proatom.ru - сайт агентства ПРоАтом
Журналы Атомная стратегия 2022 год
  Агентство  ПРоАтом. 25 лет с атомной отраслью!              
Навигация
· Главная
· Все темы сайта
· Каталог поставщиков
· Контакты
· Наш архив
· Обратная связь
· Опросы
· Поиск по сайту
· Продукты и расценки
· Самое популярное
· Ссылки
· Форум
Журнал
Журнал Атомная стратегия
Подписка на электронную версию
Журнал Атомная стратегия
Атомные Блоги





Подписка
Подписку остановить невозможно! Подробнее...
Задать вопрос
Наши партнеры
PRo-движение
АНОНС
Вышло в свет второе издание двухтомника Б.И.Нигматулина. Подробнее
Новинка!

Вышла в свет книга Вадима Подольного « Архитектура высоконагруженных систем. Системы сбора информации, распределенные системы управления, системы реального времени».
PRo Погоду

Сотрудничество
Редакция приглашает региональных представителей журнала «Атомная стратегия» и сайта proatom.ru. E-mail: pr@proatom.ru Савичев Владимир.
Время и Судьбы

[23/06/2022]     Мировой энергетический баланс, парниковый эффект

Мировой энергетический баланс, парниковый эффект и сравнение сценариев влияния на повышение температуры

Б.И. Нигматулин, М.Г. Салтанов, Институт проблем энергетики, Москва

В статье рассматриваются простые и наиболее показательные корреляции между выбросами парниковых газов (в первую очередь энергетики и транспорта) и глобальным повышением температуры.  Показан их вклад в глобальный парниковый эффект.  Показано, что при принятии в качестве определяющей, не годовой, а кумулятивной эмиссии разница в конечном эффекте - повышении температуры Земли - , для различных сценариев развития энергетики и транспорта (ВИЭ против традиционной энергетики, электротранспорт против транспорта на углеводородном топливе и т.д.) крайне мала и не может быть базой для выбора методов реального снижения темпов потепления климата.



Погодные аномалии за окном, Нобелевская премия 2021 года по физике за исследования климата и влияния углекислого газа на потепление, стратегические планы многих стран, лавина страниц СМИ, интернета, научных отчетов, планов крупнейших компаний, перегруженные энергоклиматической повесткой - все это требует, чтобы иногда простые оценки, основанные на первичных данных и их понятных связях, (а не кочующие из источника в источник мифы, симулякры и мнения экспертов) обновляли и проясняли понимание ситуации в её самых основных моментах. 

В настоящее время небесспорной, но доминирующей точкой зрения является то, что изменение климата и, в частности, повышение температуры в последние десятилетия, во-первых, связаны с деятельностью человека, а, во-вторых, этот температурный дисбаланс может привести к критическим последствиям.

 Рисунок 1 Глобальный индекс температуры суши и океанов

 

Отсюда и вопросы, которые, как показали события последнего времени, требуют четкого анализа и ответственного решения.

Должны ли мы что-то делать? Что именно делать? Что получится в результате? Сколько это будет стоить?

 

 

 

Рисунок 2. Рост числа природных катаклизмов в Мире 1900-2019. Включает: засухи, землетрясения, вулканическую активность, штормы, наводнения, лесные пожары и экстремальные температуры [[1]]

Если мы не ответим на эти вопросы, то станем свидетелями, участниками и виновниками роста природных катаклизмов в Мире, ярко выраженную динамику которого c 1975 года демонстрирует  Рисунок 2.

Исходное состояние

Объём углерода содержащегося в атмосфере в виде углекислого газа, его количество в мировом Океане, и потоки производимые различными естественными и антропогенными источниками показаны [[2]] на Рисунке 3.

Рисунок 3. Круговорот углерода в природе

Каждый год зеленые растения поглощают из атмосферы примерно 100 млрд.тонн углерода в процессе фотосинтеза и роста. (Это соответствует средней продуктивности 20 ц/Га зеленой массы на 10% земной поверхности). Примерно такое же количество углерода выбрасывается каждый год обратно в атмосферу при потреблении зеленых растений вторичными потребителями, их химическом разложении, лесными пожарами и другими естественными причинами. Полное количество углерода в биомассе, включая почвы, составляет по оценкам около 2200 млрд.тонн, что соответствует среднему времени жизни биомассы около 20 лет (близко ко времени жизни дерева). Пищевая цепь сообщества человек - свинья - зерно добавляет в сбалансированный круговорот углерода всего 1 млрд.тонн в год. Планктон и другие океанские растения, живущие на глубине до ста метров, куда проникает солнечный свет и где возможна реакция фотосинтеза, обмениваются с атмосферой примерно тем же количеством углерода, 90 млрд.тонн в год, что и наземные растения [[3]]. Океан содержит огромное количество углерода - около 40000 млрд.тонн, в виде углекислого газа, растворенного в воде на большой глубине, но обмен между поверхностью и глубокими слоями очень медленный. Такой обмен имеет характерное время 500-1000 лет и при нынешней концентрации углекислого газа в атмосфере по современным оценкам обеспечивает откачку около 2 млрд.тонн углерода в год.

Геологические источники углекислого газа не велики. Например, источник CO2 от вулканической активности и эрозии геологических структур поставляет в атмосферу только 0.1 млрд.тонн углерода в год, что гораздо меньше, чем биогенные потоки.

Весь антропогенный выброс составлял в 1990 году 5,54 млрд.тонн углерода (или 20,3 млрд.тонн CO2), а в 2018 году - 10,5 млрд.тонн углерода (или 38 млрд.тонн CO2).

Предмет анализа

Так как предполагается, что повышение средней температуры по Миру определяется общим антропогенным выбросом парниковых газов[1], а тот, в свою очередь - мировым энергобалансом, то для расчета эффектов имеет смысл анализировать именно мировой баланс, а не частные региональные случаи.

Внутри же самого энергобаланса актуально сравнить сценарии:

а)      сценарий смены топлива с угля (~3,8 тонн СО2/toe[2]) на менее «углеродный» газ (~2,2 тонн СО2/toe)

б)      сценарий смены углеродного топлива (уголь, газ) на ВИЭ.

