EROEI наша алфа и омега

[mikhai1_t]

Давайте разберемся в такой, очевидной на первый взгляд, вещи как EROEI (отношение энерговозврата к энергозатратам).

У нас есть такая простая для понимания абстракция энергосистемы: зарытый бак бензина, труба на поверхность и насос, работающий от бензинового генератора. Чем глубже зарыт бак, тем больше энергии нам нужно потратить на извлечение бензина.





Бак - это вся доступная энергия, труба - это пропускная способность, а насос - энергозатраты на добычу. EROEI - это пропорция всей добытой энергии к энергии затраченной на добычу, обычно EROEI сводится к единице затраченной энергии. Абсолютно любой источник энергии, начиная от мускульной силы и заканчивая термоядом, можно привести к этой простой модели.

Но нужно понимать, что в этой модели важны все три части:

• размер резервуара
• затраты энергии (EROEI)
• максимальная пропускная способность от источника до потребителя

Попытка сводить всё к EROEI и делать выводы только на основе одного параметра может приводить к ошибочным выводам.

Пример:

У вас задача обеспечить долгосрочное потребление энергии и у вас два таких бака бензина: один с EROEI 100:1, второй с 10:1 - какой для вас предпочтителен?

Если я буду смотреть только на EROEI, то скажу, что первый бак лучше, но давайте усложним задачу и скажем, что первый бак содержит 1000 литров, а второй 10000 литров.

Какой выгоднее выбрать на основе этих параметров, если мы хотим обеспечить фиксированный уровень потребления допустим в 99 литров в цикл времени?

Ниже вы можете посмотреть таблицу развития этих двух систем:

1. цикл - порядковый номер цикла
2. вложение энергии - траты энергии (в литрах) для добычи текущего цикла.
3. добыча - добыча литров бензина за текущий цикл
4. отложено на следующий цикл - сколько энергии потребовалось отложить на затраты для добычи следующего цикла
5. свободная энергия - "чистая" энергия. Т.е. добытая энергия минус траты на саму добычу.
6. осталось - остаток в резервуаре

Резервуар с EROEI 100:1 и объёмом 1000 литров:



Резервуар с EROEI 10:1 и объёмом 10'000 литров:



Для первого бака (EROEI = 100:1) мы в самом начале (1й цикл) должны вложить 1 литр бензина в добычу (его пока у нас нет и мы его берём "в долг") и добудем 100. Из этих 100 отдаём долг в 1 литр и ещё 1 переносим в следующий цикл, чтобы потратить его на саму добычу следующего цикла. В результате у нас 98 свободных литров в первом цикле и по 99 в девяти последующих. На необходимый уровень вышли за один цикл.

Для второго бака (EROEI = 10:1) мы вкладываем в первый цикл 1 литр, добываем уже не 100, а лишь 10. Из добытых 10 отдаём долг и все оставшиеся 9 переносим в следующий цикл. В первом цикле у нас 0 литров излишков. Во втором цикле, потратив 9, добудем 90 литров. 11 литров мы переносим в следующий цикл и начиная с 3 цикла мы имеем заветные 99 литров но уже в течение 90 циклов, а не девяти, как в случае с первым баком. На необходимый уровень мы вышли за 2 цикла.

Наверно, глядя на таблицу все уже поняли, что количество доступной энергии - это экспоненциальная функция n^t где n это EROEI, а t цикл. Поскольку экспонента - это очень быстро растущая функция, то даже 10 кратное изменение EROEI смогло только незначительно замедлить выход на необходимый уровень отдачи энергии.

Вывод:

• Большой резервуар с маленьким EROEI = медленный старт и долгий период стабильности

• Маленький резервуар с высоким EROEI = быстрый старт и быстрое падение.

Но, как я и говорил, у нас три параметра, третий параметр не менее важен - это пропускная способность трубы или максимально возможная скорость добычи. Если мы достигаем этого максимума, более низкий EROEI становится проблемой: в примере выше во втором резервуаре нам нужна пропускная способность в 110 литров за цикл. Если же максимальная пропускная способность трубы это только 100 литров то, не смотря на то что второй резервуар огромный, достичь необходимого уровня в 99 литров мы не сможем.

С другой стороны, если труба огромна, а наш аппетит ничем не ограничен, то вы очень быстро вычерпаете любой резервуар и не важно какой у вас EROEI. Так, в примерах выше, если мы захотим максимизировать добычу и вся энергия идёт на увелечение добычи, то разница между временем исчерпания резервуаворов состовляет только один цикл.

Все это можно увидить на графики добычи нефти в Азербайджане (с прогнозом):



Видите незначительный пик 1901 года? Это время когда Баку был крупнейшем производителем нефти на планете - половина мировой нефти добывалась в Баку. Это также был и пик EROEI, нефть буквально можно было черпать ведрами из выротых вручную колодцев и выливать в канаву по которой нефть стекала вниз. С вводам первых буровых процес просто взлетел. Славные времена - EROEI 100:1.

В каждый последующий пик добычи EROEI становился ниже, нефть залегала всё глубже и дальше, требовались новые технологии добычи и новая инфраструктура, но каждый пик давал в конце больше чистой энергии чем предудущий, посколько размер резервуара рос гораздо быстрее, чем сложность добычи.

Почему же уважаемые люди пугают нас неминуемым коллапсом цивилизации, если EROEI опустится ниже 1:8? Например такими картинками:




На картинках показано как всё больше энергии уходит на добычу энергии (черная стрелка) и развитие новой энергоинфрастуктуры (синия стрелка). Это страшная картинка, но только если забыть, что в 1949 году мир потреблял только 94 эксаджоулей, а в 2007 уже 493! Если предположить, что в 1949 году EROEI был примерно 70:1 (т.е. 1.5% добытой энергии уходят на добычу), а для 2007 возмем 10:1, что является низкой оценкой, то есть 10% уходят на добычу, то в результате в 1949 году у нас получится 92.6 эксаджоулей свободной энергии (94 минус 1.5%), а в 2007 году 443 эксаджоулей. Т.е. почти в 5 раз больше, а население выросло в 2.5 раза, так что на человека у нас больше энергии несмотря на снижение EROEI - бочка выросла за эти 58 лет.

Oдно важное замечание EROEI это в конечном счёте это обычный процент и поэтому как в известной хохме, даже самая красивая девушка не может дать больше чем дать, если бы в 1949 году EROEI был бесконечность:1 то доступная энергия выше 94 не подымется, EROEI не может дать вам больше 100% поэтому фантазии о том что будет в обществе с EROEI 1000:1 или 100000:1 не релевантные будет почти тоже самое что в обществе с EROEI в 20:1 разница в 5%.

Повторюсь: как видно на этой простой модели, EROEI не может быть единственной метрикой для определения нашего энергетического будущего.

Для оценки потенциала источника энергии необходимо использовать все 3 параметра

• Размер резервуара
• Максимальная пропускная способность
• EROEI