходимости вырубать деревья, изготавливать древесный уголь и транспортировать его на большие расстояния (так как большая часть лесов в непосредственной близости от городов уже была вырублена). Доступность угля позволила более активно применять новые технологии.

Первый паровой двигатель был запатентован еще в 1608 г. Первый коммерческий паровой двигатель – в 1712 г. Однако для активного применения парового двигателя понадобились поезда и вагоны из металла, которые начали двигаться по металлическим рельсам. Для производства достаточного объема металла потребовался уголь.

Также благодаря углю стало возможно использовать в промышленных объемах бетон и металл для строительства гидроэлектростанций, что позволило увеличить доступный объем электроэнергии. Также стало возможным изготовление устройств, подобных обычным лампам накаливания (при котором использовали металл и стекло). В большом количестве началось производство проводов для передачи электричества, что привело к увеличению рабочего дня.

Использование угля также привело к серьезным изменениям в сельском хозяйстве. Стальные плуги и косилки, которые могли тянуть лошади, стали изготавливаться в больших объемах. Снизилось количество людей, которое было необходимо для ведения сельского хозяйства. Больше людей стало работать в городах, на фабриках.

Сегодня мировая экономика очень сильно отличается от того, что она представляла собой в 1820 г., во многом из-за увеличения потребления энергии. Человечество обладает крупными городами, продовольствие и сырье транспортируются на большие расстояния от места производства к населенным пунктам и промышленным центрам. Водопровод и канализация существенно снизили риски возникновения болезней в местах проживания людей. Транспорт, который использует нефтепродукты или электричество, убрал необходимость использования гужевого транспорта (с использованием животных).

Если бы человечество попыталось оставить текущую модель экономики с высоким уровнем энергоемкости и перейти к системе, которая бы использовала биотопливо, этот переход потребовал бы кардинальных изменений.

Миф №3. Мировая экономика может легко перейти на возобновляемые источники энергии.

На графике №1 единственными возобновляемыми источниками энергии являются гидроэлектроэнергия и биотопливо. Стоит также отметить, что по мере роста потребления энергии заметно выросло и население.

График №2, население Земли (млрд чел.)

world_population

График №3, использование энергии на душу населения

energy_per_capita

Потребление энергии в 1820 г. можно рассматривать как начальный этап. На этом этапе энергии было достаточно только для производства продовольствия, обогрева домов, производства одежды, а также для обеспечения потребностей самых простых промышленных процессов. Данный сравнительно скромный уровень развития мировой экономики требовал чуть более 20 гигаджоулей энергии на душу населения.

На текущем этапе развития мировой экономики совокупный объем биотоплива как одного из основных источников энергии, на которые якобы возможно легко и безболезненно перевести мировую экономику, и гидроэлектроэнергии (график №3) составляет около 11 гигаджоулей энергии. Чтобы достичь уровня потребления энергии на душу населения, показанного в 1820 г., потребуется либо вводить в структуру энергопотребления дополнительный источник энергии (например, уголь), либо очень и очень долго ждать, пока объем возобновляемых источников энергии, включая гидроэнергетику, можно будет существенно увеличить.

Кроме того, если говорить о возобновляемых источниках энергии, которые можно использовать без традиционных ископаемых видов топлива, потенциальный объем энергогенерации будет еще ниже. Современные ГЭС используют уголь, так что этот вариант придется исключить. Современные виды биотоплива, как, например, биоэтанол, который производится из кукурузы, и биодизель, который производится из рапса, также придется исключить из списка возобновляемых источников энергии, переход на которые возможен при полном отказе от традиционных ископаемых видов топлива. Масштабное производство биоэтанола и биодизеля возможно только при развитом сельском хозяйстве и транспортировке топлива, что в свою очередь зависит от нефти, нефтепродуктов и возможности производства металла в достаточном количестве.

Стоит добавить, что ветряная и солнечная энергетика уже включены в состав “биотоплива” на графике №3. Объем энергогенерации с их помощью пока остается крайне незначительным. По данным BP, в 2012 г. доля ветряной энергетики в мировой энергогенерации составила 1%, солнечной энергетики – лишь 0,2%. Кроме того, их также придется вычеркнуть, так как они требуют традиционных ископаемых источников энергии для производства и транспортировки.

