Регистрация / Вход
текстовая версия
ВОЙНА и МИР

 Сюжет дня

У побережья Сирии пропал российский самолет Ил-20
Системы ПВО Сирии отражали ракетную атаку более 40 минут
Россия и Турция договорились не проводить военную операцию в Идлибе
Турция направила в Идлиб крупную партию оружия
Главная страница » Аналитика » Просмотр
Версия для печати
Зеленая энергия: мечтания и реальность
22.12.17 06:27 Наука, техника, образование
Дмитрий Таланов

Мы хотим познакомить вас, уважаемые читатели, с мнением высококвалифицированного инженера о том, что такое основные составляющие "зеленой энергетики" — солнечные панели и ветроустановки. "Передовая мировая общественность" считает, что век тепловых и атомных электростанций закончился? Предположим, что это именно так, и просто посчитаем, во что это обойдется — по затратам на производство, на эксплуатацию, на необходимые земельные площади. Дмитрий Таланов хорошо знает, о чем пишет, ведь ему приходилось рассчитывать электрические сети и для такой генерации, и этим его взгляд особенно интересен.

Тридцать лет назад компьютеры стоили миллионы долларов, жесткие диски — десятки тысяч долларов, а solid-state memory была настолько дорогая, что, по слухам, Билл Гейтс сказал в 1981 году, что 640 килобайт такой памяти должно быть достаточно любому компьютеру.

Затем началась эра кредитной стимуляции потребительского спроса, производители оценили потенциальный рынок, переписали бизнес-планы, заняли денег и вместо двух-трех инженеров на контору наняли разом несколько десятков, поставив им задачу найти пути снижения стоимости и повышения потребительских качеств продукции. Результаты можно наблюдать в любом доме. Так река денег, направленная в определенное русло, за короткий период времени радикально изменила ландшафт.

После того как мир заразился идеей получать энергию из возобновляемых источников, таких, как солнечный свет и ветер, река денег хлынула уже в этом направлении. Эффект был похожий: за два десятка лет резко выросли КПД солнечных панелей, емкость аккумуляторов и надежность ветрогенераторов. А их стоимость упала. На рынок хлынули системы UPS (uninterruptible power system) с коэффициентом мощности по входу без малого единица, КПД до 97%, появились и сложные VFD (variable frequency drive), превращающие асинхронный двигатель с беличьей клеткой ротора — рабочую лошадь индустрии — практически в синхронный с легко изменяемой скоростью вращения и кривой момента на валу, а это обеспечивало уже экономию электроэнергии в десятки процентов. Следует отметить, что сами VFD появились в 1960-х, но эффективное векторное управление в них было реализовано только в 1990-х.

Стремление мира "позеленеть" как можно быстрее замечательно сказывается на потребительских качествах многих товаров и сильно радует инженерную душу. Ведь открывается столько ранее недоступных возможностей! Конечно, очень хочется развить эту тему, но статья посвящена не инженерно-потребительской оценке "зеленой энергии", а анализу перспектив этого направления энергетики применительно к нашей столице — Москве. Все данные для анализа взяты из открытых источников, инсайд не потребовался, общедоступных данных вполне достаточно.

Москва и Солнце

Для начала давайте прикинем, что потребуется для перевода только Москвы на альтернативные источники энергии. Начнем с солнечной энергии.

Солнечная постоянная — количество мощности, проходящей через плоскость, перпендикулярную солнечным лучам, — на орбите Земли составляет 1367 Вт/м², а на поверхности планеты составляет 1000 Вт/м² в полдень на экваторе. Это чтобы оценить потери в прозрачной атмосфере. Далее будем считать в кВт⋅ч, коли мы рассматриваем именно энергию, на которой сказывается эллиптичность орбиты планеты, да и ночь то и дело на ней наступает, а то и погода меняется. Годовая инсоляция это учитывает, и поэтому в ней считать проще.

Итак, годовая инсоляция для Москвы, если мы бросим солнечную батарею (СБ) горизонтально на землю, составит 1020 кВт⋅ч/м² при 100%-ном КПД батареи. Если направим ту же батарею под фиксированным оптимальным углом к горизонту, чтобы максимизировать получаемую энергию за год, эта цифра составит 1173 кВт⋅ч/м². Если станем следить за солнцем, ворочая батарею туда-сюда, то 1514 кВт⋅ч/м². Для сравнения, в Сочи те же показатели будут такими: 1365 / 1571 / 2129. То есть строить там с целью переслать потом энергию в Москву нет смысла: вся прибыль уйдет на потери при передаче.

Это наши исходные данные без учета КПД батареи, который на настоящий день оптимистично заявляется в 18−20%, а в будничной реальности ближе к 16% без учета фотодеградации со временем. Останемся оптимистами и для расчетов примем 18%.

К исходным данным надо добавить еще стоимость 1 ватта установленной мощности солнечной станции. Автор статьи, используя доказавшие надежность СБ китайского производителя, опробованные годами на гигаваттных индийских установках, достиг показателя 1,8 доллара за ватт (под ключ, с прямой синхронизацией с построенной им же системой 220/33/10кВ на 200 МВт). Но ходят упорные слухи, что, при использовании оборудования отдельных производителей, можно достичь и 1,0 доллара за ватт. Что ж, не будем проверять обоснования такого оптимизма, а просто примем это для наших расчетов. На всякий случай, чтобы никто не пытался выдвигать обвинения в предвзятом отношении к "зеленой энергетике". И последнее: за 2016 год Москва потребила 59068 млн кВт⋅ч (только город; из "Отчета Мосэнерго, 2016").

Усредняя годовую выработку квадратного метра батареи, установленной под фиксированным оптимальным углом в Москве, получаем 1173 кВт⋅ч/м² / 8760 ч = 0,134 кВт = 134 Ватт/м². При оптимистично-реальном КПД 18% наш итог — 0,18×134 = 24 ватт/м².

Эти результаты хорошо согласуются с коэффициентом использования установленной мощности (КИУМ) для солнечных батарей, уже действующих в разных странах, — он варьируется от 30% для Австралии до 13% для Северной Европы.

Общая площадь требуемой солнечной батареи: 59068 000 000 / 1173 / 0,18 = 279757506 м².

