Электричество из розетки, откуда оно?

«А ведь электричество из розетки не из воздуха берётся!», — так нам часто говорят эксперты, утверждающие, что у электромобилей нет будущего и они только усугубят экологическую обстановку на планете.

Как раз таки частично из воздуха, однако, ВЭС хоть и развивается стремительными темпами, их доля в общей структуре электрогенерации пока ещё очень мала. Так откуда же берётся электричество из розетки и как увеличение общего числа электромобилей повлияет на экологию?

ГЭС

Самый чистый источник энергии, который не выделяет каких-либо загрязняющих веществ и парниковых газов. Однако ГЭС не может работать эффективно, когда нет большой потребности в электричестве. Накопители электроэнергии в связке в ГЭС повысили бы эффективность таких станций, а увеличение количества электромобилей позволило бы пропускать больший объем воды через турбины станции, а не сбрасывать в холостую запасы воды водохранилища.

АЭС

Электричество от АЭС условно чистое, может покрыть большие потребности. Однако строительство и эксплуатация АЭС требует серьезных финансовых затрат, особого контроля, появляется необходимость утилизировать, перерабатывать, складировать и захоранивать радиоактивные отходы производства. В силу своей специфики АЭС не может постоянно останавливать генерацию электричества, т.к. это негативно влияет на реакторы и работу станции.

При увеличении количества электромобилей планомерно увеличится спрос на электроэнергию, причем этот спрос будет постоянным, что очень важно для АЭС. Большинство электромобилей заряжаются в гараже, возле дома и преимущественно ночью, когда автомобиль простаивает, когда действует ночной тариф (очень выгодно, особенно в Иркутске, где 1 кВтч стоит менее 1 рубля), когда нет сильной нагрузки на сеть. Для АЭС это прекрасная возможность не снижать мощность ночной генерации, что в итоге положительно скажется на КПД станции. Если большинство электромобилей будут получать электроэнергию от АЭС, выбросы СО2 и загрязняющих веществ существенно сократятся, т.к. они полностью отсутствуют при выработке электроэнергии.

Россия является единственной страной в мире, где умеют перерабатывать отходы от атомных станций! Так же Россия имеет внушительный портфель заказов на строительство будущих атомных станций по всему миру. Мало того, что в России умеют перерабатывать отработанный уран, так еще и ведутся разработки принципиально новых станций, в реакторах которых будет использоваться переработанный плутоний, полученный из отходов производства АЭС. Поэтому, с увеличением электромобилей в мире, потенциал АЭС многократно возрастет! Что действительно не хватает РосАтому, так это по-настоящему эффективной системы хранения электроэнергии. Такая система решит все проблемы перепроизводства электроэнергии в ночное время и поможет сгладить пилу потребления электричества в пиковые моменты днем, что ещё больше увеличит КПД атомных станций.

СЭС и ВЭС

Ветростанции и станции с солнечными панелями имеют локальный характер, высокую стоимость и большие риски. Ветра может не быть, а солнце часто скрывается за облаками. Простой таких станций негативно сказывается на энергосистеме, при постоянно растущем спросе на электричество. С увеличением общего числа электромобилей потребуется большее количество ветряков и солнечных панелей, которые ещё надо обслуживать — всё это дополнительные затраты при неизменных рисках. Делать ставку на СЭС и ВЭС, как основную систему генерации электроэнергии, крайне рискованно, а вот в качестве дополняющих систем — настоящее решение для удовлетворения растущего спроса, в случае увеличения количества электромобилей. СЭС и ВЭС имеют большой плюс: при генерации электроэнергии они не производят загрязняющих веществ и не выделяется СО2 (выделяется только при производстве и утилизации ветряков и солнечных панелей). Вспомогающая роль и экономический эффект наступят, когда СЭС и ВЭС начнут работать в паре с ТЭС на природном газе. В том случае, если солнца и ветра достаточно, то СЭС и ВЭС работают на полную мощность, если нет — в работу включается ТЭС на газу, тем самым данные системы взаимодополняют и страхуют друг друга. Включение в систему СЭС+ВЭС+ТЭС(газ) и накопителей электроэнергии, увеличит КПД и снизит риски переключения от одной системы к другой.

