Хабр Курсы для всех
РЕКЛАМА
Практикум, Хекслет, SkyPro, авторские курсы — собрали всех и попросили скидки. Осталось выбрать!
процесс замены текущей угольно-газовой энергосистемы на новую, солнечно-ветряную, с параллельным сохранением старой системы во время перехода будет долгим, дорогим и рискованным
мы можем к концу этого столетия практически полностью обеспечить себя солнечной энергией, если во второй половине века удастся сделать прорыв в области передачи энергии на дальние расстояния и хранения. В этом случае современные опасения будут подобны страхам столетней давности, что лошади загадят все городские улицы:)По моим наблюдениям за исследованиями в сфере солнечной энергетики ближайшие лет 30 солнечные панели будут улучшаться (увеличивать КПД и надежность)
если во второй половине века удастся сделать прорыв в области передачи энергии на дальние расстояния и хранения
Кстати, выход энергии у нефти какой, тепло или механическая работа?
А бензин/солярка электричеством решаются
но у бензина он вообще 1 :)
Коптит дизель.

Ну так на большом транспорте и места больше и вес не так важен и цена.
Наверное, потихоньку доведут до ума.
И конструктор Ё-мобиля говорил, что нельзя сделать дизель выше Евро-3 при отрицательных температурах. Я в этой части ему скорее верю.
Сменой батареи ускоряется заправка (да, таких станций нет, но можно же)
Почему сейчас, лет за 40 не получится линии электропередач построить?
Потери электроэнергии в проводах зависят от силы тока, поэтому при передаче её на дальние расстояния, напряжение многократно повышают (во столько же раз уменьшая силу тока) с помощью трансформатора, что при передаче той же мощности позволяет значительно снизить потери. Однако с ростом напряжения начинают происходить различные разрядные явления.
Напряженность электрического поля прямо пропорциональна напряжению на проводе и обратно пропорциональна его радиусу, поэтому бороться с потерями на корону можно, увеличивая радиус проводов, а также (в меньшей степени) — применяя расщепление фаз, то есть используя в каждой фазе несколько проводов, удерживаемых специальными распорками на расстоянии 40-50 см. Потери на корону приблизительно пропорциональны произведению U(U-Uкр).
Потери на корону резко возрастают с ростом напряжения, среднегодовые потери на ЛЭП напряжением 500 кВ составляют около 12 кВт/км, при напряжении 750 кВ — 37 кВт/км, при 1150 кВ — 80 кВт/км. Потери также резко возрастают при осадках, особенно изморози, и могут достигать 1200 кВт/км
Потери в ЛЭП переменного тока
Важной величиной, влияющей на экономичность ЛЭП переменного тока, является величина, характеризующая соотношение между активной и реактивной мощностями в линии — cos φ. Активная мощность — часть полной мощности, прошедшей по проводам и переданной в нагрузку; Реактивная мощность — это мощность, которая генерируется линией, её зарядной мощностью (ёмкостью между линией и землёй), а также самим генератором, и потребляется реактивной нагрузкой(индуктивной нагрузкой). Потери активной мощности в линии зависят и от передаваемой реактивной мощности. Чем больше переток реактивной мощности — тем больше потери активной.
При длине ЛЭП переменного тока более нескольких тысяч километров наблюдается ещё один вид потерь — радиоизлучение. Так как такая длина уже сравнима с длиной электромагнитной волны частотой 50 Гц (\lambda = c / \nu = 6000 км, длина четвертьволнового вибратора \lambda / 4 = 1500 км), провод работает как антенна.
Высоковольтная линия электропередачи постоянного тока (HVDC) использует для передачи электроэнергии постоянный ток, в отличие от более распространенных линий электропередач (ЛЭП) переменного тока. Высоковольтные ЛЭП постоянного тока могут оказаться более экономичными при передаче больших объёмов электроэнергии на большие расстояния. Использование постоянного тока для подводных ЛЭП позволяет избежать потерь реактивной мощности, из-за большой ёмкости кабеля неизбежно возникающих при использовании переменного тока. В определённых ситуациях ЛЭП постоянного тока могут оказаться полезными даже на коротких расстояниях, несмотря на высокую стоимость оборудования.
