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

[celado.livejournal.com]

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.

Comments

[shamaner.livejournal.com]

законсервированные скважины через некоторое время опять дают нефть - факт, только почему-то он не особо афишируется.

[http://users.livejournal.com/__alex_loki_/]

там нечего афишировать . после обводнения месторождения сепарация продолжается даже после закрытия скважины . объём месторождения при этом не увеличивается ни на грамм .

[chapai67.livejournal.com]

только вот извлекают изаначально не все, кажется даже не самую большую часть.

[http://users.livejournal.com/__alex_loki_/]

у вас неверная информация .
к тому же если что-то не извлекают до конца это не повод верить в "бездонную нефтяную бочку". )

[chapai67.livejournal.com]

Плочему? Сейчас полно технологий с которыми выгодно перерабатывать старые отвалы.
Таже сланцевая нефть, коотрую не умели извлекать - а теперь пожалуйста.
И из старых месторождений вынут небось немало когда припрет, речь о то больших числах.

[http://users.livejournal.com/__alex_loki_/]

сланцевая нефть - миф .
из старых месторождений уже вынули всё что можно . технология называется "обводнение" .
когда припрёт ничего уже делать не будут . это вопрос экономической целесообразности .
есть такой показатель EROI . если он ниже 5 заниматься этим энергоресурсом бесполезно .
скачок цивилизации 19 века был связан с высоком EROI угля ~80.
скачок цивилизации 20 века был связан с высоким EROI нефти >100 .
EROI сланцевой нефти в лучшем случае дотягивает до 7 . для современной цивилизации это пиздец .
EROI обычной нефти сейчас тоже уже не 100 , а примерно 40 потому что лёгкие месторождения мы все выбрали .

[chapai67.livejournal.com]

EROI очевидным образом зависит от цен на энергоносители (и стати качество их использования).

> а примерно 40 потому что лёгкие месторождения мы все выбрали .
Кто это мы? у канады еще полным полно. и много где полно.

[http://users.livejournal.com/__alex_loki_/]

EROI никак не зависит от цен .
мы - это цивилизация . когда-то в техасе , саудовской аравии и на "нефтяных камнях" в Баку нефть собирали просто вёдрами . теперь качают с 5-7 километров .
расскажите канадцам , а то они не в курсе . :)

[chapai67.livejournal.com]

Oil reserves in Canada were estimated at 172 billion barrels (27×109 m3) as of the start of 2015. ... According to this figure, Canada's reserves are third only to Venezuela and Saudi Arabia. Over 95% of these reserves are in the oil sands deposits in the province of Alberta.

EROI мало того что зависит от стоимости извлечения, так еще от полноты использования а это все впрямую зависит и определяет цены на энергоносители.
И это только про энергию, скажем как для средств синтеза уже не катит.

[http://users.livejournal.com/__alex_loki_/]

неверно написано . это не нефть , а битумные пески .
если говорить о цене , то добыча битумных песков и при 120$ за баррель была убыточной .
сейчас добыча битумных песков остановлена . экологические убытки этой добычи ещё даже никто не считал .
повторяю ещё раз - EROI не зависит от цены , так как является отношением добытой энергии к затраченной на добычу , то есть этот показатель БЕЗРАЗМЕРНЫЙ .

[chapai67.livejournal.com]

а расскажите, как получается безразмерная энергия? затраченная и полученая. сферическая в вакууме?

[kspshnik.livejournal.com]

А причём тут энергия?

EROI - отношение энергии добытой к энергии, затраченной на добычу. Эта величина безразмерная. КПД - тоже безразмерная величина, Вас это не смущает?

[chapai67.livejournal.com]

смущает. что вот берется реальная энергия от физических энергоносителей - после чего для вас она становится абстракцией. Сам результат то понятно - соотношение.

Кстати и КПД не бывает у абстрактных вещей, а только конкретной системы преобразования энергии.
Нельзя посчитать кпд месторождения а вы пытаетесь уверить что это - оно ,по сути..

Но для этого оба два должны быть с одной размерностью и явно исчислимыми, более того - измеряемыми..

А походу они для вас тоже безразмерны.
То есть эффективность использования (полученная энергия на едтиницу сырья) вам пофигу. Как и добыча - затраты пропорциональны технологиям.
А решение добывать или нет определяется рыночной стоимостью а не формулами.
Второй момент который вы проскочили - это когда речь идет не об энергоносителе но сырье. Скажем к золоту EROI не применимо.

[kspshnik.livejournal.com]

К золоту - безусловно, не применимо.

А вот к добыче энергии - вполне. Смотрите, если EROI = 100, значит для добычи 1 барреля нефти (6117,86 МДж) мы должны потратить не более 611,79 МДж.

Собственно, EROI - это и есть энергетическое КПД месторождения энергоносителя. Для сырья неприменимо, Вы правы.

[chapai67.livejournal.com]

иными словами оно зависит не от месторождения а от внешних условий.
ибо, для того же месторождения скажем 500 лет назад EROI было иным. Так?

