?

Log in

No account? Create an account

Делай, что должен

будет, что будет

Previous Entry Share Next Entry
Время-не-ждёт (RUS4)
crustgroup
В прошлых частях нашего рассказа речь шла больше о получении энергии и об внутренней эффективности этого процесса.
Как мы помним, данный сектор экономики - топливно-энергетический комплекс (ТЭК) в случае его анализа на подходах, отличных от чисто бухгалтерских расчётов "прибыли", "затрат" и "доходов", можно анализировать по соотношению EROEI (энергии полученной из процесса, к энергии, затраченной в процесс).

Ведь, в самом деле - о какой бухгалтерии можно говорить, стоя у фонтана скважины, из которой за сутки сами по себе вытекает 6000 тонн нефти (скважина "Бурган-1", Кувейт, апрель 1938 год)? Может, записать в графу "расходы" 30 000 фунтов золотом, заплаченных за концессию площадью в 10 000 квадратных километров? 
Или - могут ли расходы в полтора миллиона фунтов наличными и бурение 10 скважин соответствовать нахождению семи месторождений нефти с совокупными запасами в 4,3 млрд. тонн нефти  и 1,4 трлн. м3 газа (Иран, 1940 год, месторождения Месджеде-Солейман, Хефтгель, Нефтшах, Гечсаран, Агаджари, Нефтсефид, Лали - по сути дела one shoot-one kill: "одна скважина - одно месторождение")?

Нет, это в чистом виде рента, доход, совершенно не привязанный к расходам и усилиям компании на его получение. Ранняя нефть служила капитализму верой и правдой, но сама при этом была совершенно вне капиталистических отношений. Есть грустная ирония в том, что социальный уклад, поборовший рентные отношения феодального строя, по факту сам базировался на ренте - правда, уже иного, энергетического плана.

Как можно учесть эту "энергетическую ренту" в рамках всей экономики и привести её к общему знаменателю с другими процессами, используемых различными секторами народного хозяйства?
Легче всего сделать это, "перевернув" параметр EROEI и превратив его, по сути дела, в более известный и более понятный многим коэффициент полезного действия - или КПД.
В самом деле, например, EROEI 100:1, характерный для эксплуатации ранних залежей нефти, это не что иное, как КПД в 10 000% (прописью: десять тысяч процентов). Копейку вложил, сто рублей с неба упало из под земли вылезло. Не бизнес, а мечта.



Собственно говоря, именно такие высокие значения для первых разрабатываемых залежей угля и нефти и сделали капитализм возможным. Проблема раннего капитализма была в том, что первичные механические двигатели утилизировали энергию минеральных топлив с жуткими, по нынешним меркам, КПД.

КПД паровых машин только к середине XIX века добрался до уровня в 10-12%, а до этого момента вообще барахтался в районе 1-2%. Соответственно, первые индустриальные механизмы, даже используя топлива с EROEI 100:1 (что, как мы теперь понимаем, соответсвовало КПД топливной части экономики в 10 000%), не всегда могли вытеснить лошадей и ручной труд из технологических цепочек.

Для понимания процесса в конкретных цифрах - человек может выдавать "на гора" 100-150 Ватт мощности в течении 8 часов. Это теоретический максимум. Для этого ему надо подать "на вход" около 2500 ккал пищи. Дальше можно посчитать КПД человека:

1 ккал = 0,001163 кВт-ч, 2500 ккал=2,9 кВт-ч. (затраты энергии)
150 Вт/ч*8часов=1,2 кВт-ч (выдача энергии)
1,2 кВт-ч/2,9 кВт-ч=41%

То есть, батрак (или раб) - на самом деле, не столь уж и неэффективный экономический механизм. Если забыть о том, что он тоже живой человек и заставить его работать "за еду", то десяток батраков вполне могут обеспечить едой, питьём и нехитрыми развлечениями одного патриция. Что, собственно говоря, Древний Рим нам с успехом и продемонстрировал.

У лошади же, за счёт большей массы тела, КПД ещё больший. Теоретический предел для работающих митохондрий живого организма - около 51% энергии пищи, превращённой в чистую энергию. Поэтому, собственно говоря, лошади и люди долго и не сдавали свои позиции механизмам "века угля".

