La trampa de la Energía
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Muchos lo hacen los mensajes de matemáticas han tocado en la inevitable cese del crecimiento y el reto que enfrentaremos en el desarrollo de una infraestructura de energía de reemplazo una vez que se gasta nuestra herencia de combustibles fósiles. La atención se ha centrado en las restricciones físicas a largo plazo, y no en los detalles sucios de nuestra respuesta en el corto plazo. Pero nuestra reacción a un flujo cada vez menor de energía de combustibles fósiles en el corto plazo determinará si hacemos la transición a una existencia sostenible, sino tecnológico o dejamos de colapso. Un obstáculo en particular, me tiene preocupado. Yo lo llamo la trampa de Energía.
En resumen, la idea es que una vez que entramos en una fase de disminución de la disponibilidad de combustibles fósiles-primero los productos en nuestra petróleo sistema económico basado en el crecimiento tendrán dificultades para hacer frente a una contracción de su savia. Los precios del combustible se dispararán, algunos individuos y las naciones exportadoras reaccionarán por el acaparamiento y la escasez de energía se convertirá rápidamente en la nueva norma. La mano invisible del mercado bofetada nos tonto exigiendo una nueva infraestructura energética basada en soluciones no fósiles. Pero aquí está el problema. La construcción de esta nueva infraestructura brillante requiere no sólo dinero, pero ... la energía. Y ese es el muy bien escaso. ¿Realmente estar dispuestos a sacrificar energía adicional en el corto plazo-efectiva aumento de la pendiente de la caída, de un plan de energía a largo plazo? ¡Es una trampa!
Cuando me encontré por primera vez el concepto del pico del petróleo, lo que más me angustia por las implicaciones económicas. En parte, esto se debió a libro de David Goodstein Fuera del gas, lo que pone de relieve el potencial de pánico global en reacción a las líneas de gas de petróleo de decisiones picos asociados con las crisis del petróleo temporales de 1973 y 1979 mirada como actos de calentamiento. Porque sabía que el profesor Goodstein personalmente, y lo tenía en alta estima como físico sólido, tomé su mensaje en serio. Extrapolando su visión de una reacción global para el pico del petróleo, que imaginaba que la perspectiva de una disminución de décadas en energía disponible, mientras se esforzaba por instituir un reemplazo de la infraestructura-destruiría la confianza en el crecimiento económico a corto plazo, destruyendo así la inversión y estrellarse mercados. El mercado se basa en la confianza de los inversores, lo cual, en cierto sentido, hace que sea una estafa, ya que "con" es la abreviatura de confianza. Si esa confianza se rompe en una escala mundial, lo que sucede a continuación?
Todavía considero pánico económico para ser un claramente posible eventualidad, pero la psicología puede ser difícil de predecir. los optimistas del mercado verían el tremendo potencial de inversión de una nueva infraestructura de energía como un antídoto contra un brote de este tipo. Dada esta incertidumbre, vamos a rehuir el pronóstico económico y un vistazo a una dimensión puramente física al problema, a saber, la Trampa de Energía.
Energía invertida y Energía
Nuestro objetivo será evaluar cuantitativamente la trampa de la Energía, y ver si hay alguna sustancia a la idea. Nos basaremos en un concepto que ha adquirido un papel central en la evaluación de nuestro futuro energético. Se trata de tasa de retorno energético, o TRE.
Con el fin de utilizar la energía, hay que ejercer un poco de energía para asegurar la fuente y prepararlo para su uso. Con el fin de quemar la madera en la chimenea, nosotros (o alguien) que cortar un árbol, cortarlo en registros, y dividir los grandes troncos. Para conducir el coche con motor de gasolina, hay que gastar energía para encontrar el aceite, perforación y, posiblemente, el bombeo del aceite, a continuación, refinar y distribuir la gasolina. Para recoger la energía solar, hay que invertir energía para fabricar los paneles solares y los componentes electrónicos asociados. El resultado se expresa como una proporción de la energía de salida: la energía de entrada. Cualquier cosa menor que la relación de equilibrio de 1: 1 significa que la fuente no proporciona energía neta (un desagüe, de hecho), y no merece la pena seguir de energía efectos, a menos que la forma / conveniencia de que la energía específica es de otro modo no disponible.
