Дмитрий Журавлёв (vasiliynikon) wrote,
Дмитрий Журавлёв
vasiliynikon

Дешёвая инфраструктура 2. Баланс углеводородов. Статика


Дисклаймер: данная статья является перепечаткой моей публикации с сайта aftershock.news.
1. Для начала давайте разберёмся, что такое "дешёвая инфраструктура", что такое дёшево, что такое дорого. Всё "цены" мы будем считать в углеводородах, и только в них. Почему? Потому что они начинают подходить к концу, и именно они становятся ограничивающим фактором (нет углеводородов - нет развития). И даже если речь идёт о бумажных деньгах - зачастую эта цена является адекватным отражением "углеводородной цены" того или иного решения. Потому что опять-же дефицит.
При этом глобально углеводородов в мире - ещё огромное количество: на сотни лет при нынешнем уровне потребления. Но проблемы начинаются уже сейчас. Почему? Давайте разберёмся.

Всего углеводородов существует пять видов (в порядке убывания удобства обращения):
- нефть;
- природный газ;
- уголь;
- торф;
- лес.
Нефть, хоть и является самой удобной (прежде всего - в транспортировке и хранении), при этом - самый редкий вид. Отсюда и проблемы нынешней цивилизации: она построена на дешёвой нефти, и не слишком торопится перестраиваться, когда нефть дорожает.
В пересчёте на теплотворную способность, в джоулях, природного газа в природе примерно в 2 - 2.5 раза больше, чем нефти. Торфа - примерно столько же, сколько и газа. Угля - то-ли в 4, то-ли в 10, то-ли в 30 раз больше, чем газа. (Все расчёты - приводятся для условий России; в остальном мире соотношение нефть-газ-уголь будет примерно таким-же.)

Выходит, что большая часть "того, что горит" - это уголь, а нефть и газ, хоть и являются для нас "самыми вкусными", лишь крошечная добавка. Это логично, учитывая историю их зарождения. В конце девона - начале карбона в земной флоре стали господствовать голосеменные, которые благодаря тёплому климату и высокому содержанию кислорода в атмосфере очень активно росли, и заселили всю сушу. При этом фауна для их переработки (термиты прежде всего) появилась много позднее. В течении 60 миллионов лет деревья погибали от старости, просто падали на землю, укладывались друг на друга штабелями, в много сотен слоёв. Затем перемежались другими геологическими слоями, и под их давлением - спрессовывались в уголь. Потому и период этот называется - карбон.
Совсем другая история - нефть и газ. Для их появления залежи морской органики должны были:
- сосредоточиться в одном месте;
- быть погребены;
- попасть в строго определённые геологические условия;
- пробыть в этих условиях до наших дней.
Это не одноразовое явление, в отличие от карбона: нефтеобразование шло всегда, идёт и сейчас. Но - гораздо более редкое.

2. "Цена" конкретного углеводорода, т.е. его доступность - показатель очень комплексный, и зависит от многих факторов:
- стоимость добычи;
- стоимость переработки, транспортировки и хранения;
- стоимость вовлечения в полезную работу (создание электростанций и т.п. устройств);
- стоимость ликвидации последствий.
К примеру: нефть всё более трудна (и дорога) в добыче, и дороже газа (по джоулям) в 2-2.5 раза. Перерабатывать её так-же сложнее. Однако её проще всего транспортировать (что по трубам, что танкерами) и хранить. Поэтому в электростанциях (где цена топлива сильно превышает кап.затраты) нефть полностью вытеснена газом, а в средствах передвижения (где кап.затраты выше цены топлива) - пока нефть вне конкуренции.
Уголь - очень лёгок в извлечении и переработке, сравнительно прост в хранении, но сложен в перевозке, особенно посуху (по воде - всё проще). Электростанции на угле - сильно дороже, чем на газе, а экологические последствия очень велики (их предотвращение - ещё более удорожает электростанции). Поэтому станции на угле - стараются строить вблизи дешёвых месторождений угля, и подальше от скоплений людей.
Торф - в добыче ещё более прост, в транспортировке - ещё сложнее, чем уголь, зато экологические последствия много меньше. Поэтому станции на торфе - строят в максимальной близи от добычи (не далее 50 км).
И так далее. У каждого есть свои плюсы и минусы. Поэтому в современной энергетике нефть, газ и уголь занимают примерно равные позиции.