эрго - это формула не определяет толком (точнее только на данный узкий момент) эффективность использования (добычи) месторождения.
И если мы возжелаем сырья (для синтеза не энерго-продуктов) ситуация опять поменяется.


upd.поглядел, оказывается все это может вообще волевым решением меняться. Barrel of oil equivalent просто определяется IRS, то есть налоговой конторой.

[kspshnik.livejournal.com]

Зависит от пары "геология/геофизика месторождения"/"доступные технологии извлечения" %)

500 лет назад - да. Это функция не времени, конечно, а доступных технологий :) Также как КПД у двигателей Папена и Ванкеля будут драматически различны, хотя оба суть тепловые машины :)


К сырью оно неприменимо - там подход другой будет. Рентабельность любой разработки вообще определяется как "netback конечного передела"/"затраты на разработку", это отсюда плясать надо.
А EROI - это КПД добычи энергии :)

[chapai67.livejournal.com]

>Зависит от пары "геология/геофизика месторождения"/"доступные технологии извлечения" %)

Очевидно "геология/геофизика месторождения" имеет крайне малое значение. Если вообще.
Точнее формула "сёдня мы считаем что можем сжечь и получить то то"/ "cёдня мы полагаем что должны затратить столько то".

Причем первое определяется усреднением налоговой конторы данных разных сжигателей, второе - надо полагать, пересчет затрат добывателей, или опять чем то обобщенным от балды.

>Также как КПД у двигателей Папена и Ванкеля будут драматически различны, хотя оба суть тепловые машины :)
КПД каждого как раз не разнится по времени, можно пересчитать на новый лад, перемерив точней. Если двигатели не менять. Сколько крутили столько и крутят. И через сто лет будет то же самое.
Тут физика.

> Рентабельность любой разработки вообще определяется как "netback конечного передела"/"затраты на разработку",

А тут, экономика, по сути.

>А EROI - это КПД добычи энергии :)
КПД от времени (и бабла) не зависит. :-)

[kspshnik.livejournal.com]

КПД тепловой машины не зависит от типа тепловой машины? :)

А EROI от бабла не зависит, как Вам уже говорили.

[chapai67.livejournal.com]

У одной и той же? от износа разве.

[kspshnik.livejournal.com]

От тепловой машины.

[http://users.livejournal.com/__alex_loki_/]

ну можно и смерть законодательно запретить , но статус персонального бессмертия от этого не изменится . :)
для сырьевых месторождений применяется термин "энергоёмкость" - количество энергии затраченное на добычу , обогащение и извлечение на тонну(чаще килотонну) продукции .
раньше обогащение почти не использовалось , поэтому например месторождения железа с содержанием менее 60% месторождениями не считались .
откуда основной вывод - цивилизация требует всё больше и больше энергии что бы хотя бы оставаться на прежнем месте , хотя и сейчас есть большие проблемы с уровнем жизни у большинства населения земли .

[chapai67.livejournal.com]

подробности формул уже обсуждены. Эта формула основана на мнении налоговой конторы а не на абсолютной физике. Завтра у IRS будет родимчик - и все поменяется. :-)

>откуда основной вывод - цивилизация требует всё больше и больше энергии
из чего такой вывод?

>хотя и сейчас есть большие проблемы с уровнем жизни у большинства населения земли .
Нет никаких проблем с уровнем жизни.
Проблемы если и есть - то в центрах цивилизации, а следовательно у меньшинства населения земли.

[http://users.livejournal.com/__alex_loki_/]

мнение налоговой конторы никого не колышат .

затраты на извлечение не меняются , а вот затраты на обогащение и на добычу растут .
чем более низкий процент искомого вещества в руде тем больше расходы на обогащение и больше пустой породы на единицу продукции надо добыть руды из карьера или шахты .

расскажите об этом африканцам , собирающим коровью мочу что бы пить .
если саудиты , катарцы , жители ОАЭ , жители кувейта и прочие товарищи перестанут тратить часть нефти на опреснение морской воды , то они тоже начнут собирать мочу для питья .

[chapai67.livejournal.com]

>мнение налоговой конторы никого не колышат .
они определяют энергетический эквивалент бочки нефти. то бишь числительное.
Ну так, для справки.

>затраты на извлечение не меняются ,
маловероятно.

> и на добычу растут .
что такое добыча в отрыве от извлечения?

> собирающим коровью мочу что бы пить .
Какие проблемы собрать ведро мочи? подставил ведро и жди.
А вот заработать на дом в силиконовой долине - это проблема

>то они тоже начнут собирать мочу для питья .
врядли. потому что моче сначала надо побыть пресной водой.

[http://users.livejournal.com/__alex_loki_/]

безразмерная величина отношения , а не энергия .
например вы делите литры добытой нефти на затраченные литры нефти - получаете безразмерную величину .
что именно вас смущает ? или в школе вас не учили , что сравнивать можно только сравнимые вещи ? - яблоки с яблоками , а бананы с бананами .