Цифра кажется большой, но не надо её пугаться, это всего лишь 279,8 км2, то есть что-то около 17 на 17 км. Когда мы стоим на земле, то на плоской открытой местности можем видеть невооруженным глазом на 5 км. Просто увеличьте эту дистанцию втрое, затем мысленно представьте квадрат с такой стороной, это и будет требуемая площадь СБ.

Таким образом, цена вопроса перекрашивания Москвы в "зеленый" цвет составит:

279757506 м² х 24 Ватт/м² = 6714180144 Ватт = 6700 МВт ⇒

⇒ 6700 МВт х $1.0 = 6700 млн долларов = 6,7 млрд долларов

Это капитальные затраты. Сюда следует добавить операционные расходы по обслуживанию установки, пусть даже по очистке панелей. В противном случае, когда пойдет снег, город окажется без электричества. Конечно, на очистку панелей всегда можно бросить строителей со всей Москвы, ведь света всё равно нет. Ну, а если тучки набегут или ночь случится? Нет, уж лучше запасти электроэнергию, пока светит солнце!

Только эффективно и недорого запасать её мы еще не научились. Строить ГАЭС (гидроаккумулирующие электростанции) требуемого объема в Москве негде (для примера, установленная мощность огромной Саяно-Шушенской ГЭС составляет 6500 МВт). Использовать тепловой коллектор для нагрева воды можно, но у него КПД не более 20%, и размерами он будет лишь немногим уступать СШГЭС.

Остаются аккумуляторы. КПД современных свинцово-кислотных аккумуляторов доходит до 80%, а у новых литиевых достигает 90%. Но здесь беда не с КПД, а со стоимостью. Оптовая цена свинцово-кислотных аккумуляторов составляет 0,1 доллара за Ватт⋅час, а литиевых — 0,3 доллара. Соответственно, на 1 Ватт солнечной батареи стоимостью 1 доллар, чтобы пережить только ночь длиной 8 часов, нужно потратить 0,8 доллара на свинцово-кислотные аккумуляторы или 2,4 доллара на литиевые.

Удельные характеристики их тоже не радуют. Лучшие литиевые аккумуляторы обеспечивают 200 Вт⋅ч на килограмм веса. У свинцово-кислотных всё значительно хуже. Таким образом, вес требуемой литиевой батареи составит: (6700×106 х 8) / 200 = 268000 тонн. Для сравнения: Эйфелева башня весит 10000 тонн.

Следует также помнить, что количество циклов заряд-разряд у этих типов аккумуляторов ограничено и составляет 1000 циклов при потере около 20% исходной емкости. То есть через три года батарею придется менять на новую, а старую весом в 27 Эйфелевых башен придется утилизировать. И это нужно будет делать каждые три года — по меньшей мере до появления более эффективных аккумуляторов.

Те, кто занимается их утилизацией, обычно это сами производители, утверждают, что до 80% материалов аккумуляторов обезвреживается и, в том или ином виде, возвращается в производство. Вопрос: куда деваются остальные 20%? Соли лития, тионил хлорид, диоксид серы и прочие крайне токсичные и тератогенные вещества, которыми битком набиты современные аккумуляторы. Если начать складировать каждые три года по пять Эйфелевых башен таких отходов, то в сравнении с ними шахтные терриконы покажутся экологичней ракушек на крымском пляже.

Но в таком случае, может, не стоит использовать аккумуляторы, а вместо них отдавать электричество сразу в распределительную сеть по мере генерации, рассчитывая ночью и вечером на обычные электростанции? Так оно и делается там, где солнечная энергетика цветет в полную силу. К чему это приводит, рассмотрим чуть позже.

Москва и ветер

Энергия ветра относится к возобновляемым источникам энергии. Ветер дует везде и всегда, разве что с разной силой. Общие запасы его энергии в мире оцениваются в 170 трлн кВт⋅ч, что в восемь раз превышает мировое потребление электроэнергии на настоящий день. Теоретически всё электроснабжение в мире можно было бы обеспечить только за счёт энергии ветра.

Использовать энергию ветра стали давно — достаточно вспомнить ветряные мельницы и парусные суда. А в начале прошлого века стали строиться и ветроэлектростанции (ВЭС). Следует отметить, что одним из лидеров в этой области был СССР. В 1931 году в Крыму, около Балаклавы, была введена в эксплуатацию ВЭС, которая проработала до 1941 года. Во время боёв за Севастополь она была разрушена. Опорную конструкцию её ветродвигателя построили по проекту В. Г. Шухова. Ветроагрегат с ротором диаметром 30 м и генератором в 100 кВт являлся на тот период самым мощным в мире. В 1950-х годах в СССР производилось 9000 ветроустановок в год.

Но ветер не всегда дует с достаточно силой, что особенно выражено на суше. Поэтому те, кто стремится развивать ветроэнергетику, лезут также в море, что обходится заметно дороже. И, невзирая на эти усилия, КИУМ таких комбинированных ветропарков всё же едва достигает 35%, а на суше он обычно около 20% — то есть попадает в тот же диапазон, что и в случае солнечной энергетики.

В "погоне за ветром" высота мачты всё время увеличивается, во многих случаях достигая сотни метров. Длина лопастей ротора тоже растет, как и номинальная мощность ветрогенераторов. На настоящий день 5 МВт для такого генератора считается средней величиной, и ведутся разработки машин вплоть до 20 МВт.

Чтобы утыкать землю вокруг Москвы ветроэлектростанциями, возьмем машину мощностью 5 МВт за основу. Сколько их может понадобиться? С учетом КИУМ, 6700/5/02 = 6700 машин.

Много это или мало?

Обычно высота таких ветрогенераторов вместе с лопастями составляет 160−180 метров. Будем скромны и примем 160 м. Следует понимать, что для максимальной плотности размещения ветропарка каждая машина должна отстоять от соседней на двойную дистанцию своей полной высоты (просто для того, чтобы при падении двух машин навстречу друг другу они не разломали себя в труху). Имеются и другие, куда более специфические соображения, но их можно опустить в данном случае.

Итак, каждому ветрогенератору потребуется жизненное пространство 320×320 метров, т. е. 102400 м². А всем 6700 агрегатам понадобится 686 км², что значительно хуже того, что потребовала для себя гипотетическая СЭС выше. И что совсем замечательно, мы избавляемся от "проблемы аккумуляторов".

