Долгосрочные перспективы ресурсного обеспечения технически развитой цивилизации

[AlexAV]

А, кстати, ЗЯТЦ - это разве вечный двигатель? Там ведь энергия тоже исчерпаема.

Уран морской воды можно считать (квази-) возобновляемым. Если его извлекать оттуда в объёме меньшем его поступления туда с речным стоком (~20 тыс. тонн/год) - это можно будет делать условно вечно. Т.е. время соизмеримое с оставшимся временем нахождения Земли в зоне жизни (несколько миллиардов лет).

[AlexAV]

Ну то есть проблема имеет решение и дело только за политиками?

Если быть объективным, то правильный ответ - мы не знаем. Критические проблемы той или иной схемы производства производства энергии можно показать аналитическим анализом. А вот доказать, что какая-то схема точно может работать - можно только практикой. Это слишком сложная система, чтобы можно было бы все возможные нюансы достаточно уверенно оценить теоретически. Никогда нельзя исключать, что при попытке реализовать её практически появятся какие-то непредвиденный сложности, которые исходно даже представить было невозможно.

По ЗЯТЦ пока мы имеем на практике только несколько опытно-промышленных реакторов и всё. А извлечение урана из морской воды осуществлялось вообще пока только в лабораторном масштабе (сотни грамм, максимум единицы килограмм), тут не существует даже опытно-промышленных производств (с объёмами добычи хотя бы масштаба пары десятков тонн в год). Чтобы оценить реальные перспективы такой энергетики этого слишком мало. С другой стороны очевидные причины, почему она не может работать, тоже неизвестны. Так что тут пока остаётся только ожидать результатов опытно-конструкторских работ в этом направлении.

[AlexAV]

Уже обратно ускакал,

Да как-то не особо ускакал. Цена всё равно выше 1000 $/1000 м3 (https://www.profinance.ru/chart/?s=TTFUSD1000&p=VFRGVVNEMTAwMCMyIzEjNzEwIzM2OCMxMSMw).

Вообще, конечно же, ситуация когда единица энергии газа дороже единицы энергии нефти - аномалия.

[AlexAV]

Почти в два раза ускакал, и дальше покатится. Как шортистов окончательно докушают.

Причина таких гигантских цен на газ - вполне объективная. Она не со спекуляциями связана, а с тем, что в мире физически не хватает газа, вплоть до веерных отключений в Китае и Индии, которые происходят прямо сейчас. Соответственно пока этот главный источник высокой цены на газ (физический дефицит) будет сохраняться - будет сохраняться и высокая цена на газ. В ситуации , когда на азиатских рынках цена ~2000 $/м3 (и даже по этой цене газ там желающие купить не могут) на других рынках газ дешевым сколько-нибудь долго быть не может. Попросту в виде СПГ будет уплывать в Азию.

И тут на самом деле не шортисты виноваты, а поклонники святой Греты, убеждавшие мир в том, что в добычу угля вкладывать не надо. В результате угольная отрасль была недофинансирована, а при попытке заместить уголь газом вдруг выяснилось, что этого  самого газа просто не существует в природе, вообще, ни за какие деньги (реально сейчас в мире ресурсы сколько-нибудь заметно поднять добычу газа есть по сути только у двух стран - России и Ирана, и то довольно ограниченно). Это сумасшествие с ценами на газ и в Европе и Азии не со спекулянтами связано, а с ошибочными управленческими решениями в сфере энергетики. В общем классические последствия ситуации, когда идеология при принятии решений побеждает экономику.

[AlexAV]

Есть в мире этот газ и в избытке.

Есть где? Где его добычу можно увеличить на сколько-нибудь значимую величину? Назовите конкретные месторождения и геологические формации.

Неа, а давайте посмотрим что происходит в США

Газовый рынок США достаточно изолированный. Т.к. мощности по производству СПГ в США (по сравнению с объёмом добычи) довольно незначительны. Впрочем, даже если они там появятся - это приведет только к тому, что цены в США станут как в Китае (если не будут введены специальные ограничения на экспорт). Сколько-нибудь существенно поднять добычу они не смогут просто в силу отсутствия ресурсов для этого.

Я уж не говорю про все эти вкусные месторождения сланцевого газа в Европе

Нет в Европе значимых не разрабатываемых сейчас месторождений газа низкопроницаемых коллекторов, пригодных для промышленной разработки. Собственные запасы угля, кстати, есть, а газа - нет.

Есть газ и в избытке.

