Лоутек возобновляемая энергетика

[vashu11]

Лоутек здесь употребляется в смысле - без солнечных элементов. По мотивам дискуссии.

Потребление энергии в Англии. 1800-1840 - 60 ГДж/человека, 1870-1900 - 60 ГДж/человека(другие страны сильно отставали - см. Power to the People Energy in Europe over the Last Five Centuries, стр. 278).

Сколько нам могут дать возобновляемые дрова(о возобновляемой металлургии, coppicing)? Грубо - 100 м3 на га за 10 лет, 1000 тонн леса в год с км2. С 30 человек на км2 и шестой частью территории под лес - 5 тонн дерева на человека, 60 ГДж/чел. Если брать по 3 тонны сухого(18 МДж/кг) дерева с гектара в год(см. обсуждение в комментариях), то при плотности 30 человек на км2 и третью территории под лес у нас будет 60 ГДж/чел(100 Вт механической энергии при КПД 5%, 400 Вт при 20%).

30 человек на км2 - плотность населения европейской части России в начале 20-го века, уровень вполне нормальный для средневековья, но втрое меньше уровня Англии 1850.

===

Россия потребляет 854 Вт электричества на человека, 16% - ГЭС. Итого 140 Вт гидроэнергии на человека.

Насколько быстро окупается ГЭС?

Красноярская ГЭС. "Годовая выработка электроэнергии - 18,350 млн кВт⋅ч В ходе строительства Красноярской ГЭС было переработано 9,45 млн м³ мягких грунтов, извлечено 6,4 млн м³ скальных пород, уложено 5,765 млн м³ бетона и железобетона, смонтировано 118 тыс. тонн металлоконструкций, механизмов и оборудования."

Итого получаем 70 ПДж в год. 5 млн м3 бетона при 500 МДж на м3 - 3 ПДж, 200 кило арматуры на м3 бетона - получаем порядка миллиона тонн стали.

На выплавку 1 т стали расходуется в среднем 700 - 800 кВт ч электроэнергии(электросталь) или полтонны кокса, 3 ГДж и 15 ГДж соответственно. Берем по максимуму - 15 ПДж энергии.

В общем EROI явно отличный. Может это какая-то ошибка или исключение?

Саратовская ГЭС "Годовая выработка электроэнергии - 5400 млн кВт⋅ч В ходе строительства Саратовской ГЭС было произведено 69,7 млн м³ выемки и 38,4 млн м³ насыпи мягкого грунта, 2,3 млн м³ каменной наброски, фильтров и дренажей, уложено 3,09 млн м³ бетона и железобетона, смонтировано 42,55 тыс. т металлоконструкций и механизмов."

Получаем 20 ПДж в год. Расход на бетон - 3 ПДж, сталь - 7 ПДж. Неплохо.

Comments

[3seemingmonkeys.livejournal.com]

10 тонн/га кажется очень много, видел оценки 2 т/га средневековая чехия, 5 т/га англия (более влажный климат?)
сейчас наверное вырубки получают минеральные удобрения, и обрабатываются пестицидами, поэтому 10 и 20 т/га и даже больше можно получить

[vashu11.livejournal.com]

Хм. Пестициды... Возможно, надо глянуть.

[vashu11.livejournal.com]

Тут http://sci-hub.tw/10.1179/030907205X44411
// Contemporary surveys suggest an annual yield of at least 30 cords of wood from an acre of coppice (Hammersley 1973, 605).

Гугл говорит что cord это минимум тонна, звучит неправдоподобно много.

Тут http://dx.doi.org.sci-hub.tw/10.1484/M.RURALIA-EB.3.1147
https://www.dropbox.com/s/mnto9e8g691esyo/coppice_yeild.png более разумные цифры. Засуха указывается как главный ограничитель. При условии достаточной влажности - 10-15 м3 на гектар. Правда для Италии (

Продуктивность могла еще ограничиваться выращиванием строевого леса вместе с дровяным https://www.dropbox.com/s/dwzyxcsx9gx2b3y/coppice_standarts.png

--

У цифр поста есть запас для роста. Отводить весь лес на дрова(постройки разбирать под конец службы) и использовать половину площадей = утраиваем выход.

С другой стороны знания и организация позволяют экономить. ДВС вдвое экономичней паровой машины. В средневековье на кило железа тратили минимум 40 кило дров, сейчас полкило кокса.