Осталось посчитать, во сколько это встанет.

Капитальные затраты на строительство материковых ВЭС составляют, по разным источникам, от 1300 до 2000 долларов за кВт установленной мощности. Принимая во внимание погоду в Москве — риск сильных ветров и морозов — агрегаты нуждаются в повышенной надёжности, а значит, разумней взять $2000/кВт. Следовательно, стоимость нашего ветропарка составит $13 млрд 400 млн.

Получилось в два раза дороже, чем СЭС без аккумуляторов, но есть и другой минус. Обслуживание вращающихся машин также дороже в сравнении со стационарными статическими установками типа СЭС, где только смахивай пыль/снег с панелей да изредка меняй сгоревшие инверторы. Т. е. себестоимость производства электроэнергии ВЭС в реальности далека от нуля.

Европейский опыт показывает, что суммарные эксплуатационные издержки составляют примерно 1 евроцент на 1 кВт⋅ч (около 70 копеек на сегодняшний день), и эти деньги ложатся на плечи потребителей в той же мере, как и эксплуатационные издержки ГЭС, АЭС и ТЭС. Вот только последние при той же установленной мощности занимают площадь в тысячи раз меньшую (исключая водохранилища ГЭС). И затраты на выработку 1 кВт⋅ч на АЭС и ГЭС составляют единицы копеек. Только ТЭС приближается к еврозатратам на эксплуатацию ВЭС в силу дороговизны углеводородов.

Не обошли ВЭС и экологические проблемы. Многие европейские источники ссылаются на инфразвуковые колебания и вибрации, исходящие от работающих ветрогенераторов, отрицательно воздействующие на людей и животных. В районе ветропарков перестают селиться животные и птицы. Статистику по погибшим птицам, особенно перелетным, летящим на значительной высоте, найти непросто. Но недаром в Великобритании ветряки теперь зачастую называют "bird choppers", что соответствует "мясорубке для птиц".

Еще одна проблема состоит в утилизации лопастей, исчерпавших свой ресурс. При том количестве ветрогенераторов, которые уже установлены, это серьезная проблема. Дело в том, что лопасти генераторов делаются из стеклопластика для облегчения нагрузки на подшипники машины. И в большинстве случае после того, как они отслужат свое, их сжигают, что порождает много высокотоксичных газов. При этом зольность сжигаемой массы составляет около 60%, и образующаяся зола требует захоронения.

Подытожим:

-- Капитальные затраты на строительство СЭС без аккумуляторов составляют на настоящий момент не ниже $1000/кВт установленной мощности;

-- Капитальные затраты на строительство СЭС с аккумуляторами составляют на настоящий момент не ниже $1800/кВт со свинцово-кислотными аккумуляторами и не ниже $3400/кВт — с литиевыми;

-- Проблема утилизации аккумуляторов в том масштабе, который потребуется, если они всё же найдут широкое применение в мощных СЭС, далека от решения;

-- Капитальные затраты на строительство ВЭС на территории РФ составляют на настоящий момент не ниже $2000/кВт;

-- Эксплуатационные затраты ВЭС сравнимы с такими же у ТЭС и значительно выше, чем у ГЭС и АЭС;

-- Проблема воздействия ВЭС на людей и животных, а также проблема утилизации отдельных частей ВЭС пока далеки от решения;

-- Оба типа станций требуют масштабного отчуждения земель;

-- Оба типа станций генерируют электроэнергию когда могут, а не когда нужно.

В то же время:

-- Капитальные затраты на строительство АЭС составляют $2000−4000/кВт в зависимости от того, кто строит. Утилизация отработанного топлива давно проработана, а при вводе в работу новых БН реакторов появилась и возможность замкнуть цикл использования топлива;

-- Капитальные затраты на строительство газовой ТЭС составляют не более $1200/кВт. Утилизация отработавшей своё станции не представляет проблем;

-- Капитальные затраты на строительство угольной ТЭС составляют не более $2000/кВт. Утилизация отработавшей своё станции не представляет проблем;

-- Все три типа станций генерируют электроэнергию когда нужно и не требуют масштабного отчуждения земель;

-- Капитальные затраты на строительство ГЭС составляют $1200−2000/кВт в зависимости от рельефа местности. Этот тип станций тоже генерирует электроэнергию когда требуется, за исключением маловодных лет. Чаще всего требует масштабного отчуждения земель. Утилизация отработавшей своё станции требует массивной рекультивации земель.

Электроэнергетические качели

Сначала внимательно посмотрим на следующие два слайда, взятые из официальной презентации немецкой RWE.

Что мы здесь видим? А видим мы здесь большую проблему. С 2012 года эта проблема лишь выросла в размерах, окрепла и уже угрожает не просто энергосистеме, а существованию той промышленности Германии, которой кровь из носу требуется стабильность частоты и напряжения. Прежде всего это точное машиностроение и тяжелая промышленность с большой добавленной стоимостью, дающие работу значительной части населения и немалую часть ВВП страны.

Как признаётся в презентации от 2012 года, Германия может получать до 30% требуемой электроэнергии от ветра и солнца, но контроля за этой выработкой не имеет. К слову, на сегодняшний день страна в отдельные дни получает уже до 80% электроэнергии от солнца и ветра. Вот только эта выработка может как взмывать в небеса, так и падать камнем буквально за секунды (тучка набежала!).

Автор статьи, как человек, занимавшийся часть карьеры проблемами устойчивости энергосистем и разработкой новых типов релейной защиты и автоматики, видел и куда как более детальные осциллограммы, на которых выработка немецких ветропарков и солнечных полей в соответствующих погодных условиях менялась до 8 ГВт/сек в тяжелых случаях и в сотни раз чаще — около 2 ГВт/сек. Это при полной установленной мощности системы 50 ГВт и средней используемой 44 ГВт.

Но ведь это "бесплатная" энергия? Да. Это же хорошо? Нет.

Давайте представим, что по дороге едет груженый самосвал, везущий в кузове разные стекляшки (хрупкие параметры статической и динамической устойчивости). В какой-то момент вне контроля водителя момент на валу двигателя самосвала вдруг резко возрастает, затем спустя время так же резко падает, и этот процесс продолжается несколько раз. Стекляшки стукаются друг об друга, иногда бьются, водитель в поту (диспетчер системы и автоматика) отчаянно пытается выровнять ход, надеясь только, чтобы колеса не слетели с осей и выдержала коробка передач.