Но есть, как водится, нюанс. Если расходы на переработку, транспорт, вовлечение и ликвидацию - как правило фиксированы, и могут быть уменьшены за счёт прогресса, то затраты на добычу - зависят в основном от разработанности ресурса, со временем исключительно растут, и прогресс их сильно удешевить не может (закон сохранения, что поделать).
Следовательно, с течением времени доля нефти будет падать (по мере роста её цены), а доля газа, а затем и угля - расти. Экстраполируя этот процесс лет на 100 вперёд, к примеру, мы придём к тому, что нефть и газ будут использоваться на нужды химии, а жечь мы будем уголь, и ничего кроме угля.

3. Представим себя хозяином, сделавшим запасы на зиму. Допустим, у нас в погребе есть пара бутылей горилки (нефть), пара ящиков тушёнки (газ) и беспредельное количество картошки (уголь). Когда настанет весна (приход ядерной эры) - мы примерно знаем (порядка 100 лет), но лучше не подходить к этому моменту с пустыми закромами. Надо понимать, что углеводороды будут нужны человечеству и в ядерную эру.

Как поступит в этой ситуации голытьба (капиталистическое общество)? Закатит пьянку на две недели, и будет обжираться тушёнкой. А остаток зимы - сидеть на картофельной диете. Не помрёт от авитаминоза - счастливчик.
Как поступит рачительный хозяин (социализм)? Он посчитает все запасы, и распределит их так, чтобы вкусного (тушёнки и горилки) хватило на всю зиму. По чуть-чуть зато стабильно.

4. Выходит, что в предвестии холодов потребление картошки - надо наращивать, а тушёнки и горилки - снижать.
На что вообще мы тратим углеводороды? В порядке полезности для экономики:
1) химпром;
2) промышленность;
3) транспорт;
4) экспорт;
5) электрогенерация;
6) отопление.
Пирамида достаточно условная, но общая тенденция понятна: чем выше звено - тем меньше на него требуется углеводородов, и тем больше эти углеводороды приносят экономике пользы.
В России к примеру (как и по всему миру, практически) нефть ушла из п.5. Зато осталась в п.6, и достаточно широко, увы.
В идеальном обществе нефть пребывает только в п.1, газ - в п.п. 1, 2 и 3, а 4, 5 и 6 - удел угля и атома. Насколько мы далеки от идеала, какие есть диспропорции, и как их выправить - ещё будет разговор.

5. Что у России в "закромах"? С какими запасами мы подошли к зимнему периоду?
В целом подсчёты "запасов" - очень сложное занятие, с множеством нюансов, которые много раз обсуждались. Абсолютно точно мы их подсчитать не в состоянии физически, а считать предельно точно - просто никому не нужно. Как правило, подробно считают только те месторождения, которые уже работают, или собираются включить в работу (дабы рассчитать срок службы оборудования). Геологические оценки разнятся порой в разы, и кому верить - непонятно.
Я буду брать средне-оптимистические оценки, чтобы наверняка. Всё-же подготовка к зиме - дело серьёзное, лучше перебздеть.
Дабы привести данные к единообразному виду, пересчитаем все эти бочки, кубометры и тонны в систему Си, а именно - в петаджоули (PJ).

Нефть. ПО оценкам BP нефти в России - 14 млрд. тонн, но оценки BP известны своей пристрастностью. По оценкам Министерства природных ресурсов, по категории A+B+c1, по консервативной методике (КИ=0.36), извлекаемых запасов - 29 млрд. тонн. Примем эту цифру за отправную, учитывая, что сюда не входит:
- КИ выше 0.36 (порой он доходит до 0.7);
- неоткрытые ещё традиционные месторождения Восточной Сибири и Дальнего Востока;
- шельфовые месторождения;
- сланцевая нефть и битуминозные пески.

Разработка всех этих источников какую прибавку даст? Неизвестно. Может в 3-4 раза, а может только в 2. А может - и всего на 60-70%. Более ясно можно будет сказать только тогда, когда эти источники войдут в оборот.
Но на цифру 29 млрд. тонн можно рассчитывать. Считая удельную теплоту сгорания нефти за 42 кДж/кг, это даёт 1215 тыс. PJ.