ЛЭП постоянного тока позволяет транспортировать электроэнергию между несинхронизированными энергосистемами переменного тока, а также помогает увеличить надёжность работы, предотвращая каскадные сбои из-за рассинхронизации фазы между отдельными частями крупной энергосистемы. ЛЭП постоянного тока также позволяет передавать электроэнергию между энергосистемами переменного тока, работающими на разной частоте, например, 50 Гц и 60 Гц. Такой способ передачи повышает стабильность работы энергосистем, так как, в случае необходимости, они могут использовать резервы энергии из несовместимых с ними энергосистем.
Современный способ передачи HVDC использует технологию, разработанную в 30-х годах XX века шведской компанией ASEA. Одни из первых систем HVDC были введены в строй в Советском Союзе в 1950 году между Москвой и городом Кашира, и островом Готланд и Швецией в 1954 году, с мощностью системы 10-20 МВт.[1]
Самая длинная HVDC линия в мире в настоящее время находится в Китае и соединяет ГЭС Сянцзяба (англ.)русск. с городом Шанхай. Её длина 1980 км, мощность 6400 МВт при 800 кВ[2]. В 2013 году в Бразилии будет сдана в эксплуатацию самая длинная HVDC линия (длиной 2375 км), она будет соединять ГЭС Санто-Антонио (англ.)русск. и Жирау (англ.)русск. с городом Сан-Паулу.[3]
Основным недостатком высоковольтной ЛЭП постоянного тока является необходимость преобразования типа тока из переменного в постоянный и обратно. Используемые для этого устройства требуют дорогостоящего ЗИП, так как, фактически, являются уникальными для каждой линии.
Преобразователи тока дороги и имеют ограниченную перегрузочную способность. На малых расстояниях потери в преобразователях могут быть больше чем в аналогичной по мощности ЛЭП переменного тока.
В отличие от ЛЭП переменного тока, реализация мультитерминальных ЛЭП постоянного тока крайне сложна, так как требует расширения существующих схем до мультитерминальных. Управление перетоком мощности в мультитерминальной системе постоянного тока требует наличия хорошей связи между всеми потребителями. Выключатели цепей постоянного тока высокого напряжения имеют более сложное устройство, так как перед размыканием контактов нужно уменьшить ток в цепи до нуля, иначе образуется электрическая дуга, приводящая к чрезмерному износу контактов. Разветвлённые линии редки. Одна из них работает в системе Hydro Quebec — New England от Radisson к Sandy Pond. [13] Другая система — линия соединяющая Сардинию и материковую Италию, которая была изменена в 1989, чтобы обеспечивать мощностью остров Корсика.
бычно разработчики высоковольтных ЛЭП постоянного тока, такие как Alstom Grid, Siemens и ABB не публикуют информацию о стоимости проекта, так как эти сведения составляют коммерческую тайну.
Возят эти батареи кораблями (никаких ЛЭП строить не надо)
Даже модный сейчас в США водород на фоне бензина выглядит весьма тускло. В водородных топливных элементах он на треть менее энергоёмок, нежели связка «бензин+ДВС» и в два раза проигрывает бензину по пиковой удельной мощности. То есть, переводя это на русский язык — водородные топливные элементы — тяжёлые и гораздо менее мощные, чем бензиновые ДВС.
Если же заливать водород в ДВС, как бензин, то помимо чисто технических вопросов с детонацией, надо учесть, что мы потеряем в три раза по удельной энергии устройства. Связано это с тем, что лукавая цифра всегда говорит нам о «килограммах водорода», но это в корне неверно.
Где вы видели килограмм этого вещества? В ракетах? Так он там при -255 градусах по Цельсию. Ну — или при 15 градусах по Кельвину, если так кому-то приятнее. Всё равно для целей домохозяйств такой «водород в килограммах» категорически непригоден — в реальной жизни приходится возиться с водородом в газообразной фазе, в которой он проникает даже через сталь баллонов высокого давления, надо тратить энергию на его сжатие, а потом — таскать за собой тяжёлые и опасные баллоны — ну и так далее.