Структура СЭС и ВЭС в связке с другими системами может быть разной. ВЭС, как более дорогая система, может развиваться только при правильно просчитанном экономическом проекте и только при участии государства, а вот СЭС генерация должна быть отдана частному сектору. Домохозяйства, с установленными на крыше солнечными панелями, с помощью «зеленого тарифа» в будущем смогут сыграть значительную роль в генерации электроэнергии. Для начала таким домохозяйствам необходимо достичь точки полной автономности, когда все произведенное электричество расходуется на себя, а это очень длительный период развития, особенно в случае, когда солнечные панели стоят дорого, а электричество относительно дешево. Электромобиль в таком хозяйстве только увеличит этот срок.

И вот здесь свою роль снова сыграет государство! В случае, если государство заинтересованно в диверсификации производства электроэнергии и в создании накопительных систем, оно должно помочь рынку солнечных панелей, путем обнуления ставки НДС для производителей и предоставления дополнительных льгот и субсидий для домохозяйств, которые устанавливают данные системы, а также стараться поддерживать перспективные НИОКР в данной отрасли. Чем больше солнечных панелей будет установлено, тем больше автономных домохозяйств появится в будущем, а они, в свою очередь, как раз образуют гигантский аккумулятор электроэнергии, которым смогут пользоваться все без исключения. И в основе этого аккумулятора стоят как раз ЭЛЕКТРОМОБИЛИ!

Раньше солнечные панели только частично покрывали потребность домохозяйств в электроэнергии, так как генерировали электричество только когда была необходимость, немалую часть времени они просто простаивали из-за ненадобности. Установка свинцовых аккумуляторов решала проблему частично, т.к. такие аккумуляторы способны отдавать только половину накопленной электроэнергии. Сейчас инженерная мысль ушла намного дальше, домохозяйства укомплектовываются уже литий-ионными аккумуляторами увеличенной емкости, а в случае полного накопления заряда, при отсутствии потребления электричества, излишки генерации уходят в… нагрев горячей воды в бойлере, в теплоаккумулятор, а зимой дополнительно в систему отопления (радиаторы и теплые полы). Таким образом, благодаря солнечным панелям многие домохозяйства смогли решить проблему отопления в случае, когда отсутствует магистральный газ, и снизить потребление электричества от общей сети, используя только ночной тариф. Удешевление количества солнечных панелей в частных домохозяйствах за счет государственных программ по субсидированию производства и поддержки спроса при одновременном росте количества электромобилей многократно увеличивает накопительный потенциал. Такие домохозяйства, накопив достаточное количество электроэнергии в ночное время, смогут отдавать часть электроэнергии в пиковые часы потребления.

ТЭС (уголь)

Когда электричество вырабатывается от ТЭС, работающих на угле, это значительным образом влияет на экологию. Достаточно посмотреть на проблемы экологии Китая и Индии, где уголь в структуре генерации играет главную роль. В таком случает увеличение количества электромобилей только усугубит экологическую обстановку в регионе. Но не стоит так просто списывать уголь со счетов, газ и нефть закончатся достаточно быстро, уголь будет частично законсервирован, но будет ждать того времени, когда к нему снова вернутся, а это обязательно произойдет. Уголь — это самое дешевое сырьё и его очень много,но его главная проблема — при сжигании он выделяет большое количество загрязняющих веществ и парниковые газы. Решения таких проблем давно известны — это подземная газификация, специальные мембраны и нанотехнологии, позволяющие сдерживать выбросы в атмосферу практически до нуля.

ТЭС (газ)

ТЭС, работающие на природном газе, значительно сократят выбросы загрязняющих веществ в атмосферу, но при этом объём выбросов углекислого газа СО2 останется на том же уровне.