Необходимо учесть, что даже если объем генерации биотоплива, без его современных видов, сможет достичь показателя 1820 г., есть еще один очень серьезный фактор. Мировое населения сегодня примерно в семь раз выше показателей двухсотлетней давности. Т. е. в сегодняшних величинах населения биотопливо могло бы обеспечить 1/7 от потребления энергии на душу населения по сравнению с 1820 г. Причем даже этот показатель вряд ли мог бы быть достигнут. В начале XIX века поголовье лошадей, которые использовались в качестве транспорта, было намного выше, чем сегодня.

Миф №4. Численность населения не связана с доступностью источников энергии.

Если сравнить графики №2 и №3, можно заметить, что резкий рост численности населения Земли, который произошел сразу после Второй мировой войны, совпал с периодом резкого увеличения потребления энергии на душу населения.

Энергетическое изобилие, которое началось с 1950-х гг., стало возможным благодаря низким ценам на нефть. В семьях стало больше детей. Кроме того, благодаря улучшениям в здравоохранении и таким инновациям, как антибиотики (что также стало возможным благодаря традиционным ископаемым источникам энергии), уменьшилась детская смертность, у людей стало больше шансов дожить до взрослого возраста.

В этот же период в сельском хозяйстве произошла так называемая “Зеленая революция”, которая, по ряду оценок, спасла от голода около 1 млрд человек. Началось более активное использование ирригационных систем, синтетических удобрений и пестицидов, гибридных семян, а также разработка сельскохозяйственных культур с повышенным уровнем урожайности. Все эти возможности открылись благодаря использованию нефти и нефтепродуктов в промышленных объемах. Более активное использование агротехники также помогло повысить объем производства продовольствия.

Если взглянуть на эту ситуацию с долгосрочной перспективы, то кривая населения Земли начала резко расти с момента индустриальной революции и увеличения использования угля.

Миф №5. Один источник энергии легко заменить другим.

Любой переход от одного источника энергии к другому является медленным и дорогим, если вообще возможным. Проблема заключается в том, что различные источники энергии используются для различных целей. Когда началось резкое увеличение добычи нефти во время и после Второй мировой войны, нефть добавила новые возможности для мировой экономики по сравнению с углем.

Используя только уголь (и гидроэнергетику на основе угля), мы могли бы иметь автомобили с топливными элементами в виде батарей, однако с ограниченной дальностью передвижения. Использование автомобилей с биоэтанолом в качестве энергоносителя потребовало бы огромного количества посевных площадей для получения необходимого количества кукурузы для производства этанола. Есть вариант с поездами, но они не могут следовать от двери до двери.

Изобилие нефти позволило создать персональные транспортные средства, которые смогли перемещаться буквально от двери до двери, а также грузовики, которые доставляли товары от места их производства к потребителям или к любому другому желаемому пункту назначения.

Человечество также смогло начать строить самолеты. Самолеты позволили повысить масштаб мирового бизнеса: управляющие смогли посещать удаленные места производства в своих странах и других государствах в сравнительно короткое время. При этом также стало возможным перевозить рабочих из одной страны в другую для обучения, если это было необходимо. Сомнительно, что без авиационного транспорта можно было поддерживать уровень международно интегрированных компаний, аналогичный тому, что мы имеем сегодня.

Стоит отметить, что со временем различия между различными источниками топлива не меняются. Нефть по-прежнему является основным источником топлива для путешествий на большие расстояния, потому что: а) нефть является энергоемким источником топлива и может помещаться в сравнительно небольшой топливный бак; б) естественное состояние нефти – жидкое, поэтому ее легко перекачивать; в) мировая экономика в своем текущем виде построена на основе автомобилей и грузовиков, которые используют нефть, заправочные станции обслуживают эти транспортные средства. Кроме того, при текущем уровне развития технологии нефть также является более оптимальным топливом для авиационного транспорта.

Переход к использованию электричества в качестве основного источника энергии, скорее всего, будет медленным и дорогим процессом. Один из важных моментов заключается в том, что стоимость электромобилей необходимо существенно снизить до ценового уровня, на котором они будут доступны массовому покупателю, если мы не хотим, чтобы данный переход оказал серьезное негативное влияние на экономику.