Поэтому, исходя из данного примера уже становится понятно, почему первичный источник энергии должен иметь достаточно высокий EROEI - на его "плечах" надо выстроить всю сложную технологическую цепочку комплексной структуры экономики. В каждом следующем переделе и превращении энергии его начальный КПД ("перевёрнутый" EROEI) будет умножаться на КПД специфических процессов каждого из переделов и вполне может упасть ниже 1 (ну, или в терминах КПД - КПД всей экономики, построенной на таком ресурсе упадёт ниже 100% - экономика станет производить меньше, чем подаётся на её "вход").

Кроме того, надо учесть, что многие экономические и общественные процессы ничего не возвращают в экономику назад в виде энергии или материальной продукции, на которую эту энергию затратили. Самые простые примеры - наука, здравоохранение, образование. Люди из этих секторов, жизненно необходимые для сложного общества, всегда были, есть и будут нетто-потребителями энергии и благ, полученных из неё. Это в традиционном обществе можно иметь EROEI 2,5:1 (КПД процесса 250%). Крестьянин вырастил пшеницу "сам 2,5" - нормальный урожай доиндустриальной эпохи, пшеницу съел, преобразовал энергию пищи в полезную работу (с собственным КПД в 40-50%), один раз в год залез на жену и заделал ей ребёнка. Жена беременная пашет вместе с ним на грядках, дети с пяти лет уже пасут гусей. Зубы рвём себе сами, умираем от простуды в 30 лет, считаем в пределах десяти.

А почему так? А потому что, даже в таком коротком цикле "крестьянин-пшеница-крестьянин", если перемножить КПД первичной энергии и КПД её использования, то получаем, что чистый выход системы "крестьянин-пшеница-крестьянин" составляет жалкие 2,5*0,45*100%=112%. Вот и получается, что на одного бездельника  - фараона, жреца или строителя пирамид - надо держать "на подхвате" 9 батраков или рабов.

Поэтому, для планирования будущего нужно чётко знать, что кроме EROEI первичных источников, не менее 4:1 (что соответствует КПД в 400%), надо иметь ещё и очень активные утилизирующие устройства, которые помогают превратить первичную энергию во что-то полезное. Поскольку первичная энергия в индустриальный век обычно состоит из всяких "невкусных" и "неполезных" вещей вроде атомов урана или цепочек углеводородов, сразу скажу, что батраки в моём забеге не участвуют - их принципиально нельзя накормить ни нефтью, ни газом. Кроме того, я принципиально не хочу, чтобы мои дети были батраками. Вот такое у меня, извините, граничное условие.

Поэтому - рассмотрим этих "крепких индустриальных ребят":
 



Участники весёлых стартов:
ГПУгт - ДВС на генераторном газе;
ПТУпг - ДВС на природном газе;
ГТУ - газотурбинные установки на природном газе;
ДДУ - двухтактные дизельные установки на дизельном топливе;
МТУ - микротурбинные установки;
ПДУ - установки с паровыми двигателями;
ПТУ - паротурбинные установки на природном газе;
ПГУ - парогазовые установки на природном газе;
СДУ - установки с двигателями Стирлинга;
ТЭУ - установки с топливным элементом;
ЧДУ - четырехтактные дизельные установки на дизельном топливе.

Отрешившись от возможности задействовать всех этих "крепких ребят" на транспорте - как мы помним, там есть весьма специфические требования к весу и запасу топлива (энергии) на тот или иной тип двигателя - поставим их всех на неподвижный постамент и посмотрим, насколько они конкурентны друг другу.

Ведь, в конечном счёте, всех этих "ребят" можно так или иначе подключить либо к инвертору, либо непосредственно - к обычной динамо-машине и заставить выдавать электричество в общую сеть. После этого, из такой глобальной электрической сети, уже можно запитать и тяговые двигатели на транспорте (с КПД 70-80%) и асинхронные двигателя на производствах (с КПД 90-95%), и аккумуляторы электровелосипедов, лампочки, кондиционеры, кухонные комбайны и холодильники для населения, и будущие заводы по синтезу синтетического топлива для самых автономных и самых ответственных процессов.