Исходные данные

Анализ основан на первичных данных по энергопотреблению за счет различных энергоресурсов, приводимых Мировым энергетическим агентством в динамике 1990-2018 годов, доступной из открытых источников [[4]]. Исходные таблицы МЭА [[5]] с 1990-го года выглядят следующим образом:

Таблица 1.Структура энергетического баланса Мира в Ktoe (тысячи тонн нефтяного эквивалента). 1990 год.

 

Уголь

Нефть

Нефтепродукты

Природный газ

Атомная  энергия

Гидроэнергетика

ВИЭ  (ветер, солнце и пр.)

Биотопливо и отходы

Производство

2222701

3241549

 

1687399

525520

184064

36571

903428

Импорт

335327

1634762

585465

436948

     

1004

Экспорт

-343047

-1573769

-648282

-435564

     

-365

Изменения в запасах

5605

-11945

5432

-26596

     

95

Топливо-энергетический комплекс

2220587

3290597

-57385

1662187

525520

184064

36571

904162

Переводы

 

-88219

96216

         

Статистические различия

-25476

-734

-3654

14346

   

88

-218

Электростанции

-954406

-28752

-233792

-218247

-516434

-184064

-32307

-17234

ТЭЦ

-192467

-1517

-74015

-256953

-9086

 

-535

-35367

Тепловые установки

-70482

-213

-41794

-106783

   

-430

-6351

Газопереработка

-3684

 

-5064

2713

     

-32

Нефтепереработка

 

-3171065

3114390

         

Трансформация угля

-152102

232

-3190

-241

     

-104

Установки сжижения

-14224

5457

 

-2255

       

Другие преобразования

 

19613

-19910

-653

     

-46640

Собственное использование энергетической отрасли

-40920

-7566

-175705

-126803

     

-6924

Потери

-15087

-6919

-867

-22902

   

-6

-333

Общий конечный расход

751739

10913

2595230

944409

   

3382

790960

Промышленность

456462

2906

328705

362133

   

129

110658

Транспорт

9389

21

1482403

56612

     

5900

ЖКХ

153007

106

196212

274851

   

2339

639538

Коммерческие и общественные услуги

51535

4

93908

116084

   

299

11427

Сельское хозяйство / лесное хозяйство

14320

2

104939

7515

   

58

5603

Рыбная ловля

39

 

5819

2

   

6

3

Прочее

40991

230

28528

38194

   

550

17832

Неэнергетическое использование

25995

7644

354716

89018

       

При этом можно определить общие выбросы СО2, учитывая коэффициенты, как приводимые в литературе, так и получающиеся за счет анализа данных о выбросах, также представленных МЭА.

Таблица 2.Удельные выбросы различных видов углеродного топлива

Углеродное топливо

Тонн СО2/toe

Coal

Уголь

3,84

Crude oil

Сырая нефть

2,57

Oil products

Нефтепродукты

2,57

Natural gas

Природный газ

2,15

Biofuels and waste

Биотопливо и отходы

3,84

Предпосылки для прогноза изменения температуры

Прогноз изменения температуры основан на достаточно упрощенном, но, тем не менее, достаточно корректном предположении линейной зависимости температуры от концентрации СО2, а концентрации СО2, в свой очередь, о общего (кумулятивного) выброса СО2, включая:

-          естественные, достаточно сбалансированное выделение и поглощение СО2 в результате природных процессов на уровне в 2018 году - по 367 млрд. тонн (100 млрд. тонн углерода) в год

-          и антропогенную генерацию на уровне 38,5 млрд. тонн (10,5 млрд. тонн углерода) в год.

Так как отклонения температуры - 3-5оК от средней температуры на уровне ~290оК (1-2%) и изменения выбросов (в предположении баланса естественных выбросов и увеличения концентрации СО2 только за счет антропогенного фактора (5%), то предположение линейной зависимости достаточно хорошо отражает корреляции на этих малых отклонениях.

Рисунок 4. Структура потребления первичной энергии, 1990-2018 г.г., ktoe

 

Рисунок 5. Общее потребление первичной энергии, статистика и прогноз, ktoe

Общий прогноз с темпом роста (историческим и прогнозным) ~1.9% в год достаточно хорошо соответствует корреляции динамики мирового ВВП и общего энергопотребления при средних темпах [[6]] ВВП в 3,1% в год и коэффициенте эластичности 0,61. Это также совпадает с подробным анализом и прогнозом, приведенным в монографии «Макроэкономика и электроэнергетика Мира. Состояние и прогноз 1970-2017-2050» [[7]].

Краткое представление модели оценки

На рисунках представлены Исторические данные (NASA и пр.) по таким параметрам, как: накопленные выбросы СО2, концентрация СО2 в атмосфере, повышение температуры по Миру.

На этой основе и четко прослеживающихся взаимозависимостей можно определить базовые корреляции и их прогноз - вплоть до динамики температуры.

Рисунок 6. Накопленные выбросы и концентрация СО2.
Исторические данные

Рисунок 7. Накопленные выбросы и концентрация СО2. Корреляция и прогноз

 

Рисунок 8. Средняя температура Земли и концентрация СО2.
Исторические данные

Рисунок 9. Рост концентрации СО2 и повышение средней температуры Земли.
Корреляция и прогноз

Рисунок 10. Накопленные выбросы СО2 и повышение температуры.
Факт и экспресс-прогноз (совпадет с большинством прогнозов)

Выбросы и концентрация СО2 не единственная причина парникового эффекта и повышения температуры. Однако, концентрация СО2 позволяет оценить динамику и связь между антропогенным фактором и ростом температуры Земли

Прогноз структуры энергопотребления по всем направлениям (энергетика, промышленность, транспорт и пр.)

 

Рисунок 11. Структура потребления первичной энергии по направлениям, статистика и прогноз

 

Как видно из рисунка, структура потребления на этом отрезке достаточно консервативна. Изменения составляют единицы процентов. Однако, явно заметно повышение веса энергетики и снижение доли ЖКХ в общем балансе.