Зарплаты во всем мире не смогут вырасти до такого уровня, чтобы люди могли позволить себе электромобили по их текущим ценам. Государства не могут позволить себе субсидировать стоимость подобного транспорта для всех желающих. Другая проблема заключается в необходимости увеличения дальности пробега электромобилей без новой подзарядки: дальность должна вырасти с текущих значений, если владельцы электромобилей хотя использовать их для путешествий на большие расстояния.

Вне зависимости от типа перехода к новому источнику энергии он должен проходить очень постепенно – в течение периода 25 лет или более, – с тем чтобы владельцы автомобилей с ДВС (двигатель внутреннего сгорания) не утратили бы в одночасье стоимость своих автомобилей. Если переход произойдет быстро, многие не смогут позволить себе новые автомобили из-за обвала в стоимости автомобилей, которые используют в качестве топлива нефтепродукты.

Помимо автомобилей на электричество в таком случае также необходимо будет перевести и многие другие виды транспорта – грузовики, автобусы, самолеты, строительную и сельскохозяйственную технику. Стоимость новых транспортных средств должны быть снижена, должна быть создана адекватная заправочная инфраструктура – все это также осложняет процесса подобного перехода.

Еще одна проблема заключается в том, что помимо использования в качестве энергоносителя нефть также имеет множество других применений в качестве сырья. Например, нефть используется при производстве гербицидов и пестицидов, строительстве асфальтовых дорог, в медицине, косметике, строительных материалах и многих других областях. Электричество не может заменить нефть в данном контексте.

Миф №6. Нефть “закончится”, потому что ее запасы являются ограниченными и невозобновляемыми.

Этот миф ближе к правде, чем остальные заблуждения. Однако ситуация на самом деле выглядит несколько по-другому. В мире все еще довольно много нефти, но стоимость ее добычи растет. Легкодоступные запасы истощаются, компании вынуждены разрабатывать более труднодоступные месторождения, стоимость добычи которых выше.

Эта ситуация выглядит как меч с обоюдоострым лезвием. В случае если добыча нефти будет нерентабельной, цены на нефть не будут расти опережающими темпами по сравнению с затратами на ее добычу: у добывающих компаний не будет стимулов к вложениям в разработку новых месторождений. В этом случае предложение нефти на мировом рынке может заметно сократиться.

Если же цены на нефть будут расти слишком быстрыми темпами и рост энергозатрат начнет негативно сказываться на экономической активности, речь вновь пойдет о серьезном экономическом кризисе, падении цен на нефть, сокращении рентабельности ее добычи и, как следствие, сокращении инвестиций в разработку новых месторождений. Есть еще одна версия данного мифа.

Миф №7. Предложение нефти (а также предложение других традиционных ископаемых источников энергии) начнет сокращаться, когда запасы будут исчерпаны на 50%. В результате можно ожидать длительного и медленного снижения в потреблении ископаемого топлива.

Этот миф является одним из наиболее распространенных среди тех, кто верит в так называемый “пик по добыче нефти” (peak oil). Стоит также отметить, что схожие прогнозы и оценки также присутствуют и в различных моделях, которые описывают глобальное изменение климата и потребление энергоносителей в контексте подобных изменений.

Данный миф основан на некорректной трактовке работ Мэриона Кинга Хабберта. Хабберт является геофизиком, который в ряде своих работ в 1950-е гг. предсказал снижение добычи нефти в США, а также во всем мире. По оценке Хабберта, в определенных условиях добыча ископаемых видов топлива развивается по довольно симметричной кривой.

График №4, корреляция запасов и добычи нефти
"Nuclear Energy and The Fossil Fuels", 1956 г

«Nuclear Energy and The Fossil Fuels», 1956 г

Одна из основных причин того, почему подобный прогноз является неточным, заключается в том, что данный прогноз основан на идее о том, что одновременно с падением добычи ископаемых видов топлива будет заметно увеличена энергогенерация за счет другого источника энергии, до того момента как предложение нефти (или другого ископаемого топлива) начнет снижаться.