En sus primeros días, el aceite con frecuencia produjo una TRE de más de 100: 1, lo que significa que 1% o menos de la energía contenida en un barril de petróleo tuvieron que ser gastado para entregar ese barril de petróleo. No es un mal negocio. La producción de petróleo hoy más típicamente tiene una TRE alrededor, mientras que las arenas bituminosas y aceite de esquisto tienden a ser sobre, respectivamente. Por el contrario, es discutible si el etanol de maíz supera punto de equilibrio: puede optimismo ser tan alto como 1.4: 1. El cambio de aceite convencional para el etanol de maíz sería como cambiar de una dieta de tocino, huevos y mantequilla a una dieta de supervivencia desesperada de cuero de los zapatos y la corteza del árbol. Otros enfoques para biocombustibles, como el etanol de caña de azúcar, pueden tener TRE tan alto como 8: 1.
Para completar la introducción, el carbón tiene típicamente una TRE alrededor de 50-85: 1, y el gas natural tiende a venir en torno, aunque cae por debajo del extremo inferior de este rango como los campos fáciles están agotadas. Mientras tanto, se estima que la energía solar fotovoltaica para requerir de fabricar, incluyendo los marcos y sistemas electrónicos asociados. Suponiendo una vida útil de 30-40 años, esto se traduce en una TRE alrededor de 10: 1. El viento se estima que tiene alrededor de TRE, y se espera que las nuevas instalaciones nucleares a entrar en aproximadamente. Estos son todos los enfoques con la energía neta positiva, que es la buena noticia.
La decadencia inevitable de combustibles fósiles
Vamos a explorar lo que sucede cuando tratamos de compensar una disminución de la energía con un recurso alternativo que tiene modesta TRE. En la pendiente de subida de nuestra bonanza de los combustibles fósiles, vimos una tasa de crecimiento anual característico de alrededor del 3% por año. A pesar de lo asimétrico, una evolución logística del recurso resultaría en una tasa simétrica de la contracción en la pendiente descendente: 3% por año. Tomo prestado un gráfico de la para ilustrar la razón para esperar que una era de decadencia de un recurso finito de una sola vez.
Podríamos utilizar cualquier número de la tasa de disminución de nuestro análisis, pero en realidad va a suavizar el efecto de una disminución del 2% anual para ilustrar que nos encontramos con problemas incluso a una modesta tasa de declive. Por sí mismo, un año disminución del 2% tras año, mientras que suena leve enviaría nuestra economía basada en el crecimiento en picada. Como se detalla en, a través de mejoras en la eficiencia, la planta no puede avanzar en el agua frente a una tasa tan alta como 2% por año. Como veremos a continuación, la Trampa de energía sólo empeora las cosas.
Detener la disminución: Tomar 1
Digamos que nuestro país (o del mundo) utiliza 100 unidades de energía de combustibles fósiles de un año, y espera obtener sólo 98 unidades al año siguiente. Tenemos que llegar a 2 unidades de energía de reemplazo en el plazo de un año para llenar el vacío. Si, por ejemplo, la sustitución:
- tiene un TRE de 10: 1;
- requiere la mayor parte de la inversión en energía en la delantera (el panel solar o la fabricación de turbinas eólicas, la construcción de plantas nucleares, etc.);
- y tendrá una duración de 40 años,
entonces necesitamos una inversión que asciende la energía por adelantado al valor de la energía de salida de la nueva fuente de 4 años. Dado que se requiere una potencia de 2 unidades de energía para llenar el vacío, necesitaremos 8 unidades de energía para poner el recurso en uso.
