Урок 22 · Энергия: происхождение и использование Не начат
Главная идея. У каждой технологии генерации свой профиль выбросов, доступности и воздействия, и ни у одной воздействие не равно нулю.
Короткое напоминание: углерод циркулирует по быстрому контуру (живые организмы, атмосфера) и медленному (горные породы, ископаемое топливо) (урок 4). Почти всё электричество получают в одной цепочке: что-то вращает турбину, турбина вращает генератор, и на каждом шаге часть энергии рассеивается в виде теплоты (урок 21).
| Часть цепочки (урок 21) | Меняется в зависимости от технологии? | Примеры |
|---|---|---|
| Что поставляет энергию | Да: именно этим различаются электростанции | Уголь, газ, уран, падающая вода, ветер, Солнце, биомасса |
| Что вращает турбину | Иногда | Пар (уголь, АЭС, солнечная тепловая, биомасса), вода (ГЭС), ветер (ВЭС) |
| Генератор | Нет: всегда вращение, которое создаёт электричество | Все, кроме солнечной фотоэлектрической |
| Солнечная фотоэлектрическая | Это исключение | Панель превращает свет в электричество без турбины и генератора |
Два слова перед чтением. Выбросы жизненного цикла складывают всё, что выбрасывается ради получения этого электричества: строительство станции, добыча топлива и её работа. Доступность измеряется коэффициентом использования установленной мощности: какой процент от того, что станция могла бы выработать, работая на полную мощность весь год, она вырабатывает в действительности. Это не то же самое, что установленная мощность, которая показывает, сколько станция могла бы выработать максимум в данный момент.
| Технология | Что вращает турбину | Выбрасывает CO₂ при работе? (прямые) | Жизненный цикл | Из какого резервуара углерода? | Доступность (КИУМ) | Главное воздействие | Отходы |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Уголь | Пар | Да: 760 | 820 (740–910) | Ископаемый, медленный контур | 48,7 % | CO₂ из ископаемого углерода | — |
| Природный газ (парогазовый цикл) | Продукты сгорания и пар | Да: 370 | 490 (410–650) | Ископаемый, медленный контур | 58,4 % | CO₂ из ископаемого углерода | — |
| ГЭС | Падающая вода | Нет: 0 | 24 (1–2200) | Не использует углерод как источник | 35,3 % | Водохранилища затопляют природные или сельскохозяйственные земли; препятствует миграции рыб | — |
| Наземная ВЭС | Ветер | Нет: 0 | 11 (7–56) | Не использует углерод как источник | 23,6 % | Птицы и летучие мыши; шум | Лопасти, которые сегодня не перерабатываются |
| Солнечная фотоэлектрическая | Без турбины | Нет: 0 | 48 (18–180) | Не использует углерод как источник | 24,4 % | — | — |
| Солнечная тепловая | Пар | Нет: 0 | 27 (8,8–63) | Не использует углерод как источник | — | — | — |
| АЭС (деление ядер) | Пар | Нет: 0 | 12 (3,7–110) | Не использует углерод как источник | 91,0 % | Радиоактивное отработавшее топливо | Хранящееся отработавшее топливо |
| Специально выращенная биомасса | Пар | Прямого значения в IPCC нет | 230 (130–420) | Быстрый контур | 34,2 % (древесина) | Дым; вырубка лесов при чрезмерной заготовке | — |
Посмотри на столбец жизненного цикла: ни у одной технологии нет нуля. Даже у тех, что не выбрасывают при работе, есть выбросы, связанные со строительством и получением материалов.
Сжигание биомассы (дров, растительных остатков) выделяет $\mathrm{CO_2}$, как и сжигание угля. Разница в том, откуда этот углерод:
Когда углерод попал в этот резервуар
Недавно: растения взяли его из воздуха при фотосинтезе
При сжигании
Возвращает углерод, который уже циркулировал; заново выросшие растения могут забрать почти столько же, сколько выделилось
Когда углерод попал в этот резервуар
Миллионы лет назад: он оказался погребён
При сжигании
Добавляет в атмосферу углерод, который был вне быстрого контура
Источник: EIA, Biomass and the environment; контуры: урок 4.
Это преимущество теряется, если заготавливать быстрее, чем растут растения: EIA объясняет, что это ведёт к вырубке лесов, и тогда вырастает недостаточно, чтобы забрать этот углерод. Ни в каком случае горение не создаёт углерода: атомы перегруппировываются (урок 10).
На атомной электростанции энергия получается не от сжигания чего-либо. Она получается от деления: ядра атомов урана в топливе делятся и выделяют энергию (DOE). Эта энергия нагревает воду, пар вращает турбину, а остальная цепочка такая же, как на угольной станции.
«Возобновляемый» говорит о доступности ресурса: вода, ветер и Солнце восполняются. Это ничего не говорит о воздействии. Два примера:
| Возобновляемый источник | Задокументированные воздействия |
|---|---|
| ГЭС | Плотина может препятствовать миграции рыб; меняет температуру, химический состав и сток реки; водохранилище может затопить природные территории, поля или археологические памятники; в воде водохранилища при разложении образуются $\mathrm{CO_2}$ и метан. |
| ВЭС | Птицы и летучие мыши могут погибать, сталкиваясь с лопастями; станция шумит; при производстве её материалов может использоваться ископаемое топливо; нынешние лопасти не перерабатываются. |
Прежде чем трогать: как ты думаешь, у какой станции доступность выше — у ВЭС или у АЭС? А какая больше выбрасывает за весь жизненный цикл — солнечная фотоэлектрическая или АЭС?
Попробуй: сравни уголь, биомассу и ветер. Какой критерий нужно выбрать, чтобы сказать, что выгоднее?
Почти все электростанции используют одну и ту же цепочку: первичный источник приводит во вращение что-то, это вращение приводит в движение генератор, а генератор отдаёт электричество.
От станции к станции, по сути, меняется только первое звено этой цепочки. На газовой ТЭС источник — природный газ, а турбину вращает пар, полученный при его сжигании. На ГЭС источник — падающая вода, и вода напрямую толкает турбину. На АЭС источник — уран-235, а теплота берётся от деления. На ветропарке источник — ветер, и ветер толкает лопасти.
Если посмотреть, какие из них выбрасывают углекислый газ при выработке, ответ такой: ТЭС — да, остальные три — нет.
Но эту фразу нужно говорить полностью, иначе она вводит в заблуждение. «Не выбрасывает CO₂» значит «не выбрасывает при выработке». Строительство плотины, изготовление и перевозка ветряка, добыча и обогащение урана — всё это связано с выбросами, даже если они не выходят из трубы во время работы станции.
Поэтому сравнивать, не уточняя, что именно сравнивается, бесполезно. Ни одна станция не хороша и не плоха сама по себе: каждую оценивают по выбросам, по занимаемой территории, по стоимости и по тому, доступна ли она, когда нужна.
Источники анимации: EIA, Electricity explained: How electricity is generated — цепочка преобразования и выбросы на этапе выработки. Схема, не в реальном масштабе.
Дополнительно: интерактивные симуляторы по теме этого урока. Можно открыть до или после объяснения.
Выбери две технологии из таблицы с очень разными выбросами (например, природный газ и ветер или уголь и биомассу).
Ситуация: отдалённому посёлку, где много ветра, нужен источник электричества, который работает большую часть времени и мало выбрасывает. Что выгоднее — ветровая электростанция или станция на природном газе?
Девять вопросов. Когда выбираешь вариант, появляется объяснение: прочитай его, даже если ответил правильно.
Загрузка вопросов…
