engineering_ru | Электромобили и “пик нефти”. Истина в модели

Оригинал взят у

celado в Электромобили и “пик нефти”. Истина в модели - 3

Мы продолжаем аналитическое путешествие в будущее в рамках концепции "мира на пике": когда нефть уйдёт на покой? Чтобы говорить о столь далёком будущем имеет смысл обратиться уже к тому как происходят системные переходы и распространения инноваций.

Скорость распространения инноваций

В фильме “Матрица” есть эпизод, где Морфеус философствует о том, что виртуальный мир подчиняется собственным законам, кардинально отличающимся от законов реального мира. И сегодня это видно как никогда: в цифровом мире концепции и продукты расцветают и умирают за считанные годы, иногда дни. Например, дневная аудитория игры “Pokemon Go” за две недели достигла половины уровня твиттера, Фейсбук за пять лет охватил 10% мирового населения, а компания Майкрософт силой перевела сотню миллионов пользователей c Windows 7 на Windows 10 изменив механизмы обновления. Вследствие этого создаётся ложное впечатление, что быстр и весь остальной мир - со дня на день планета заполнится электромобилями, солнечными панелями и биткоинами.

Но распространение концепций и объектов по реальному, физическому миру сопряжено со значительными затратами ресурсов - энергетическими, материальными, финансовыми. Материальные ценности не поддаются копипасте, а ждать посылки из Китая приходится неделями, в отличие от электронной почты. Скорость проникновения персональных автомобилей в общество была черезвычайно медленной - каждый десятый землянин обзавёлся автомобилем только спустя 65 лет после начала его промышленного производства. Мобильным телефонам на это потребовалось 20 лет и по меркам реального мира это сверхбыстрое исключение из правил - возможно, дело в небольшом размере и цене каждого устройства, а так же в наличии убийственных преимуществ над стационарным телефоном.

Раз уж мы говорим об энергии и нефти, то уместно упомянуть солнечную энергетику: в 1982 году появилась электростанция на солнечных батареях мощностью 1 мегаватт, 2000 год принёс отметку в 1 гигаватт суммарно для всех станций. К 2016 году солнечная энергетика у всех на слуху, но занимает непропорционально мало - 1,3% от мирового производства электроэнергии и 0,5% от производства всей первичной энергии при помощи 295 гигаватт. Или такой пример: мало кто знает, но однажды электромобили занимали 30% от всего парка автомобилей и было это в 1900 году в США. Следующая веха это аж 1990-е, когда General Motors, Toyota и т.д. произвели для американского рынка несколько тысяч электромобилей, но проекты были признаны неуспешными. Tesla выпустила свою первую модель электромобиля в 2008 году, в 2016 продажи компании составили 84 тысячи штук.

Отсекая электромобили начала века можно сказать, что десятилетия позади и до победного конца десятилетия впереди: в 2016 было произведено 466 тысяч электромобилей (без учёта гибридов) против почти сотни миллионов транспортных средств с двигателем внутреннего сгорания (ДВС) - разница в 200 раз. Во-вторых, в отличие от “быстрых” мобильных телефонов, у электромобилей отсутствуют киллер-фичи - принципиальные преимущества перед обычными машинами. На данный момент скорее даже наоборот.

Мораль: реальный мир, в противовес виртуальному, очень инерционен и инновации распространяются по обществу десятилетиями. Не следует повторять ошибок предыдущих поколений и заявлять что через пару лет всё перевернётся с ног на голову. Реальный мир так не работает и подчиняется собственным неповоротливым законам.

Потребление нефти: устойчивый рост на протяжении 30 лет

В будущем переходе с нефтянки и ДВС на электроэнергию и электромобили можно выделить пару ключевых моментов. Это “пик нефти”, когда будет пройден максимум добычи и спроса, и кратное снижение потребления нефти, которое будет означать свершившийся переход. Нефтехимическая и другая промышленность, авиация, морской, грузовой транспорт и т.п. не дадут сильно снизиться спросу, поэтому в перспективе двух десятков лет нас ждёт только “пик нефти”. Причём, текущая ситуация в нефтянке и запасы нефти говорят, что “пик” будет связан не с ограничениями добычи, а со снижением потребления.