Ещё раз. Где есть? В каких месторождениях и геологических формациях? Уже лет как 20 в мире открытие новых месторождений газа в несколько раз меньше, чем добыча, а значимый фонд открытых, но не введенных в эксплуатацию гигантских и уникальных месторождений сейчас остался разве что в России (в основном северный Ямал и Карское море) и Иране.

[AlexAV]

Да там пол Европы в этом газу. Только нужно перестать орать про неэкологичную добычу и начать бурить. 

Это фантазии о запасах родом из 2012 году. Дальнейшие исследования не подтвердили там наличия промышленных запасов газа.

[AlexAV]

Есть они там родимые. Просто добыча дороже чем в США.

Приведите хотя бы одну формацию там со значимыми доказанными запасами (того, что обозначают proved reserves, а не фантазии о ресурсах).

редполагается, что запасы сланцевого газа в Европе в шесть раз больше, чем запасы традиционного.

Ещё раз. Это фантазии из 2012 года. Потом были попытки подтвердить эти запасы, но безуспешные. Газа там по факту в значимых объёмах не оказалось (если не согласны - давайте ссылку на конкретную формацию и оценку её доказанных запасов (proved reserves, не resource, resource, unproven reserves и прочее - это не запасы, а фантазии о запасах)).

[AlexAV]

У них огромные ресурсы, которые сдерживаются только ценой.

Нет там никаких гигантских ресурсов. Реально по газу добычу они удерживают только за счёт двух гигантских месторождений. Marcellus и Нaynesville, отчасти ещё за счёт попутного газа Пермского бассейна. Всё, никакой другой реальной ресурсной базы не то что для наращивания, а просто для удержания полки добычи там нет. Ещё одного месторождения (не введенного в эксплуатацию) масштаба Marcellus или Нaynesville  там точно не существует. Причём самая продуктивная часть Marcellus уже в значительной мере разбурена. Скажем в графстве Саскуэханна (одна из самых продуктивных частей Marcellus) плотность скважин уже 0.75 скважин/км2 при максимально осмысленной для этого месторождения ~1.7 скважин/км2. Т.е. самое продуктивное ядро их главного месторождения по сути уже выработано где-то на половину. Какой уж тут значимый рост добычи?

Вообще по американским сланцам есть хорошие обзоры:

https://www.postcarbon.org/publications/drillingdeeper/
https://www.postcarbon.org/publications/how-long-will-the-shale-revolution-last/
https://www.postcarbon.org/publications/shale-reality-check-2019/

И картина с запасами там сильно не такая радужная, как рисуют некоторые статьи РБК и некоторых других подобных источников.
 

[AlexAV]

Туркмения еще есть

Относительно Туркмении в литературе высказываются сомнения в достоверности заявляемых запасов газа там. Скажем https://cyberleninka.ru/article/n/gigantskoe-gazovoe-mestorozhdenie-galkynysh-mif-ili-realnost

[AlexAV]

Аж на 19 миллионов бочек срезали.

По факту к текущему моменту не 19 млн., а только около 3 млн (по сравнению с уровнем конца 2019 года).


Причём из этих 5 с договорённостями связана лишь часть. Падение добычи в Алжире, Анголе, Конго, Нигерии, Венесуэле - ни с какими договоренностями не связано. Там банальные геологические причины - месторождения истощаются.

[AlexAV]

Разве не Венесуэла на 1 месте про запасам нефти в мире?

Они сами себе рисуют запасы в 300 млрд. баррелей, почти столько же, сколько у Саудовской Аравии, но судя по всему подавляющая часть этих запасов существует исключительно на бумаге.

Пожалуй самая адекватная оценка запасов по странам - оценка от Rystad Energy (https://www.rystadenergy.com/newsevents/news/press-releases/rystad-energys-annual-review-of-world-oil-resources-recoverable-oil-loses-282-billion-barrels-as-covid-19-hastens-peak-oil/):



И по ним получается, что реальных запасов в Венесуэле, готовых к добыче (категории  1P), всего 4 млрд. баррелей, что куда лучше согласуется с наблюдаемым коллапсом нефтедобычи там.

[AlexAV]

Запасов Арктики в этой таблицы нет?

Оценки неразведанных запасов Арктики - это в основном категория 2PCX.

[AlexAV]

Что там в Саудовской Аравии непроходимые джунгли что ли раньше были? 

Дно мелководного моря, на котором накапливались богатые органикой морские отложения. После чего аравийская плита, отделяясь от африканской, смяла большой объём этих осадков и опустила на большую глубину, где температура достаточная для процесса нефтегенеза из рассеянной органики породы.

