Электромобили терпят крах. Объясняем на пальцах почему
Короче, Кузовпорт Образовательный. Напомним, мы всего лишь блог про машины ведём и их же и чиним. Однако, что-то знаем и страшно хотим этим знанием поделиться.
Прочитав комментарии к нашему прошлому посту, в голове у нас начали звучать слова EROI – EROI – EROI на мотив известной песни Parole – Parole…
Вообще, сторонников и противников электромобилей можно очень условно разделить на два лагеря: первые — неисправимые романтики, которые верят, что вот-вот изобретут ТАКИЕ аккумуляторы, что всем станет стыдно, и вообще на одном заряде от Владивостока до Санкт-Петербурга по уже достроенной трассе М-12 можно будет доехать; и вторые — которые ругаются, что сейчас только от Зеленограда до Москвы три раза подзаряжаться надо, и вообще дед ездил на бензине и нам велел!!!
Оба этих лагеря, в свою очередь, делятся на фракции свидетелей пришествия Энергетического Конца, свидетелей экономии на топливе, адептов бесплатных парковок, дальних путешествий и прочее-прочее. Так вот, мы из первой фракции. Ещё и потому, что некоторых сотрудников нашего замечательного коллектива родители в детстве отвели в церковь Пика Нефти. Об этом в другой раз. А сейчас поговорим про EROI.
Как на самом деле будут выглядеть электромобили в будущем
EROI — Energy returned on energy invested
или, переводя с языка потенциального противника, соотношение полученной энергии к потраченной. То есть это коэффициент, и если он больше единицы, то дело выгодное, надо брать. Звучит мудрёно, но сейчас попробуем всё объяснить. Главное — не переключайтесь.
Представим себе, что вы зашли не в ту дверь, и пришлось извиняться на камеру. Оказались в лесу. Допустим, выпали из вертолёта или там, в прошлое провалились. Ну, выберите себе реалистичный вариант по вкусу, для нашего мысленного эксперимента это не принципиально. И вот вы решили себя согреть, это первым делом нужно. Пособирали по округе сухих веток и палок и набрали 50 кг за час работы. При этом потратили 200 ккал, или 0,23 кВтч своей собственной энергии. Дрова сгорели, обогрели вас, окружающий воздух и отогнали комаров. И произвели 210 кВтч тепловой энергии. Значит, EROI получается 210 / 0,23 = 913.
Ща нам напихают в панамку за значение 4,2 кВт на килограмм сухих дров, потому что кто-то скажет, что вот дед у него такие дрова заготавливал, что аж соседнюю деревню грел своей печкой, поэтому у него все 6 кВт на кг были. Однако, мы тут принцип показываем, а не в дебри уходим. Ещё для простоты мы считаем, что абсолютно вся энергия дров пошла на полезный обогрев вас, про потери забываем. Пока.
Дальше вы обустраиваете себе землянку и начинаете заготавливать дрова впрок, а также охотиться на зверей, чтобы было что пожрать. Кстати, 200 ккал из прошлого примера вы получили из какой-то еды, которая по случайности оказалась у вас. Потому что чтобы потратить энергию, надо её откуда-то получить изначально. И вот в результате вашей активной хозяйственной деятельности вы собрали весь сушняк в округе и ходить теперь приходится подальше, километра за 3-5, только чтобы собрать топливо. И за час уже по 50 кг не заготовить — надо деревья валить, таскать, колоть, сушить. И пользоваться не сразу, а как высохнут. И тратите вы уже не по 200 ккал, а 6000 ккал или по 7000 Втч за ВЕСЬ ЦИКЛ заготовки и обработки дров. И EROI ваших дров получается 210 / 7 = 30. Всё ещё существенно больше единицы.
Кот на зарядке.
Со временем радиус поиска дров увеличивается кратно, а лошадь вы никак приручить не можете. Пусть с пролетающего вертолёта вам под ноги падает мотоцикл на газогенераторной тяге.
Предположим, что КПД этого чудо-устройства равно КПД первых паровых двигателей и составляет 3%. Давайте посчитаем EROI: (210 кВтч * 0,05) / 7 = 0,9. Что это означает?
Что проще таскать дрова самому, чем на этом мотоцикле, энергии будет потрачено всё ещё меньше. Либо смастерить велосипед из дерьма и палок и крутить педали. Всё ещё выхлоп будет положительный.
Теперь пофантазируем и представим, что вы таки обустроили свой быт, построили жильё, посадили хлеб, научились мастерить шахматы из хлебного мякиша. А также познакомились с жителями деревеньки, которая отыскалась в 50 км от вас. И они очень оценили ваши шахматы и просят вас продать их, без шахмат им никуда. Только 50 км пешком с грузом шахмат не пройти. Нужно делать железную дорогу. Или обычную дорогу, но перевозить ящик шахмат с помощью нового устройства, упавшего с неба. Пусть это будет усовершенствованный паровоз с КПД под 10%. Но вот только на сбор дров для топлива для данной машины вы тратите уже 40 000 Втч, потому что жрёт он как не в себя. Кроме того, посев и сбор хлеба, а также доведение его до состояния мякиша также требуют расхода энергии.
Считаем: (210 кВтч * 0,1) / 40 = 0,525. И становится понятно, что куда проще собрать тачанку на ручном мускульном приводе. Проще и полезнее будет.
Наши примеры тут были чисто умозрительные для наглядного объяснения параметра EROI. Внимательный читатель скажет: «Так ведь стоит увеличить значение в числителе, то есть использовать просто другое топливо, как показатель снова станет положительным». И будет прав.
