Вход на сайт

МЕДИАМЕТРИКА

Облако тегов

О противоречиях в энергетике

Аватар пользователя Стас78

Данный текст - один из опытов в футурологии. На основе многоуровневой системы протоворечий делается попытка спрогнозировать развитие энергетики.


Несущее противоречие в энергетике самоочевидно – генерация и потребление энергии составляют противоположности любой системы.

Но как быть с противоречиями второго уровня? На какие противоположности распадаются генерация и потребление?

Если рассмотреть историю генерации, причем любой энергии, не только электрической, но и тепловой, и механической, то первоочередная проблема, с которой сталкиваются при проектировании практически замкнутой энергосистемы - какой источник энергии выбрать, какой процесс должен снабжать потребителей джоулями работы, килокалориями теплоты, киловатт-часами электричества.

С одной стороны, можно выбрать процесс с высоким КПД – коэффициентом полезного действия. Возвести крупную ГЭС. Построить ГРЭС, поставить большие котлы, позволяющие практически полностью сжигать топливо.

С другой стороны, полная централизация генерации невозможна. Странно было бы видеть систему блоков и шкивов, которая от центрального двигателя передавала бы механическую энергию всем лифтам в городе. Сейчас этот пример абсурден: каждый лифт снабжен своим двигателем, который использует электричество. Но вот с горячей водой уже всё не так однозначно: снабжать ли весь город от одной котельной или пусть каждый дом пользуется собственной? Если же мы возьмем в качестве примера отдаленную деревушку, куда слишком дорого тянуть линию электропередачи, то столкнемся с проблемой: откуда там брать энергию? Где источники с высоким КПД? Необходимо довольствоваться тем, что удастся использовать.

Противоречие в генерации образуют две противоположности: с одной стороны – это эффективность, с другой – универсальность.

Потребление также разбивается на противоположности.

С одной стороны, это потребление как единственная цель существующей энергосистемы. Потребитель может рассматривать себя как конечный элемент и цель системы, как устье реки, после которого энергия рассеивается, повышая уровень мировой энтропии. Потребление является самоцелью и оно не производительно: будь это громадные затраты дерева на пережег извести для пирамид майя или же фантастический по меркам античного мира расход воды для бассейнов в Древнем Риме. В таком случае потребитель заинтересован в максимизации получаемой мощности, и промышленность обеспечивает такое желание заказчика – отдельные люди могут понимать пагубность такого подхода, но в рамках общества формируется прослойка, которая получает прибыль именно от расходования ресурсов. Подобный подход приводит к хищнической разработке ископаемых, к напрасному труду миллионов людей. Но такая энергосистема не может существовать продолжительный период времени: используемый ресурс попросту истощается.

С другой стороны, потребление должно быть обосновано, оно должно быть включено в систему воспроизводства общества, в развитие промышленности. В этом случае оно стремится в оптимизации потребляемого количества энергии не к достижению минимума (это приведет в итоге к остановке системы), а к потреблению ровно такого количества энергии, которое ему готовы предоставить генерирующие мощности. Однако чрезмерная оптимизация закрывает путь к развитию: возникает очередной вариант спартанского общества, где все не имеющее прямого отношения к ведению войны (или торговли, или науки, или служению богам) считается лишним.

В итоге получается следующая схема противоречий (см. 5.7).


 (вставлю чуть позже проблемы с коневертацией файла)

Схема 5.7. Схема противоречий в энергетике

 

В современной парадигме энергетики снятие противоречия в генерации между максимизацией КПД и универсальностью источника энергии обеспечивается за счет транспортировки энергии и энергоносителей. Генерирующие мощности могут быть расположены за сотни километров от потребителя, непосредственно рядом с угольными разрезами (Экибастуз) или большими перепадами уровня рек (Саяно-Шушенская ГЭС), что обеспечивает максимально возможный КПД.

Сейчас можно наблюдать как раз за разом расширение сетей снимает противоречие между максимальным КПД преобразования энергии и универсальностью используемого источника. Системы газопроводов, нефтепроводов позволяют потребителю будто перенестись за тысячи километров и воспользоваться теплотворной способностью углеводородов. Система паропроводов, система подачи воздуха высокого давления существуют на любом крупном заводе и опять-таки снимают противоречие между необходимостью строить компрессора и котлы рядом с каждым агрегатом.