[3seemingmonkeys.livejournal.com]

https://books.google.ru/books?id=XnYHkSIeh_4C
Biomass and Bioenergy: New Research
By Michael D. Brenes

первая ссылка что-то не открывается

для экваториальных стран видел цифры под 40 т/га, ссылки потерял правда

[vashu11.livejournal.com]

Непонятно что такое od tha. Страницу не подскажете?

// для экваториальных стран видел цифры под 40 т/га

На странице 8 в этой книге указываются 200 тонн в год на гектар в тропиках, 4 тонны в засушливых.
20 t dry lowland - 300 moist lowland

Стр 9 - плантации в 3-10 раз эффективнее просто леса. Но тут непонятно какую часть обеспечивают современные виды. Если простые пестициды еще можно худо бедно вписать в лоутех, то массовые удобрения явно не пролезают.

// http://icolog.ru/lekcii/produktivnost-ekosistem.htm
В северных лесах, как известно, продуктивность (6–10 т/га)

Таки думаю что на 5 тонн рассчитывать можно, так что пролезаем.

====

Потребление дров в Англии было грубо постоянным в 17-18 веках и упало лишь в 1800х - порядка 20 ПДж. http://www.softmachines.org/wordpress/wp-content/uploads/2015/10/coal_vs_firewood-e1444640602113.jpg 3.5 Гдж на человека - на порядок меньше нашей "цели"

То есть примерно 2 миллиона тонн дров. При площади Великобритании 250 т км2 получаем и покрытии порядка 7% https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/c/c6/Woodland_as_a_percentage_of_land_area_in_England.png
получаем цифру порядка 120 т с км2 в год.

Но тут надо учитывать "плодородие" Шотландии и то что не все леса были coppicing, особенно при конкуренции с дешевым углем. Ну и 7% - показывают что на лес положили х.

Думаю минимум втрое-вчетверо(400-500) с км2 было при организованном разведении.

Тогда если берем 30% леса и весь coppicing - 4х 2х = 40 ГДж на человека - почти достигаем цели.

[3seemingmonkeys.livejournal.com]

odt - oven dried tonne

про тополя страница 51

>200 тонн в год на гектар
>В северных лесах, как известно, продуктивность (6–10 т/га)
это наверное полная биомасса -- с ветками листьями и т.п.

[vashu11.livejournal.com]

Там похоже все на гектары - так что цифры меня лично обнадеживают )

[3seemingmonkeys.livejournal.com]

а откуда график с дровами и углем?

[vashu11.livejournal.com]

http://www.softmachines.org/wordpress/?p=1740

[3seemingmonkeys.livejournal.com]

спасибо, интересный похоже блог

[vashu11.livejournal.com]

Жалко тега по истории там нет.

еще по нашей теме http://www.softmachines.org/wordpress/?p=1453

// A well managed system of coppiced hardwoods would produce between 5 and 10 tonnes of wood per hectare sustainably, giving an energy yield of perhaps 75-150 GJ per hectare per year.
...
// But by 1850 England and Wales’s consumption of coal had already reached 1.7 million TJ. This amounts pretty much to the theoretical energy yield if the whole land area of England and Wales was devoted solely to growing firewood. Coal in effect released England from the constraint of its finite land area.

О чем я и говорю - гипотетическая Англия с населением в треть от 1850 и третью площади под coppicing имела бы потребление биомассы сравнимое с углем 1850го.

[3seemingmonkeys.livejournal.com]

я сильно сомневаюсь что где-либо когда-либо треть территории была под coppicing...

[vashu11.livejournal.com]

Значит Конго и Амазонка будут энергетическими сверхдержавами.

[3seemingmonkeys.livejournal.com]

"coal, each ton of which equaled the sustainable timber yield from 1 to 1.5 acres of prime mid-latitude forest."
http://afe.easia.columbia.edu/chinawh/web/s6/s6_2.html
т.е. 5-7.5 т/га
хотя ссылки на источник нет
попробую письмо написать ему

вот еще

если поленница (cord) это 2 тонны, выходит 2.5-3.125 т/га

https://archive.org/details/CAT87201492/page/n47
Forestry for farmers by Fernow, Bernhard E. 1898

вероятно более релевантно

[vashu11.livejournal.com]

Мне кажется что ключевое слово тут timber - строевой лес, а не дрова.

Те порода выбирается не самая продуктивная по джоулям, а самая продуктивная по массе на цену. Учитывается только ствол и только крупных деревьев.