De las 100 unidades de recurso energético total en el lugar en el primer año, sólo 92 están disponibles para su uso a futuro de repente como un descenso del 8%. Si nos sentamos en nuestras manos y no lanzamos una infraestructura de reemplazo, tendríamos 98 unidades disponibles para su uso el próximo año. Es todavía una disminución, pero una disminución del 2% es más aceptable que una disminución efectiva del 8%. Dado que cada año subsiguiente espera una disminución de combustibles fósiles similares, el juego se repite. ¿Dónde está el incentivo para poner en marcha una nueva infraestructura? Esta es la razón por la llamo una trampa. Tenemos que exacerbar el sacrificio por un período prolongado con el fin de llegar a la cima en el final.
La figura anterior muestra cómo se ve gráficamente, dada la disminución de combustibles fósiles lineal de 2 unidades por año. El despliegue de los pasos inmediatamente para tapar el vacío proporcionando un 2 unidades adicionales de reemplazo de cada año, a un costo anual de 8 unidades. Mientras que la combinación de los combustibles fósiles y la sustitución de recursos siempre añade a 100 unidades en este esquema, el coste por adelantado en curso de nuevas infraestructuras produce un drenaje constante en el sistema. En términos de energía acumulada perdido, se necesitan 7 años antes del sacrificio de energía asociado con el reemplazo empieza a ser inferior a la de justo después de la diapositiva de combustibles fósiles con ningún intento de sustitución. Esta escala de tiempo es más allá del horizonte típico de los políticos elegidos.
Otro aspecto de la trampa es que no podemos construir nuestra manera de salir del problema. Si tratamos de ser más astuto que la trampa mediante la construcción de un reemplazo de 8 unidades en el primer año, se requeriría 32 unidades para producir y sólo cavar un hoyo más profundo. El punto esencial es que por adelantado los costos de energía hacen que la infraestructura de un paso hacia adelante en los resultados de cuatro pasos hacia atrás, dado TRE alrededor de 10: 1 y una inversión inicial para una vida de 40 año. La naturaleza no proporciona un esquema de financiación de la energía. No se puede construir un molino de viento de la energía prometida.
Podemos meterse con los números para obtener resultados diferentes. Si sólo la mitad de la energía total invertido es por adelantado, y el resto se distribuye en toda la vida del recurso (minería y enriquecimiento de uranio, por ejemplo), entonces tomamos un 4% en lugar de golpear a un 8%. Del mismo modo, un molino de viento de 40 años a 20: 1 TRE y lleno inversión inicial requerirá de 2 años de su contribución para llenar lagunas de 2 unidades de instalar, que asciende a un costo de energía de 4 unidades y, por tanto, un golpe del 4%. Es todavía más grande que el que no hace nada al 2%, que, recordemos, es ya una fuente de dolor. Alguien quiere duplicar el dolor? ¿Nadie? Elíjame, y eso es lo que haremos. Toda la toma? ¿No? Los débiles.
Súbete a la rampa!
No es realista pensar que podríamos saltar a un reemplazo de infraestructura a gran escala en un año. Para ajustar la escala, los EE.UU. utiliza alrededor de 3 TW de potencia continua. Una caída del 1% corresponde a 30 GW de potencia. Por lo tanto, nuestra modesta sustitución de 2% requeriría la construcción de alrededor de 60 nuevas centrales eléctricas de 1 GW en un solo año, o una razón de uno por semana! A nivel mundial, que cuadrupliquemos este número.
Lo que hemos demostrado la capacidad en el pasado? En 2010, la producción mundial de energía solar fotovoltaica fue de 15 GW, lo que es sólo un 6% de lo que sería necesario para llenar una brecha de energía mundial de 2% por año. Incluso en una lágrima de aumento del 50% por año, se necesitarían 7 años para llegar a la velocidad requerida. instalaciones eólicas en 2010 ascendieron a 37 GW, o 14% de la exigencia global de 2%. Se necesitarían 5 años a un ritmo de vértigo 50% por año de incremento para llegar allí. Cuando Francia decidió ir a lo grande en lo nuclear, construyeron 56 reactores en 15 años. Al hacerlo, sustituyeron el 80% de su consumo de electricidad, lo que se traduce en alrededor de un 30% de su consumo total de energía. Así que esto los pone en un 2% por año en reemplazo de la energía.