При подобном увеличении энергогенерации экономика сможет продолжить развиваться без серьезных финансовых проблем, которые могут возникнуть из-за сокращения предложения нефти. Без увеличения предложения энергии за счет какого-либо другого источника энергии возникнет серьезная проблема: численность населения не сможет поддерживаться на прежнем уровне (не говоря уже о продолжении роста) при сокращении доступной для мировой экономике энергии.

Предложение энергии на душу населения начнет резко снижаться. По мере развития этого процесса станет все дороже производить достаточное количество товаров и услуг. В особенности трудно будет поддерживать прежний уровень государственных услуг. При этом требуемый уровень повышения налогов для сохранения равновесного состояния в условиях сокращения предложения энергии будет слишком высоким для многих граждан. Это может привести к серьезным экономическим проблемам и даже экономическому коллапсу.

Миф №8. Возобновляемая энергетика доступна в бесконечном объеме.

Проблема со всеми источниками энергии – от ископаемого топлива, атомной (на основе урана), геотермальной, солнечной и ветряной энергетик – заключается в убывающей отдаче. В определенный момент генерация электроэнергии за счет того или иного источника становится все менее эффективной из-за роста удельной стоимости. В результате начинают расти затраты.

Зарплаты не растут опережающими темпами по сравнению с ростом затрат на энергогенерацию. Разработка альтернативных источников энергии не является менее затратным вариантом.

В случае с нефтью рост стоимости затрат происходит из-за того, что наименее затратные в плане разработки и добычи запасы нефти разрабатываются и добываются в первую очередь. Затем наступает черед более затратных и труднодоступных месторождений. Это проблема, с которой нефтяные компании в последнее время сталкиваются все чаще по причине истощения ранее открытых месторождений нефти. Аналогичные проблемы также возникают и в случае с природным газом и углем. Однако резкий рост в затратах на добычу данных ресурсов может материализоваться позднее из-за более высоких объемов запасов по сравнению с предложением (чем в случае с нефтью).

Уран и другие металлы также показывают сходную тенденцию по убывающей отдаче. Сначала добываются легкодоступные резервы, затем наступает очередь руд с более низким содержанием металлов.

Еще одна проблема заключается в выборе мест для установки генерирующих мощностей. При построении ГЭС сначала выбираются наиболее перспективные районы и территории. Затем выбор делается из менее привлекательных локаций. Такое же правило справедливо и в отношении ветряных электростанций. Стоит отметить, что офшорные ветрогенераторы в строительстве и обслуживании обходятся дороже, чем ветрогенераторы, расположенные на суше.

В этом плане, если бы в Европе еще присутствовали районы, которые были бы привлекательны для установки новых ветрогенераторов, было бы логично и менее затратно в первую очередь устанавливать ветрогенераторы именно в таких районах, а не строить большое количество офшорных станций, что имеет место быть в последнее время.

И наконец, возобновляемые источники энергии, даже если для их добычи требуется не так много нефти, все равно зависят от нее. Нефть и ее производные важны для работы горнодобывающего оборудования и для транспортировки устройств и механизмов от места их сборки к месту, где они будут в итоге использоваться.

Для техобслуживания ветряных генераторов (особенно офшорных) используются вертолеты – для них необходима нефть. Для техобслуживания дорог также требуется нефть. Даже для транспортировки леса на рынок необходима нефть.

В случае если произойдет серьезное нарушение поставок нефти на мировые рынки и предложение нефти заметно упадет, генерация электроэнергии за счет альтернативных источников энергии также обвалится. Техобслуживание текущих мощностей альтернативной энергетики станет еще более проблемным.

Солнечные панели, которые используются сами по себе, без подключения к энергосетям, могут быть сравнительно долговечными, однако солнечные батареи, инверторы, высоковольтные линии электропередач – все то, что мы сегодня принимаем как данность, – в случае серьезных проблем с нефтью могут просто исчезнуть.

Это объясняет, почему возобновляемые источники энергии на самом деле недоступны в неограниченном количестве (при текущем уровне развития технологии). Если произойдет серьезное нарушение в поставках нефти, человечество может столкнуться с тем, что многие виды существующих возобновляемых источников энергии не протянут долго сами по себе.

По материалам: vestifinance.ru