ИМХО, причина популярности нефти еще в одно показателе — плотности энергии. Для бензина это примерно 40МДж/кг. (30 МДж/литр). Для литий-ионного аккумулятора до 0,7 МДж/кг (кажется, 2МДж/литр). С учетом, что КПД тепловых двигателей (допустим 35%) меньше чем электрических (допустим 95), с топлива можно получить 14 МДж/кг ( 10,5 МДж/литр), а с аккумулятора 0,665 МДж/кг (1,9 МДж/литр). Вы представляете пассажирский самолет на аккумуляторах? Я не представляю.
С водородным топливом немного сложнее. Сам водород хранит 120Мдж/кг, но 10 кДж/л ибо плотность водорода очень мала. Водород можно сжать, но при этом нужен массивный бак ( какой именно массы, к сожалению не нашел) и получим высокое давление с сопутствующими проблемами. Можно сжижать. Плотность энергии жидкого водорода, без учета термоса 8,4 МДж/литр. Можно связать в гидридах металлов (удерживают до 4% по весу) плотность энергии такого накопителя около 4-5 МДж/литр.
Возможно, потому и набирает популярность биотопливо (плотность энергии 25 МДж/кг у этилового спирта). Несмотря на низкий EROEI, более высокая плотность энергии дает во многих случаях преимущество.
Гм. Вроде бы на наземном транспорте вполне получается обходиться без бензина/солярки.
То есть, часто в рамках сложившейся структуры экономики можно получать энергоноситель в процессе со всё более и более низким внутренним EROEI, но такой энергоноситель оказывается гораздо выгоденее (речь идёт опять-таки об энергетической выгоде, а не о бухгалтерской прибыли!) в момент его утилизации в эффективных оконечных устройствах — поскольку устройства эти обладают большими значениями удельной мощности (specific energy) и пиковой удельной энергии (peak energy) и большим КПД. Кроме того, на замену всех оконечных потребителей и, особенно, на перестройку используемой ими инфрструктуры, просто может не хватить никакого рыночного экономического ресурса — но об этом — ниже.
Почему же основная часть усилий западного мира и, особенно, усилий США, сосредоточена вокруг «продолжения банкета» жидкого топлива?
Ответ достаточно прост — такое топливо легче всего хранить, транспортировать, оно обладает очень высоким значением удельной энергии (измеряется в кВт-ч-кг). Устройства, утилизирующие жидкое топливо — одни из наиболее мощных в расчёте на килограмм веса (параметр пиковой удельной мощности — измеряется в кВт-кг) и обладают одним из самых высоких КПД (коэффициент полезного действия).
оплива и устройства их оконечной утилизации, оси: пиковая удельная мощность, удельная энергия.
Представлены:
Advanced Flywheels — супермаховики
Conventional Flywheels — маховики
Super capacitors — суперконденсаторы
Pb-Acid — свинцовые аккумуляторы
Ni/Zn — никелевые и цинковые аккумуляторы
LiM/FeS — высокотемпературные сульфид-железо-литиевые аккумуляторы
Lithium Ion — литий-ионные аккумуляторы
Zn/Air — цинковые воздушные аккумуляторы
H2 ICE — водород в ДВС
Methanol — метанол
Gasoline — бензин
H2 Fuel Cell — водород в топливных элементах
Что можно сказать, внимательно рассматривая этот график?
Ну, во-первых, бегло посмотрев на него — не зря мы все так любим бензин. Штука удобная, мощная и энергоёмкая. Даже модный сейчас в США водород на фоне бензина выглядит весьма тускло. В водородных топливных элементах он на треть менее энергоёмок, нежели связка «бензин+ДВС» и в два раза проигрывает бензину по пиковой удельной мощности. То есть, переводя это на русский язык — водородные топливные элементы — тяжёлые и гораздо менее мощные, чем бензиновые ДВС.
Если же заливать водород в ДВС, как бензин, то помимо чисто технических вопросов с детонацией, надо учесть, что мы потеряем в три раза по удельной энергии устройства. Связано это с тем, что лукавая цифра всегда говорит нам о «килограммах водорода», но это в корне неверно.