Соответственно, с учетом коэффициентов углеродности (Таблица 2), структура годовых выбросов СО2 выглядит следующим образом:

 

Рисунок 12. Динамика годовых выбросов СО2, Гигатонн

 

 

Рисунок 13. Динамика структуры годовых выбросов СО2

 

Или, переходя к годовому, накопленному антропогенному выбросу

 

Рисунок 14. Общий антропогенный кумулятивный выброс СО2, Гигатонн

 

Рисунок 15. Динамика пропорций энергетических и прочих кумулятивных выбросов СО2

 

Как видно из итогового графика пропорции структуры выбросов крайне консервативны и, несмотря на общее увеличение выброса в целом, вклад агрегированного выброса энергетики в общий выброс остается на уровне 36-39%.

Как предварительный вывод - если даже исключить углеродный след всего топливо-энергетического комплекса, то из предполагаемого общего увеличения температуры на 2-3 градуса мы выиграем только 0,7-1,2 градуса.

При этом, многолетние линейные тренды делают анализ более прозрачным и устойчивым.

Прогноз структуры энергетики в консервативном сценарии

В энергетическом секторе вклад в общее энергопотребление дают углеродные и безуглеродные виды генерации, но потенциал снижения выбросов есть только у энергетики, использующей сгораемое топливо. Эта внутриэнергетическая структура, на основании данных МЭА выглядит так:

Рисунок 16. Динамика пропорций энергетических выбросов СО2

 

 

 

Рисунок 17. Динамика пропорций выбросов СО2 - углеродная и безуглеродная энергетика. Статистика и прогноз в инерционном сценарии

 

При этом, достаточно парадоксальным выглядит общее повышение доли углеродной энергетики в балансе (на 11%) за счет безуглеродной, прежде всего, атомной энергии- более 6%

Таким образом, полный ресурс для снижения углеродного следа энергетики в общем выбросе составляет примерно 37%*84%=31%.

Из них сценарий смены топлива с угля (3,755 тонн СО2/toe) на газ (2,167, тонн СО2/toe) касается только соответствующих составляющих топливного баланса самой энергетики

На рисунке ниже показан как исторический тренд, так и прогноз пропорций топлива при полностью инерционном сценарии - без трансформации структуры углеродной энергетики. Устойчивости тенденций 1990-2018 годов в этом случае дают основание продлить их на следующие 30 лет. Наиболее заметная динамика - в достаточно неактивном повышении доли газа (с 24% до 31%) за счет снижения доли нефтепродуктов (с 15% до 4%) при небольшом увеличении доли угля.

Рисунок 18. Динамика пропорций выбросов СО2 углеродной энергетики по видам ресурсов. Статистика и прогноз в инерционном сценарии

Предварительная оценка температурных эффектов в энергетике

 Таким образом, из всего ресурса энергетики по снижению выбросов 31% (в том случае если она станет безуглеродной за счет ВИЭ, либо атомной энергетики) общий ресурс снижения выбросов за счет замены угля на газ может составить до 20% от общего выброса. Это - основной ресурс по снижению углеродного следа энергетической отрасли - в первую очередь в части генерации электроэнергии.

Соответственно, при необходимости общего снижения всего антропогенного выброса, приводящему к температурному эффекту[3] в 2-3 градуса, сложное и технологически затратное «обезуглероживание» всей энергетики даст 0,6-0,8 градуса, а достаточно простая классическая смена топлива до 0,4-0,6 градуса.

Это не критическая, но достаточно большая часть общего эффекта. При этом - разница между сценариями ВИЭ и классической энергетики (АЭС, ТЭС, ГЭС) - незначительная.

Например, как видно из рисунка выше, общий ресурс транспорта также даст около 20% снижения температуры при полном переводе на безуглеродное топливо (в работах ИПЭ показана потенциальная доля перевода транспорта на электро и водородомобили ~30-40%, к 2050 году или, в соответствии с вышеприведенной логикой - 0,1 градуса). Ресурс всей промышленности - только 15% или ~0,3-0,4 градуса.

Сценарии снижения углеродного следа: инерционный, «замена угля на газ», «замена угля и газа на ВИЭ». Баланс природного газа

Консервативный (инерционный). Структура первичных энергоносителей не регулируется специально и её динамика соответствует естественным тенденциям (например - небольшое увеличение доли ТЭК в балансе выбросов и т.п. При этом общий расход газа составит к 2050 году 95,6 трлн.кубометров или 48% от доказанных разведанных объёмов ~220 трлн.кубометров, из владельцев которых в первой пятерке стран - Россия (~50 трлн.кубометров), Иран (34 трлн.кубометров), Катар (25 трлн.кубометров), США (15,5 трлн.кубометров) и Саудовская Аравия (9,2 трлн.кубометров). Это 2/3 от всех запасов.

 

Рисунок 19. Структура энергоносителей в инерционном (консервативном) сценарии. Статистика и прогноз

Перевод генерации электроэнергии с угля и газа на ВИЭ, В данном сценарии предполагается модель резкого перевода за 5 лет всей угольной и газовой электрогенерации на безуглеродные (возобновляемые, атомные) источники электроэнергии. При этом угольные ТЭЦ для снижения углеродного следа переводятся на газ, так как ВИЭ не совсем хорошо подходят для отопления.

Практически такой переход невозможен. Но, в качестве экстремального варианта, хорошо демонстрирует рамки эффектов.

Рисунок 20. Структура энергетики при переводе генерации электроэнергии с угля и газа на ВИЭ

Переход с угля на газ. Это отработанный и относительно малокапиталоёмкий способ. Модель допускает широкий спектр изменения и учета параметров. В данном сценарии, как наиболее предпочтительные, рассчитываются: переход за 4 года 50% КЭС на ПГУ, 50% КЭС - замена топок с угольных на газовые и 100 замена топок угольных ТЭЦ на газовые. При этом КПД паросилового цикла полагается 35%, парогазового - 57%.

 

 

Рисунок 21. Структура энергоносителей при переходе с угля на газ

 

При этом, в качестве ограничений модели - непревышение к 2050 году доказанных запасов газа.

