Энергетическая плотность и человеческая ДНК будут определять энергетическое будущее

 Виджай Джаярадж

Несмотря на то, что солнечные и ветровые технологии рекламируются как источники энергии следующего поколения, они внедряются в электросети только благодаря государственным постановлениям и субсидиям. Их неспособность быть свободно принятыми инвесторами и потребителями заключается в жалкой плотности энергии солнечных панелей и ветряных турбин.

Плотность энергии определяется как количество энергии, запасенной в данной единице массы или объема — метрика, которая имеет решающее значение при определении жизнеспособности источников энергии. Обычно его измеряют в джоулях на килограмм (Дж/кг) для массы или джоулях на кубический метр (Дж/м³) для объема. Часто выражение выражается в миллионах джоулей или мегаджоулей (МДж).

Древесина, широко использовавшаяся до появления угля, имеет плотность энергии всего 16 МДж/кг. Готовое внедрение обществом ископаемого топлива обусловлено значительно более высокой концентрацией энергии: Угля - примерно 24 МДж/кг; нефти - 45 МДж/кг; и природного газа - 55 МДж/кг. В совершенно другой лиге ядерное топливо, в зависимости от типа, имеет плотность энергии около 4 миллионов МДж/кг и, безусловно, будет широко использоваться по мере развития общества на протяжении 21 годаст век и в следующий.

Литий-ионная батарея считается важной для компенсации ужасающе низкой надежности ветра и солнца. Однако большинство аккумуляторов коммерческого масштаба имеют плотность энергии менее 1 МДж/кг, что на порядки меньше, чем у древесины.

Водород - якобы футуристическое топливо - имеет всего треть плотности энергии древесины.

Как и следовало ожидать, солнечная энергия и ветер не соответствуют плотности мощности, которая является мерой количества производимой энергии. Что касается землепользования, солнечная и ветровая энергия выбрасывают 5-20 и 2-3 Вт на квадратный метр территории, где газовая электростанция вырабатывает 1000 Вт.

Превосходная эффективность ископаемого топлива позволила совершить качественный скачок в производительности труда человека, фундаментально изменив траекторию развития цивилизации. Эта характеристика позволила создать компактные, портативные и высокоэффективные энергетические системы, питающие все: от небольших двигателей до массивных производственных комплексов. Можно было бы обеспечить промышленные процессы, требующие интенсивного тепла или большого количества энергии за короткое время.

Транспорт, производство, сельское хозяйство — практически все аспекты современной жизни — были преобразованы. Города становились все больше и сложнее, мировая торговля расширялась в геометрической прогрессии, а технологические инновации ускорялись беспрецедентными темпами. В конечном счете, возможность производить большое количество электроэнергии по требованию в сочетании с развитием обширных распределительных сетей принесла электроэнергию миллиардам людей, что резко улучшило уровень жизни во всем мире.

Ископаемое топливо имеет особенно важное значение для энергоемких отраслей, таких как производство стали и цемента. Эти отрасли требуют не только большого количества тепла, но и особых химических свойств, которые обеспечивает ископаемое топливо.

Энергетика и удельная мощность не рассказывают всей истории. Относительное изобилие и простота добычи и переработки являются важными факторами, которые делают ископаемое топливо предпочтительнее других источников.

Другим является коэффициент мощности электростанции или отношение ее фактической мощности к потенциальной мощности, если она будет работать непрерывно на полной паспортной мощности. Угольные электростанции приближаются к коэффициенту мощности 50%, а парогазовые электростанции превышают 55%. Атомные электростанции достигают поразительного среднего коэффициента мощности в 93%.

Однако факторы мощности для ветра и солнца составляют менее 35% и 25% соответственно из-за их зависимости от погодных условий и количества солнечного света. Это означает, что ветер и солнечная энергия не могут быть включены в любое время, когда им необходима энергия. Они также не могут быстро адаптировать выпуск к изменениям спроса. Другими словами, они производят энергию тогда, когда ресурсы доступны, а не тогда, когда они необходимы.

Ископаемое топливо имеет жизненно важное значение не только для того, чтобы позволить развивающимся странам быстро расширяться, но и для богатых стран, которым необходимо поддерживать экономический рост и продолжать поставлять энергию по доступной цене для промышленности и домов. Даже Илон Маск из Tesla использует маслосодержащее топливо — ракетного керосина — для ракеты SpaceX Falcon.

Призывы отказаться от угля, нефти и природного газа заставят общество регрессировать на сотни лет, когда человеческой природе свойственно двигаться вперед — даже вверх к другим мирам. В нашей ДНК просто нет возможности поддаться такой чепухе.

Этот комментарий был впервые опубликован по адресу Обзор БизПак 16 июля 2024 г.

Виджай Джаярадж является научным сотрудником Коалиция CO2, Арлингтон, Вирджиния. Он имеет степень магистра наук об окружающей среде Университета Восточной Англии, Великобритания, и степень магистра в области энергетического менеджмента Университета Роберта Гордона, Великобритания.