Формула сгорания природного газа:

СН4 + 2О2 = СО2 + 2Н2О

метан + кислород = углекислый газ + вода

Таким образом газ сжигается в правильно функционирующих установках. Если из-за недостатка кислорода сгорание газа происходит не полностью, то в атмосферу выбрасываются горючие вещества: угарный газ, водород, сажа (CO + H + C). Кроме этих газов в атмосферу с горючими газами выходит азот и оставшийся кислород (N₂ + O₂), но это уже частный случай и зависит от структуры ТЭС. В подавляющем большинстве случаев, при сжигании газа выделяется только вода и СО2.

И вот здесь начинаются многочисленные спекуляции, приравнивающие СO₂ чуть ли не к хлору…

СO₂ (углекислый газ, диоксид углерода) — газ без цвета и запаха, НЕ ЯВЛЯЕТСЯ ЗАГРЯЗНЯЮЩИМ ВЕЩЕСТВОМ!!! Из открытых источников: Углекислый газ составлял основу атмосферы молодой Земли наряду с азотом и водяным паром. Роль углекислого газа (CO₂, или диоксид углерода) в жизнедеятельности биосферы состоит прежде всего в поддержании фотосинтеза, который осуществляется растениями. Являясь парниковым газом, диоксид углерода в воздухе влияет на теплообмен планеты с окружающим пространством, эффективно блокируя переизлучаемое тепло на ряде частот, и таким образом участвует в формировании климата планеты^[2]. В связи с активным использованием человечеством ископаемых энергоносителей в качестве топлива происходит быстрое увеличение концентрации этого газа в атмосфере. Кроме того, по данным МГЭИК ООН, до 20 % антропогенных выбросов CO₂ являются результатом обезлесения^[3][4] Основным источником парникового эффекта в атмосфере Земли является водяной пар^[7]. При отсутствии парниковых газов в атмосфере и значении солнечной постоянной, равной 1368 ^Вт⁄_м², средняя температура на поверхности должна составлять -19,5 °C. В действительности средняя температура поверхности Земли составляет +14 °C, то есть, парниковый эффект приводит к её увеличению на 34 °C^[8]. При относительно небольшой концентрации в воздухе, CO₂ является важной компонентой земной атмосферы, поскольку он поглощает и переизлучает инфракрасное излучение на различных длинах волн.

Выделяют антропогенные и естественные источники CO₂.

К естественным источникам диоксида углерода в атмосфере относятся вулканические извержения, сгорание органических веществ в воздухе и дыхание представителей животного мира (аэробные организмы). Также углекислый газ производится некоторыми микроорганизмами в результате процесса брожения, клеточного дыхания и в процессе гниения органических остатков в воздухе.

К антропогенным источникам эмиссии CO₂ в атмосферу относятся: сжигание ископаемых и неископаемых энергоносителей для получения тепла, производства электроэнергии, транспортировки людей и грузов. К значительному выделению CO₂ приводят некоторые виды промышленной деятельности, такие, например, как производство цемента и утилизация попутных нефтяных газов путём их сжигания в факелах.

Растения преобразуют получаемый углекислый газ в углеводы в ходе фотосинтеза, который осуществляется посредством пигмента хлорофилла, использующего энергию солнечного излучения. Получаемый газ, кислород, высвобождается в атмосферу Земли и используется для дыхания гетеротрофными организмами и другими растениями, формируя таким образом цикл углерода.

А вот теперь рассмотрим разницу между естественными и антропогенными источниками!

Перегнивание органического материала, такого как мёртвые деревья и трава, приводит к ежегодному выделению 220 млрд тонн диоксида углерода, земные океаны выделяют 330 млрд^[14]. Пожары, возникающие в том числе по естественным причинам, из-за самого процесса горения в атмосфере и — в случае выгорания лесных массивов — за счет обезлесения приводят к эмиссии, которая сравнима с антропогенной. Например, в ходе индонезийских лесных и торфяных пожаров 1997 года (англ.)русск. было выделено 13—40 % от среднегодовой эмиссии CO₂, получаемой в результате сжигания ископаемых топлив^[19][20].

