Exponential growth, energetic Hubbert cycles and the advancement of technology

• Autorzy: Patzek T.

Warianty tytułu

PL

Aproksymacja wykładnicza zużycia energii, cykle energetyczne Hubberta oraz postęp technologii

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

In the recovery of geologic fossil fuel deposits, the overall production rate first goes up and then it must come down. Tens of thousands of oil and gas fields in the world produce hydrocarbons at rates that have long-time tails, making them highly asymmetric functions of time. Yet the sums of annual production volumes from these fields follow symmetric Gaussian distributions in time, also known as "Hubbert cycles." This paper provides mathematical arguments for the existence of energetic Hubbert cycles and their practical equivalence to the logistic growth curves. It is shown that the rates of oil production in the world and in the United States doubled 10 times, each increasing by a factor of ca. 1000, before reaching their respective peaks. The famous peak of US oil production occurred in 1970, and global oil production probably peaked in 2005-2006, with linie fanfare. The rate of natural gas production in the US has also increased by a factor of 1000 and is at its second peak as of writing this paper in April 2008. The multi Hubbert cycle analysis of oil and gas production in America highlights the existence of new populations of reservoirs, rather smali in the case of oil production, but very large in the case of gas production. It tums out that improved technology and new science have allowed the oil producers in America to increase ultimate recovery by 2 years of total energy consumption in the United States. The American gas producers, mostly small independents, are on a path of achieving an increase of ultimate gas production larger than 10 years of total energy consumption in the United States. Thus, the discounted cumulative value of good science and engineering in the American oil and gas industry is worth well over 1 trillion USD in 2008, and it will continue to grow exponentially in the near future, given the declining oil and gas production rates and the high prices of both commodities. Producing the undiscovered technically producible petroleum from the ANWR 1002 Area, as well as the known gas caps in Prudhoe Bay and Point Thompson, all in Alaska, will have a smali impact on the energy supply of the Unites States.

PL

W wydobyciu zasobów paliw skamieniałych, całkowita szybkość produkcji najpierw rośnie, a potem musi spaść. Dziesiątki tysięcy złóż ropy naftowej i gazu ziemnego na świecie produkują węglowodory z szybkościami, których rozkłady są niesymetryczne w czasie i posiadają długie końcówki. Jednakże, całkowite roczne wydobycie z tych złóż naśladuje dystrybucje Gaussa w czasie, również znane jako "cykle Hubberta." W tym artykule przedstawione są matematyczne argumenty za istnieniem cyklów Hubberta i ich praktycznej równowartości krzywym wzrostu logistycznego. Jest pokazane, że szybkości wydobycia ropy na świecie i w USA podwajały się 10 razy i każda wzrosła o czynnik 1000, przed osiągnięciem swojego piku. Sławny pik produkcji ropy naftowej w USA został osiągnięty w roku 1970, a produkcja ropy na świecie osiągnęła najwyższy poziom a latach 2005-2006 bez większego rozgłosu. Szybkość wydobycia gazu ziemnego w USA również wzrosła o czynnik 1000 i osiąga najwyższą wartość właśnie w czasie przygotowania tego artykułu a kwietniu roku 2008. Wielocyklowa analiza produkcji ropy i gazu ziemnego w Ameryce uwypukla istnienie nowych populacji złóż, raczej małych w przypadku ropy naftowej, ale ogromnych w przypadku gazu ziemnego. Okazuje się, że ulepszona technologia i nowa nauka pozwoliły zwiększyć ostateczne wydobycie ropy naftowej w USA o 2 lata całkowitego zużycia energii w Ameryce. Amerykańscy producenci gazu ziemnego, głównie małe niezależne kompanie, są na drodze do osiągnięcia wzrostu produkcji równego 10 latom spożycia energii w USA. Zdyskontowana wartość dobrej nauki i inżynierii w amerykańskim przemyśle olejowym przekroczyła I trylion dolarów USA w roku 2008 i będzie rosnąć potęgowo w najbliższej przyszłości, biorąc pod uwagę zmniejszające się wydobycie i rosnące ceny obu tych surowców. Wyprodukowanie nie odkrytych, technicznie wydobywalnych zasobów ropy z obszaru 1002 w ANWR w Alasce, jak również wyczerpanie gazu ziemnego w złożach ropy w Zatoce Pudhoe i Punkcie Thompsona w Alasce, będą miały nieznaczny wpływ na zaopatrzenie USA w energię.