Что сразу бросается в глаза?
Во-первых - природный газ надо жечь только в ПГУ (установки комбинированного цикла - газовая турбина, на её выхлопе - паровая турбина). Такие комбинированные машины позволяют перегонять в электроэнергию до 60% энергии топлива. Жечь газ в паровых котлах - в будущем - недопустимая роскошь.

Во-вторых - паровозов будет немного. ПДУ (паровые поршневые установки), к сожалению, так всерьёз и не вышли за размер 1 МВт и так и не поднялись выше 25-27% по КПД. Все низкосортные топлива надо будет по максимуму утилизовывать в ПТУ (паротурбинные установки, если что). Эти многоступенчатые монстры могут работать практически на любом топливе и имеют самый высокий КПД при такой уникальной всеядности по топливу - самые мощные из них выдают до 41% превращения энергии топлива в электричество. Однако, наряду с большими проектами, безусловно, будут реализовываться и более мелкие ПТУ - поскольку топливо вида "говно обыкновенное биомасса" обычно плохо поддаётся какой-либо осмысленной транспортировке, и её часто имеет смысл утилизовать прямо на месте образования.

В-третьих - размер мощностей от 100 кВт до 10 МВт очень эффективно, по-прежнему, закрывается поршневыми двигателями внутреннего сгорания (ДВС). Чем лучше топливо, используемое в них и чем совершеннее термодинамический цикл самого двигателя - тем более впечатляющ результат.
Дальше в догонялках внутри этого сегмента  - просто таки стандарт детской игры "камни ножница, бумага". Дизель бьёт двигатель с принудительным зажиганием на размерах больше 100 кВт, но проигрывает ему в более мелком размерном классе. Соляр эффективнее бензина, но в перспективе его будет труднее получать на заводах синтетического топлива - процесс Фишера-Тропша неэффективен для получения длинных цепочек углеводородов. Бензин эффективнее газообразного топлива, но в будущем газ низкого качества можно будет получать для ДВС и из коровьего навоза, и из древесины, и из угля. Поэтому, я думаю, что в этом сегменте нам ещё предстоит услышать о многих интересных изобретениях и концепциях.

Кроме того, надо учесть, что будущие источники энергии будут очень распределёнными по площади, поэтому часто и густо генерация энергии размеров  от 100 кВт до 1 МВт мощности будет очень востребована и экономически выгодна - при местном использовании многие такие топлива имеют очень высокий EROEI, а вот при перевозке они эту эффективность теряют.

В-четвёртых - в будущем надо будет что-то делать с "трудными подростками ХХ века" - топливными элементами, микротурбинами и двигателем Стирлинга.
Каждый из этих концептов очень интересен сам по себе (как сферический конь в вакууме), но требует очень серьёзных усилий инженеров по его доводке до состояния готового изделия. Микротурбины имеют адские запасы по собственному ресурсу (120 000 часов без капитального ремонта уже сейчас при 8 000 часов у среднего ДВС), двигатели Стирлинга могут работать, как и паровики, практически на чём угодно (а с гелием в виде рабочего тела - и с очень высоким КПД), а топливные элементы, в перспективе, обеспечивают необыкновенный КПД преобразования - до 70% энергии топлива можно превратить в электричество.

И да, теперь все эти ребята выигрывают у батраков и лошадей. Человечество не зря два века ломало себе голову тем, как сделать наш мир интереснее, чище, эффективнее и добрее.


promo crustgroup september 5, 2012 16:48 88
Buy for 100 tokens
Начиная цикл статей о ядерной энергии я постараюсь описать несколько моментов, которые часто проговариваются вскольз, либо вообще не упоминаются при разговоре о "ядерной альтернативе" ископаемым минеральным топливам. Стартанём собычных цифр и картинок, которые иногда гораздо более…

  • 1

про КПД человека

"Для понимания процесса в конкретных цифрах - человек может выдавать "на гора" 100-150 Ватт мощности в течении 8 часов. Это теоретический максимум. Для этого ему надо подать "на вход" около 2500 ккал пищи. Дальше можно посчитать КПД человека:

1 ккал = 0,001163 кВт-ч, 2500 ккал=2,9 кВт-ч. (затраты энергии)
150 Вт/ч*8часов=1,2 кВт-ч (выдача энергии)
1,2 кВт-ч/2,9 кВт-ч=41%"