В обычном состоянии эти естественные источники находятся в равновесии с физическими и биологическими процессами, удаляющими диоксид углерода из атмосферы — часть CO₂ растворяется в морской воде и часть удаляется из воздуха в процессе фотосинтеза. Так как обычно в ходе данного процесса поглощается 5,5⋅10¹¹ т диоксида углерода в год, а его общая масса в земной атмосфере составляет 3,03 ⋅10¹² т, то в среднем весь атмосферный CO₂ участвует в углеродном цикле раз в шесть лет^[14]. Из-за наличия антропогенных выбросов поглощение CO₂ биосферой превосходило его выделение на ≈17 млрд тонн в середине 2000-х годов, скорость его поглощения имеет устойчивую тенденцию к увеличению вместе с ростом атмосферной концентрации^[14][23]. Сжигание ископаемых топлив, — таких как уголь, нефть и природный газ, является основной причиной эмиссии антропогенного CO₂. Вырубка лесов является второй по значимости причиной. В 2008 году в результате сжигания ископаемого топлива в атмосферу было выделено 8,67 млрд тонн углерода (31,8 млрд тонн CO₂). Таким образом, несмотря на то, что (по состоянию на 2011 год) суммарное антропогенное выделение CO₂ не превосходит 8 % от его естественного годового цикла, наблюдается увеличение концентрации, обусловленное не только уровнем антропогенных выбросов, но и постоянным ростом уровня выбросов со временем. Сводка лесов под землепользование привела к увеличению содержания атмосферного диоксида углерода, эквивалентное сжиганию 1,2 млрд тонн угля в 2008 году (1,64 млрд тонн в 1990)^[25]. Суммарное увеличение за 18 лет составляет 3 % от ежегодного естественного цикла CO₂, что достаточно для выведения системы из равновесия и для ускоренного роста уровня CO₂^[26]. Как результат, диоксид углерода постепенно аккумулируется в атмосфере, и в 2009 году его концентрация на 39 % превысила доиндустриальное значение^[27]. Таким образом, несмотря на то, что (по состоянию на 2011 год) суммарное антропогенное выделение CO₂ не превосходит 8 % от его естественного годового цикла, наблюдается увеличение концентрации, обусловленное не только уровнем антропогенных выбросов, но и постоянным ростом уровня выбросов со временем.

К другим факторам, увеличивающим содержание CO₂ в атмосфере, следует отнести рост средней температуры в XX веке, что должно было отражаться в ускорении перегнивания органических остатков и, в силу прогрева океанов, в снижении общего количества диоксида углерода, растворяемого в воде. Увеличение температуры происходило в том числе по причине исключительно высокой солнечной активности в этот период и в XIX веке (см., например, событие Кэррингтона, 1859 г.)^[28].

Итого: человеческий вклад в увеличение количества CO₂ в атмосфере находится в пределах 8-10% от общего объема. Основными источниками CO₂ являются: лесные пожары, вулканы, естественные процессы гниения растительности, выделение океанами растворенного CO₂ из-за солнечной активности. Ежегодно выделенный CO₂ поглощается растительностью посредством фотосинтеза, растворяется в океане, концентрируется в почве или в итоге скапливается в атмосфере планеты.

Основные причины роста уровня CO₂

Если взглянуть на график солнечной активности, то станет понятно, что мировой океан не является причиной увеличения парниковых газов.

График с 2015 года имеет нисходящую динамику, т.е. мировой океан наоборот аккумулирует в себе всё больше количество CO₂ , в то время как общий уровень CO₂ продолжает непрерывно расти. Вулканическая активность остается на стабильном уровне, а вот пожары, вырубка лесов и промышленное производство с каждым годом продолжают расти. Отсюда можно сделать вывод, что антропогенный фактор, вызванный человеческой активностью, внес нестабильность в баланс равновесия CO₂ , при котором поглощающие факторы (растительность, мировой океан) не успевают переработать излишки CO₂, отчего скопившийся углекислый газ концентрируется в атмосфере, что в конечном итоге приводит к постепенному потеплению.

