Внезапно, два Переца, Ричард и Марк (отец и сын, вроде бы) нам предлагают поглядеть весёлую картинку [http://www.asrc.albany.edu/people/faculty/perez/Kit/pdf/a-fundamental-lo....
Ничего фундаментального в статейке у перцев нету. Ссылаясь на разные, в том числе очень годные источники, нам нарисовали 13 шариков, и каждый соответствует какому-нибудь типу энергии.
Цивилизация планеты Земля, по мнению Перецев, в 2009 году потребляла 16 тераватт-лет1 энергии. Ссылку не приводят, так что, наверное – вычислено авторами. В более привычных единицах, на каждого из семи миллиардов жителей Земли приходится по 55 кВт.·ч в день, или 2.3 кВт тепловой мощности – оказывается, каждый землянин может непрерывно кипятить электрочайник. Суммарные запасы природного газа, нефти, урана-235 и каменного угля в земной коре срисованы у «Бритиш Петролеум» [British Petroleum. World Energy Report, 2015.] – 1445 тераватт-лет, то есть, при потреблении 2009 года – хватит на 90 лет. Не надо паниковать, говорят авторы. Видите, сколько мы можем получить от Солнца? 23'000 тераватт ежегодно! А ещё есть же: ветер! Волны! Приливная энергия! Нет проблем.
Энергии на планете Земля – завались! В этой главе очень часто придётся употреблять тераватты и ставить десятки в крутые степени. Начнём рассматривать шарики.
Нам говорят: от приливов, можно получить мощность 0.3 ТВт. Земля вращается вокруг своей оси, делая один оборот за 86'164.1 секунды. От влияния Луны и Солнца, вращение Земли замедляется – приблизительно на 1.6-1.8 миллисекунд каждые сто лет. Кинетическую энергию Земли можно прикинуть по формуле для шара равномерной плотности:
Масса планеты Земля приблизительно 5.972.·1024 кг, средний радиус 6.371·106 м. Получается огромное число: 2.6·1029 Дж. На самом деле, момент инерции Земли несколько меньше, так как масса сосредоточена вблизи ядра. Более точные подсчеты проведены К. Ламберком и Ф.Д. Стейси в восьмидесятые годы прошлого века: 2.14·1029 Дж. Вычислим мощность:
Замедлению на 1.8 мс за 100 лет, то есть Δt=1.8·10-5 секунд в год, соответствует ежегодное сокращение кинетической энергии Земли на 8.9·1019 Дж/год, или мгновенная мощность 2.7±0.1 ТВт. Площадь планеты 5.1·108 км2, то есть на квадратный километр поверхности в среднем приходится 0.005 МВт приливной энергии. Здесь и далее, мы будем широко использовать это понятие: единиц энергии на квадратный километр. К несчастью, большинство приливной энергии рассеивается в мантии в виде тепла (это мы рассмотрим ниже). В виде непрерывно бегущей по Земле водяной «горки» остаётся около 10%.
Можно ли собрать все 0.3 TВт? Нельзя! Предположим, что вы подвесили груз массой один килограмм. Какова потенциальная энергия груза? Чтобы не решать зубодробительную задачу с тремя телами, ограничимся одной лишь Луной. Луна притягивает массу, и по формуле Ньютона легко прикинуть создаваемое ею ускорение свободного падения:
Масса Луны 7.348.·1022 кг, средний радиус орбиты 3.8·108 м. Итого, ускорение 3.4.·10-5 м/с2 или 3.5.·10-5 от земного ускорения свободного падения g. Если опустить Ваш килограмм на один метр, он совершит работу – выделит энергию. Причём, если Луна у Вас над головой, работы будет сделано чуть меньше, а если Луна на противоположной стороне Земли – чуть больше. Разница в произведённой работе – определяет КПД системы:
Оказывается, просто подвесив груз, от приливных сил можно получить впечатляющий КПД: 0.007%. Это, прямо скажем, немного. Но именно поэтому Земля замедляется на 1.8 мс в столетие, а не на секунду в год.