Estoy siendo arrogante sobre la comparación de la energía térmica en los combustibles fósiles a la electricidad suministrada (factor de 3 en motor térmico), pero más de lo compenso al no incorporar el alto factor de intermitencia para la energía eólica y solar (factor de 4-5). Para nuclear, que expresa la sustitución en términos de combustibles fósiles desplazados hace por el juego limpio. Pero al final, este punto sólo se refiere a las tasas reales de infraestructura Además, y no lleva en el fenómeno general de Trampa Energía.
Detener la disminución: Take 2
Imaginemos una trayectoria más realista para el esfuerzo de reemplazo. En nuestro escenario, el mundo se enfrenta a una crisis enorme, así que tal vez podría superar impresionante empuje nuclear de Francia y en última instancia reemplazar la infraestructura de energía a una tasa de 4% por año. Pero se necesita tiempo para llegar allí. Si se tarda 10 años a la rampa hasta la velocidad máxima, tenemos la situación se ve en el siguiente gráfico.
La inversión en energía todavía nos obliga a la disminución más pronunciada, en un primer aspecto de un 3,2% en lugar de una disminución del 2%. Pero no es tan irritante como una repentina caída del 8%. Por otro lado, caemos más antes de retirarse, de tocar fondo en> 14% caída total de alrededor de 8-9 años. Se tarda más de 10 años para que fuera mejor que el enfoque de no hacer nada en cuanto a la pérdida neta de energía. Una tabla correspondiente a la trama aparece debajo para aquellos interesados en estudiar minuciosamente sobre los números para averiguar cómo se juega este juego.
Tenga en cuenta que en cualquier lugar a lo largo del camino, un cese del esfuerzo de reemplazo traerá un alivio inmediato. Por ejemplo, a principios del año 6, después de haber instalado 6 unidades de reemplazo de la energía hasta ese momento, abandonar el esfuerzo va a ver 88 unidades de combustibles fósiles, además de las 6 unidades de reemplazo para un total de 94 unidades. Esto sería un avance considerable frente a 88 unidades de energía disponible del año anterior, y un aparente ganancia aún mayor sobre los 86,8 unidades que estarían disponibles bajo una continuación del programa de choque. Del mismo modo, si se suspende el programa al final de diez años, las instaladas 22 unidades de reemplazo complementarían la cantidad de combustibles fósiles undécimo año de 78 unidades, para llevarnos de vuelta a un color de rosa nada 100 unidades-como nunca había sucedido, y lejos mejor que las 88 unidades que de otro modo soportar bajo una continuación del programa. Pero parada renueva el descenso peligroso. El punto es que siempre habrá una fuerte tentación de terminar con el dolor a corto plazo paraun alivio inmediato.
Los comportamientos generales
Como se ha mencionado antes, la trampa de la energía es una consecuencia genérica de fuentes modesta-TRE que requieren una inversión inicial considerable en energía. Nos necesitamos la TRE para que sea igual a la vida útil de los recursos con el fin de tener un efecto nulo durante los años de declive, o mejor que esto para aliviar el dolor o permitir el crecimiento. Para toda una vida de 40 año (por ejemplo, plantas de energía, paneles solares, turbinas de viento), esto significa que necesitaríamos 40: 1 TRE o mejor para evitar la trampa. Nuestras alternativas simplemente no dan la talla. Maldiciones!