Показательно - сравнить потребности в природном газе с существующим уровнем его ресурсов. В данном случае его общий расход составляет 79% от доказанных запасов (220 трлн.м3). В целом же запасов газа гораздо больше. Это показывает Таблица 3.

Таблица 3. Сопоставление мировых запасов углеводородов [[8]]

Вид сырья

Доказанные запасы

Прогнозные ресурсы

Конвенциональные углеводороды

Газ [[9]]

220 трлн м3

460 трлн м3

Нефть

180 млрд т

370 млрд т

Уголь

700 млрд т

18 трлн т

Всего, млрд т.у.т.

около 1200

до 20 000

Неконвенциональные углеводороды

Сланцевый газ

200 трлн м3

330 трлн м3

Сланцевая нефть

47-55 млрд т

 

Нефть битуминозных песков [[10]]

400 млрд т (только в Канаде и Венесуэле, без учёта других месторождений)

Метан угольных пластов [[11]]

260 трлн м3

Горючие сланцы [[12]]

450 трлн т горючих сланцев (эквивалентно около 26 трлн т сланцевой смолы)

Всего (без газовых гидратов)

25 000-30 000 млрд т.у.т.

Газовые гидраты

до 15 000 трлн м3 (до 17 000 млрд т.у.т.)

По другим данным прогнозируемые запасы сланцевого газа составляют 760 триллионов кубометров, доказанные, по данным американского агентства EIA, — 187,5 триллионов кубометров. Крупнейшими месторождениями сланцевого газа обладают КРН — 19,3 % от мировых запасов, США — 13%, Аргентина — 11,7%, Мексика — 10,3%, ЮАР — 7,3%, Австралия — 6%, Канада — 5,9%.

При этом, в инерционном сценарии может быть израсходовано ~46% доказанных запасов газа (от 220 трлн м3, в сценарии перехода на ВИЭ ~38%, в сценарии смены угля на газ ~79%. С учетом других ресурсов, например, сланцевого газа, эта доля уменьшается в несколько раз.

Таким образом, несмотря на то, что при всех сценариях расход достаточно существенный, увеличенный расход газа абсолютно точно не приведет к критическому исчерпанию его ресурсов в горизонте 2050 года.

 

Результаты расчета выбросов углекислого газа

Необходимо подчеркнуть, что настоящий анализ ориентирован только на смену первичных энергоресурсов в энергетике (угля на газ, КЭС на ПГУ и ВИЭ, ТЭЦ с угля на газ), как самой приоритетной (при публичных дискуссиях) злостной загрязнительнице окружающей среды, и не затрагивают вклады в выброс транспорта, промышленности, ЖКХ и пр., занимающих, тем не менее до 70% в общих выбросах. При этом сравниваются альтернативы классической смены топлива (угля, занимающий, например большую часть баланса Европы) на менее углеродное (газ) и модной тотальной замене обычной генерации на ВИЭ.

Общие объёмные показатели потребления и выработки, а также конечный температурный эффект позволит определить цену вопроса и то, за что именно её придется платить.

В соответствии с потреблением углеродосодержащиих энергоносителей в каждой составляющей баланса (уголь, газ и пр.) и удельными выбросами на единицу энергии (см. Таблица 2.Удельные выбросы различных видов углеродного топлива) рассчитан ежегодный и кумулятивный выброс СО2 с 1990 до 2050 года в этих сценариях.

Как показано выше, искомый эффект повышения температуры коррелирует с концентрацией углекислого газа, которая, в свою очередь, при условии стабильности природных факторов его генерации и поглощения впрямую коррелирует со значением общего кумулятивного антропогенного выброса.

 

Рисунок 22. Общий кумулятивный выброс СО2 при различных сценариях, трлн.тонн

Прогноз температурных эффектов

Корреляция общего количества СО2 и температуры хорошо видна на графике ниже. Он основан на расчетах общего кумулятивного антропогенного выброса. а по данным МЭА (см.выше) и данным NASA [[13]] по изменению температуры суши.

Рисунок 23.Статистика и прогноз температурных эффектов в консервативном сценарии

 

Рисунок 24. Итоговые варианты корреляций между кумулятивным выбросом СО2 и изменением температуры

Корреляция на основе динамики последнего десятилетия даёт более высокие темпы роста, чем база 1990-2020 годов, при практически идеальной линейной зависимости, однако основана на меньшей базе. Тем не менее уровень взаимозависимости показателей энергетического выброса и изменения температуры 97% также позволяет сделать достаточно корректные оценки.

 

 

Рисунок 25. Прогноз изменения температуры (от уровня 1970 года) в различных сценариях

Реалистичные сценарии развития энергетики

При принятии исходных предпосылок по выбросам CO2 и структуре электроэнергетики в 2020 г.: электроэнергетика – 40% выбросов суммарных выбросов СО2, Топливная энергетика -Уголь - 60%, Газ- 30% и прочее (нефтепродукты и др.) - 10%.;

Проведены анализ и оценка более детализированных и реалистичных сценариев:

-          консервативный – существующие тренды по динамике структуры топливной электроэнергетики сохраняется неизменно до 2050 г.

-          инновационный – снижение доли электропроизводства на ТЭС на угле в 2 раза и её замещение ТЭС на газе. Доля ТЭС на угле - 30%, а ТЭС на газе – 60% к 2050 году (для энергетики на ископаемом топливе);

-          ультраинновационный - переход с угля на газ на ТЭЦ (необходимо тепло), и полностью замещение угольных и газовых КЭС на ВИЭ (~80% генерации).

Они показали, в частности, что при:

-          плавном снижении к 2050 году доли электропроизводства на ТЭС на угле до 30% и её замещение ТЭС на газе – 60%.