Где вы видели килограмм этого вещества? В ракетах? Так он там при -255 градусах по Цельсию. Ну — или при 15 градусах по Кельвину, если так кому-то приятнее. Всё равно для целей домохозяйств такой «водород в килограммах» категорически непригоден — в реальной жизни приходится возиться с водородом в газообразной фазе, в которой он проникает даже через сталь баллонов высокого давления, надо тратить энергию на его сжатие, а потом — таскать за собой тяжёлые и опасные баллоны — ну и так далее.
Возвращаясь к скучному графику удельной энергии и пиковой мощности — можно заодно посмотреть и на новую мечту американского автопрома — электромобили. Сразу видна ещё более печальная картинка «аккумуляторного послезавтра». Даже самые продвинутые литий-ионные аккумуляторы, уступают в 10 раз бензину по удельной энергии и полтора раза — по пиковой мощности. То есть, автомобиль на аккумуляторах, выражаясь кратко — очень тяжёлый и менее мощный.
А вот для городского автомобиля с его старт-стоп — не верно.

Ось абсцисс — значение EROEI, ось ординат — количество в процентах потерянной для общества энергии. Зелёная часть графика — то, что осталось обществу, красное — что ушло в процесс переработки топлива.

если мы сможем сделать себе достаточно самовоспроизводимых «рабов» в виде автоматических линий которые работают при небольшом количестве «надсмотрщиков»
Такими темпами на всю Землю как раз и будет 300-500 миллионов человек (Штаты+Европа, к примеру.)
Сейчас нужно годы содержать толпы учёных и то не факт, что они что-то полезное накопают…
Проблема с ГАЭС, в общем-то, такая же, как и с ГЭС — для неё критически важно иметь перепад высот. Иначе запасти энергию в жидкости не получается никак — жидкость практически несжимаема.
Ну и для ГАЭС нужна вода, как таковая. В Сахаре, рядом с солнечными панельками, ГАЭС не поставишь.
Впрочем, даже небольшой водоём ГАЭС может вызвать весьма неадекватную реакцию со стороны местного населения. Если население уже достаточно неадекватно, чтобы надеяться решить за счёт ветряков и солнечных панелей все вопросы генерации электроэнергии. А не треть этих вопросов, как посчитали какие-то «сумасшедшие учОные».
Хотя, конечно, бывают ситуации и похуже (укр.), причём и поближе к нам (рус.).
Мы, однако, сосредоточимся не на идиотах, коих всегда хватает, а на деньгах.
Сколько стоит ГАЭС? И в энергетическом, и в денежном плане?
Во-первых — энергетика. Хорошая ГАЭС сразу же заберёт у вас 20% произведенной энергии (то есть все КПД, EROI и прочие параметры системы с ВИЭ надо умножать на 4/5) а плохая ГАЭС будет есть на своё аккумулирование не меньше 25% произведенной энергии (тут у нас множитель, как понимаете, будет вообще 3/4).
При этом речь идёт не о совершенстве самих гидроагрегатов ГАЭС — за великий инженерный ХХ век их КПД уже давно дошёл до недостижимых для других генераторов отметок в 90-96%. «Хорошую» ГАЭС надо ставить на хорошем же перепаде высот — чтобы минимизировать различные гидравлические потери и качать воду практически вертикально вверх.
Во-вторых: деньги. Само создание водоёма ГАЭС где-либо на равнинной местности вообще очень затратная задача. Хорошо иметь ГАЭС в горах. Правда, в горах плохо жить.
Вот вам объект для осознания. Я его строил (в числе многих других хороших специалистов). Это водохранилище, которое для решения своих проблем с водой для орошения, строит Узбексистан в Ферганской области. Смета данной стройки на момент моего участия в проекте, уверенно карабкалась к цифре в 1 млрд. долларов США.
Объём данного водохранилища — около 300 000 000 м3.
Вот вам и стоимость постройки ГАЭС на плоской равнине, в отсутствие каких-либо гор и ущелий. В стоимость киловатт-часов, произведенных на такой ГАЭС, вы сможете перебить эту цифру сами, по формуле потенциальной энергии воды. Результат вас несколько удивит.