Вот как выглядит структура потребления нефти в динамике:

Что стоит подметить: НЕтранспортное потребление нефти (серым цветом на графике) по сути стагнирует на протяжении 30 лет, революций там не намечается. Скорее даже наоборот и дешёвая нефть сейчас стимулирует этот сектор. А вот над растущим сектором пассажирских машин навис риск распространения электромобилей и все разговоры о “пике нефти” логично свести именно к нему. Потребление транспортного сектора растёт линейно на протяжении 30 лет, соответственно чтобы сделать “пик” нужно переломить этот рост. В среднем он составляет 1,1-1,2 миллиона баррелей в сутки (МБ/д) ежегодно, а в последние несколько лет благодаря низким ценам рост спроса на нефть даже ускорился.

И ещё удивительный факт: на графике не видно следов роста эффективности двигателя внутреннего сгорания, которым часто пытаются объяснить будущее снижение потребления нефти. Причина проста: парк машин растёт гораздо быстрее эффективности, экспоненциально. Во-вторых, увеличивается и средний годовой пробег машины. Соотношение можно наглядно отобразить на графике:

С одной стороны трёхкратное увеличение автопарка, с другой - небольшое сокращение годового потребления нефтепродуктов на машину

Арифметика “пика нефти”

Выше можно увидеть, что потребление нефти пассажирскими автомобилями растёт и немало, в среднем на 0,5 МБ/д в год. Оно и понятно - в год производят десятки миллионов машин, за 2016 год 69,5 млн. Но не всё производство де-факто обеспечивает этот рост потребления, так как часть машин выходит из эксплуатации и их нужно заменять новыми. При этом новые машины потребляют меньше топлива и две вышедшие из эксплуатации эквивалентны по потреблению примерно трём новым. Учитывая замену старым машинам и рост эффективности можно разбить производство на такие составляющие:

Сумма полей составляет годовое производство

Соответственно, из 69,5 млн производства машин только 25,5 млн ответственны за прирост потребления нефти. И для остановки этого роста их нужно заменить производством электромобилей. Годовое производство бОльшего количества электромобилей приведёт к сокращению потребления нефти этим сектором.

Но транспорт это не только легковушки. Мировой пассажиро- и грузооборот растёт вместе с экономикой, поэтому рост потребления продолжается и в авиационном, морском и грузовом транспорте. Самолёты будут ещё очень долго летать на керосине; морской транспорт, в теории, может перейти на сжиженный природный газ, но прогресса пока нет и не планируется. Грузовой автотранспорт отстаёт в электрификации минимум на десять лет и до 2030 не успеет значимо повлиять. Так что в мире есть и другие сектора, которые обеспечивают и будут обеспечивать рост потребления нефти. Суммарный рост потребления этих трёх секторов около 0.65 МБ/д в год, а значит для его нивелирования потребуются дополнительные 31 миллион электромобилей. Итого - 56 млн. Конечно, цифры условны, но основная цель это понять ситуацию хотя бы в общих чертах.

При этом парк автотранспорта увеличивается по экспоненте, а значит со временем будет требоваться всё больше электромобилей для “пика нефти”. Во-вторых, электромобили тоже со временем выбывают из автопарка и их нужно заменять новыми. Поэтому “пик нефти” убегает от электромобилей:

Достижение производством жёлтой линии приведёт к “пику нефти”

Пока производство электромобилей развивается относительно медленно - по кубической параболе, и в обозримом будущем достичь необходимого для “пика нефти” производства не получится. Но при совпадении ряда факторов в будущем рост может ускориться и перейти на экспоненту. Например, объединение концепций электромобиля и автопилота может существенно снизить стоимость услуг городского такси. Или произойдёт прорыв в аккумуляторных батареях и у электромобилей наконец-то появится киллер-фича по цене, дальности хода и так далее. Ну или другие сектора потребления нефти начнут снижаться, чего исключать нельзя.

Ничего удивительного в том, что для “пика нефти” требуется такое заоблачное производство электромобилей. Мировое производство автотранспорта с двигателем внутреннего сгорания скоро перевалит за сотню миллионов, а парк автомобилей за полтора миллиарда. Миллионом или даже десятком миллионов электромобилей, очевидно, не отделаться.

Взгляд со стороны: МВФ и “Блумберг”

В качестве проверки на адекватность следует сравнить наши результаты с авторитетными организациями. Например, Международный Валютный Фонд недавно попробовал оценить потребление нефти в долгосрочной перспективе, наложив текущие тренды на пару исторических аналогий: переход с лошадиной тяги к автомобилям и динамику производства автомобилей в начале 20 века. В сверхоптимистичном для электромобилей сценарии “пик нефти” происходит около 2027 года, а в 2040 году спрос на нефть будет меньше текущего на 30%. Однако сценарий предполагает 200-кратный рост парка электромобилей за 10 лет, что делает данную историческую аналогию неподходящей. В более адекватном сценарии нефть “пикает” в 2030-х и в 2040 году спрос лишь на 4% ниже текущего уровня.