Газ. По данным BP - 33 трлн. кубометров. По данным Минприроды, A+B+C1 - 73 трлн. кубометров.
Ясно, что к этим цифрам можно сделать такие же прибавки: будущие месторождения восточнее Ванкора, шельф, сланцы. С тем-же неопределённым результатом.
Считая теплоту сгорания газа как 40 МДж/кубометр, получаем 2920 тыс. PJ (в 2.4 раза больше, чем нефти).

Уголь. С углём - меньше всего ясности. В баланс записывают только запасы действующих месторождений (т.е. конкретных шахт и разрезов, но не угольных бассейнов в целом). По данным Педивекии, в России 150 млрд. тонн угля (из них 100 млрд. - бурого, 50 млрд. - каменного). Но это совершенно абсурдные цифры: в одном только моём родном Канско-Ачинском бассейне 640 млрд. тонн, из них 143 - пригодны к добыче открытым способом. Если верить этой картинке:

(на ней показаны то-ли запасы A, то-ли A+B), в России 1380 млрд. тонн угля. Если же не учитывать запасы, лежащие за полярным кругом (Тунгусский, Ленский, Салехардский бассейны) - получается 700 млрд. тонн. Эту цифру будем считать за отправную.
Если просто сложить оценки A+B+C1 (а именно так мы считали нефть и газ) крупнейших бассейнов (Тунгусский, Ленский, КАТЭК, Кузбасс, Печорский), то суммарные запасы в них будут 4974 млрд. тонн, а если приплюсовать C2 - ещё в 2-3 раза больше.
По сути, я принял такую, предельно заниженную оценку, дабы на её фоне нефть и газ не смотрелись совсем уж блекло.
Если считать весь уголь бурым (15 ГДж/тонна), то 700 млрд. тонн дают 10,5 млн. PJ.

Торф. Торфа в России - 188 млрд. тонн, удельную теплоту сгорания примем за 12 Гдж/тонна. Итого - 2256 тыс. PJ.

Лес. Лес хоть и является углеводородным ресурсом, но - не ископаемым, а возобновляемым. Поэтому посчитать суммарные запасы невозможно, можно лишь оценить годовой прирост (то, что можно использовать, не уменьшая площадь лесов). Прирост молодого сосняка, в естественных условиях - 1 тонна с гектара в год. Считая, что в России 118 млн. гектаров леса, а теплота сгорания древесины - 15 ГДж/тонну, это даёт 17.7 тыс PJ в год.
Стоит отметить, что это не гигантская величина - около 60% современных потребностей страны. Но учитывая, что при рациональном лесопользовании продуктивность леса может быть много выше (до 10 тонн/га в год), можно в перспективе перевести ВСЮ экономику страны ТОЛЬКО на лес, и всё равно - не просесть по энергопотреблению.

Сколько всего Россия потребляет энергии? В 2010г. - около 950 млн. т.у.т., что даёт 28 тыс. PJ. Всего-же запасы - 16.920 тыс. PJ, чего хватит нам на 600 лет. Из них уголь - 62%, торф - 13%, газ - 17%, нефть - 8%.
Помимо прочего это означает, что добычу нефти придётся сократить вдесятеро, а потребление, соответственно, впятеро. Как это сделать - отдельный вопрос. Будет это непросто. Зато через 600 лет, когда во всём мире уже и думать забудут об этой чёрной жиже, мы её будем потреблять как и столетия до этого: понемногу, зато стабильно.

Можно нарисовать другой сценарий: энергопотребление в России будет расти, и очень сильно. Население будет расти, а уровень жизни - подниматься до европейско-американского. Потребление энергии вырастет, допустим, втрое (до 84 тыс. PJ). Тогда наших запасов хватит нам на 200 лет. Тоже неплохо: вдвое больше заданного срока до наступления ядерной эры.
Ну и надо понимать, что даже по прошествии этих 200 лет, после исчерпания всей нефти и всего газа, у нас ещё останется беспредельное количество угля. Так что даже если с созданием реакторов-бридеров у нас не заладится, без отопления мы сидеть не будем.
Subscribe
  • Post a new comment

    Error

    default userpic

    Your reply will be screened

    Your IP address will be recorded 

    When you submit the form an invisible reCAPTCHA check will be performed.
    You must follow the Privacy Policy and Google Terms of use.
  • 0 comments