Но если мы рассуждаем о будущем энергетики, то следует принять во внимание возможное отчуждение человека от техносферы.

Это потенциальное отчуждение основано на двух предпосылках:

– во-первых, на упоминавшемся в подпункте 1.6 превращении антропоцентричной техносферы в кибернетическую ноосферу;

– во-вторых, на ограниченности ресурсов, потребляемых человеком.

То есть возможен потенциальный отрыв  бытовых потребностей бытовой техники от промышленности. Заводы и фабрики будут обеспечивать другие заводы и фабрики, но не человека.

Это, на первый взгляд, сомнительная перспектива. Потребление электричества в среднестатистической квартире устойчиво растет последние десятилетия. Вообще, рост бытового потребления электроэнергии порой обгоняет промышленное.

Но попробуем рассмотреть обычный дом или квартиру как ячейку энергопотребления в отрыве от производства тех товаров и полуфабрикатов, которые в неё поступают.

Самый очевидный ресурс, без которого не обойтись – кислород. Максимум уже пройден: человеку нет необходимости всю зиму топить печь-буржуйку или камин. Разумеется, если обыватель в отсутствие отопления всю зиму жжет газ, то кислорода он сожжет никак не меньше, чем при печном отоплении. Но если отопление работает исправно, непосредственно квартира потребляет кислорода сравнительно немного. А если еще и отсутствует газовая печь, все сводится к человеческому дыханию.

Если рассмотреть квартиру по уровню энергозатрат на освещение, можно наблюдать аналогичную картину. Максимум, в идеале, должен остаться в прошлом вместе с лампочками накаливания. Если рассматривать энергозатраты на воспроизводство изображения – телесигнала, видеофильма – то мониторы становятся экономичнее.

Можно, разумеется, вспомнить и про пылесос, и про плавательный бассейн. Однако же сам человек как потребитель жиров, белков, углеводов, требующий чистого воздуха и теплой воды – не безразмерен.

Разумеется, сводить все потребление человека только к среднестатистической квартире – неправильно. Один рейс на реактивном самолете по расходу кислорода стоит многих месяцев печного отопления. Чтобы привезти бананы из Африки или произвести для обывателя обыкновенную зажигалку, требуются большие энергозатраты. Да и число людей на планете постоянно увеличивается.

Но опять-таки: потребитель обладает конечным числом чувств, конечным набором ощущений. Общество спектакля, общество, в котором симулякр становится важнее оригинала, ограничивает потребление обывателем иллюзий. И еще есть разнообразные доктрины «нулевого роста» – идеи, выдвинутые еще Римским клубом о необходимости ограничивать потребление людей. Кроме того, можно упомянуть современную тенденцию реализации этих идей, присутствующую в энергетике Европы: максимальный переход на возобновляемые источники энергии в частных домовладениях. Солнечные батареи на крышах, ветряки во дворах и т.п.

Следовательно, снятие актуального  противоречия будет выглядеть как единовременно устанавливаемая жилая ячейка (дом или квартира), обитатель которой будет работать по Интернету, большей частью общаться тоже будет по Интернету, а непосредственное общение, «прогулки на свежем воздухе» окажутся ограниченными несколькими жилыми районами, причем инфраструктура этих районов будет обеспечивать максимально возможную экономию, замкнутость экологических циклов и т.п.

Если не рассматривать совершенно апокалипсические сценарии, то для сверхнормативного потребления энергии бытовыми хозяйствами актуальное противоречие будет звучать как «однодневный товар – иллюзия/замещение товара». Или модное платье, или виртуальное общение, дающее социальный эквивалент того же модного платья.

Для техносферы как целого ни о каком замедлении производства энергии, диктуемом технологическими причинами, и речи быть не может. Постоянный рост «разности потенциалов» в генерации (то есть противоположность технологий с более высоким КПД и технологий, все более универсально извлекающих энергию из окружающей среды) требует все больших энергозатрат: чтобы нарубить дров и разжечь печь, хватает мускульной силы человека, но чтобы создать атомный реактор, нужны миллионы человеко-часов, электричество и уникальные материалы. 