Для образования нефти недостаточно образование отложений богатых органикой, нужно чтобы ещё некий тектонический процесс опустил их на глубину, где температура достаточно высока для образования нефти, если отложения будут просто лежать у поверхности, то никакой нефти образовываться не будет (если отложения морские - максимум будет месторождение горючих сланцев). В Персидском заливе получилось очень удачное сочетание и первого и второго. Длительного существования теплого мелководного тропического моря, очень благоприятного для морских форм жизни, что обеспечило накопление больших толщ осадочных отложений очень богатых органическим углеродом, и мощного тектонического процесса позже, который отправил значительную массу этих отложений на глубину, где возможен нефтегенез.

[AlexAV]

Тоесть  закачивание на такую глубину углекислоты в смеси с водой создаст нефть. Через 100 млн лет.

Нет. Нефть образуется при разложении органического вещества, т.е. нужен не окисленный органический углерод.

Чисто теоретически в литературе предполагается возможность процесса восстановления углекислого газа двухвалентных железом до жидких углеводородов:

(6n+2)Fe²⁺ + nCO₂ + (6n+2)H⁺ = (6n+2)Fe³⁺ + C_nH_2n+2 + 2nH₂O

Но на сколько эффективно он может происходить в реальности - не очень понятно. По крайней мере больших скоплений нефти достоверно абиогенного происхождения на текущий момент неизвестно. Вот метан в заметных количествах по такому механизму образовываться, судя по всему, точно может (хотя подавляющее большинство месторождений газа все же биогенные, однако выделение точно абиогенного метана в вулканических районах и срединно-океаническими хребтами также фиксировалось), а с жидкими углеводородами на этот счёт полной ясности нет.

[AlexAV]

Коллапс нефтедобычи там из-за огромного нехватки средств. Просто непросто нефтянка сидит на одной водичке без хлеба и умирает.

Там такой бардак уже много десятилетий, но коллапс нефтедобычи почему-то случился только сейчас. Причина тривиальна - раньше относительно доступные, простые в разработке, месторождения были, а сейчас кончились. Т.е. главное тут всё же геология.

Венесуэла в режиме от переворота до переворота, и от дефолта до дефолта жила минимум всю вторую половину 20-го века, тут ничего нового, вот только раньше (пока были хорошие, простые в разработке, месторождения) всё это на нефтедобычи сказывалось весьма умеренно.

[AlexAV]

Еще. В разных таблицах приводится разный EROEI для возобновляемых источников. Понятно, что тема ангажирована.
Параметр крайне сложно считать и даже непросто оценивать при низких значениях (близких к 1).

Ситуация с оценкой EROEI на самом деле достаточно сложная и тут есть некоторые важные детали, которые часто не до понимаются, из чего публикуемые цифры понимаются неправильно (особенно это касается всяких пропагандистских по сути авторов и источников, впрочем эта публика ни в чём разбираться и исходно не собиралась).

Как формально математически можно определить EROEI? Стандартная формулировка как отношение полученной энергии к затраченной на самом деле не является строгой и даёт плохо определенный результат. Т.е. в этот случае сразу возникает вопрос - что считать затраченной энергией? Нужно ли включать в затраты часть из полученной энергии, затраченной внутри предприятия (скажем часть энергии генерируемой АЭС ушла на работу циркуляционных насосов)? Или нужно рассматривать предприятие как чёрный ящик в который входит поток энергии и выходит, а что там внутри теряется не важно (и во втором случае оценка EROEI будет сильно отличаться от первой)? Как учитывать энергию затраченную на производство оборудования? И т.д. Т.е. множество вопросов разные ответы на которые могут сильно влиять на результат. Для строгого определения величины, которая должна иметь чёткий физический смысл, такой произвол абсолютно не приемлем.

Существует только одно строгое определение EROEI, которое не зависит от каких-то произвольных предположений. Пусть у нам нужно для производства некоторого изделия 1 кг проката, 1 микроконтроллер, 100 грамм медного провода, 1 кВтч электричества и т.д. Теперь записываем такую таблицу компонент и энергии нужной для производства для всех товаров производимых экономикой. Получаем производственную матрицу всей экономики. Это положительная матрица и у неё по теореме Перрона существует положительное собственное значение алгебраической кратности 1 и строго превосходящее все другие собственные числа этой матрицы. Величина обратная к этому собственному значение, определенному теоремой Перрона, и будет EROEI экономики. Если оставить в производственной матрице только один источник энергии, то полученное в этом случае EROEI и будет EROEI этого вида энергии.