Есть и хорошие новости: в некоторых местах, приливная «горка» морской воды встречается с сушей, и получается – переток. Земля сама концентрирует энергию приливных сил в кинетическую энергию! В некоторых бухтах и устьях рек уровень воды поднимается на десяток метров дважды в сутки. Это не Луна воду поднимает, а кинетическая энергия приливной волны, накопленная на многих тысячах квадратных километров океана! В таких вот местах и можно строить приливные электростанции, как показано на картинке. Утёнок – шутка, но не выдумка. Огромного резинового утёнка запустили в 2009 году. Безумству «зелёных» нет предела.2
Водяные мельницы на приливной энергии строили ещё римляне. На сегодняшний день успехи приливной энергетики – не особенно впечатляют. В мире есть полтора десятка мелких и экспериментальных станций и только две – крупные коммерческие: Ранце во Франции (с 1966 года) и Озеро Сихва в Южной Корее (введена в строй в 2011 году). Суммарное производство приливной электроэнергии в мире – 1100 ГВт·ч/год, что соответствует средней мощности 1.25·10-4 ТВт. В Южной Корее строят огромную приливную станцию в районе аэропорта Инчеон. Вроде бы ввод в строй намечается в 2017 году, и тогда мировое производство приливной электроэнергии – сразу утроится. Ещё строит Великобритания в заливе Сванси Бэй – примерно размером с Ранце или Сихва. Пока построено менее 10% огромной плотины, когда введут в строй – неизвестно. Все остальные крупные проекты – фантазии художников.
Однако, термодинамика – штука неумолимая. Если облепить все моря-океаны турбинами, как показано на врезке, с фантастическим КПД 33%, с планеты Земля удастся получить не более 0.1 ТВт. На приливной энергетике мы так подробно остановились, чтобы показать технологию обмана перцев. Число 0.3 ТВт – правильное, но это ВСЯ энергия – без учёта КПД и технической осуществимости миллиардов подводных турбин.
Продолжим по нашим шарикам. Следите за руками.
Второй практически вечный источник энергии на Земле – естественный радиоактивный распад. Радиоактивные вещества представлены главным образом двумя изотопами урана (235 и 238), торием-232 и калием-40, остальные, навроде радия, являются короткоживущими продуктами распада главной четвёрки, и учитываются в общей энергии распада (энергией улетающих в космос нейтрино пренебрегаем). Концентрации изотопов на Земле известны достаточно хорошо, как и время полураспада. Сколько именно килограммов распадается в год, подсчитаем по формуле:
Выделение энергии при естественном распаде приведено в таблице ниже.
|
Изотоп |
Масса на Земле в настоящее время, кг |
Естественный распад в год, кг |
Энергия при полном распаде 1кг, Дж |
Энергия естественного распада в год, Дж |
Тепловая мощность, ТВт |
|
238U |
1.2·1019 |
1.8·109 |
2.1·1011 |
3.9·1020 |
12.2 |
|
235U |
8.6·1016 |
8.5·107 |
8.7·1011 |
0.7·1020 |
2.3 |
|
232Тh |
5.4·1019 |
2.7·109 |
1.8·1011 |
4.7·1020 |
14.9 |
|
40K |
1.8·1019 |
9.7·109 |
3.2·1010 |
3.1·1020 |
9.9 |
|
Всего: |
12.4·1020 |
39±10 |
Последний миллиард лет, Земля потихоньку отдаёт через поверхность приблизительно 47±2 ТВт [Dye, S. T. (2012). Geoneutrinos and the radioactive power of the Earth. Reviews of Geophysics, 50(3)]. Таков внутренний баланс энергии: от радиоактивного распада и приливных сил3 получаем 41±10, а отдаём 47±2. То есть, в настоящую геологическую эпоху изнутри Земля может либо немножко нагреваться, либо, что более вероятно, – слегка остывать. В любом случае, планетка продолжит отдавать через поверхность примерно 47 ТВт ещё миллиард лет и более, и особо волноваться по этому поводу не стоит.