Но для ГАЭС насыпи должны быть повыше (это-то водохранилище — сугубо оросительное), в бюджет надо будет добавить трубы, гидроагрегаты, трансформаторы, генераторы и уйму другого оборудования — так что и 1 млрд. долларов США будет тут скорее очень скромной оценкой «снизу». Так что даже вашу несколько удивительную цифру надо будет увеличить.
А что можно сказать о бюджете ГАЭС в условиях более-менее холмистого рельефа? Например, в сучае Московской области? В принципе, тут тоже есть оценка. Живая и непосредственная, с пылу-с жару. Это Загорская ГАЭС-2.
Всего на цели строительства данной ГАЭС уже потрачено за 7 лет более 61 миллиарда рублей. Ну — или 2 миллиарда долларов.
Общий же бюджет стройки (называемый модным иностранным словом CAPEX) составит, по оценкам самого «РусГидро», около 70 миллиардов рублей (или около 2,2 миллиарда долларов).
Среднегодовая выработка электроэнергии на Загорской ГАЭС-2 составит 1,1 млрд. киловатт-часов.
Если мы хотим окупать CAPEХ, потраченный на постройку ГАЭС хотя бы за 10 лет — то это означает, что каждый киловатт-час аккумуляции на ГАЭС обойдётся нам дополнительно в… 20 американских центов. Ну или — в 6 российских рублей, более принятых в расчётах за электроэнергию в Московской области.
И это — только амортизация наших капитальных вложений в ГАЭС, без каких либо выплат по содержанию станции.
Хотя, к чести ГАЭС, надо сказать, что и через 10, и через 100 лет — она будет нам служить. Так что как вам посчитают эти затраты в тариф — это уже вопрос к «РусГидро». В любом случае — бесплатно это не будет.
Вот такая у нас «дешёвая» аккумуляция на ГАЭС.
А куда бежать? Ведь остальные альтернативы аккумулирования электроэнергии — и того хуже.
Но вот нефть и газ давали в 2005 году уже 14,5. Грубо в 2 раза больше чем у фотовольтаики. Кстати, выход энергии у нефти какой, тепло или механическая работа?
Для желающих — простенький сервис по расчёту реальной температуры фотоэлемента при заданных температуре воздуха, концентрируемом солнечном потоке и ещё парочке параметров.
Например, если вдесятеро поднять солнечный поток на фотоэлемент, то он при температуре воздуха в 45 °C вполне спокойно нагревается свыше 300 °C. Впрочем, даже для нормального потока и для обычно температуры воздуха в Сахаре в 45 °C температура фотопанельки уже резво скачет к 75 °C.
Для понимания того, что такое 300 °C или даже 70 °C для современных фотоэлементов — небольшой скучный график:

Как всегда, эти печальные учёные мешают Емеле поехать на бесплатной печке.
В итоге получается печаль вселенского масштаба — там, где солнца мало (например, в солнечной Аджарии) — фотоэлементы нельзя сказать, что сильно эффективны, а там где солнца много, как в той же Сахаре — почему-то ещё и жарко и фотоэлемент перегревается. К чему бы это?
Большие АЭС более инертны, но мне кажется что обеспечить быстрое управление мощностью АЭС не сложнее, чем разработать лучшие солнечные панели.
Быстрые реакторы — обладают основным преимуществом, которого все ждут от термоядерных — топлива для них человечеству хватит на тысячи и десятки тысяч лет. Его даже добывать не нужно — оно уже добыто, и лежит на складах и отвалах. Технические проблемы — хоть и остаются, но выглядят решаемыми, а не эпическими — как в случае термоядерных реакторов.
Топливо в «замкнутом топливном цикле» появляется не из воздуха, а из бесполезного до этого урана-238 и тория после облучения в быстром реакторе, и дальнейшей химической переработки чтобы из отработанного топлива выделить полезные плутоний-239 и уран-233. Быстрые реакторы по сравнению с реакторами на тепловых нейтронах — дают в 1.5 раза больше нейтронов на 1 деление, и их хватает и на цепную реакцию, и на наработку нового топлива.
С экономической точки зрения — при массовом строительстве быстрые реакторы хоть и дороже обычных тепловых ядерных реакторов, но не на порядки. Массового строительства быстрых реакторов похоже просто не начинают раньше времени, т.к. урана-235 и обычного топлива большинству стран пока хватает в ближайшей перспективе (15-30 лет), и есть время отработать технологию.