Słowa kluczowe

EN

crude oil; natural gas; ultimate recovery; Alaska deposits; economy; natural resources

PL

ropa naftowa; gaz ziemny; wydobycie ostateczne; depozyty na Alasce; ekonomia; surowce naturalne

• Wydawca: Instytut Mechaniki Górotworu PAN
• Czasopismo: Archives of Mining Sciences
• Rocznik: 2008
• Tom: Vol. 53, no 2
• Strony: 131--159
• Opis fizyczny: Bibliogr. 23 poz., fot., rys., wykr.

Twórcy

autor

Patzek T.

• Department of Civil and Environmental Engineering 425 Davis Hall, MC 1716 University of California, Berkeley, CA 94720,

Bibliografia

• Anonymous , 1995a. Energy Balances of OECD Countries 1992-1993, Report OECD, Organization for Economic Co-operation and Development, International Energy Agency, Paris.
• Anonymous , 1995b. International Energy Annual 1993, Report DOE/EIA-0219(93), U.S. Department of Energy, Washington, D.C.
• Attanasi E.D., 2005. Undiscovered oil resources in the Federal portion of the 1002 Area of the Arctic National Wildlife Refuge: An economic update, Open-File Report 1217, U.S. Department of the Interior U.S. Geological Survey U.S. Geological Survey, Reston, Virginia.
• Bossel U., 2003. Well-to-Wheel Studies, Heating Values, and the Energy Conservation Principle, Report E10, European Fuel Cell Forum, Oberrohrdorf, Switzerland, Posted at www.efcf.com/reports.
• Chase A., 1980. The Legacy of Malthus - The Social Costs of the New Scientific Racism, University if Illinois Press, Urbana, IL.
• Daly H.E., 1977. Steady-State Economics, W. H. Freeman and Company, San Francisco.
• Davis J.C., 1986. Statistics and Data Analysis in Geology, John Wiley & Sons, New York, 2nd edition.
• Ellis R., 1991. Men & Whales, The Lyons Press, New York.
• Foss M.M., 2004. Interstate natural gas-quality specifications & interchangeability, Report, Bureau of Economic Geology - Center for Energy Economics, Highway 6, Suite 300, Sugar Land, Texas 77478, www.beg.utexas. edu/energyecon/lng.
• Georgescu-Roegen N., 1971. The Entropy Law and the Economic Process, Harvard University Press, Cambridge, Massachusetts.
• Hubbert M.K., 1949. Energy from fossil fuels, Science 109(2823): 103-109.
• Hubbert M.K., 1956. Nuclear Energy and the Fossil Fuels, Presentation at the Spring Meeting of the Southern District Division of the American Petroleum Institute, Shell Development Company, San Antonio, TX, http://www. hubbertpeak.com/hubbert/1956/1956.pdf.
• Laherrere J.H., 1999. What goes up must come down, but when will it peak?, O&GJ (Feb.1): 57-64.
• Odum E., 1998. Ecological Vignettes - Ecological Approaches to Dealing with Human Predicaments, Hardwood Academic Publishers, Amsterdam.
• Ott W.R., 1995. Environmental Statistics and Data analysis, Lewis Publishers, Boca Raton.
• Patzek T.W., 2004. Thermodynamics of the corn-ethanol biofuel cycle, Critical Reviews in Plant Sciences 23(6): 519-567, An updated web version is at http://-petroleum.berkeley.edu/papers/patzek/CRPS416-Patzek-Web.pdf.
• Patzek T.W., 2006a. A First-Law Thermodynamic Analysis of the Corn-Ethanol Cycle, Natural Resources Research 15(4): 255-270.
• Patzek T.W., 2006b. Letter, Science 312(5781): 1747.
• Patzek T.W., 2007. How can we outlive our way of life?, in 20th Round Table on Sustainable Development of Biofuels: Is the Cure Worse than the Disease?, OECD, Paris, www.oecd.org/dataoecd/2/61/40225820.pdf.
• Patzek T.W., Pimentel D., 2006. Thermodynamics of energy production from biomass, Critical Reviews in Plant Sciences 24(5-6): 329-364, Available at http://-petroleum.berkeley.edu/papers/patzek/CRPS-BiomassPaper.pdf
• Siemek J., Nagy S., Rychlicki S., 2003. Estimation of natural-gas consumption in Poland based on the logistic-curve interpretation, Applied Energy 75: 1-7.
• Szargut J., Morris D.R., Steward F.R., 1988. Exergy analysis of thermal and metallurgical processes, Hemisphere Publishing Corporation, New York.
• Verhulst P.F., 1838. Notice sur la loi que la population suit dans son accroissement, Corr. Math. et Phys. publ. par A. Quetelet T.X. (also numbered T. II of the third series): 113-121.