На заре 20 века EROI нефти был около 100. То есть требовалось затратить энергию от 1 бочки нефти для того, чтобы добыть 100 бочек нефти. Это во времена, когда копнёшь во дворе — а нефть так и бьёт фонтаном в небо. Мы помним, как во времена нашего детства в Тюмени мамы запрещали сильно в песочнице ковыряться — «Перепачкаешься нефтью», говорили, «Как потом отстирывать?» Мы отвлеклись. Вот таблица EROI из вражеской Википедии. Как видим, труднодоступность нефти сыграла свою роль — теперь EROI уже сильно ниже, но всё ещё положительный.
А вот тут надо принять во внимание тот факт, что данная энергетика имеет прерывистый характер, и для стабильной работы электрической сети необходима некая форма хранения (буферизация). Поэтому в расчёт EROI необходимо закладывать ещё и затраты на буферизацию. И с этими сведениями картинка начинает выглядеть иначе. Вот так:
Начиная с четвёртого места идут источники энергии, которые перешагнули порог экономической целесообразности использования: промышленные солнечные панели в пустыне, ТЭЦ, уголь, гидроэлектростанции и атомные электростанции с реакторами типа ВВЭР и обогащением топлива с использованием центрифуг (кстати, это наша русская гордость, но об этом не сейчас).
Что такое экономическая целесообразность? Это примерно то самое, что мы описывали в примере с производством шахмат. Поскольку всё вокруг нас может быть выражено в чистой энергии, вернее, в затратах этой самой энергии на изготовление машины или строительство очередного торгового центра, то в мире суровых энергетиков и экономистов есть следующая пирамида:
Казалось бы, причём тут EROI и электромобили? Да вообще ни при чём, мы же просто графоманы. Но всё же, посмотрите на эту забавную картинку:
КПД газовой турбины на ТЭЦ — всего 35%. И дальше начинаются потери на передачу электроэнергии конечному потребителю. То есть у нас сначала где-то там сжигается газ/мазут/уголь, тепловая энергия преобразуется в электроэнергию с потерями 65%, потом идёт ещё 1% потерь по высоковольтной линии ЛЭП, высоковольтная энергия преобразуется в 380 или 220 вольт на подстанции с потерей 2,1%. Эта энергия приходит к вам домой в розетку с потерей 1,4%, накапливается в литиевом аккумуляторе с потерей 3,1%, и наконец, электромотор крутит ваши колёса тоже с потерями 4% на преобразование электрической энергии в механическую! И в итоге получаем маленькие, но гордые 24% реального КПД электрокара!
Кстати, мопед не наш, мы просто разместили объявление. Отдельно отметим, что потери в сетях могут быть значительно выше. Особенно на среднем, втором и низком уровнях. Там надо ещё учитывать характер нагрузки, топологию сети и неоптимальные режимы. Реальная цифра будет ещё ниже, но во избежание травмирования психики мы её тут приводить не будем — нам и этого хватает.
А ещё к вопросу о «балансировке энергосети путём включения электромобилей в сеть для возврата электричества в моменты дефицита», который поднимался в комментариях. Ну, включайте. Только не забудьте от ваших 28% отнять ещё и сетевые потери. Сколько на выходе получим? Это мы ещё другие проблемы данного подхода не упомянули.
Там же на картинке находится ДВС с его КПД в 37,5%. У бензина, кстати, EROI около 10.
Вы же помните, как мы считали EROI? То есть, пока у нас энергии хоть залейся, все эти ваши электромобили попадают в разряд Arts или там Education. Но как только энергии начинает не хватать, кто пойдёт под нож первым?
Под «залейся энергией» мы подразумеваем нефть, газ и атомную энергию. Возобновляемые источники энергии мы в расчёт не берём, по причинам, описанным выше.
Но!
Нам в комментариях к прошлому посту указали, что в Германии доля ВИЭ превысила 50%. Получается, Кузовпорт опять нанюхался краски и лака и бредит, доказывая что-то про неведомый EROI.
Однако есть ложь, есть большая ложь, а есть статистика. А точнее, интерпретация данных. Действительно, в доле ВЫРАБОТКИ электроэнергии доля ВИЭ достигла небывалых высот. А что с долей потребления?
Во-первых, вот график экспорта электроэнергии Германии (мы же помним, что говорим про страну с развитой промышленностью и энергетикой) за последние 33 года:
Обратите внимание, что экспорт стал, как нынче модно говорить, отрицательным. Это означает, что они энергию импортируют. Это вообще забавно — такие развитые, а обеспечить себя не могут.
Импортируют из Польши, где угольная генерация, и из Франции, где развитая атомная генерация. Всё же размер территории европейских стран позволяет организовать замкнутую энергосистему с перетоками между границами государств.
«Газ русский закончился», — скажете вы. Вот и импортируют. И будете правы. Но это не всё. Следите за руками. Вот вам ПОТРЕБЛЕНИЕ электроэнергии в Германии по видам:
Вот незадачка-то… на долю renewables, то есть ВИЭ, приходится всего ничего. То есть мы используем энергию, полученную из грязного польского угля или отвратительного тоталитарного русского газа, сожжённых в других местах, но это «другое», вы же понимаете.
Что мы имеем? Мы имеем потрясающую историю с очень удобными машинами, которые позволяют передвигаться по городу и экономить деньги на зарядке. Пока на это есть ресурсы. Пока не закончились дотации. Как там, кстати, льготные парковки для электромобилей? А транспортный налог?
Ну, чуть позже поговорим. Но всё это не имеет никакого отношения к реальности. И закончится, как только начнут иссякать ресурсы на поддержание этого праздника жизни. А пока ресурсы не закончились — милости просим к нам на покраску, и в комментарии для высказывания всего, что вы думаете о нашем псевдонаучном бреде.