Если посмотреть Reports on forest management, 1873 https://books.googleusercontent.com/books/content?req=AKW5Qacff0cQgiiReW-rloXYmj2ikkghCoU6-fx7nlGoG46H_bSNFSGh9rdLS_avC93qdxHzqN8gsgvAJLpN2GOsYOnSAA-Z7Lcjpi68hnGEmHFYb32DfvjGMAd6nYAZle-DvnR_GV8fNhQ971F0YYDVpEjui73sF0Y0dZ_DrdL1AZdORKbr8M0gEBwWZgvVaXuU88IsejKz5YUeBJqEeeJmgtnEpBP1eibAVnVLq4pc3fXOsSlCdw4HCfoQxG5dx-0L_7MnVN6d1p3WDJv9v-lvsLjRlg1VXIQrybKNSXn3bm154hizsDk

видны сравнимые цифры(стр 3 11 22 30 48 51) - 15-75 кубических футов timber на акр в год = до 5.2 кубометров на гектар в год. Что-то похожее на 3.75 т/га

[3seemingmonkeys.livejournal.com]

о, спасибо, какая интересная книжка
написано что они выращивали в основном хвойные (spruce, fir, silver fir), плотность 450 кг/м3 и менее
специально на дрова похоже не выращивали, в Баварии 4.4 м3/га, при этом 80% приходится на faggots
т.е. дрова получались как побочный продукт строевого леса (хотя по массе основной)
самый большой выход в Юре -- 7 м3/га silver fir = 2.9 т/га, в исключительных условиях
чем больше лес тем меньше выход, в Пруссии с 8М га лесов, 2.1 м3/га (1 т/га) на равнине и в 2 раза больше в холмах, а в среднем около 1.25 т/га -- я думаю эту цифру можно брать за средний выход строевого леса на большой территории. Вопрос во сколько раз дровяной лес более продуктивен.
если в 2-3 раза то получатся как раз цифры американской фермы

[3seemingmonkeys.livejournal.com]

зы интересно про forest of Haye (стр 79) пишут что его эксплуатировали как coppice и он давал всего 2 м3/га, потому что была не подходящая почва (сухая). если бы там вырастили высокий лес он давал бы 5-6 м3/га, т.к. была бы хорошая тень и вода меньше испарялась из почвы

[vashu11.livejournal.com]

Вообще если уж мы перешли на oven dried tons то я считал 12 МДж на кг - относительно сырые дрова, а odt это скорее 18 МДж/кг. Те 5-10 тонн это всего 3.3-6.6 odt

Почитал немного про энергетические леса https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%AD%D0%BD%D0%B5%D1%80%D0%B3%D0%B5%D1%82%D0%B8%D1%87%D0%B5%D1%81%D0%BA%D0%B8%D0%B9_%D0%BB%D0%B5%D1%81 - 10.1016/j.biombioe.2008.01.002 и 10.1111/j.1469-8137.2008.02396.x и понял что я не хочу это читать :) Гребанная биология

Интересный момент оттуда - нормальные удобрения никто не юзает, невыгодно.
// A possible explanation for the lack of fertilization ofcommercial willow plantations is to consider it as a result of logical economical considerations by the farmer.
хотя кто-то юзает sewage sludge

Но в целом с современными знаниями агротехники и пестицидами 10 odt выглядят достижимо и, имхо, в таком лоутеке с ГЭСами пестициды будут.

[3seemingmonkeys.livejournal.com]

сушеная древесина вроде 15 мдж? (10-15% воды)

10 odt это в теории. в последней статье дают среднюю коммерческую продуктивность 3.8 odt в швеции, ~6 odt у 25% лучших

азот может не нужен т.к. он возвращается в почву с листьями?

что применяется, чего не было в 19 веке:
- гмо сорта (худший дал всего 2 odt)
- гербициды
- заборы от зайцев и оленей
- ивы вместо более серьезных деревьев

последнее я думаю связано с трудозатратами. сейчас иву собирают спец харвестеры и рубят в щепки заодно. поэтому могут очень плотно высаживать, 10-20к растений на гектар, и применять ротацию всего в 4-5 лет. кстати в экспериментах ротация еще короче, 3 года, но наверное экономически это уже не выгодно т.к. хотя продуктивность земли увеличивается но и трудозатраты растут. в древности могла быть выгодна более длинная ротация, лет может 7-10.