По мнению энергетического подразделения агентства “Блумберг” вклад электромобилей в замещение потребления нефти тоже небольшой - весь парк электромобилей (а не производство отдельного года) с учётом плагин-гибридов в 2016 году заместил 0,017 МБ/д потребления нефти. Относительно среднегодового роста спроса на нефть (1,2 МБ/д), а тем более всего потребления нефти (96 МБ/д) - ничтожная цифра.

Заодно упомянем предыдущую статью по теме “нефть vs электромобили”, где мы использовали другую методологию, но получили схожий результат: пик в 2030-х при парке в несколько сотен миллионов электромобилей.

Оставлять ли нефть внукам?

Упорядочив вышесказанное, наиболее вероятно, что “пик нефти” произойдёт где-то в 2030-х. Это безумно далеко, если вы живёте для себя и сегодняшним днём, но совсем рядом, если мыслить масштабом нации и государства. Снижение спроса на нефть позволит во многом обходиться старыми месторождениями без разведки и разработки новых, что снизит себестоимость добычи и, соответственно, мировые цены.

Добыча и экспорт нефти как основа российской экономики давно подвергается критике под предлогом оставить ценный и невозобновляемый ресурс детям и внукам. Но из-за “пика нефти” и электромобилей нефть будет ценна не более пары-тройки десятилетий. А далее уже неизвестно будет ли вообще выгодно её экспортировать после добычи в далёком Северном Ледовитом Океане, так как дешёвые месторождения Западной и Восточной Сибири будут прилично исчерпаны к этому времени. Поэтому стратегия оставить нефть “на потом” неверна - её нужно добывать прямо сейчас, пока в этом есть смысл. Далее вкладывать прибыль во что-то полезное и для получения положительно-обратной связи. И главное, нет никаких гарантий что без экспорта нефтегаза получится лучше - за примерами по бывшему СССР далеко ходить не надо. Учитывая, что даже дешёвой нефти у нас гораздо больше чем на 20 лет, стоит поторопиться, а россияне конца ХХI века нефть как подарок от своих предков могут и не оценить.

Существует мнение, что нефть это проклятье России, из-за которого страна не смогла развить более высокотехнологичные отрасли и в рамках такой гипотезы дальнейшие старания увеличить добычу и экспорт пойдут только во вред. На самом деле одно другому не мешает и в мире достаточно развитых стран со схожим уровнем проникновения добычи полезных ископаемых в экономику - Норвегия, Австралия, Канада.

Может появиться желание оставить нефть внукам из собственных стратегических интересов - на авиацию и так далее. Однако, в этом случае потребление будет невелико и с ним справятся старые для того времени месторождения. Во-вторых, нефть можно получать из газа, которого у нас ещё лет на сто и из угля, которого на двести. И в третьих, из воздуха и воды - из первого брать углерод, из второго водород. Процессы из газа и угля давно отработаны, а из воздуха и воды пока только уровень лабораторных экспериментов и окупаемость при паре-тройке сотен долларов за бочку нефти.

Как “пик нефти” перекроит мир - вопрос дискуссионный. Тем не менее, нефть по-прежнему будет требоваться в огромных количествах, пусть потребление и будет снижаться. Во-вторых, не менее сложная задачка заменить природный газ, так что придётся ещё долго следить за соревнованиями источников энергии в этой затянувшейся углеводородной эпохе.

Flat | Top-Level Comments Only

From:

http://users.livejournal.com/_dmitrii/

Реальный пробег на одном бензобаке не сильно больше, так что по этому параметру какого-то заметного проигрыша, тем более с вердиктом "не имеет будущего", совершенно точно нет.
Сейчас сдерживает цена и заправки. А эти два параметра будут неуклонно улучшаться с ростом объема производства. Если тенденция еще и будет поддерживаться на уровне госпрограмм типа бесплатной парковки и безналоговости, то и с аккумуляторами панасоник 18650 вполне неплохо будем жить )

From:

sceptikk.livejournal.com

вы похоже вообще не въехали))

"так что по этому параметру какого-то заметного проигрыша, тем более с вердиктом "не имеет будущего", совершенно точно нет"

менее 1 МДж/кг против 45 МДж/кг у бензина!
уроки физики в школе прогуливали? чтобы хоть отдаленно приблизиться к пробегу на бензине, маск засунул в машину батарейку в полмашины весом. какой прорыв! а если еще сделать прицеп с батарейками, то вообще можно превысить пробег бензиновых машин. и это при том, что у современных авто пробег на баке бензина весом в 50 кг порядка 1000 км...