11 мая 2019 года, зафиксирован новый рекорд концентрации CO₂ в атмосфере: 

415,28 ppm (или 0,041528 % углекислого газа в воздухе)^[40][41].

Такой показатель может существенно вырасти в случае изменения солнечной активности в сторону роста, при котором мировой океан начнет выделять большое количество ранее растворенной в воде углекислоты.

Учитывая выше сказанное, выбирая меньшее из зол — между углем, нефтью и газом, необходимо сделать ставку, при котором уровень CO₂ не будет расти, а промышленное производство не будет уменьшаться.

И ЭТО БЕЗ ВАРИАНТОВ ПРИРОДНЫЙ ГАЗ!

Уменьшение автомобилей, работающих на ДВС, и повышение количества электромобилей (в случае, если электричество для них будет производится на ГЭС, АЭС, ТЭС(газ), СЭС,ВЭС) позволит существенным образом сократить выбросы загрязняющих веществ, которые негативным образом влияют на окружающую среду, которая, в свою очередь, уже сейчас не справляется с избытком уровня CO₂. А также, для последующего снижения уровня CO₂, необходимо уделить большое внимание восстановлению зеленого массива планеты — одного из главных природных регуляторов уровня CO₂.

По способу фиксации CO₂ подавляющее большинство растений относятся к типам фотосинтеза С3 и С4. К группе С3 принадлежит большинство известных видов растений (около 95% растительной биомассы Земли это С3-растения). К группе С4 принадлежат некоторые травянистые растения, в том числе важные сельскохозяйственные культуры: кукуруза, сахарный тростник, просо.

С4-механизм фиксации углерода выработался как приспособление к условиям низких концентраций CO₂ в атмосфере. Практически у всех видов растений рост концентрации CO₂ в воздухе приводит к активизации фотосинтеза и ускорению роста.

У С3-растений кривая начинает выходить на плато при концентрации CO₂ более 1000 ppm.

Однако у С4-растений рост скорости фотосинтеза прекращается уже при концентрации CO₂ в 400 ppm. Поэтому современная его концентрация, составляющая на данный момент более 400 молекул на миллион (ppm), уже достигла оптимума для фотосинтеза у С4-растений, но всё еще очень далека от оптимума для С3-растений.

По экспериментальным данным, удвоение текущей концентрации CO₂ приведет (в среднем) к ускорению прироста биомассы у С3-растений на 41 %, а у С4 — на 22 %.

Добавление в окружающий воздух 300 ppm CO₂ приведет к росту продуктивности у С3-растений на 49 % и у С4 — на 20 %, у фруктовых деревьев и бахчевых культур — на 24 %, бобовых — на 44 %, корнеплодных — на 48 %, овощных — на 37 %.

С 1971 по 1990 г., на фоне роста концентрации CO₂ на 9 %, отмечалось увеличение содержания биомассы в лесах Европы на 25–30 %^[49].

Топи газом, езди на электромобиле и сажай морковку и природа сама восстановит баланс!!!

Если бы таким образом Грета обратилась к мировой общественности, наверное сейчас бы её многие уважали. А так, демонстративно катаясь на катамаранах, большого эффекта не достичь.

Электромобили многократно увеличат экспорт российского газа.

У России в этом направлении просто прекрасные перспективы. Уже сейчас многое делается для продвижения природного газа в Европу, которая желает побыстрее отказаться от грязных производств, и в Китай, который имеет большие проблемы с климатом, генерируя электричество для своей промышленности в основном из угля.

Географически Россия имеет большие запасы газа, высокий ветровой потенциал, за счет длинной береговой линии, относительно хорошие условия для развития рынка солнечных панелей, самую сильную в мире атомную энергетику. Поэтому Россия имеет все шансы превратиться из «страны-бензоколонки» в «страну-электрозарядку» и помогут ей в этом ЭЛЕКТРОМОБИЛИ!