*[Enwl] Пределы роста: потребление энергии пропорционально не годовому производству, но всему накопленному

[ENWL]

О взаимосвязи между воплощенной энергией, мощностью на техническое обслуживание и EROEI для производства энергии
Питер Вурмсдоблер

https://peter-wurmsdobler.medium.com/on-the-relationship-between-embodied-energy-maintenance-power-and-eroei-for-energy-generation-41d9d3110005 


Некоторое время назад в моей статье "Усилия по поддержанию материального мира" рассматривался вопрос о ежегодных расходах энергии, или мощности на поддержание, для сохранения материального уровня жизни, характеризующегося воплощенной энергией всех материальных активов. В связи с этой темой я недавно наткнулся на статью Тимоти Гарретта, Матеуса Грасселли и Стивена Кина "Колесо Лотки и длинная рука истории: как далекое прошлое определяет сегодняшний уровень мирового потребления энергии". В документе утверждается пропорциональная зависимость между годовым потреблением энергии и исторически накопленным производством. В этой статье предпринята попытка объединить обе статьи с концепцией возврата энергии на вложенную энергию  (ERoEI), чтобы определить пределы экономического роста в условиях снижения ERoEI из-за ухудшения состояния окружающей среды, истощения ресурсов и образования отходов.

Гарретт и другие утверждают: “новая макроэкономическая величина — исторически накопленное производство, — которая, как мы продемонстрировали, имеет поддающуюся количественному измерению постоянную взаимосвязь с мировыми потребностями в первичных энергетических ресурсах, или коллективной мощью цивилизации”. Было обнаружено, что исторически накопленный объем производства, выраженный в валюте, по-видимому, пропорционален энергопотреблению цивилизации, средней мощности, измеряемой в терраваттах, или эксаджоулях в год; и наоборот, потребление энергии цивилизацией пропорционально исторически сложившемуся объему производства, а не, как можно было бы подумать, годовому объему производства, например, мировому валовому внутреннему продукту (ВВП). Это имеет интересные последствия для создания капитала, скорости создания капитала, экономического роста и инфляции, а также для пределов роста. Мне пришлось прочитать статью несколько раз, чтобы понять все тонкости.

Материальный распад равен power.
Моя интерпретация исторически кумулятивного производства заключается в том, что исторически кумулятивные материальные предметы представляют собой интеграл, совокупность всех усилий цивилизации, которые использовали энергию для преобразования материи в предметы, например, руду в металлы и металлы в товары, глину в кирпичи и кирпичи в здания, а также пшеницу в зерно. муку в хлеб. Непрерывное производство на протяжении всей истории нашей цивилизации привело, таким образом, к созданию материальных объектов, таких как промышленная и бытовая инфраструктура, собственно активов, а также более нестабильных товаров, таких как расходные материалы, все из которых обладают воплощенной энергией: кирпичи, строительный раствор, бетон, сталь, автомобили, поезда, компьютеры, вплоть до хлеба с маслом. Поскольку eᵢ(t) - это воплощенная энергия в джоулях каждого предмета в данный момент времени t, общая воплощенная энергия всех мыслимых предметов может быть выражена в мысленном эксперименте как: 


Все эти материальные ценности подвержены некоторому износу, как естественному, так и простому потреблению. Железо ржавеет, дерево гниет, камень усыхает, стекло разбивается вдребезги, подшипники, шарниры и шины изнашиваются, а хлеб и масло съедаются. Некоторые материалы обладают длительным сроком службы, другие, такие как расходные материалы, имеют очень короткий срок службы; все это зависит от временных констант, связанных с каждым материалом. Предполагая некоторую форму распада или использования, количество воплощенной энергии в любом материальном предмете уменьшается в соответствии с функциями, которые управляют потерей воплощенной энергии. Для простоты давайте предположим некоторый линейный спад в зависимости от времени t в течение срока службы tᵢ для каждого элемента с начальной воплощенной энергией eᵢ⁰. Эта потеря воплощенной энергии может быть выражена как изменение энергии, равномерно распределенной в течение срока службы, как “мощность потерь”.:


Потеря воплощенной энергии или мощности потери в зависимости от воплощенной энергии и временных констант.
Если необходимо сохранить определенный материальный статус-кво, требуется соответствующее количество энергии для поддержания постоянного уровня воплощенной энергии, то есть для компенсации разрушения материала, например, для ремонта, переоборудования, переработки или замены. Тем не менее, мировое потребление электроэнергии или мировые потребности в первичных энергоресурсах (энергия в год = средняя мощность) связаны с энергетическим распадом всех накопленных элементов, т.е. с исторически накопленным производством. В таком стационарном состоянии вся экономическая активность (ВВП) служит поддержанию статус-кво. Только избыток энергии приводит к истинному росту ВВП, т.е. к темпам роста, превышающим уровень инфляции; истинный рост ВВП пропорционален разнице в коллективной мощи цивилизации и снижении уровня материальных активов (рассеянии энергии). Что касается мира, Гарретт и другие количественно оценивают свои утверждения:

в течение каждого из 50 лет, последовавших за 1970 годом, по которым имеются достоверные данные, для поддержания объема мирового богатства в размере 5,50 ± 0,21 трлн долларов США в 2019 году, определенного как совокупное экономическое производство с поправкой на инфляцию, суммируемое за всю историю, в течение каждого года после 1970 года потреблялся 1 эксаджоуль мировой энергии.




Энергия течет по растущей сети цивилизации и в конечном итоге превращается в тепло; для поддержания жизнедеятельности необходима постоянная мощность, пропорциональная размеру сети (Garrett et al., 2022).
В конечном счете, накопленное материальное богатство сложной сети цивилизации достигает предела, когда доступная мощность равна затуханию (и рассеянию) воплощенной энергии; доступной мощности хватает только на то, чтобы поддерживать все в прежнем состоянии. Для реального системного роста больше не требуется избыточной энергии в единицу времени. Это сродни тепловой проблеме: при определенной мощности нагрева максимальная температура вещества достигается тогда, когда потребляемая мощность компенсирует тепловые потери, т.е. система сбалансирована. Другим примером может служить протекающее ведро: при низком уровне наполнения определенный приток воды приводит к повышению уровня воды; максимально достижимый уровень наполнения достигается, если приток компенсирует потери, такие как расход, испарение или утечки.

Пределы потерь и возможности их увеличения
Как предыдущий раздел о разрушении материала и потере мощности связан с ERoEI? Ну, дано его определение, соотношение между энергией возвращение Eᵣ энергии вложили Eᵢ, или коэффициента EROEI = η = Eᵣ/Eᵢ, чистая энергия Eₙ можно получить за установленное энергии Eᵣ емкость поколения:


Чтобы представить некоторые конкретные значения, отметим, что на заре нефтедобычи ERoEI, равный 100 и выше, не был чем-то необычным; однако, с появлением более современных методов добычи сланцевой нефти и гидроразрыва пласта, ERoEI снизился до значений всего 5. Возобновляемые источники энергии, напротив, имеют ERoIE, равный примерно 10-20, в зависимости от того, учитывается ли накопление энергии или нет. С другой стороны, при использовании биоэнергии, такой как биодизельное топливо или кукурузный этанол, ERoEI составляет около 0,8–1,6; например, при значении ERoEI 1,2= 6/5 требуется 5 единиц энергии для производства 6 единиц в общей сложности с 1 единицей чистой энергии. Если ERoEI падает ниже точки безубыточности, равной 1, то необходимо потратить больше энергии, чем может быть возвращено, например, 0,1-0,7 для получения энергии из водорослей.



Common ERoEI values for various energy sources (from Human Ambitions on a Finite Planet).
Общие значения ERoEI для различных источников энергии (от амбиций человека на Ограниченной планете).
В стационарном состоянии чистая энергия eₙ в течение срока службы энергоустановки T должна равняться потребляемой мощности, чтобы поддерживать статус-кво, как указано выше, для воплощенной энергии всех элементов:



Объединяя все уравнения, установленная мощность производства электроэнергии, необходимая для поддержания статус-кво, становится: 




Требуемая мощность выработки энергии пропорциональна:


- Сумме всех материальных ценностей (активов и расходных материалов), взвешенная на величину, обратную их временным константам; это означает, что: а) чем меньше предметов, тем лучше (например, меньше автомобилей, малолитражек и ни в коем случае не внедорожников!), т.е. сокращение и повторное использование, и б) длительный срок службы, т.е. долговечность благодаря дизайну.
- соотношение η/(η-1) имеет решающее значение; малое значение η, ERoIE, возможно, близкое к 1, означает, что количество установленной мощности становится бесконечным; другими словами, чем меньше η, тем больше мощность по производству энергии.