Рисунок 26. Баланс энергии топлива 2020 года: уголь-60%, газ-30%, прочее (нефтепродукты и пр.) - 10%

-          балансе выбросов СО2 2020 года: уголь ~70%, газ ~21%, прочее (нефть и пр.) ~9% и линейном сокращение к 2050 году энергопотребления топлива за счет угля в 2 раза (на ~30%),

постепенный перевод этой части топливной генерации на газовую приведет к снижению накопленных выбросов угольной генерации на 7% (70%/2/2*40%) от общих выбросов по сравнению с инерционным (консервативным) сценарием. Доля выбросов газовой генерации повысится на ~3%, так как газ обладает в 2,3-2,5 раз меньшими удельными выбросами.

Итого 7% - 3% = 4% - это снижение накопленных выбросов СО2 от перевода половины угольной генерации на газовую.

При общем уровне повышения температуры 2-2,5оС, эффект всего мероприятия составит не более 0,1оС. При сроке - до 2050 года, ежегодный эффект составит ~0.003 оС в год. Это неощутимо малая величина.

Развитие транспорта

Также была проведена экспресс-оценка вклада возможной реструктуризации транспорта для снижения выбросов.

Рисунок 27. Ежегодный выброс СО2, Гигатонн

Рисунок 28. Накопленный выброс СО2, Гигатонн

 

Рисунок 29. Повышение температуры при переводе автотранспорта на электромобили и без него

 

При доле выбросов транспорта 2020 года: ~16% в общем выбросе, линейное сокращение к 2050 году энергопотребления топлива транспорта в 2 раза (на ~8%) и постепенный перевод этой части на электротягу приведет к снижению накопленных выбросов транспорта на 4% от общих выбросов по сравнению с инерционным (консервативным) сценарием.

При общем уровне повышения температуры 2-2,5оС, эффект всего мероприятия составит не более 0,1оС. При сроке - до 2050 года, ежегодный эффект составит ~0.003 оС в год. Это также неощутимо малая величина.

Результаты и выводы

Как показывают расчеты, к 2050 году в инерционном (консервативном) сценарии можно прогнозировать повышение температуры на 3,5-4,4 градуса к 1970 году или на 2-2,9 градуса к текущему состоянию. Эта величина - индикатор целевого эффекта.

При этом, перевод выработки электроэнергии с угольных и газовых типов генерации на ВИЭ может дать соответственно 0,5-0,7 градусов в рамках уменьшения этого эффекта (~25%), а переход с угля а газ (за счет замены паросилового цикла на более эффективный парогазовый и смены угольного топлива на газ, обладающий почти в 2 раза меньшим удельным выбросом СО2) - 0,3-0,5 градусов (~16%).

Эти расчетные показатели хорошо совпадают с предварительными оценками выше. Разница в 0,1 градуса обусловлена более детальным учетом структуры КЭС/ПГУ/ТЭЦ и потреблением 3-го вида энергоресурсов-нефтепродуктов, занимающих небольшую, но значимую долю в генерации.

При этом, разница в оценках интегрального целевого эффекта в диапазоне от 1,5 до 3,5 градусов практически не влияет на долю энергетики в нем и её температурные эффекты.

Таким образом различие в эффектах сценариях полной смены типа ресурсов в электроэнергетике энергетике «уголь меняем на газ» и «уголь/газ меняем на ВИЭ» составляет менее 10% общего целевого эффекта, если в качестве такового рассматривать неповышение текущей температуры относительно состояния на сегодняшний день.

Какая страна - основной резерв для снижения выбросов?

В таблице ниже представлены удельные выбросы электрогенерации стран Мира в 2020 году.

Страна

Индия

Китай

Япония

Германия

США

Россия

ЕС-28

Мир

Удельный выброс всей генерации,
кг СО2 на 1 кВтч

0,653

0,646

0,493

0,438

0,414

0,338

0,283

0,480

Удельный выброс топливной генерации, кг СО2 на 1 кВтч

0,946

0,966

0,677

0,808

0,679

0,536

0,692

0,760

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Доля в мировой электрогенерации

7%

27%

4%

2%

16%

4%

12%

100%

Доля выбросов в мировой электрогенерации

10%

36%

4%

2%

14%

3%

7%

100%

На 1% мировой электрогенерации приходится % выбросов в мировой электрогенерации

1,43

1,33 %

1,0 %

1,0%

0,88%

0,75%

0,6%

 

При этом явно видно, что наибольшим потенциалам обладают Индия и Китай (в сумме 46% выбросов). США дают 14% выбросов. Остальные крупные энергетические страны (Россия, Япония, Германия, Европа в целом) обладают гораздо меньшими уровнями выбросов.

При повышении потребления электроэнергии на душу населения в Индии до среднемирового уровня (с 1208 до 3081 кВтч/человека в год), Индия и Китай (при сохранении структуры энергоресурсов) могут дать до 56% мировых выбросов. Это более чем в 2 раза превышает весь потенциал США, Европы и России. Поэтому их вклад в стабилизацию климата будет практически неощутим даже при полном «озеленении» всей энергетики.

Заключение

Использование во многих представляемых материалах показателей выброса годового (или его изменений) вместо выброса накопленного (кумулятивного) даёт совершенно искаженную оценку влияний различных факторов на изменение температуры Земли вследствие парникового эффекта.

Это логично, так как физически - наиболее прямая связь между концентрацией СО2, как основным фактором, определяющим тепловую прозрачность атмосферы, (а, значит и поток теплоотдачи) и изменением температуры, прямо зависящего от этого потока. То есть - парниковым эффектом.

Существуют более сложные модели, учитывающие много иных факторов, а также их взаимодействие. Однако, как показано выше, линейные зависимости в интервалах десятилетий достаточно адекватны и консервативны.

При этом, более физичном интегральном, подходе, выясняется, что вклад энергетики и транспорта в годовой выброс (наиболее распиаренный и акцентированный на сегодня) сам по себе, конечно, заметен. Однако, при различных сценариях развития именно этих источников выбросов (консервативный сценарий, электрификация транспорта, ускоренный переход к возобновляемой энергетике, смена угля на газ и т. п.) разница в конечном целевом индикаторе успеха этих сценариев - температурных эффектах - крайне мала.

Безусловно, в связи с этим, имеет смысл переоценка актуальных путей минимизации уровня потепления климата. И уж, во всяком случае, необходима настройка их географии в соответствии с индивидуальными вкладами стран в общий эффект, единый для всей планеты.