[vashu11.livejournal.com]

// сушеная древесина вроде 15 мдж

odt мне кажется это полностью просушенное.
// Абсолютно сухие дрова лиственных пород выдают около 5 кВт·ч тепла на килограмм дров. Абсолютно сухие дрова хвойных пород дают около 5,2 кВт·ч

// - заборы от зайцев и оленей

В "The forester; a practical treatise" пишут что заборы были.

// 3.8 odt в швеции, ~6 odt у 25% лучших

Где эта Швеция. На глубоком севере...

Ладно. У меня наверное уже предубежденность работает или как там это называется. Пять так пять )

[3seemingmonkeys.livejournal.com]

ну, я имею ввиду что 18 мдж и 15 мдж разница не существенная

в экспериментах швеция наоборот больший урожай показала чем англия (1 и 3 колонки)

[vashu11.livejournal.com]

На глаз вся эта куча цифр в единую картину пока у меня не собирается, возможно визуализация бы помогла.

Из статей про энерголес интересна https://www.dropbox.com/s/ux07jysgklgf57n/coppice_10.1111%3Aj.1469-8137.2008.02396.x.jpg те в целом по Англии желтый преобладает и размазан равномерно. Найти бы такое же для всей Европы...

[3seemingmonkeys.livejournal.com]

для перевозки дров еще нужен транспорт, собирать их с большой площади.
удобство угля было в том что он компактно расположен, можно проложить рельсы от шахты до реки или канала и дешево вывозить
кроме того, древесный уголь хрупкий и при транспортировке разрушается, читал что по земле его возили не дальше 20 км
лес вырубали вдоль рек и сплавляли по ним же, т.е. использовалась довольно узкая полоса земли вдоль реки

[vashu11.livejournal.com]

Сплав?

https://dic.academic.ru/pictures/wiki/files/86/Volga_basin.png
тут даже крупные ручьи не показаны. Я по Медведице(на карте не показана) плавал - не бог весть какой ручей, но при наличии моторной лодки сплавить по ней несколько тысяч тонн плевое дело.

Тогда и 20 км от ручья составят большую часть бассейна реки.

[3seemingmonkeys.livejournal.com]

сплавляли обычно дерево а не уголь
его в кирпичном горне можно было выгодно пережечь 3-4:1 против 5-7:1 в куче

а сколько моторка может везти за раз и с какой скоростью?

вообще россия в этом плане удобнее европы
на рейне например понадобилось строить шлюзы для сплава из шварцвальда

[vashu11.livejournal.com]

Я дерево и имею в виду.

// а сколько моторка может везти за раз и с какой скоростью

При сплаве там не везти - а вылавливать застрявшие связки.

// вообще россия в этом плане удобнее европы
// на рейне например понадобилось строить шлюзы для сплава

До строительства ГЭС та же Волга - и перекаты(емнип у тех же жигулей) и броды в верхнем течении. В общем не идеал. Хотя возможно и лучше Рейна, по нему ничего не читал.

[govorilkin.livejournal.com]

-/1800-1840 - 60 ГДж/человека, 1970-1900 - 60 ГДж/человека

походу опечатка

[vashu11.livejournal.com]

поправил

[3seemingmonkeys.livejournal.com]

кстати, а не знаете случайно какова производительность лесоруба?

мне попадалось следующее:
4 м3 в день на работника-женщину
https://jlm-taurus.livejournal.com/105201.html

[vashu11.livejournal.com]

Хех, я тоже по лагерям смотрел. Грубо чтото такое и выходит

// поставлено, как здесь говорят, 4 кубометра леса. Это минимальная норма. При невыполнении могут быть неприятности, а при выполнении – минимальная пайка хлеба и еда…Сперва я с большим трудом выполнял минимальную норму, но, приспособившись, стал делать даже 6-8 кубометров

// Бригада состояла из 4 человек, двух мужиков и двух девушек. Мужики рубили или пилили лес, а девчонки шкурили бревна. Норма на бригаду 12 кубометров.

// о УНЖЛАГе А. Солженицын: ... Норма на брата в день – 5 кубометров, а на двоих – 10.

[3seemingmonkeys.livejournal.com]

тут похоже кругляк во всех случаях
на дрова нужно больше пилить а потом еще и колоть
хотя не требуется шкурить..