Если рассматривать конвейеры, производящие товары потребления в качестве финальной цепочки техносферы (хотя это и очень грубое допущение), то можно наблюдать своеобразные «ножницы энергозатрат». Изготовить можно всё, что угодно, однако будет ли это производство оправданным? Если же еще добавить к данному ограничению прогресс в технике как перманентный фактор, можно получить противоречие в потреблении для техносферы: «скорость создания технологий с более высоким КПД – затраты на обустройство энергоэффективных конвейеров».

Невозможно добиться «идеализации машины» в том смысле, что механизма как такового нет, а все делается само по себе. Но возможно создание производства, такого же замкнутого, как и потребление энергии в «жилых ячейках». Можно представить себе производство, использующее львиную долю неизбежных энергетических потерь. Машина есть, однако её «не видно» по выбросам теплоты, отходов и т.п.

Но изменится ли актуальное противоречие для производства энергии? Допустим, что противоречие «эффективность получения энергии – универсальность, доступность источника энергии» можно редуцировать до противоречия «скорость разработки новых месторождений стандартных энергоносителей – скорость разработки устройств, использующих нетрадиционную энергию». Это произойдет при условии полного покрытия территории электросетями, нефтепроводами, газопроводами и т.п. Тогда улучшение работы, допустим, электростанций, работающих на угле, будет означать прекращение работ по разработке станций, использующих энергию волн. «Экзотика» будет ставиться под угрозу каждый раз, когда созданная инфраструктура повысит КПД, и наоборот, когда повышение эффективности ТЭЦ окажется под вопросом, неизбежно начнут вводиться в строй новые неординарные источники, и обновление будет лимитировано только скоростью прокладки сетей, необходимых для этих источников. Например, разработка популярного в 2010 году сланцевого газа лимитирована в Европе в первую очередь отсутствием инфраструктуры – необходимых очистных станций, распределительных сетей и главное – поставленного на конвейер производства специализированных установок по добыче такого газа (доп. из 2012 года - сейчас ситуация прояснилась ;) ).

Даже если предположить возможность становления в будущем целиком автоматизированной саморазвивающейся энергосистемы, то устранить инерцию её развития будет практически невозможно.

Фонд поддержки авторов AfterShock

Комментарии

Аватар пользователя alexsword
alexsword(6 лет 1 месяц)(15:58:05 / 06-09-2012)

Грамматику в заголовках проверять и футурологам рекомендуется. 

Аватар пользователя Стас78
Стас78(5 лет 10 месяцев)(16:02:23 / 06-09-2012)

Поправил

Аватар пользователя nictrace
nictrace(5 лет 9 месяцев)(16:05:10 / 06-09-2012)

без катринок нечитабельно...

Аватар пользователя Стас78
Стас78(5 лет 10 месяцев)(16:07:45 / 06-09-2012)

Учитесь читать книжки без картинок :)

Аватар пользователя paulspb
paulspb(5 лет 9 месяцев)(16:27:03 / 06-09-2012)

чувствуется уважение к читателю

Аватар пользователя Muller
Muller(5 лет 10 месяцев)(17:49:50 / 06-09-2012)

На мой взгляд, наилучшим вариантом была бы централизация электрогенерации и децентрализация теплогенерации. У них разные задачи. Для увеличения КПД генерации электрической энергии видится необходимым увеличение цепочки преобразования тепловой энергии в электрическую. До недавнего времени такая цепочка состояла из двух паровых турбин, высокого и низкого давления, что давало КПД по электричеству примерно 40%.  Сейчас перед ними устанавливается еще и газовая турбина, что дает КПД 60%. Камрад AlreadyYet показал еще один уровень: фреоновый теплообменник и фреоновая газовая турбина. Это доведет КПД примерно до 70%. Можно поставить еще один фреоновый теплообменник, конечный, и многоцилиндровый двигатель Стирлинга мощностью от нескольких сот киловатт до пары мегаватт. Дальше городить цепочку смысла нет: на выходе вода температурой примерно 60 градусов, которую даже для теплоснабжения использовать бесполезно. Наилучшим способом ее утилизации мне видится подсобное тепличное хозяйство гектар на 50 с использованием ряда прогрессивных агротехник: ультрафиолет, газификация углекислотой и так далее, что позволит собирать три урожая в год с повышенным выходом продукции по массе и количеству.

В то же время теплогенерация и горячее водоснабжение должны быть предельно децентрализованы, в идеале - газовый котел в каждом подвале / дворовой котельной с возможностью установки газогенератора на твердом топливе (уголь любого качества, древесные отходы, гудрон). Это дороговато. Но зато: вдвое меньше городских коммуникаций (и нет нужды в металлических трубах - внутридомовые линии можно делать из пластика), нет больших аварий с теплоснабжением (каждый дом автономен), нет потерь зимой, можно не тянуть газ туда, где есть уголь и древесные отходы (почти вся Южная Сибирь), нет потерь энергии зимой.

Аватар пользователя Стас78
Стас78(5 лет 10 месяцев)(19:20:53 / 06-09-2012)

Насчет котельных на твердом топливе в каждом доме - дымно. Хорошая очистка это очень дорого. Очень.

Потому ситуация будет колебаться: там глде теплоцентраль выгодлнее дотянуть - будет общее водяное. Там, где потери чрезмерно высоки и не спасает теплоизоляция (а сейчас это состояние наступает далеко не через один километр после выходя горячей волы из котельной) - надо получать тепло другими методами. Хоть электричеством, хоть газом, хоть пеллетами, как оно выйдет.

Главно помнить, что есть увеличение сети и есть чрезмерное увеличение сети, когда она перестает быть рентабельной.

Аватар пользователя Muller
Muller(5 лет 10 месяцев)(03:11:28 / 07-09-2012)

Газогенераторный котел при хорошем наддуве сажи не дает. Достаточно примитивного фильтра-циклона на золу.

Аватар пользователя Slavyanin
Slavyanin(5 лет 5 месяцев)(22:40:30 / 06-09-2012)

"наилучшим вариантом была бы централизация электрогенерации и децентрализация теплогенерации. У них разные задачи. "

Абсурдное утверждение. ТЭЦ уже имеет суммарный КПД по электричеству и теплу до 80%. Для больших городов -это самое то. Тем более в климатических условиях России. Чем больше мощность установки- тем больше КПД.

Децентрализация теплоснабжения- только ненужный перерасход материалов,энергии, и топлива, проблемы с логистикой доставки топлива и т.д. Преимуществ нет.

Аватар пользователя tokomak
tokomak(5 лет 11 месяцев)(23:42:44 / 06-09-2012)

Ну, это как сказать... Дорого обходится держать в порядке сети с кипятком, теплоизоляция - то же подарок ещё тот...

А трубы с газом - могут быть пластиковыми, т.е вечными, да и стальные лет по 40 стоят...

Аватар пользователя Стас78
Стас78(5 лет 10 месяцев)(23:55:26 / 06-09-2012)

В пределах жилмассивов и городской черты - теплая вода от котельных рулит без вариантов.

А дальше чистая оптимизация - считаем где теплопотери преввышают разницу в КПД большого и малого котлов. Там и будет "изотерма" (взято в кавычки) - линия равновесия.

Аватар пользователя tokomak
tokomak(5 лет 11 месяцев)(00:08:22 / 07-09-2012)

Котлы тут не причём. Если от котла нужен только нагрев для отопления и ГВС - то его КПД умеют делать великолепным и для малых и для больших... Но речь тут о том, что есть дармовое тепло - от производств, или чаще - от электростанций.

Вот это дармовое тепло - загонять в городские теплосети - вроде выгодно и разумно. Но станция всегда не близко к городу стоит, да и трубы - вечно ржавеют и портятся... - от того и гемор их менять надо, опрессовки делать (всё лето, блин, народ без горячей воды сидит в городах России), вот и думай - что тут лучше.

Тут или трубы нужно изобрести вечные и что бы они горячую воду любили... или автономное отопление делать. Первый вариант лучше но ещё, видать, не изобрели - ибо в городах повсеместно (там где газ есть) строят жильё с автономным и индивидуальным теплоснабжением...

Аватар пользователя Стас78
Стас78(5 лет 10 месяцев)(00:21:08 / 07-09-2012)

Это газовые котлы еще куда ни шло в малые мощности загонять. А вот уголек - его много, он дешевле, это наше будущее - его точно надо централизовано сжигать. И хорошие П-образные котлы рулят, и очистка, и много чего еще.

Ну и конечно, от попутного тепла не отказываются. Причем попутного не только в виде темла, но, к примеру - есть акая штука, как котел-утилизатор. Всякие излишки на мет.заводе сжигают - пар и горячую воду получают. А пластиковые трубы все больше входят в оборот.

Аватар пользователя tokomak
tokomak(5 лет 11 месяцев)(01:08:42 / 07-09-2012)

Это понятно, но есть два принципиальных замечания:

1. Уголь в квартирном котле - жечь ни кто и не собирается :))))

2. Наружные сети теплоснабжения, особенно приличных диаметров (ну, от 600 мм и выше - а как ещё на весь город привести энергию от электростанции) - делают только из стали. Есть пластиковые трубы для наружного теплоснабжения, но диаметры там, как правило - не более 100 мм.

Так что - вариант с установкой индивидуальных газовых котлов, во вновь возводимом жилье - выглядит не так уж и плохо. Но вообще - нужно срочно изобретать вечные трубы для горячей воды...

Аватар пользователя Muller
Muller(5 лет 10 месяцев)(02:59:50 / 07-09-2012)

При 4-5-ступенчатом цикле с фреоном на конце на выходе тепловой электростанции получается вода с температурой, недостаточной для отопления. Градусов 60-70, не больше. Вся энергия уходит на генерацию. Отапливать такой водой дома не получится. Да и логистика газа куда проще. Трубы газовые - из пластика, служат десятилетия. Водопроводы - стальные, служат 5 лет, боятся блуждающих токов и не дружат с грунтовыми водами.

Аватар пользователя tokomak
tokomak(5 лет 11 месяцев)(02:57:50 / 07-09-2012)

Да как сказать... ГВС получить можно, да и близлежащий посёлок обогреть - запросто, правда он должен быть адаптирован для таких параметров теплоносителя. Но, по сути да - лучше это пустить в ход - для целей сельского хозяйства, как вы всегда и предлагаете.

Аватар пользователя Сержант в Запасе

"На мой взгляд, наилучшим вариантом была бы централизация электрогенерации и децентрализация теплогенерации"

Слава Богу, шо энергетики думают по другому.

В принцыпе задача то техникоэкономическая.  И если учесть, что при  выработке электроэнергии получаетца много низкопотенциального тепла, которое по существу являетца бросовым, то обеспечивать данным теплом потребителей по любому выгоднее, чем сбрасывать его в окружающую среду через градирни.

А подавать тепло по трубопроводам с ТЭЦ до потребителей выгодно на расстояние до 40 км.  Считаем затраты на передачу тепла и сравниваем с затратами на выработку данного тепла по месту. И выбираем нужный более дешовый вариант

Кстати. Проклятые буржуины из Дании точно так же думают. Именно они являютца мировыми лидерами по комбинированной выработке электроэнергии и тепла на ТЭЦах.

Аватар пользователя WatchDogBlog
WatchDogBlog(5 лет 9 месяцев)(00:20:40 / 07-09-2012)

Если уж рассуждать футурологически, то, на мой взгляд, производства могут быть перенесены к менее затратным источникам энергии точно также, как они были перенесены в места обитания дешевой рабочей силы. Вопрос в том, когда энергия станет настолько дорогой, чтобы этот перенос экономически был оправдан. Условно, не трубы в Европу, а производства в Россию.

Лидеры обсуждений

за 4 часаза суткиза неделю

Лидеры просмотров

за неделюза месяцза год

СМИ

Загрузка...