Причем, строго говоря, производственная матрица должна включать не только затраты на производство товаров, но и затраты на воспроизводство рабочей силы.

В таком, и только таком, виде EROEI имеет строго определенный смысл. И из определения видно, что EROEI - это не свойство конкретного вида генерации, а свойство экономики в целом, т.е. величина характеризующая способность собственного воспроизводства, как саморепликатора.

Но при практическом использование такого определения возникает проблема. Ни у кого нет полной производственной матрицы современной экономики. Соответственно, нужен какой-то приближенный способ оценки EROEI. Такое приближение на практике может дать суммирование косвенных издержек. Т.е. представляем экономику в виде отдельных элементов, обменивающихся между собой энергией (что происходит внутри каждого субъекта - не важно). Генерирующее предприятие выдает другим агентам экономики некоторое количество энергии и получает в какой-то форме энергию из вне. Отношение этих величин будет EROEI в первом приближении. Однако кроме энергии предприятие ещё получает какое-то оборудование и материалы. Соответственно во втором приближении смотрим сколько энергии было затрачено предприятиями поставляющими это оборудование и материалы и суммируем прямые издержки энергии с косвенными первого порядка, теперь отношение полученной энергии к затраченной сумме прямых издержек и косвенных издержек первого порядка даст нам EROEI второго порядка точности. Но и предприятия, поставляющие оборудование и материалы производителю энергии, тоже помимо энергии используют какое-то оборудование и материалы от внешних поставщиков. Соответственно прибавление затрат энергии этими поставщиками к прямым издержкам и издержкам первого порядка даст нам издержки для вычисления EROEI третьего порядка точности. И т.д. В определенных предположениях бесконечное движение по этой последовательности даст нам EROEI сходящийся к истинному, определенному через собственные числа производственных матриц.

Проблема тут в том, что на практике такое суммирование также не возможно делать до бесконечности. При этом для технически сложных видов энергетики такой ряд будет сходиться весьма медленно. Самые недобросовестные авторы тут вообще оставляют первый и второй член в учёте ряда косвенных издержек (и именно у них получаются эти самые EROEI 10 - 20 солнечных батарей, которые тут же начинают тиражировать пропагандисты, для публики не очень понимающей смысл соответствующих величин и способы их получения). Более добросовестные как-то пытаются учесть скрытые косвенные издержки, и у них EROEI как правило получается для ВИЭ низким. Скажем тут (https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0306261919317222) EROEI солнечных панелей оценивается всего как 1.6 - 5 (и это с учётом только добычи сырья, собственно изготовления, транспортировки и утилизации, т.е. по сути учёт только издержек первого-второго порядка, без цепочки издержек по оборудование-для производства оборудования, издержек на аккумуляцию и т.д., т.е. очевидно эта величина можно считать лишь оценкой с верху), а здесь (https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0301421516307066) - вообще меньше единицы. В целом чем глубже анализируется производственная цепочка, тем меньше получается EROEI. 

Так как учёт рядов косвенных издержек можно ограничивать по разному, то это и приводит к дикому разбросу оценок EROEI у разных авторов. Вот приблизительно такой разброс получается при изменение методов учёта косвенных издержек (https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S1364032118306774):



Поэтому при сравнение EROEI взятого из разных работ надо очень внимательно смотреть то, как ограничивалась там цепочка издержек. Если сравнивать цифры с цепочкой издержек, ограниченной по разному, то такое сравнение годится только для пропагандистских агиток, но не для анализа. В целом при сравнение EROEI полученных с учетом достаточно длинной цепочки косвенных издержек, полученных по одному и тому же методу, EROEI ВИЭ сильно ниже EROEI традиционной энергетики (у солнечный, он, видимо, совсем мал, у ветра - по разному, тут очень сильная зависимость от конкретного места установки, всё же кубическая зависимость генерации от скорости ветра очень сильная и ведет к тому, что ветрогенерация (без аккумуляции) в местах с сильными ветрами может быть вполне конкурентоспособная с традиционными источниками, в местах со слабыми - не очень).