[artem3kg09.livejournal.com]

Долго я тупил, но по Красноярской ГЭС получил: потрачено 15 ПДж (всё время, когда строилась станция), получено 70 ПДж (за один год).
В 6 раз больше, чем потрачено. А уже не один год она отработала. :)))

...... вспомнил, вспомнил же, только там без расчётов, что СШ ГЭС окупила себя за время строительства, т.к. 1-ый и 2-ой гидроагрегаты были сделаны по временной схеме, и только уже после построили все проектные 10 штук.

.... ещё вопрос, как считать энергию - ещё же человеки тратили энергию, ещё транспорт (логистика). Но Вы там указали, "берем по максимуму" (оценка сверху). Также мааааленькая поправка, вполне вероятно, что можно пренебречь, каждый год также тратится энергия на обслуживание станции, но вероятно, указана "чистая" цифра выработки. Ну капитальный ремонт побольше энергии потребует(требовал), что деталюшки (сталь и т.д.), что демонтаж-монтаж, но сам я не считал, может быть, существенно расчёты не поменяет и соотношение все равно останется в зоне: "производит больше энергии, чем было потрачено(и тратится во время эксплуатации)".

[artem3kg09.livejournal.com]

"Насколько быстро окупается ГЭС?"

_ ой, сразу забыл, теперь вспомнил. А ещё не учтено, не посчитано - подготовка ложе водохранилища, лесосводка, переселение, про то, чтобы плодородный грунт убирали перед затоплением не знаю.
_ А далее по времени - ещё очистка водохранилища(а в случае Красноярской ГЭС - рукотворного "моря") от оставшегося топляка, и восстановление экосистемы в водичке, приведение баланса, который "ушатали", нарушили человеки в какую-то норму, а не чтобы "болотина" была, пусть и дающая электричество (благодаря которому я этот комментарий печатаю).

1) http://www.19rus.info/index.php/ekonomika-i-finansy/item/56308-drevesina (http://www.19rus.info/index.php/ekonomika-i-finansy/item/56308-drevesina)

2)
Видео, к сожалению, старое, от 6 июн. 2013 г., посвежее по-моему было, но по-быстрому я не нашёл.

_ Справедливости ради, ниже по течению, м-у Саяно-Шушенской ГЭС и Майнской ГЭС есть два рыбных хозяйства, форель продают, ну и я там редко бываю, но птицы летают, да и иногда рыбаков видел, то есть, не совсем в "ноль", не в "хламину" убитая река.

[vashu11.livejournal.com]

// В лесной промышленности ежегодно заготавливается около 0,5 млрд тонн биологической массы, из них в производство идет только 25 %. Не используются хвоя, кора, сучья, что видимо, связано с нерациональным использованием добытого сырья.

// В 2016 году в России было добыто 547,497 млн тонн нефти с газовым конденсатом

// уголь в 2018 г. добыто 439,3 млн т

// Основной объем приходится на растительный мир: 450 Гт или 80% всей биомассы.

// уголь В 2013 году мировая добыча достигла максимума 9 миллиардов тонн в год 4117 млрд тонн природный газ - 3 миллиарда тонн

[vashu11.livejournal.com]

Земные запасы древесины на корню составляют 350 млрд. м3, ежегодный их прирост - 5,5 млрд. м3 , средняя плотность древесины - где-то в районе 0,6 т/м3; доказанные запасы угля - около 1 трлн. т., ежегодная мировая добыча его в 1900 г. составляла 750 млн. т.; теплотворность дров в 2-3 раза ниже, чем у каменного угля.

[vashu11.livejournal.com]

https://en.wikipedia.org/wiki/Embodied_energy

Steel (general, av. recycled content) 20.1 MJ/kg
Cement mortar (1:3) 1.33 MJ/kg

[vashu11.livejournal.com]

Китай солнечная энергетика

Solar

2019 26.520 ГВт

2020 48.200 ГВт

2021 с солнечными установками: из 54.93ГВт новой установленной мощности

в 2022 году Китай поставил рекорд с 87.41ГВт новых солнечных батарей, увеличив установленную мощность на ~30%.

Китайское электричество - 2023 Китай установил просто безумные объемы ВИЭ в этом году.

216.88 ГВт солнечных батарей ... По количеству вырабатываемой энергии, эти 216.88 ГВт - это практически половина энергосистемы РФ

Вобщем то, за что так ругали европу - солнце/ветер/электромобили мы видим в Китае в полный рост - куда там той европе.