Благополучно доехав до цели, водитель сталкивается с политиком-адептом "зеленой" энергии, жалуется на жизнь, на что адепт говорит: "Но ведь ты потратил даже меньше топлива, чем обычно, сам признаешь! Невзирая на все выкидоны своего самосвала. А значит, это хорошо, мы делаем мир чище!"

Что на это ответить? Нет ничего более печального и нелепого, чем попытки политиков решать технические вопросы.

Чем компенсировать эти рывки? Только увеличением мощности двигателя настолько, чтобы рывки в ней утонули… ой, в смысле только увеличением установленной мощности традиционных станций, пусть даже они будут вынуждены большую часть времени работать на уровнях нагрузки, близких к холостому ходу. Вот только на этих уровнях КПД этих станций самый низкий, рабочее тело просто вылетает в трубу, а регулярное обслуживание оборудования учащается. В общем, швыряние денег псу под хвост.

Плюс нагрузка на персонал системы. Возвращаясь к RWE, с середины 90-х до середины 2010-х количество случаев, когда их ЦДУ прибегало к ручному вмешательству для предотвращения развала системы на "острова", увеличилось в 17(!) раз. А стабильность напряжения/частоты стала такова, что прокатные станы, металлургия, точное машиностроение начали ругаться уже матом и крепко задумались о том, чтобы перебираться в другие, не столь успешные в "зеленой" энергетике страны. Недавняя тяжелая авария в восточной Австралии пример тех же процессов.

Вот такая эта "зеленая" энергетика…

Мечтания и реальность

Собственно, какой вывод из этого можно сделать? Такой, что вся солнечная и ветроэнергетика должны иметь 100%-ное резервирование традиционными мощностями, чтобы всё не развалилось, когда в пасмурный день не дует ветер. А это значит, что стоимость генерации "зеленой" электроэнергии без учета стоимости обслуживания резерва — передергивание карт под столом и лукавство.

Альтернативная энергетика имеет право на существование без присоединения к системе и без субсидий. Еще до того, как у стран, увлекшихся таким присоединением, как те же Германия и Австралия, начались проблемы с устойчивостью, автор этой статьи со своим коллегой ручками прикинул, что по достижении 20% установленной мощности вся эта "зелень" начнет создавать сильную головную боль. И решение на разрешение таких присоединений равнозначно открыванию ящика Пандоры. Закрыть его будет трудно.

Тем не менее расхожее мнение, что нам в России вообще не нужны солнечная и ветроэнергетика, не имеет под собой оснований. Солнечная энергетика (с аккумуляторами) и ветроэнергетика сегодня могут быть оправданы в удаленных районах, где нет возможности подключиться к сети. В конце концов, более 70% территории нашей страны, на которой проживает около 20 млн человек, находится вне системы централизованного энергоснабжения. Опыт "РусГидро", которая комплектует солнечные и ветровые электростанции с дизельными установками и устанавливает такие комбинированные установками даже за полярным кругом, доказывает, что это не только возможно, но и позволяет окупать капитальные затраты за счет экономии северного завоза топлива.

Послесловие про "Теслу"

Трудно представить восторг водителя машины, каждое колесо которой оснащено индивидуальными движками в 100 л.с. (75 кВт) с плоским, без провалов, моментом. Мы скоро придем к этому, но пока и два движка 100 кВт (по одному на переднюю и заднюю ось) вызывают прилив счастья у пользователей таких авто. Однако чем ближе день, когда такие авто сделаются широко распространенными, тем ближе неприятности, о которых пока мало кто думает (и речь совсем не об аккумуляторах).

Современный электромобиль тратит примерно 20 кВтэлектроэнергиич на 100 км пробега. Эта дистанция близка к обычному дневному пробегу американской машины, судя по публикуемым пробегам в их каталогах подержанных машин.

При напряжении аккумуляторов в 400 В (как у Теслы) сила тока для полного заряда в течение шести минут должна быть: 20000/400В/0,1 ч = 500А. Соответственно мощность зарядного устройства: 0,5кА х 400В = 200 кВт (при 100%-ном КПД).

Почему именно шесть минут? Потому что это время, которое обычно тратится на заправке для заливки в бак топлива вроде бензина-солярки. Эту привычку будет крайне трудно переломить.

Далее должен последовать выбор: или владельцы электромобилей согласятся сидеть рядком у электрозаправки, словно воробьи на жердочке, ожидая зарядки своих авто сниженным током, скажем, целый час для тока 50А, или они начнут этим возмущаться, и ток зарядки в 500А быстро сделается стандартным.

Во что более верится?

Конечно, в домовых паркингах ток зарядки может быть значительно меньше. Но после пары ситуаций, когда владелец, едва поставив авто на зарядку, будет вынужден снова отправиться в путь на полупустом аккумуляторе с риском застрять где-то в дороге, можно быть уверенным, что ток зарядки будет сразу выставлен на максимум.

А к чему это приведет?

К тому, что неизбежно случится, если об этом не подумать заранее: к коллапсу единой энергосистемы. Ибо три такие машины на зарядке по потреблению электроэнергии равны возможностям трансформатора, питающего 1000 квартир без электропечей или 600 квартир с электропечами.

В каждом часовом поясе приехавшие на работу / с работы станут массово ставить свои машины на зарядку, на что при нынешних российских 44 млн легковушек на руках, замени мы их завтра электромобилями, понадобятся дополнительные 44 млн х 0,2 МВт = 8800 ГВт (!) установленной мощности в системе. Это 8800 гигаваттных генераторных блоков или 2200 крупных АЭС по 4 таких блока на станцию. Для сравнения: на апрель 2017 года в России имелось 10 действующих АЭС с общим числом в 35 энергоблоков суммарной установленной мощностью 28 ГВт.

От такого у любого адепта позеленеет в глазах. Автор этих строк, правда, смухлевал, решив не загружать текст интегрированием зарядок по времени, т.к. картина всё равно будет страшная.