Кроме того, нужно учитывать следующий момент. Большинство способов учёта цепочки косвенных издержек учитывают их только частично. Т.е. когда в работе пишут, что они получили EROEI = 5, то это скорее нужно читать как, что так как есть неизвестная неучтенная часть затрат, то истинный EROEI < 5, причём на сколько меньше - не известно. Соответственно, если есть две работы, в одной из которых EROEI = 20, а в другой 2, то противоречие между ними отчасти кажущееся и связанное с разными способами ограничения цепочки косвенных затрат. Т.е. по сути первую работу нужно читать, что  EROEI < 20 (на сколько - неизвестно), а вторую EROEI < 2 (на сколько - неизвестно). Эти два неравенства друг другу очевидно не противоречат, просто второе даёт более жесткое ограничение. Обычно это просто связано с тем, что второй автор более аккуратно анализировал косвенные издержки (но скорее всего и он не учёл их все!). Соответственно при анализе литературы для оценки истинного EROEI стоит отдавать предпочтение тем авторам, которые глубже проанализировали цепочки косвенных затрат, причём EROEI у них получается как правило меньше, чем у авторов, использующих более поверхностные подходы. Т.е. стоит выбирать минимальную оценку EROEI из имеющихся в литературе.
 
 
 

[AlexAV]

Для начала, европейская энергетика относительно мало пострадает от таких цен как раз потому что уже мало зависит  от внешних энергоресурсов.

В какой альтернативной реальности? Полное потребление энергии ЕС - 56 ЭДж (2020 год). А внутреннее производство нефти - 19.3 млн.т (около 0.77 ЭДж), газа - 1.72 ЭДж, угля - 3.79 ЭДж, атомная генерация - 688 ТВтч (2.5 ЭДж), гидроэнергетика - 342 ТВтч (1.2 ЭДж), прочие ВИЭ - 710 ТВтч (2.6 ЭДж). Т.е. в сумме на внутренне производство приходится 12.8 ЭДж (из которых 2.5 ЭДж атомных - условно внутренние, почти весь уран в ЕС импортный).

78% процентная зависимость энергетики от иностранных энергоресурсов слабая? Вы серьёзно?

[AlexAV]

ЕРОИ любого источника энергии строго равно 1 и это константа

Нет, не правда. EROEI полученное из производственной матрицы для устойчивой экономики всегда больше единицы (равно как и EROEI определенный полным суммированием ряда издержек, в определенных предположениях можно показать, что они строго равны между собой). EROEI - 1 полученный из производственной матрицы - это по сути максимальный возможный экономический рост за среднее време износа основных фондов. И эта величина для жизнеспособной экономики строго больше нуля, соответственно EROEI>1.

Не все товары используются прямо или косвенно в производстве энергии. Производство чего-то не связанного с производством энергии (скажем любые расширенные инвестиции) возможны только за счёт превышения EROEI над единицей.

Для полной производственной матрицы всего, тоже проще некуда. Там берём цену установленной мощности, плюс цену обслуживания за срок эксплуатации. Получаем число Икс. Берём цену энергии и умножаем на количество энергии произведённой за весь срок службы. Получаем число игрек. Дальше Игрек делим на Икс получаем ЕРОИ с учётом вообще всех затрат кроме вывода прибыли из самого источника. Прибыль всех подрядчиков , государства и прочих мы тут учитываем.

Этот метод (по финансовому эквиваленту), действительно, используется. Но у него тоже есть недостаток. Он работает только в том случае, если средняя энергоёмкость одного денежной единицы для всех агентов экономики одинаковая. В действительности это условие сильно искажается из-за наличия международной торговли. Скажем, товарная наполненность одного доллара по китайским ценам больше, чем по американским. А значит и доллар китайского товара содержит больше энергии, чем один доллар американского. Соответственно, чтобы получать какие-то корректные результаты тут нужно как минимум вносить поправки на это различие покупательной способности в цепочках международной торговли. 

[AlexAV]

Вопрос исключительно в толщине теплоизоляции.

Нет, не только. Один из основных каналов теплопотерь в жилом помещении - вентиляция. И эти потери при увеличении толщины теплоизоляции не уменьшаются.

[AlexAV]

Он разный потому что активно цена падает, а значит ЕРОИ растёт активно.

Не растёт никуда EROEI ВИЭ. Вырасти он может только по одной из двух причин. Появление нового, дешевого источника сырью (серебра, меди и т.д.), чего очевидно нет. Ресурсная база критических для ВИЭ материалов непрерывно ухудшается, как и любая другая. Или существенные изменения в технологии. Чего для солнечных элементов где-то с 2015 нет, а ветроэнергетика и вообще никогда за последние 30 лет не было, последняя значимая инновация там - использование генераторов с редкоземельными магнитами, но это уже давно.