Зелёные технологии в выработке электроэнергии и на транспорте - технологии будущего. Однако их возможности, роль в регулировании именно парникового эффекта крайне невелики - десятые доли градуса за весь период до 2050 года. Соответственно, общий ежегодный эффект (тысячные доли градуса в масштабе планеты и десятитысячные - для большинства стран) ничтожен. А контроль - абсолютно невозможен.

 

Литература



[1] В качестве определяющего параметра Сванте Аррениус в конце XIX века предложил использовать концентрацию углекислого газа в атмосфере. Arrhenius S. On the Influence of Carbonic Acid upon Temperature of the Ground. Philosophical Magazine. V. 41, 1896.

[2] TOE - тонна нефтяного эквивалента

[3] понижению (неповышению) температуры в результате управления антропогенным выбросом



[1]. Источник: https://www.visionofhumanity.org/global-number-of-natural-disasters-increases-ten-times/

[2]. Возможна ли будущая мировая энергетическая система без ядерного синтеза? С.В. Путвинский http://www.worldenergy.ru/stat/stat_0007.php

[3]. F. Joos, Europhysics News, vol. 27 (1996) p.213

[4]. https://data.giss.nasa.gov/gistemp/graphs_v4/

[5]. https://www.iea.org/data-and-statistics/data-browser

[6]. http://www.ereport.ru/stat.php?razdel=country&count=world&table=ggecia

[7]. Нигматулин Б.И. Макроэкономика и электроэнергетика Мира. Состояние и прогноз 1970-2017-2050. М, 2017

[8]. https://istina.msu.ru/media/publications/article/91f/f00/24236601/Degtyarev_COK052016.pdf

[9]. International Energy Agency: Executive Summary Resource Report 2013. Интернет-ресурс: www.iea.org.

[10]. HeatingOil.com LLC: Unconventional Oil Reserves in and Around the US. Интернет-ресурс: www. circleofblue.org

[11]. Соловьев В.О., Фык И.М., Варавина Е.П. Нетрадиционные источники углеводородов: проблемы их освоения. — Харьков: НТУ «ХПИ», 2013.

[12]. Горная онлайн-энциклопедия. Интернет-ресурс: www.mining-enc.ru.

[13]. https://data.giss.nasa.gov/gistemp/graphs_v4/

 

 
Связанные ссылки
· Больше про Экология
· Новость от proatom


Самая читаемая статья: Экология:
Радиоактивность углей и продуктов их сжигания

Рейтинг статьи
Средняя оценка работы автора: 4.4
Ответов: 5


Проголосуйте, пожалуйста, за работу автора:

Отлично
Очень хорошо
Хорошо
Нормально
Плохо

опции

 Напечатать текущую страницу Напечатать текущую страницу

"Авторизация" | Создать Акаунт | 14 Комментарии | Поиск в дискуссии
Спасибо за проявленный интерес

Re: Мировой энергетический баланс, парниковый эффект (Всего: 0)
от Гость на 25/06/2022
Цитата: "Потепление климата для Европы означает неминуемое глобальное переселение народов. "
Уважаемый Дементий всегда объективен, но: как человек русский, в рассуждениях о переселении народов поддался воздействию представлений диктуемых теорией "российского провинциального изоляционизма". 
В процессе учёбы в университете мне довелось полгода проучиться на кафедре теоретической физики и квантовой теории поля. Там один профессор лет 50-ти, поработавший уже в 1990-е в университетах Запада, свободно владевший английским, преподававший теорию групп и квантовую теорию поля, говорил нам: "- Для физика-теоретика выучить язык страны пребывания за пару лет - не проблема". 
С этих позиций, отметим:потенциальное полное растопление льдов Гренландии повысит уровень океана на 7 метров. Полное растопление льдов Антарктиды повысит уровень океана на 70 метров. Средневзвешанная высота поверхности суши 750 метров над уровнем океана. 
Соответственно: полное растопление Гренландии которое займёт по меньшей мере 100 лет - затопит 1% площади суши без строительства дамб и освободит ото льда тот же 1% земли в Гренландии. 
Полное растопление Антарктиды займёт 1000 лет и затопит 10% площади суши без строительства дамб, одновременно освободит ото льда те же 10% площади суши в виде очищенной ото льда Антарктиды.
При растянутости подъёма воды на сотни лет, люди не теряюттпостройки: просто новые здания и сооружения, взамен старых изнашивающихся за 100 лет, начнут строить на более возвышенных местах.
Необходимо отметить, что на Западе в ядре мировой цивилизации, нации не являются несовместимыми антагонистами а легко перемешиваются между собой. Объединённый Запад имеет резерв землель невовлечённых в хозяйственную деятельность: в Канаде и в Австралии, да и США охотно принимают эмигрантов так как заинтересованы активно наращивать численность населения до 2 миллиардов, то есть на 150 лет вперёд. 
Население Нидерландов при затоплении без проблем переселится в Канаду и Австралию, это может произойти даже в частном порядке и не потребует новых межправительственных соглашений сверх уже заключенных между странами ядра мировой цивилизации об унификации населения. 
А вот с провинциальными россиянами /или тем более с  афганистанцами как крайним примером/ такой трюк бы не прошёл, почему их кстати неохотно пускают эмигрировать зарубеж через невыдачу виз. Чего стоит одна только неготовность отказаться в пользу латиницы от "цилиндрического" алфавита /кириллического или арабской вязи в случае афганцев/. Сверх этого нет приверженности теории толерантности, а значит неизбежны конфликты разного рода. 
Страны ядра мировой цивилизации занимают около 40 миллионов квадратных километров при населении 1200 миллионов. На человека земли втрое больше чем в остальном мире, даже если его плотность населения с учётом России усреднять. Переезд из страны в страну на Западе - гораздо легче чем гражданам РФ из одного региона в другой.
Видно что Дементий спроецировал на переезд жителей из подтопленных Нидерландов ситуацию Азии и Африки: разные алфавиты разных народов, несовместимые идеологии и обычаи. Когда госграница с колючей проволокой и минными полями, как между Индией и Пакистаном. Как между СССР  и Китаем в 1960-е когда китайцы ходили на демонстрации с лозунгами: "- Разобьём собачьи головы Брежнева и Косыгина!". Со своей стороны, пограничники СССР имели право стрелять на поражение из снайперских винтовок если китаец зайдёт в воду приграничной реки. Как минимум чтобы отогнать от воды. Так как госграница по договору еще с Царских времён проходила по их берегу а не по середине реки то есть фарватеру. 