Начинаем "экономить" генерирующие станции. Для начала попробуем переустановить стандарт скорости зарядки на 50А — это позволит разом уменьшить количество требуемых АЭС в десять раз, до 220. Теперь чем мощней авто, тем дольше придется его заряжать в часах (но минимум 1 час). Затем придет время ограничения количества электромобилей. Скажем, разрешения на покупку будут разыгрываться в лотерее с потолком по стране 22 млн — тогда ещё уполовиним количество станций, до 110. После чего обязательно наступит день, когда электромобили личного пользования будет законно заряжать от общей сети только при токах зарядки 10А и менее.

Так элементарный инженерный расчет рушит розовую картину будущего, созданного буйным воображением адептов альтернативной энергетики.

 

 

 

Система Orphus: Если вы замeтили ошибку в тексте, выделите ее и нажмите Ctrl + Enter
Аббе22.12.17 12:33
По сути дела - нужна разработка аккумуляторов энергии, равных по мощности гидроэлектростанциям Волжского каскада.
При том - пригодных для принятия на себя вот этих самых пиков энергии.
Варианты?
1)Размазывание энергии вдоль широты по стране с большим количеством часовых поясов. Прямо скажем - недешёвое решение. Когда это делали в СССР - не думаю, что речь шла именно по !настолько резкие рывки". Тем более, что в разных часовых поясах СССР были как раз самые быстрые по реагированию ГЭС.
2)Создание гидроаккумулирующих станций. Извните, если уменьшить площадь водохранилища относительно любой из Волжских ГЭС хотя бы в 10 раз, придётся увеличить перепад высот в те же самые 10 раз. А если эти высоты в 100 и более метров уже есть - из могли уже чем то занять.
3)накачивать сжатый газ в мешки под водой. На глубине в 100 и более метров это неплохое решение. Сброс вести в мешки на глубине в 40 метров. Осталось найти МНОГО озёр с такими параметрами. И убедиться, что КПД - не самый приятный.
4)огромные химические реакторы. Разлагать воду на водород и кислород. Водород вбивать в самые погания, самые вязкие, самые тяжёлые углеводроды. Из "почти асфальта" получим какую то мерзость похожую на промежуточные продукты получения бензина из каменного угля. Ресурсоёмкость технологии получится лютая. Мера управляемости на предмет сглаживания пиков энергии - сомнительная. Полезность полученных продуктов для органической химии (промежуточные продукты для получения пластмасс) - сомнительная. Безопасность химических реакторов, на которых ТАК будет прыгать входящаая мощность - откровенно сомнительная. Применимость полученных продуктов для получения "хотя бы какого то бензина" - сомнительная.
Применимость полученного водорода.....Вообще то тоже сомнительная. Безопасность хранения БОЛЬШИХ промежуточных количеств водорода - ОЧЕНЬ - очень сомнительная. Потому, что существует понятие "водородная хрупкость".
+++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++
Кто может придумать какие то другие варианты?
Николай22.12.17 13:00
Есть очень интересное решение по высокотемпературным тепловым машинам. При избытке энергии тепловым насосом качаем тепло в большой термостат. При недостатке - тепловая машина работает в обычном режиме. При большой температуре КПД получается достаточно хорош. Загвоздка пока в том, что такие тепловые машины пока очень дорогие. Ну и холодильник нужен огромный, поэтому первоначально идея зародилась на берегах Каспия. Отчуждаемая территория для этого проекта меньше, чем для проектов с супермаховиками.

Есть еще спонсируемый РосНано проект гравитационного аккумулятора на твердом теле. Идея в том, что роботизированный аккумулятор "строит себя сам" - что дает довольно низкую сибестоимость сооружения. Но удельные характеристики тут, конечно, вообще никакие.

Но обе технологии пока на этапе демонстраторов.
wiscola22.12.17 13:03
Мегатонный маховик поможет АОЭ. (Альтернативно одаренная энергетика) Со сврхсклизким подшипником и сделанным из графена. Ну, или, высокотемпературные сверхпроводники.)))
Николай22.12.17 13:09
У сверхпроводящих хранилищ удельные характеристики тоже так себе. Там все упирается в прочность материалов на таких больших полях - чисто механически разрушаются сверхпроводники или их приходится армировать таким чудовищным количеством "железа", что о сибестоимости можно забыть.
736F7322.12.17 13:09
> Аббе

Кто может придумать какие то другие варианты?
Так себе варианты. Если интересно, прочтите малюсенькую научно-популярную книжку В поисках "энергетической капсулы". Нурбей Гулиа.
Николай22.12.17 13:10
Есть еще подвижки про химические аккумуляторы на расплаве солей. Там с химией попроще, можно многозарядные системы строить. Но это именно для стационарных хранилищ.
ti-robot22.12.17 14:05
Реально придуман другой путь - увеличивать бесполезное потребление энергии, растягивая пик потребления.
Например, майнинг биткойнов поставил очередной рекорд:
Estimated electricity used over the previous day99,502,553 KWh - 100 миллионов киловатт-часов. За один день.
Сергей96722.12.17 14:45
Очень интересная статья, спасибо. Особенно порадовал вывод автора: "Альтернативная энергетика имеет право на существование без присоединения к системе и без субсидий." Потому, что я придерживаюсь примерно такого же мнения, хотя и вообще не специалист. Необходимо внедрять зелёную энергетику там, где это уже сейчас экономически выгодно, не впадая в идеологические крайности. Ни в "зелёную идеологию", близкую к "зелёному идиотизму", ни в "антизелёную пропаганду".
А на огромных пространствах наших стран разумное комбинирование вертяков, солнечных батарей и солнечного отопления, биогаза и иных "зелёных" технологий с уже обкатанными давно технологиями типа дизельгенераторов и автономных котлов может дать мощный эффект "окультуривания" и обживания пустующих ныне пространств. Особенно если учесть новые возможности в доступности интернета и цифровых технологий, новые стройматериалы и методы строительства домов, коммунальные технологии.
Комфортность проживания людей повысится и не будет нужды сбиваться в гигантские кучи в городах, где автоматически падает рождаемость и качество жизни, а многие территории и красивейшие места становятся безлюдными и заброшенными.
argus9822.12.17 20:26

> Николай "Есть очень интересное решение по высокотемпературным тепловым машинам.."(c) - понимаете, Николай, когда берёшь справочник по физике и начинаешь считать эти "интересные рещения" в цифрах, даже в прикидках, грубо - моментально становится НЕинтересно. Очень неинтересно. Можете попробовать сами...