Para los recursos que no requieren un costo sustancial por adelantado en forma de infraestructura, no se aplica la trampa. Los combustibles fósiles tienden a ser de este tipo. La energía requerida para entregar un barril de petróleo o una tonelada de carbón tiende a ser específica a la unidad entregada, y no está dominado por el costo por adelantado. Es similar para las arenas bituminosas, lo que requiere energía sustancial para calentar y procesar los lodos. Incluso a 5: 1 TRE, llenando un hueco 2-unidad puede lograrse mediante la producción de 2,5 unidades de salida, mientras que la pérdida de 0,5 unidades a la inversión. Por lo tanto, es posible mantener un suministro de energía constante. El hecho de que los combustibles fósiles no hacen trampa nosotros nos anima a seguir con ellos. Pero ser un recurso finito, su atractivo es el sonido de la sirena, nos atrayendo a permanecer en el barco que se hunde. ¿O es que las sirenas Lure marineros de los barcos? De cualquier manera, los combustibles fósiles son ya compatibles con nuestra flota de transporte, el fortalecimiento de la muerte de agarre.
Por el contrario, la energía solar fotovoltaica, solar térmica, eólica y nuclear, son todas maneras de hacer que la electricidad, pero éstos no nos ayudan en gran medida como un reemplazo directo de la primera para quebrar combustibles fósiles: petróleo. Este es un punto muy serio. Como Bob Hirsch señaló en el, nos enfrentamos a un problema de combustibles líquidos en el pico del petróleo. Como tal, no es una de las cinco estrategias de mitigación de accidente relacionados con los programas de inmediato acciones concretas señaladas en el informe representa un alejamiento de los combustibles fósiles finitos. El agarre es apretado, por cierto.
Por tanto, debemos agravar el problema Trampa de energía si queremos reemplazar el petróleo con cualquiera de las fuentes renovables antes mencionados, porque tenemos que añadir la inversión de energía asociado a la fabricación de una nueva flota de vehículos eléctricos de una forma u otra (híbrido plug-in califica). Esto no puede suceder durante la noche, y dará lugar a un déficit de energía para el transporte prolongado aún mayor en magnitud que se ha representado anteriormente.
¿Tenemos lo que se necesita?
Muchos de nosotros tenemos grandes esperanzas para nuestro futuro energético que implican una transición a una infraestructura de energía renovable reluciente, pero tenemos que darnos cuenta de que nos enfrentamos a un serio cuello de botella en su aplicación. La inversión en energía por adelantado en infraestructuras de energía renovable no ha sido visible como un obstáculo hasta ahora, ya que hemos tenido la energía excedente para invertir (y acertadamente, en que, si hubiéramos comenzado en serio antes!). En un contexto de disminución de la energía, lo cual me siento será el único motivador lo suficientemente fuerte como para hacernos serio sobre un reemplazo ruta-nos encontremos paralizados por la trampa.
En el mundo paralelo de la economía, una disminución de la energía probablemente explica profunda recesión. La gran inversión económica necesaria para llevar a cabo un programa intensivo de energía de reemplazo será difícil reunir en tiempos difíciles, sobre todo teniendo en cuenta que es poco probable que convergen en la solución "correcta" en el que nos hundimos nuestros dólares.
En lo político, la trampa de la energía es un asesino. En mi vida, no he visto en nuestro sistema político el comportamiento de los adultos que se necesitaría para apretarse el cinturón para un objetivo a largo plazo que implica sacrificio a corto plazo. O al menos de los breves episodios de tal madurez no han sido políticamente recompensado. No estoy culpando a los políticos. Todos gritamos por helado. Los políticos simplemente atender a nuestras demandas. Tenemos la tendencia a votar por el candidato que promete una más grande, mejor mañana, incluso si un camino es insostenible.
La única forma de salir de la trampa de la política es una fracción substancial de nuestra población para entender las dimensiones del problema: entender que se nos ha estropeado por el exceso de energía disponible a través de combustibles fósiles, y que tendrá que hacer década- sacrificios nivel pone realmente en una nueva pista. La única manera de lograr esto es a través de la educación sobria, que es lo que se trata. ¡Es una trampa! ¡Difundir la palabra!
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