[ Ответить на это ]


Re: Мировой энергетический баланс, парниковый эффект (Всего: 0)
от Гость на 25/06/2022
 
  • Ядро Мировой цивилизации толерантно к любым перемещениям граждан по своей территории. (И не боится потерь давно освоенных территорий)
  • Соглашаемся с этим тезисом - и получаем диссонанс - чего же тогда боятся цивилизованные люди? Почему такая истерика по поводу сиоту? Почему квоты, штрафы на воздух? Чем же так опасен воздух с лишней сотой долей процента углекислоты? И Вообще, откуда такая неприязнь к выбросам СО2 у девочки с именем Грета?
  • Для понимания национализма и мнимого единства Ядра Цивилизации - назовите Шотландца Англичанином. Тогда поймете, насколько взрывоопасна Европа, по сравнению с Россией, где живут десятки разных национальностей. Именно в Европе начинались глобальные войны. 
  • Как мне удалось понять, Вы тоже глубоко игнорируете опасности выбросов СО2, и считаете их стратегическим ударом, войны против стран Не Ядра.  
  • Дементий Башкиров
 


[
Ответить на это ]


Re: Мировой энергетический баланс, парниковый эффект (Всего: 0)
от Гость на 23/06/2022
Нигматулин опять  грантик получил... И теперь топит за глобальное потепление.
 Всё, как заказывали.... :) :)
Глупые подтасованные графики и глупые выкладки.Статья заказная и глупая.
Такое уже было, когда фирма Дюпон изобрела новый хладоагент, и тогда все СМИ начали рассказывать с такими же, как у Нигматулина графиками, как фреон делает озоновые дыры и глобальное потепление неизбежно
Оказалось со времением фейком.
Так и в данном случае либераст Нигматулин несёт чушь про глобальное потепление.
Короче, то же самое делает, что девочка олигофренка Грета Тунберг, правда, Нигматулин это делает за деньги.



[ Ответить на это ]


Re: Мировой энергетический баланс, парниковый эффект (Всего: 0)
от Гость на 23/06/2022
Глобалисты США и Евросоюза в предыдущие 30 лет, определив главными угрозами выбросы СО2 и "глобальное потепление" - грубо ошиблись в выборе приоритетов. Главными угрозами миру по-прежнему являются тоталитарные режимы /китай, Иран, РФ/ и шакалящие под их руководством автократии /соответственно КНДР, Сирия и Белоруссия/.
Соответственно: Европе нужно отказаться от закупок российского газа, заместив его угольными и атомными электростанциями. Наращивать добычу урана в подконтрольных колониях и строить центрифужные заводы разделения изотопов урана, выделяя плутоний из ОЯТ мирных АЭС для боеголовок в вооружённые силы. 


[ Ответить на это ]


Re: Мировой энергетический баланс, парниковый эффект (Всего: 0)
от Гость на 23/06/2022
Глобалисты США и Евросоюза в предыдущие 30 лет, определив главными угрозами выбросы СО2 и "глобальное потепление" - грубо ошиблись в выборе приоритетов. Главными угрозами миру по-прежнему являются США и Англия. Они не могут по-старому жить, они требуют ядерного удара по России и Китаю. Западники, янки и англосаксы всё делают для развязывания ядерной войны, поскольку они уже так состарились, что им нет дела до всей планеты.


[
Ответить на это ]


Re: Мировой энергетический баланс, парниковый эффект (Всего: 0)
от Гость на 23/06/2022
на рис.1 интересен рост температуры во время обеих мировых войн.скоро в рф будет много непроданного газа, целесообразность генерации на аэс падает. дорогие атомщики, вы помните как сажать картошку? 


[ Ответить на это ]


Re: Мировой энергетический баланс, парниковый эффект (Всего: 0)
от Гость на 24/06/2022
 
  • 20 ц/га зеленой массы – это маловато для оценок.
  • Например, за один год сахарный тростник дает зеленой массы до 1500 ц/га, современный яблоневый сад (с накачкой удобрениями и пестицидами) до 1100 ц/га, быстрорастущие деревья до 700 ц/га. Но это «зеленая вода».
  • Для оценок потребления СО2 важно знать накопление сухой (абсолютно сухой в понимании химика) массы на 1 га в течение одного сезона. Сахарный тростник в Бразилии – до 160 ц/га, конопля в Московии – до 115 ц/га, яблоки – до 100 ц/га, древесина до 150 ц/га.
  • Тропический лес высокого бонитета имеет до 1600 м3/га деловой древесины, плюс сравнимо с этой величиной объем веток и корней.
  • В среднем, в средней полосе России лес имеет запас (деловая + дровяная древесина) 800 м3. Это соответствует массе сухого вещества 270 т/га, которая достигает равновесия за 70±10 лет. В среднем прирост 3,8 т/год (270/70).
  • Годовые приросты леса в России примерно равны годовым приростам сухой массы сена (сухой травы) – 3-5 т/га.
  • Дементий Башкиров
 


[ Ответить на это ]


Re: Мировой энергетический баланс, парниковый эффект (Всего: 0)
от Гость на 24/06/2022
 