> Аббе - всё придумано до нас. Зелёная энергетика на Земле работает уже давным-давно:
а) накопление энергии == вода + углекислый газ + Солнце -> углеводород + кислород
б) использование энергии == углеводород + кислород -> вода + углекислый газ


Человечеству осталось только самая малость - реализовать этап а). Солнце использовать не обязательно, можно заменить на электричество. Ибо главная закавыка Человечества не в получении энергии, а в её аккумуляции.
Жидкие углеводороды на сегодня - лучший аккумулятор энергии по совокупности цены, энергоёмкости, безопасности, транпортабельности

delta23.12.17 18:04

Интереснейшая статья. Но, то, о чём пишет Дмитрий Таланов, несомненно,давно известно сильным мира сего: "зелёная энергия" - не панацея, а малоперспективное направление развития технологий, применимых в специфических, не повсеместных условиях. Если бы, даже, "зелёная энергетика" могла реально заменить традиционные углеводороды в большинстве случаев, то и тогда, сразу обрисовываются те области, где нефть и газ не будут заменены никогда: танки, самолёты, сельскохозяйственная техника, работающая на полях, грузовой автотранспорт...


Тогда как понимать тренд, возникший в мировых СМИ по поводу отказа от занятия углеводородами? Как дезинформацию? Во всяком случае, после волны публикацийв 70х годах о скором истощении нефти на Земле, нынешнее молчание мировых СМИ по этому поводу поразительно напоминает прекращение публикаций материалов по урановой тематике после старта Манхеттенского проекта. Все готовятся к решающей схватке за обладание последними углеводородами на планете?

_STRANNIK23.12.17 18:19
delta, RU
.............................
Все готовятся к решающей схватке за обладание последними углеводородами на планете?
...........................................
Последняя у попа жена. А схватка идет (и будет идти) за углеводороды максимально рентабельные.
На данный момент. А вот когда рентабельность "зеленой" энергетики сравняется с углеводородной -начнется самое интересное...Но это еще очень не скоро.
Николай23.12.17 20:26
> argus98


>когда берёшь справочник по физике и начинаешь считать эти "интересные рещения" в цифрах, даже в прикидках, грубо - моментально становится НЕинтересно. Очень неинтересно. Можете попробовать сами...


Я и не спорю. На безрыбье - и рак рыба. Если бы результаты были достаточно хороши для промышленного применения - то они бы уже вовсю внедрялись. Я же писал, что эти хранилища по удельным характеристикам лучше чем супермаховики, которым по плотности хранения энергии до нефти - как до луны.

Но даже при сегодняшних ценах на энергоносители интерес к технологиям синтетических жидких углеводородов очень мал. Добывать пока существенно дешевле. Первым реальным шагом по переходу на масштабное хранение энергии в синтетических углеводородах будут проекты по конверсии угля в жидкость. А они в 2007 году рентабельны становились после $100 за бочку сырой нефти. А при сегодняшней цене доллара эта цифра будет еще выше.
GAF23.12.17 22:16
STRANNIK " А вот когда рентабельность "зеленой" энергетики сравняется с углеводородной -начнется самое интересное...Но это еще очень не скоро".
Зачем так долго ждать - самое интересное есть уже сейчас, судя по материалам статьи, написанной специалистом в электроэнергетике. В частности:
"Альтернативная энергетика имеет право на существование без присоединения к системе и без субсидий. Еще до того, как у стран, увлекшихся таким присоединением, как те же Германия и Австралия, начались проблемы с устойчивостью, автор этой статьи со своим коллегой ручками прикинул, что по достижении 20% установленной мощности вся эта "зелень" начнет создавать сильную головную боль. И решение на разрешение таких присоединений равнозначно открыванию ящика Пандоры. Закрыть его будет трудно".
Вот в этом-то и вся загвоздка. Зеленое электричество вполне сойдет для приготовления курицы на мангале или для отопления жилья. А вот для промпредприятий требуется качественное электричество. Синусоида - капризная дама. То ей амплитуда не нравится, то частота не подходит или фаза не та для самых привередливых. А уж про объединение "зеленых источников" в приличную энергосистему и говорить не приходится, так как очень жесткие требования к удержанию частоты "зеленым источником" находятся в пределах 50 + - 0,05 Гц. Технически возможно с помощью преобразователей гуляющее электричество от ветрогенератора сделать красивым, но во что это обойдется на практике автор намекнул. Европа и США вывели многое из промпроизводства в Азию. Осталось вывести совсем серьезные производства и перейти на зеленое электричество в каждом хуторе.


artyom23.12.17 22:26

...Почему именно шесть минут? Потому что это время, которое обычно тратится на заправке для заливки в бак топлива вроде бензина-солярки. Эту привычку будет крайне трудно переломить. Далее должен последовать выбор: или владельцы электромобилей согласятся сидеть рядком у электрозаправки, словно воробьи на жердочке, ожидая зарядки своих авто сниженным током, скажем, целый час для тока 50А, или они начнут этим возмущаться, и ток зарядки в 500А быстро сделается стандартным...

> Аббе Кто может придумать какие то другие варианты?
Очевидный вариант - заряжать машины только в часы выработки "излишней" энергии. При том, что эти часы будут непредсказуемы или малопредсказуемы.
Очевидное решение - на каждую машину должно быть по 2-3 аккумулятора. Один разряжается - остальные заряжаются при наличии возможности (излишков энергии в системе). Зарядка и замена - на станциях, а не у дома от розетки. При наличии учета аккумуляторов, стандарта на устройство аккумуляторного отсека и самих аккумуляторов - замена легко автоматизируется и займет пару минут. И будет лучше, если аккумулятор будет у автомобилиста в аренде, а не в собственности - это снизит количество хранящихся аккумуляторов.
artyom23.12.17 22:41
> GAF