Площадь планеты 5.1·108 км2, то есть квадратный километр поверхности в среднем греет снизу 0.092 МВт тепловой энергии. Если бы тепло выделялось равномерно по всей поверхности, тоже было бы очень грустно. К счастью, земная кора – не одинакова, и некоторые места, например, Исландия или Камчатка – отдают тепло куда быстрее. Именно там и можно использовать геотермальную энергию. По данным «British Petroleum», в 2014 году планета Земля дала человечеству целых 0.0126 ТВт электро-тепловой4 мощности, причём лидирует не Исландия, а вулканические Индонезия и Филиппины.
Если по всей планете (включая океаны) пробурить сетку геотермальных скважин с шагом около 200 метров и аккуратно отбирать тепловую энергию, сколько тепла можно получить? Посчитаем КПД системы при использовании в качестве теплоносителя – воды. Как глубоко придётся бурить? В разных местах – по разному. В Индонезии и на Камчатке можно найти участки, где порода имеет более 100°Ц прямо на поверхности. В большинстве мест, однако, геотермальный градиент порядка 3°Ц на 100 м, то есть глубина скважин должна быть порядка 4 км. Средняя температура поверхности Земли 14°Ц или 287°К. Жить как на Венере (средняя по больнице 460°Ц) или как на Марсе (-40°Ц) – нам почему-то не хочется, значит, менять не будем. Вода кипит при 100°Ц, но можно увеличить, подняв давление. Итого, максимальный тепловой КПД:
Больше 12 ТВт мощности из геотермальной энергии никак не выжать, даже в фантастическом предположении о бурении скважин каждые 200 м, включая океаническое дно. Если же моря-океаны из программы бурения исключить, а бурить геотермальные лишь на суше (с Гималаями и Антарктикой) – получится всего 3.6 ТВт. Конечно, геотермальные скважины через каждые 200 м никто бурить не будет, а геотермалка так и останется уделом счастливых обладателей аномалий: от Исландии до Филиппин. Вероятно, минимальная оценка Перецев: 0.3 ТВт – несколько оптимистична.
Теперь поглядим, что в среднем греет сверху. Кроме Солнца, других серьёзных источников не наблюдается. Желающие могут на досуге посчитать количество солнечной радиации, отражаемое к нам Луной, а также тепло далёких звёзд.
Число, которым любят бросаться любители солнечной энергетики: ws = 1.3615 кВт на квадратный метр. Именно столько даёт нам в виде излучения Солнце на радиусе земной орбиты. По формуле:
Считая радиус планеты 6371 км, на всю Землю приходится 173'000 ТВт, а на квадратный километр поверхности – в среднем ¼ ws, или 340.4 МВт энергии5. Выходит, радиоактивный распад и приливные силы мы считали совершенно зря, потому как в энергетическом балансе планеты они занимают жалкие 0.03%, и их можно не учитывать.
Однако, если на квадратный километр попадает 340 МВт, это не значит, что все эти мегаватты можно прямиком послать в розетку. Максимальный перепад температур на Земле от -91°Ц (182°К) зимой в Антарктиде до +56°Ц (329°К) летом в Сахаре. Предельный КПД термодинамической системы легко вычислить по формуле:
Рассмотрим энергетический баланс Земли по версии NASA. Существуют и другие картинки, где циферки отличаются от этих на пару процентов, неважно.
От облаков и атмосферы отражается 77.0 МВт и примерно 77.1 – поглощается в верхних слоях атмосферы и переизлучается в виде тепловой радиации. Ещё 22.9 МВт – отражается от поверхности. Итого, 52% лучистой энергии Солнца покидает окрестности Земли через миллисекунды после прибытия, так и не начав работать на человечество. Это на самом деле очень хорошо: атмосфера отражает или задерживает/переизлучает не только свет и тепло, но и вредные высокочастотные части солнечного спектра: рентген и ультрафиолет.
Можно ли увеличить предельный КПД планеты Земля? