О Гравицапах, Гравилупах и прочих Гравиаккумуляторах энергии

C упорством достойны лучшего применения зеленые бесы продолжают мечтать о том как все будет хорошо в 2050 году (уже впрочем в 2055 году) после неизбежной победы зеленой революции. Как блестяще доказал профессор Зинн в своей работе "Hans-​Werner Sinn: Балансировка волатильности - пределы немецкой зеленой революции" (https://aftershock.news/?q=node/620466), такие мечты невозможны без сопутствующих мечтаний о дешевых, мощных промышленных аккумуляторах. Это вызвано тем, что зеленая прерывистая энергетика принципиально (математически) невозможна без [несуществующих в природе] аккумуляторов. Ну а так как такие аккумуляторы не существуют, то зеленым о них остается только мечтать. Чем они радостно и занимаются круглые сутки. Недавно на сайте прошла очередная волна статей об ушлых «британских ученных» из России и США, предлагающих дать им деньги на подобное чудо техники.

Давайте рассмотрим почему создание эффективных промышленных аккумуляторов физически недостижимо. Ну или, иначе говоря, при физической (технической) возможности создания промышленного аккумулятора -  это почти никогда не имеет энергетического смысла для цивилизации.

Одно из базовых понятий физики и политэкономии - это то что человечество в ходе своей деятельности, своего существования занимается тем что тратит и расходует энергию. Мало того что любая работа энергетически дефицитна (имеет КПД меньше 1), так еще и зачастую направлена на достижение абсолютно идиотских и никому не нужных целей. Как например, строительство башни Бурдж-Халифа (кстати без канализации) где-то в дупе мира, некоторых олимпийских объектов, заброшенных сразу после прохождения олимпиады и прочий треш и угар современной цивилизации потреблятства.

Весь этот аттракцион невиданной щедрости – это артефакты и следствие «жирного периода» цивилизации. Хотя конечно жирным он в основном является локально. Например, у погонщиков верблюдов, удачно встроившихся в чужую систему нефтедолларов, или у американцев – успешно эти доллары печатающих.

Говоря более научно, относительно высокий уровень жизни, уровень технического и технологического развития цивилизации, и уровень бездумного расточительства -  это следствие высокой плотности энергопотока современной цивилизации.

Вместе с тем у цивилизации есть три области в которых труд, работа дает результат с КПД более 1. Это сельское хозяйство, топливно-энергетический комплекс и возобновляемая энергетика. Это процессы связанные с добычей энергии (в широком смысле слова). И КПД выше 1 не потому, что физика поломалась, а потому, что в этих процессах работа направлена не на создание энергии, а на получение (перекачку) внешней энергии от природы в человеческое общество.

Это по сути точки входа энергии в человеческую систему, и уже наличие этой энергии, плотного энергопотока позволяет обеспечить энергией весь современный «блэкджек со шлюхами».

Критически важно, что именно наличие «плотного» электропотока необходим современной цивилизации. Упрощенно можно понимать, что плотный электропоток, это поток энергии с большим мультипликатором, то есть на одну единицу энергии, затраченной на добычу, цивилизация получает сотни и даже тысячи единиц энергии.

Это достигается двумя способами:

- первый – добыча высококонцентрированной, легкодоступной энергии - как правило - это добыча угля и углеводородов и легкодоступности становится все меньше и меньше.

- второй способ - это добыча возобновляемой энергии, способами, которые дают гомеопатическое влияние на себестоимость киловатт-часа. Так как возобновляемая энергия принципиально имеет низкую плотность, то получается, что эффективно мы можем это сделать только в ситуации, когда почти вся «подготовительная работа» сделана за нас природой. Собственно, существует только один способ о котором можно говорить – это добыча гидроэнергии в удобных для этого местах.

Технически ничего не мешает построить гидроэлектростанцию на какой-либо плоской равнине. Дамбу в несколько сот метров высотой построить почти по кругу и будет счастье. Но практически существует определенное соотношение между готовым природным водохранилищем, объемом доступного запаса воды в нем, и объемом строительных работ (дамба), необходимых для реализации проекта. Понятно, что чем больше природный бассейн, и чем меньше требуемая дамба, тем, при прочих равных, проект эффективней.

Наличие удобных мест является абсолютно, критически важным для того, чтобы строительство гидроэлектростанции имело смысл.

Вторым важным свойством гидроэнергетики, позволяющем быть ей одной из самых дешевых и эффективных, это то что «закачка» воды в бассейн, то есть предварительная концентрация энергии, осуществляется природой без каких-либо усилий со стороны человека.

Понятно, что другие используемые методы возобновляемой энергетики, будь то сжигание дров, солнечная или ветроэнергетика – не имеют аналогичных свойств, требуют слишком больших затрат, как капитальных, так и текущих в расчете на производимую энергию. Поэтому они не способны дать цивилизации пригодный и требуемый поток энергии.

И это мы даже не говорим о прерывистости ветро и солнечной энергетики. А если мы возвращаемся к этому вопросу, то мы вынуждены говорить об аккумуляторах.

И мы должны сказать, что, хотя зеленые, мечтая об аккумуляторах, говорят о них в целом, но по факту нужно четко разделять потребительские аккумуляторы и промышленные аккумуляторы.

Потребительские аккумуляторы — это, опять же, артефакт эпохи плотного энергопотока. Имея изобилие энергии, человечество может тратить ее совершенно бездумно и безумно, в том числе на развлечения. И нужно отметить что большая часть аккумуляторов используется именно в разных формах развлечения. Как я отмечал выше, такие затраты как правило совершенно неэффективны, и человечество не задумывается пока об их нужности и эффективности. Пока может себе это позволить. Ну и в принципе, использование аккумуляторов в полезных целях (разной степени полезности), так же может быть не эффективно, так как в большинстве случаев стоимость аккумулирования энергии составляет незначительный процент в общих расходах процесса. Как пример можно взять соотношение стоимости обычного аккумулятора к стоимости автомобиля и в целом к расходам на его эксплуатацию.

Промышленные аккумуляторы – это аккумуляторы непосредственно используемые в процессах распределения и перераспределения энергии, то есть часть общей энергосистемы. И вот тут человечество не может себе позволить использовать неэффективные технологии. Массово использовать… Потому что «жирный период» человечества требует высокого мультипликатора, высокой эффективности от энергосистемы (в широком значение) цивилизации.

Нужно сделать удивительный [для кого-то] вывод – аккумуляторы, даже чудесные, сделанные лично Илоном  Маском – энергию не производят. Нет… Они ее тратят и теряют с разной степенью успешности. И, следовательно, для того, чтобы не слишком ронять общую эффективность системы, промышленный аккумулятор должен иметь три обязательных свойства:

• Он должен быть огромным, потому что система требует наличие огромных объемов хранения энергии для сглаживания сезонной пилы производства/потребления. Иначе аккумулирующая перхоть не имеет значения в системе и ее можно игнорировать при любой стоимости и эффективности;
• Он должен быть максимально эффективным в цикле заряд/разряд. Приемлемая граница лежит видимо где-то в районе 20% потерь, но желательно, чтобы потери не превышали бы 10%;
• Капитальные расходы (амортизация) на единицу хранимого объема энергии, должны быть абсолютно незаметными, а текущие расходы минимальными.

И рассматривая все мыслимые и немыслимые варианты аккумулирования энергии мы приходим к выводу, что это возможно только в том случае «когда почти вся «подготовительная работа» сделана за нас природой». И победитель в этой номинации только один это гидроаккумулирующие электростанции, построенные в «удобном месте».

Так же как в ситуации с гидроэлектростанциями, критически важным становится наличие природного верхнего и нижнего бассейна, либо ущелья, которое не жалко, и которое двумя дамбами можно относительно дешево разделить на два бассейна.

Только в этом случае объем хранимой энергии становится достаточно большим, а стоимость хранения достаточно малой, чтобы использование подобных аккумуляторов не убивало бы общую эффективность системы.

Проекты строительства ГАЭС «на ровном месте» - например башня - наверху цистерна, внизу бассейн, по кругу гоняем воду – технически исполним (даже не особо сложен), но сколько бы ни были малы абсолютные затраты на строительство такой ГАЭС, они абсолютно бессмысленны, так как относительные расходы (относительно объема сохраняемой энергии) являются запретительно велики.

И как вы понимаете, это прямо вытекает из принципа энергетически убыточной работы человека. Объем работы, которую человек вынужден сделать «вокруг» небольшого объема воды, всегда окажется слишком велик. Как уже отмечено, единственный выход, это когда объем работы, сделано природой, стремится куда-то в район ста процентов..

Рассматривая использование гравиаккумулятора, мы приходим к тому же принципу. Сама по себе идея нормальная и рабочая. Но она будет эффективна только при условии, что подготовительная работа сделана природой. В качестве природы могут выступать артефакты ранее сделанной (и заброшенной) деятельности человека.
Например, если мы устанавливаем гравиаккумулятор над вертикальным стволом заброшенной, но незатопленной шахты, то безусловно – это будет работать и это будет вполне энергетически эффективно. Или возможна установка аккумулятора над крутым обрывом. Но… сколько на планете подходящих шахт и обрывов, расположенных рядом с местом генерации и/или местом потребления энергии?

Если мы переживаем, что мест пригодны для использования под гидроаккумуляторные станции крайне мало, то объем энергии, который можно эффективно хранить в подобных гравиаккумуляторах вообще ничтожно мал относительно потребностей системы.

Ну а как только мы пытаемся строить башню, для подъема вверх грузов, или, не исключено, какой-то чубайс выдвинет идею о пробитии специальной вертикальной шахты, то мы не сможем достичь требуемой эффективности. Объем энергии, который можно запасать такой конструкцией ничтожно мал, и объем энергии на строительство конструкции будет неизмеримо велик (относительно объема хранения)

.

 Ну а далее, тот же принцип применим к любому варианту возможного и невозможного создания аккумуляторов. Строительство или создание аккумулятора «с нуля» будет всегда не эффективно. Использование чего-либо готового может быть эффективно, но «готового» - просто мало.

Как только вам показывают очередную «прорывную» технологию аккумулирования –смотрите какая часть проекта уже «сделана» природой. Если эта часть не подавляющая, то с точки зрения промышленного использования – этот проект – банальный распил.

Разумеется, это же относится и к любым вариантам химических аккумуляторов, включая литиевые, графеновые и прочие ультрамодные технологии. В них природной составляющей нет совсем, и, следовательно, они всегда будут иметь стоимость в десятки, сотни раз превышающую необходимую для промышленного использования энергетике.

Нужно различать энергетическую эффективность аккумулятора для системы, и финансовую эффективность аккумулятора для хозяев. В некоторых ситуациях, например, на рынках, разрушенных зеленой энергетикой, на которых суточные колебания цены могут быть от минус тысячи  [австро]долларов до пятнадцати  тысяч [австро]долларов, такой аккумулятор может давать гешефт. Но эта эффективность сравнима с финансовой эффективностью спекуляционных биржевых махинаций. И не равна энергетической эффективности добавления устройства в систему. Для системы эффективность подобных устройств отрицательна и увеличивают совокупные расходы общества на энергосистему.

Как я уже отметил, нельзя путать развитие потребительских и промышленных аккумуляторов. Весь реальный прогресс в этой области относится именно к потребительским аккумуляторам, но зеленые, не понимая разницы, мечтают о переносе этих технологий на промышленные масштабы.

Да, безусловно, технологии потребительских аккумуляторов будут совершенствоваться и развиваться. Да в игрушках (и полезных устройствах) завтрашнего дня будут стоять более дешевые, мощные и безопасные аккумуляторы. Но все это устройства - предназначенные помогать нам тратить и терять энергию. Для того, чтобы они стали устройствами, помогающими добывать и распространять энергию, их стоимость хранения должна быть в тысячи раз меньше. А этого никогда не будет, потому, что деятельность человека всегда принципиально энергетически убыточна и очень сильно убыточна.

Как говорится «Чем выше горы – тем ниже приоры». Ну или в обратной пропорции – «Чем ниже уровень образованности людей – тем выше их иррациональная вера во всемогущество [будущей] науки».  Поэтому, когда зеленые влажно мечтают «ах графен», «ах проточные аккумуляторы», «ах гравицапы и гравилупы» - все это никакого отношения к энергетике не имеет, и никак это зеленую революцию не спасет.

Ну и говоря об аккумулировании энергии, нельзя не затронуть тему так называемой «водородной энергетики».

Нужно отметить что хайп, вой и визг поднятые на Западе на тему «водородной энергетики», вся эта водородная истерика – это безусловное и ясное признание (осознание) того факта, что зеленая энергетика – всё.

И никаких аккумуляторов способных ее спасти не существует и не будет существовать. Все эти мертворожденные, грантоедские идеи о базальтовых хранилищах тепла, гигантских маховиках и прочие идеи по распилу денег - они все умерли. И именно поэтому, переобувшись в прыжке, западные зеленые теперь вынуждены вещать о спасении мира через водородную энергетику.

Забавно что в целом водородная энергетика распадается на две части:

Первая – это голубой, синий, серый, розовый и прочие радужные оттенки водорода, которые к аккумулированию отношения не имеют. Концепцию этой «энергетики» лучше всего отражает анекдот про «бизнес по-русски» - «Украсть ящик водки, водку продать, а деньги пропить»

Да… То есть надо у кого-то (желательно у русских) вымутить максимально дешево природный газ, с огромным геморроем убрать из него важный энергогенерирующий элемент, то есть углерод, а оставшийся водород попытаться сжечь, каждую секунду рискуя взлететь на воздух. И все это сопровождать обязательными экологическими молитвами пять раз в сутки... встав на колени, лицом в сторону Южной Африки.

А вот вторая часть  -  так называемый «зеленый водород» это как раз про аккумулирование энергии.

Концепция, безусловно, абсолютно безумна.

Начинается все, как правило, с идеи о том, что когда эльфийского электричества слишком много, то лишнее, то есть бесплатное (как бы) электричество можно «сохранять» в водород путем электролиза воды.

Тут уже все плохо, так как я показывал в своей статье "Почему Power2X никогда не станет спасением для зеленой энергетики"(https://aftershock.news/?q=node/820372), что если не делать мощности специально под электролиз водорода, то несовпадение случайных пиков прерывистой генерации и случайных пиков потребления, будет происходить примерно в течение 3-5 процентов времени. Причем понятно, что в непредсказуемые случайные моменты времени.

Оборудование, которое чуть сложнее лопаты, работающие с КИУМ в 3-5 процентов будет убыточно всегда. Просто по определению.

Строить прерывистую генерацию, которая будет работать только на электролиз также безумно, хотя и позволит увеличить КИУМ электролизёров до 30-60% . Эта генерация весьма дорогая (тут мы уже не говорим о «спасении» бесплатного, лишнего электричества) и после проведения электричества через дорогой цикл заряда/ разряда (электролиза и сжигания) с учетом всех потерь, капитальных и текущих расходов, электричество будет беспредельно дорогим. Весь аттракцион невиданной щедрости современной цивилизации придется ликвидировать.

Не забываем, что КИУМ газовых генераторов составляет от 30% для пиковых генераторов, которые как раз нужны для балансировки прерывистой энергетики, до 55-60% у самых современных газовых станций комбинированного цикла. Это значит, что даже просто потери энергии на этом цикле будут порядка 60-70%. (с учетом потерь на электролизе). И это мы даже не начинаем рассматривать бесконечно дорогую специальную инфраструктуру, предназначенную для хранения и перекачки водорода.

 

Давайте подведем итоги: Лженаука физика запрещает создание огромных аккумулирующих систем, которые бы имели приемлемую стоимость хранения энергии.  Математически эту обусловлено тем что на малых объемах, расход энергии на создании конструкции слишком велик относительно объема хранения, а на больших объемах, когда, казалось бы, закон куба и квадрата (куб хранения и квадрат расходов) должен был бы работать на снижение стоимости, по экспоненте растут технические сложности, с пропорциональным ростом стоимости.

(этот момент, кстати отлично иллюстрируется на маховиках. В лабораторных условиях, на маленьких устройствах они выглядят как уникальные хранилища энергии, но не имеют смысла из-за малого объема хранения. При попытке их масштабировать, сложности нарастают лавинообразно и на корню убивают работоспособность конструкции.)

Единственным спасением является использование готовых систем хранения энергии, что в общем то обозначает использование [почти]готовых природных систем хранения воды.

А вот далее вывод, о котором я неоднократно говорил. Энергосистема всегда имеет пилу потребления, требующую балансировки. И энергосистема всегда имеет базовую энергетику – наиболее дешевую, но не гибкую. Для балансировки потребления система нуждается в дешевой гидроэнергетики и крайне желательно использовать дешевые гидроаккумуляторы. Но…

«Удобных мест для строительства ГАЭС крайне мало» (вот стоило бы в УК РФ внести статью, по которой за пропаганду зеленой религии, человеку бы делали бы татуировку на лбу с этой фразой) и поэтому использовать ГАЭС для балансировки прерывистой ВИЭ просто преступно. А никаких иных промышленных аккумуляторов энергии не существует и никогда существовать не будет. Ибо физика….

2021, Станислав Безгин (also known as Тояма Токанава)

Мой твиттер: StanislavBezgin