...А уж про объединение "зеленых источников" в приличную энергосистему и говорить не приходится, так как очень жесткие требования к удержанию частоты "зеленым источником" находятся в пределах 50 + - 0,05 Гц. Технически возможно с помощью преобразователей гуляющее электричество от ветрогенератора сделать красивым, но во что это обойдется на практике автор намекнул. Европа и США вывели многое из промпроизводства в Азию. Осталось вывести совсем серьезные производства и перейти на зеленое электричество в каждом хуторе.
А почему вы не рассматриваете вариант "внутренней эмиграции" стандартной энергетики? Представьте красоту: все евроэнергоемкие европромышленные европредприятия запитать от евротрадиционных евроэлектростанций по отдельной евроэлектросети. Внутри той самой Европы, без вынесения в Россию и прочие азии. А старую евроэлектросеть оставить альтернативной евро энергетике. Две энергосистемы связать физически и финансово. Физически - обязать традиционную сеть выдавать излишки энергии в альтернативную сеть, подпитывая её. Финансово - нынешние скрытые дотации "открыть" и дотировать альтернативную энергетику напрямую. За якобы наносимый природе ущерб.
Главный смысл - доить традиционную энергетику и промышленность, но убивать.
Мороз24.12.17 00:21
Неистребимое преклонение перед западом. Со времен Петра, если не раньше.
Придумали там "зеленую" энергетику (насчет зеленой - миф, и ТБМдеж) - тянут в дом.
Чем атомная энергетика плоха? Умеем? - да лучше всех!!! Уже практически на замкнутом цикле! Вреда - 0 (ноль, даже минус ноль). Так зачем нужны эти все ветряки (как там с влиянием на растения и животных? победили уже?), поля солнечных батарей (с пользой площадь ну никак не могут использовать, - хрущевок бесплатных настройте, и жилье и рабочие места, и дело для промышленности и внутренний рынок) и прочие эпически бесполезные проекты.
В гейропе и пиндостане там и так понятно. Улиток и жаб жрут, ибо привыкли со средних веков, больше нечего жрать просто было. И с энергией также.
Даайте и мы будем жрать. Вот и энергии у них нету. Почти совсем. Ни нефти, ни газа, ни топлива для АЭС. А нам зачем это все?
Лох не мамонт, действительно.
т-кк24.12.17 01:05
.
Ничего зелёного нет в такой энергетике.
Истинно зелёное может появиться лет через пятнадцать и то если знать куда идти, иметь идеи.
Может кто и занимается втихаря, подсовывая публике бесноватых экологов и политиканствующую бестолочь с ветряными мельницами, в качестве дымовой завесы своей деятельности.
т-кк24.12.17 12:26
> Alshtru

т-кк
Истинно-зеленое уже давным давно придумано. берем пару лошадей(быков,буйволов) на привязь их к коленвалу - и никаких проблем. пока лошади(быки,буйволы) ходят по кругу - энергия идет. )
В случае Германии - им надо вывести породу свиней . будет заодно снижена себестоимость сосисок(сарделек)

"Что старее, то хуже." (Чацкий)
-
В 21-ом веке живём, а вы про немецких свиней...
Нет, тут что-то поинтереснее надо.
Вчера пришло нечто шутливое по теме, но смекнул, что шутки шутками, а ведь этим всерьёз можно заняться.
Alshtru24.12.17 13:05
т-кк
Я про то , что техногенная зеленая энергетика невозможна в принципе, так как всегда возникнет проблема отходов, утилизации, вреда "птичкам" и кстати вред окружающей среде при производстве пластиковых лопастей или фотоэлементов как бы вообще никто не учитывает, а вред окружающей среде от добычи полезных ископаемых, из которых делается начинка? итд итп.
единственная доступная зеленка - только натурального цикла, без использования машин .
т-кк24.12.17 16:11
Alshtru: единственная доступная зеленка - только натурального цикла, без использования машин .

Это и имею в виду.
GAF24.12.17 21:27
> artyom

> GAF

...А уж про объединение "зеленых источников" в приличную энергосистему и говорить не приходится, так как очень жесткие требования к удержанию частоты "зеленым источником" находятся в пределах 50 + - 0,05 Гц. Технически возможно с помощью преобразователей гуляющее электричество от ветрогенератора сделать красивым, но во что это обойдется на практике автор намекнул. Европа и США вывели многое из промпроизводства в Азию. Осталось вывести совсем серьезные производства и перейти на зеленое электричество в каждом хуторе.
А почему вы не рассматриваете вариант "внутренней эмиграции" стандартной энергетики? Представьте красоту: все евроэнергоемкие европромышленные европредприятия запитать от евротрадиционных евроэлектростанций по отдельной евроэлектросети. Внутри той самой Европы, без вынесения в Россию и прочие азии. А старую евроэлектросеть оставить альтернативной евро энергетике. Две энергосистемы связать физически и финансово. Физически - обязать традиционную сеть выдавать излишки энергии в альтернативную сеть, подпитывая её. Финансово - нынешние скрытые дотации "открыть" и дотировать альтернативную энергетику напрямую. За якобы наносимый природе ущерб.
Главный смысл - доить традиционную энергетику и промышленность, но убивать.
Проделайте машинный эксперимент, например, в мат.пакете Mathcad сложите две синусоиды, отличающиеся по частоте на 1% 50 Гц и 50,5 Гц. Согласно теории Вы можете посмотреть на графиках полученные среднюю частоту и, главное, низкочастотные биения амплитуды колебаний. Давненько из студенчества запомнился пример по элементной базе силовой электроники, приведенный преподавателем. Для экспорта электричества в Финляндию, чтобы соответствовать евротребованиям к стабильности частоты, пришлось строить преобразователи с громадной установленной мощностью на соответствующей ей элементной базе. Вот Вам пример физической связи сетей. Вы предлагаете объединить локальные "зеленые источники" в единую сеть и связать её с традиционной. Но чтобы объединить "зеленые" источники в серьёзную сеть, каждый из них должен удовлетворять жестким сетевым требованиям, указанным в комментарии.
Сергей96725.12.17 13:57
> Alshtru