From:

http://users.livejournal.com/_dmitrii/

"пробег на баке бензина весом в 50 кг порядка 1000 км"

Ох уж эти сказки, ох уж эти сказочники... В среднем по больнице у имеющегося автопарка и 500 км от заправки до заправки не наберется. В реальных условиях у реальных водителей, а не в рекламных проспектах автосалонов.

"чтобы хоть отдаленно приблизиться к пробегу на бензине, маск засунул в машину батарейку в полмашины весом"

Попутно сэкономив на весе двигателя, о чем все скромно умалчивают. Да, аккумуляторы по весу полмашины, но общий вес автомобиля сравним с аналогичным по навороченности ДВС.

From:

art-f.livejournal.com

>> Ох уж эти сказки, ох уж эти сказочники...

У вас да, сказочки.
В реальной жизни я самолично на меседесе TDI A180 на одной заправке накатывал 900км по Майрке (город+горы+трасса), там 43 литра если мне не изменяет память.

Опровергните?

From:

http://users.livejournal.com/_dmitrii/

Опровергнуть что, ваш склероз? Не буду, и не просите.
Даже согласно рекламным проспектам расход дизельных мерседесов А-класса в смешанном цикле не меньше 5.4 л, так что на 43 литрах он даже теоретически больше 800 км не проедет.
Расход в смешанном цикле мерседеса С-класса 6-7 л, что дает на тех баках которыми их комплектуют, около 700 км. Эти рекламные 700 км сравнивайте с рекламными 500 у теслы. И это если брать смешанный цикл, а реальный расход, который получается на автомобилях - это городской цикл + N литров в зависимости от стиля езды и ушатанности авто. Владельцы теслы свои 300-350 км надо думать не с пенсионерской скоростью равномерно и прямолинейно проехали, а бодренько так. На ДВС это даст порядка 10-11 л/100 км. Вот и считайте пробеги в сравнимых условиях.

(screened comment)

From:

http://users.livejournal.com/_dmitrii/

Вы из своего одиночного опыта разовой поездки на паре машин делаете глобальные выводы, а болваном называете почему-то всех окружающих.
Анекдот вспомнился
-Милый, осторожнее, по радио передали что какой-то болван на шоссе едет по встречке
- Да их тут тыщщи

From:

art-f.livejournal.com

>> Вы из своего одиночного опыта разовой поездки на паре машин

Не разовой, а недельной. И не пары. Но пример показателен т.к. там и горы и равнины.

И самое интересное - вы мой личный опыт можете хоть как то опровергнуть? :-)
А по физике и математике элементов питания той же теслы что то можете сказать с калькулятором в руках?
Даташит на них я вам привел. А вы в ответ?
Тоже нет?
А что вы тогда можете кроме наездов на меня и глупой рекламы "верю-неверю"? ))

Edited Date: 2017-06-29 09:37 am (UTC)

From:

http://users.livejournal.com/_dmitrii/

Я и не собираюсь "опровергать ваш личный опыт". Обосновывать своим личным опытом глобальные тенденции это, как бы помягче, не в полной мере соответствует уровню обсуждения и лично мне неинтересно. У меня есть прямо противоположный личный опыт, так что можете этим удовлетвориться и считать что по личному опыту у нас ничья.
По физике и математике предмета для обсуждения я не вижу. Вес сравнимых по классу авто одинаков, преимуществ по этому параметру ни тесла ни ДВС не имеют, а какой процент общей массы двигатель, а какой аккумулятор не имеет ровным счетом никакого значения с точки зрения потребителей, купивших данный конкретный автомобиль в автосалоне. С точки зрения use case и безопасности, распределение веса теслы более предпочтительно, но это уже другие параметры.
Нынешнего преимущества по дальности хода ДВС я не оспариваю, возражаю только лишь на то, что это какой-то принципиально важный параметр, который убьет саму идею электромобилей в принципе. По мере развития технологий и расширения рынка, электромобили будут ездить все дальше, через несколько лет сравняются с ДВС, а потом и превзойдут, поскольку потенциал развития ДВС давно исчерпан, а электромобили только начинаются..

Электромобили и “пик нефти”. Истина в модели - 3

Page Summary

Style Credit

Expand Cut Tags