  • Потепление климата для Европы означает неминуемое глобальное переселение народов. Исторически показано, что колебания уровня мирового океана, и Средиземного моря в частности, в последние десятки тысяч лет колебался на 3-4 метра. И это не могло не сказаться на тех людях, которые жили на побережье.
  • Если посмотреть топографическую карту, и провести береговую линию по изотопе +4 м, то половина или более «Нижних земель» (Нидерланды) окажется под водой, а оставшаяся часть будет подтоплена солеными водами.
  • Куда деваться голландцам? Либо стать кормом для раков и устриц, либо идти отвоевывать земли у немцев, французов. Но у тех также аналогичные, пусть и меньших размеров, проблемы. В итоге подъема воды мирового океана (всемирный потоп) Европа двинется на новые территории.
  • Куда? Туда, где будет идеальный, по европейским меркам, климат.
  • Такой климат будет в России, которая несомненно очень выиграет при глобальном потеплении. Да, будет затоплен город Петра и много других населенных пунктов. Но потери территорий для России будут несущественны, а вот прибыль – колоссальна.
  • Уже сегодня, когда прибавка составила всего 1-2*С, в России стали выращивать виноград, абрикосы там, где рискованно было выращивать яблони и груши. Граница традиционно южных плодовых деревьев продвинулась на 300-500 км на север, и не сколько благодаря уникальным достижениям генетиков, а улучшению климата.
  • Абсолютно не важны причины изменения климата.  Важны страхи перед фатальными последствиями глобальных переселений огромных масс людей. Эти страхи и заставляют платить деньги всем тем, кто обещает выход из проблемы – откровенным шутам и шарлатанам, серьезным ученым-астрологам и психологам, врачам, политикам, кочегарам и водителям автомобилей.
 
  • Каждая группа людей ищет такой выход, который будет выгоден ей. И всем не хочется видеть у себя под окном толпы беженцев, спасающихся от наводнения. 


[ Ответить на это ]


Re: Мировой энергетический баланс, парниковый эффект (Всего: 0)
от Гость на 24/06/2022
  • Концентрация СО2 - это индикатор динамического равновесия, прямой и обратной, химико-биологической реакции взаимодействия кислорода и углерода (углеводов, белков и жиров). 
  • Для правильной оценки вклада человека в равновесие необходимо знать скорости прямой и обратной реакции, и не по сумме эффектов за год, а хотя бы за одни сутки. 
  • Такой подход к решению задачи дает существенно большие скорости природных реакций, чем указаны в статье. Следовательно, вклад человека в равновесие углекислоты в атмосфере получается в разы, или на порядок меньше приведенных выше. 
  • Дементий Башкиров


[
Ответить на это ]


Re: Мировой энергетический баланс, парниковый эффект (Всего: 0)
от Гость на 24/06/2022
Интересно было бы проанализировать роль человеческого фактора на периоды глобального потепления/похолодания хотя бы в Кайнозойскую эру, когда периоды потепления и похолодания климата сменяли друг друга.А если роль человеческого фактора тогда была близка к 0, то чем же наука объясняла смены климата?Не пахнет ли эта, бурно текущая кампания против CО2 научно-политическим шарлатанством, как и многое другое, происходыщее сейчас в мире?
К примеру, в этой статье ничего не сказано о тепловом воздействии земных недр на климат. Ничего о солнечной активности.
Так что давайте лубже проводить научные исследования и прекращать политические кампании по запугиванию населения Земли.Возникающие глобальные проблемы абсолютно бесспорно решались бы с прекращением безудержной гонки вооружений и военной деятельности, поглощающей все более и более земные и человеческие ресурсы и являющейся главным человеческим фактором эмиссии СО2 на Земле!


[
Ответить на это ]


Re: Мировой энергетический баланс, парниковый эффект (Всего: 0)
от Гость на 26/06/2022
Цитата: "
  • Почему такая истерика по поводу сиоту? Почему квоты, штрафы на воздух? Чем же так опасен воздух с лишней сотой долей процента углекислоты? "
Многие догадываются, что механизм торговли глобальными квотами на выброс СО2 придуман для сдерживания прыти стран третьего мира в развёртывании тяжёлой промышленности /выплавка стали, тпнковые армии/ и химических производств /серная, соляная и азотная кислота то есть своё производство миллионов тонн тротила и ракетного топлива/. 
Как это работает? Узаконены сделки: папуасы отеазываются от развертывания тяжёлой промышленности и питающих ее задёшево угольных карьеров, не выбрасывают СО2, а за это им дают денежку! Ничего делать не нужно, никаких мучений с непривычным новым для них делом по строительству и наладке и эксплуатации заводов - а денежка капает на банковские счета нужным людям. Елки-палки, рай для избранных папуасов. А запад решит за малые выплаты проблему появления в третьем мире массовых армий, вооружённых-таки доморощенными железяками на уровне советской армии 1960-х годов. По этому пути - пути создания собственного производственного цикла - идут только КНДР и Иран в третьем мире. Другие страны-изгои вообще не имеют своей импортонезависимой военной промышленности. 


[ Ответить на это ]


Re: Мировой энергетический баланс, парниковый эффект (Всего: 0)
от Гость на 28/06/2022
Если смотреть потоки энергии, то климат Земли определяется двумя факторами. Это активности Солнца и мантии Земли. Мы живем на тонкой остывшей льдине в раскаленном море, а сверху нас облучает родная звезда.


Все разговоры про климат это чистая политика, не имеющая никакого отношения к науке.


[
Ответить на это ]


Re: Мировой энергетический баланс, парниковый эффект (Всего: 0)
от Гость на 29/06/2022
И не только!
Надо учитывать термодинамику водяной оболочки земли, имеющую аномально большую теплоемкость!


[
Ответить на это ]


Re: Мировой энергетический баланс, парниковый эффект (Всего: 0)
от Гость на 30/06/2022
Да, большая теплоемкость как раз и сдерживает изменения климата, поскольку предусматривает огромные потоки энергии. А это не масштаб экономики человесчества.


[
Ответить на это ]






Информационное агентство «ПРоАтом», Санкт-Петербург. Тел.:+7(921)9589004
E-mail: info@proatom.ru, webmaster@proatom.ru. Разрешение на перепечатку.
За содержание публикуемых в журнале информационных и рекламных материалов ответственность несут авторы. Редакция предоставляет возможность высказаться по существу, однако имеет свое представление о проблемах, которое не всегда совпадает с мнением авторов Открытие страницы: 0.07 секунды
Рейтинг@Mail.ru