единственная доступная зеленка - только натурального цикла, без использования машин .
Вполне возможно, что через некоторое время и появятся новые "органические" технологии, но пока ничего подобного нет и приблизительно. Я имею в виду биоэлектричество, биотехнологии и т.д.
А к тому далёкому времени, пока человечество разовьётся до них, вполне возможно, что они уже будут и не нужны. Человек, возможно, будет обладать такими способностями, что ему будут не нужны мощные источники энергии.
GAF25.12.17 18:21
Сергей967 "Вполне возможно, что через некоторое время и появятся новые "органические" технологии, но пока ничего подобного нет и приблизительно. Я имею в виду биоэлектричество, биотехнологии и т.д."
Природа сама позаботилась. Скат выдаёт в импульсе ток до 30 А с напряжением до 200 В, 6 кВт в импульсе. Первичным источником является Солнце. Земля имеет площадь примерно 500 трл. кв. метров - 250 трл. кВт. Земля хранит как термос, теряя часть энергии за счет теплового лучеиспускания в Космос. Оставшееся запасается в виде тепла, частично расходуемого на перемещение воздушных и водных масс, накапливается за счет фотосинтеза и биохимических реакций синтеза в органике на суше и океане, и хранится в виде ископаемых углеводородов. Для сравнения, установленная мощность генерирующих источников в мире примерно 5 млрд. кВт. Так что ресурсы биоэнергетики не ограничены. Соединяй псевдоскаты последовательно и в параллель и побольше фитопланктона им в топку. К.п.д. жизнедеятельности высокий. Уж на что человек - несовершенный организм, а после рюмки, другой коньяка готов горы свернуть.
...."А к тому далёкому времени, пока человечество разовьётся до них, вполне возможно, что они уже будут и не нужны. Человек, возможно, будет обладать такими способностями, что ему будут не нужны мощные источники энергии".
Вот, вот, об этом и талдычат трансгуманисты. Будем менять органы у человека. У одних с головой будет всё в порядке, и много таких не требуется. Основной массе оставить в голове только центры, регулирующие физиологические процессы в организме: у одних - нужные для механической работы, у других - нужные для генерирования электрической энергии и быть способными по команде объединяться в батареи. При пиковой нагрузке давать им высококалорийное питание, не шоколад, а спиртосодержащее питьё. В затишье - достаточно клеверной жвачки для поддержания номинального напряжения без токовой нагрузки. Из гуманных соображений похмельный синдром при синтезе будет исключен.
Бывает И Хуже26.12.17 08:42
> Аббе


+++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++
Кто может придумать какие то другие варианты?
а нафига так извращаться? не проще ли построить водохранилище, закачивать в него воду когда есть лишняя энергия и забирать, когда есть недостаток?
лично я вижу в статье тир проблемы:
во первых, чел рассматривает решение проблемы все и сразу, при этом признается, что постепенное решение будет эффективно.
во вторых, он рассматривает только существующие технологии, это глупо.
в третьих, мы не можем предсказать будущее. оракулов тут нет, а даже спецы стремятся посчитать только на коленке, потому что за нормальный анализ им никто не платил...
ti-robot26.12.17 08:50
2 GAF
Природа сама позаботилась. Скат выдаёт в импульсе ток до 30 А с напряжением до 200 В, 6 кВт в импульсе.
Вы забыли добавить, что скат выдает серию из 2-10 импульсов по 0,003-0,005 сек, общую емкость примерно на 100 импульсов, что дает емкость ската всего 3 кДж, стоваттной лампочке на полминуты работы.
Для сравнения, автомобильный АКБ 65 Ач имеет емкость 2800 кДж.
---
2 Бывает и хуже
а нафига так извращаться? не проще ли построить водохранилище, закачивать в него воду когда есть лишняя энергия и забирать, когда есть недостаток?
Во первых - там, где сеть место под водохранилище, чаще всего уже стоит ГЭС.
Во вторых - КПД процесса закачки около 80%, обратного процесса - еще меньше.
В третьих - все ГАЭС в народе называют "прощай рыба", а обсуждается вроде как борьба за экологию.
English
Архив
Форум

 Наши публикациивсе статьи rss

» Говорил вам умный человек - “...замучаетесь пыль глотать...”
» 200 британских и американских военных заблокированы в Идлибе
» Как нефтяной гигант Россия стала доминировать на рынке пшеницы
» Пенсионная реформа: если подумать… (II)
» Пенсионная реформа: если подумать… (I)
» Воля к победе: как армия США стремится к новым технологиям
» Дезертировавшие Атланты
» США в смертельной спирали долговой ловушки

 Новостивсе статьи rss

» "Сургутнефтегаз" хочет ввести в контракты возможность отказа от платежей в долларах
» Как из-за главы спецслужбы едва не развалилось правительство Меркель
» Юваль Ной Харари: "Мы располагаем технологиями по взлому людей"
» Индия думает повысить импортные пошлины на сталь в попытке поддержать рупию
» Власти РФ намерены ежегодно наращивать расходы бюджета на нацоборону
» США сертифицировали Ту-214ОН для полетов
» СМИ: В Закарпатье украинцам выдают венгерские паспорта
» СП Boeing и ВСМПО запустило второй завод по выпуску деталей для самолетов

 Репортаживсе статьи rss

» Германия опять раскалывается на ГДР и ФРГ
» «Пекин купил нас с потрохами». Почему в Средней Азии боятся Китая
» Der Tagesspiegel: Целые семьи присоединялись к маршу правых экстремистов
» NYT: Я часть сопротивления внутри администрации Трампа
» Гай Бехор: Это совершенно беспрецедентно — Нил, Тигр и Евфрат исчезают
» Упустили историческую возможность
» Обзор стран Шама-Леванта: что предлагают «Нусре» в Идлибе; кто спасает турецкую лиру; зачем Израиль мирится с ХАМАС; и многое другое за июль-август 2018
» Топливо выталкивает транспортных гигантов в российскую Арктику

 Комментариивсе статьи rss

» Есть ли связь между соглашением по Идлибу и падением российского самолета?
» Подтверждается американский план переворота в Венесуэле
» Загадка малооплачиваемого американского рабочего
» Новые «Леман Бразерс»
» Почему Россия и Китай активизируют свою деятельность в Афганистане
» Три идеи Римского клуба
» Le Monde: Когда глобализация становится невыгодной
» Вводится идеальная диктатура: репрессии уже начались

 Аналитикавсе статьи rss

» Project Syndicate: Как создается финансовый кризис 2020 года
» Почему Иран предпочитает Восточный блок Западному
» Путь к войне. К 80-летию Мюнхенского раздела Чехословакии. Как это было
» Сможет ли Россия накормить Китай дальневосточной соей
» Зачем спецслужбы США помогали исламистам в Чеченскую войну
» Трамп разбомбит весь мир долларами
»  Энергетическая война XXI века: Россия сосредотачивается
» Афганистан: Война без победителей и побежденных

 

 

 
текстовая версия © 2006-2017 Inca Group "War and Peace"