Сомнительный какой-то подсчет. Что такое мощность 150 Вт, если представить это наглядно? За час это энергия 150 Вт*ч, или 540 килоджоулей. Пусть человек поднимает гирю 15 кг на высоту 1 м. Работа mgh=150 дж. Чтобы произвести работу в 540 кдж, он должен за 1 час поднять гирю 540 000дж/150дж = 3600 раз. Т.е 1 раз в секунду 15кг гирю на высоту 1м. И так 8 часов подряд, даже без перекуров. Не знаю, как там насчет римских рабов, но в настоящее время это представляется не теоретическим максимумом, а практически недостижимым результатом.
Человек "выдает" примерно 100 Вт энергии, но в виде тепла, это да. А для получения всяческих благ эту мощность пока не смогли приспособить. Думаю, реальная мощность среднего человека в качестве машинки для совершения полезной механической работы где-то в районе 1-10 Вт. Отсюда КПД не более 3%. Как у паровоза.

И еще непонятность.
"В самом деле, например, EROEI 100:1, характерный для эксплуатации ранних залежей нефти, это не что иное, как КПД в 10 000% (прописью: десять тысяч процентов). Копейку вложил, сто рублей с неба упало из под земли вылезло."
Если копейку вложил, то почему 100руб вылезло? Если 100:1, то 100 копеек должно вылезти. Фокусы какие-то империалистические. не иначе.
По другим вопросам придирок не имею.
За посты по сланцевым углеводородам прям спасибо готов сказать. Бальзам на душу.

Re: про КПД человека

Мощность 150 Вт?

http://velonews.competitor.com/2012/05/giro-ditalia/giro-power-analysis-bernhard-eisel-stages-1-15_220416

Это спортсмены.

Среднестатистический же человек может вполне выдавать ногами 150 Вт.
Руки у нас, мартышек, слабые. А вот ноги - хорошие и мощные.

Re: про КПД человека

Несерьезный аргумент.
Не могли бы вы русским языком пояснить, какую мощность там считают и по какой методике.
Кроме того, речь шла о КПД среднего человека при производстве полезной работы, а не о пиковых нагрузках спортсмена. Подмена понятий. Полный аналог с добычей сланцевого газа. Типа он $68 за 1000м3 стоит. Налетай, торопись, покупай живопИсь.
Я в качестве примера взял поднятие гири, т.к. работа при этом( в физическом смысле) практически равна затраченной энергии.
Если нетрудно, о приведите наглядный пример (с расчетами), при котором средний человек выдает полезную механическую мощность 150 вт на протяжении 8 часов. И при этом без чрезмерных усилий.

Re: про КПД человека

Я же говорю - среднестатистический человек выдаёт при работе ногами 150 Вт.
Встречал как-то сайт одного дедушки, который ножным приводом заряжал аккумуляторы. Так он это всё делал "под запись", с амперметром и вольтметром. Где-то так и выходило.

У спортсменов, если вы почитали: "Highest all-day average watts: 280 W / 325 normalized power (Stage 6)". То есть 280 Вт они весь день выдают.

Re: про КПД человека

Точно. Как же это я забыл, я же видел этот дедушкин сайт. Он там еще (после того, как аккумулятор зарядил, от которого его головной мозг питался) рассказывал про метлу своей бабушки, на которой она летает. Двигатель у неё (метлы) то ли ню-мезонный был, то ли что то с антигравитацией связано, но чертежи точно присутствовали, причем заверенные. В формате PDF (специально формат уточняю, чтобы скептики не сомневались).
В связи с вышеизложенным препирательства прекращаю.
Признаю полную победу разума над сарсапариллой.
...или наоборот...dubietas
Успехов.

Re: про КПД человека

Злой вы. Я вообще-то ещё и работаю, а не только обязан вам ссылки подтаскивать.

Держите, изучайте:
http://www.los-gatos.ca.us/davidbu/pedgen.html

Re: про КПД человека

(Anonymous)
1 л.с - мощность, затрачиваемая для поднятия груза массой в 75 кг на высоту 1 метр за 1 секунду. Ну или - человеку подняться за секунду на четыре ступеньки лестницы. А 150 вт - за минуту подняться на четвертый этаж. Вполне себе возможно, сами попробуйте, даже спешить не надо.