Суть в том, что по мере истощения ресурсов важных материалов, таких как медь или литий, а также нефти и газа, ERoIE становится меньше, что требует еще большего количества энергогенерирующих активов, которым требуется больше ресурсов, что приводит к еще большему истощению и, следовательно, к снижению ERoEI: потребности в энергии выходят из-под контроля и, вероятно, приведут к приведет к краху Seneca, аналогичному результату, предсказанному в модели "Бизнес как обычно" в книге "Пределы роста" (оригинальная и обновленная версии). Это происходит благодаря первоначальному механизму положительной обратной связи в сочетании с комбинацией отложенной отрицательной обратной связи (загрязнение) и нелинейных элементов в цикле, таких как насыщение (истощение ограничивает ресурсы).


Поскольку возобновляемые ресурсы на планете ограничены, следствием этого является то, что общее количество материальных активов, которые могут разумно поддерживаться в рабочем состоянии, должно уменьшаться, по крайней мере, в соответствии с уменьшением ERoEI. Другими словами, общее количество материальных ценностей, доступных нашей цивилизации, ограничено эпохой; нам лучше привыкнуть к этой идее и развивать человечество в направлении гораздо меньшего влияния. Это потребовало бы маловероятных изменений в обществе.


Best regards,
Bulat K. YESSEKIN




On Tue, 17 Dec 2024 at 22:52, Arie Pieter van Duijn <ap.vanduijn на gmail.com> wrote:

  Dear Peter, 


  That's interesting. I've exchanged a couple of emails with Timothy Garrett a few years ago to discuss an earlier version of this article, called "How persistent is civilization growth?", written without Stephen Keen. My interest is slightly broader and encompasses not just future energy consumption, but a path dependency and loss of flexibility, in the sense of Gregory Bateson, in not only the material and energetic realm, but also the social and cultural realm. In case of the latter I'm exploring one of Ivan Illich's ideas on radical monopolies. The perspectives of Garrett and Illich seem to interlock like two halves of a puzzle.


  I'll read your article and will share my insights. 


  Have a nice day.


  Regards, Arie 


  On Tue, 17 Dec 2024 at 11:08, Peter Wurmsdobler <peter на wurmsdobler.org> wrote:

    Hello,


    A few weeks ago I came across the article "Lotka’s wheel and the long arm of history:
    how does the distant past determine today’s global rate of energy consumption?" by Timothy J. Garrett , Matheus R. Grasselli , and Stephen Keen (https://esd.copernicus.org/articles/13/1021/2022/esd-13-1021-2022.pdf); perhaps their work is known to you all. For me the core concept was sort of new and sounded very intriguing: 



    "a new macroeconomic quantity – historically cumulative production – that we demonstrated to have had a quantifiable constant relationship with world primary energy resource demands, or civilization’s collective power"


    Over the past I have myself been pondering on historically accumulated material assets, on an individual level for a standard of living, but also at a global level, as well as the restoration energy needed (as power) to compensate decay or a decrease in embodied energy. In a recent article I tried to combine these two with EROEI and its implication: https://peter-wurmsdobler.medium.com/on-the-relationship-between-embodied-energy-maintenance-power-and-eroei-for-energy-generation-41d9d3110005 



    Disclaimer: my articles are not scientific publications but merely an expression of an engineering & scientific mind on matters of energy.


    What do you think?
    Kind regards,
    peter






    -- 
    You received this message because you are subscribed to the Google Groups "Living Earth" group.
    -- 

  Arie Pieter van Duijn
  M +31 (0)6 22 06 69 72



  "Ambulator nascitur, non fit" (Thoreau 1854)

  -- 
  You received this message because you are subscribed to the Google Groups "Living Earth" group.


From: Bulat Yessekin 
Sent: Wednesday, December 18, 2024 8:22 AM
Subject: Re: Пределы роста: потребление энергии пропорционально не годовому производству, но всему накопленному

 

PS. Рассуждения сложные, но по сути речь идет не только о том, что следует учитывать актуально вырабатываемую и потребляемую энергию, но также и запасенную ранее в виде доступных ресурсов, как создаваемых человеком, так и природных. Технологии, позволяющие использовать новые ресурсы, это тоже ресурс.

Вл



  
----------- следующая часть -----------
Вложение в формате HTML было извлечено…
URL: <http://lists.enwl.net.ru/pipermail/enwl/attachments/20241218/2507bb05/attachment-0001.html>