Так что когда окончательно закончится дешевая нефть и уран-235 — нашим внукам не придется сидеть без света, будет на чем колонизировать марс, и неспешно допиливать термоядерный синтез следующие 10'000 лет.

Вся эта борьба с СО2 — это большое политическое мошенничество.
Вспомним, что когда весь этот СО2 был в воздухе — на Земле могли спокойно ходить рептилии, длинной 27 метров и весом 35 тонн, а папоротники росли «до неба».
даже полное сжигание всех углеводородных ископаемых положения России не ухудшит.
… полное сгорание запасов угля поднимет среднюю температуру на Земле на 6.7 градусов Цельсия. Подсчеты эти, на самом деле сделаны с оговоркой, поскольку как только температура достигнет определенной отметки, нынешняя климатическая модель перестанет работать, делая наше будущее практически непредсказуемым...


Вся эта борьба с СО2 — это большое политическое мошенничество (...) Так что чем теплее будет — тем лучше, и даже полное сжигание всех углеводородных ископаемых положения России не ухудшит.

Другое дело, что преобладающая в «зеленой» пропаганде нота «вернуть всё как было» далека от конструктивности.
стремиться к тому, чтобы результатом этого было более-менее устойчивое состояние
так на региональном уж точно (привет, Аральское море).
доиндустриальные времена посдвигали естественные границы природных зон, много где вытеснив леса искусственными степями-полями и прериями
Даже без тоталитарного контроля, стандартными механизмами типа тех же самых налоговых льгот и дотаций.
Главное, чтобы в их основе была наука, а не голый популизм
В мировом масштабе ничего подобного нет.
И еще важно учить население, чтобы население было готово к понижению уровня жизни ради экологии, и само эти идеи поддерживало = чувствовало сопричастность.
а что такое государство и откуда берется законодательство?
согласие и желание основных стран. Но в таких условиях ООН прекрасно справляется с регулированием и обоспечением.
В конце ноября этого года французские фермеры устроили «блокаду» Парижа, перекрыв ряд магистралей в знак протеста против повышения налогов и ужесточения стандартов охраны окружающей среды. Помимо перекрытия дорог, владельцы европейских ферм часто прибегают к «тракторным митингам», демонстративной порче своей продукции и другим формам протеста.(источник)
(...)
3. Франция, 2013 год. Пытаясь добиться повышения зарплат, сельхозпроизводители окружили префектуру Лиона и привязали коз к ограждению рядом с полицейскими.
(...)
6. Греция, 2013 год. Недовольные повышением налогов фермеры пригрозили заблокировать тракторами шоссе, соединяющее Афины и Салоники. До места «блокады» они так и не доехали, так как их разогнала полиция.
(...)
18. Франция, 2013 год. Фермеры заблокировали шоссе около Тулона в знак протеста против повышения НДС и налоговой политики властей.
Насчет гормонов и ожирения — неубедительно, от скота ведь добиваются роста массы мяса (мышц), а не сала.
свежие продукты на рынке не должны радикально отличаться из-за зеленой наклейки
«Природа сама доказывает, что эта концепция возможна», — говорит Чен. Ведь месторождения нефти и природного газа являются ни чем иным, как природными хранилищами углерода
От редактора. Приводимая ниже статья перепечатана из ежегодникаОтто Фриш. О возможности создания электростанций на угле.
Королевского института по использованию энергетических ресурсов за 40905
год, стр. 1001.
В связи с острым кризисом, вызванным угрозой истощения урановых и
ториевых залежей на Земле и Луне, редакция считает полезным призвать к
самому широкому распространению информации, содержащейся в этой статье.
Недавно найденный сразу в нескольких местах уголь (черные,
окаменевшие остатки древних растений) открывает интересные возможности для
создания неядерной энергетики. Некоторые месторождения несут следы
эксплуатации их доисторическими людьми, которые, по-видимому, употребляли
уголь для изготовления ювелирных изделий и чернили им лица во время
погребальных церемоний...
Возобновляемых источников не хватает. Чистый уголь — энергоноситель ближайшего будущего