Re: про КПД человека

Наглядный пример с расчетами. Именно то, что я запрашивал. Спасибо.
3 этажа (подъем примерно 9-10 м)за 1 минуту - согласен (ноги действительно мощнее, это я упустил из виду) . Я потратил даже меньше - 52 сек, но шел побыстрее, чем обычно.
И что на 86 этаж ESB (подъем 303 метра) человек может пешком подняться за 9 мин 33 сек тоже не оспариваю. (прикидываем мощность: 80х10х300/570=421 Вт. Впечатляет и вполне согласуется с данными по гонщикам на великах).
Но автор говорит про 8 часов непрерывной деятельности, вот что меня смущает. За 1 мин - 3 этажа, за 8часов(480 мин) - 1440 этажей вверх.
Если надумаете попробовать, то обязательно поделитесь впечатлениями. Вот интересно - запыхаетесь или нет? Сильно устанете или это будет не очень обременительной прогулкой?

Вынужден признать, что вопрос оказался не так прост, как казалось.
Но расчеты автора КПД менее сомнительными не становятся. Начать с того, почему считается отношение
полезная работа за 8 часов/вся потребленная энергия за 8 часов?
Давайте КПД 4-х тактного ДВС по 1 или 2 тактам посчитаем?
Корректнее считать минимум за сутки, а лучше за неделю (или месяц) с учетом, что в выходные полезной работы не производится.

Хотелось бы обратить внимание, что ради красного словца уважаемый автор позволяет себе весьма вольное обращение с числами. Про EROEI 100:1 и копеечку затрат я уже говорил, приведу еще цитату "..один раз в год залез на жену.." Прям даже не хочется спрашивать, откуда такие данные. Вот вы, Аноним, с этим показателем согласны или есть некоторые сомнения? Личностные особенности не важны, берем среднее значение.




Re: про КПД человека

(Anonymous)
Расчёты КПД человека, естественно, несколько натянуты. И 2500 ккал - это только 1,4 к основному обмену, и 150 вт в течение 8 часов - совсем непросто, да и урожай "сам-третий" куда как чаще случался. Однако ученые от спорта принимают КПД мышечной системы человека в 30% (верхняя граница). Ну да и бог с ним. Здесь максима о КПД человека играет роль скорее "картинки для привлечения внимания". Конечно, посылка о прямой зависимости урожая от затраченной механической энергии надуманна - от некоторых людей выгоднее навоз получать: земля лучше родит. А на велотреке в Лужниках, хоть и прилагается мощность ватт по 300 с носа, кукуруза ещё не колосится. Однако, надеюсь вскоре прочитать исследование уважаемым Crustgroup урожайности зерновых в разрезе энергетической безопасности.

Re: про КПД человека

"...и 150 вт в течение 8 часов - совсем непросто..."
Пока я не увидел убедительного примера, что это вообще реально для среднего человека. Разве что найдется желающий покорить лестницу в небо.

"Расчёты КПД человека, естественно, несколько натянуты."
Именно это я и хотел сказать. И только это.
(единственное уточнение - натянуты не "несколько", а на порядок, я думаю.)

Re: про КПД человека

(Anonymous)
Подробно вопрос рассмотрен уважаемым Inq-ом из Никополя:
http://tourist.kharkov.ua/phpbb/viewtopic.php?f=27&t=50856&start=90
Изучайте. Всё в силах человеческих.
Вопрос лишь в том, насколько "полезны" эти действия с точки зрения выращивания кукурузы.

Re: про КПД человека

(Anonymous)
Подробно вопрос рассмотрен уважаемым Inq-ом из Никополя:
http://tourist.kharkov.ua/phpbb/viewtopic.php?f=27&t=50856&start=90
Изучайте. Всё в силах человеческих.
Вопрос лишь в том, насколько "полезны" эти действия с точки зрения выращивания кукурузы.

Re: про КПД человека

(Anonymous)
Подробно вопрос рассмотрен уважаемым Inq-ом из Никополя:
http://tourist.kharkov.ua/phpbb/viewtopic.php?f=27&t=50856&start=90
Изучайте. Всё в силах человеческих.
Вопрос лишь в том, насколько "полезны" эти действия с точки зрения выращивания кукурузы.

  • 1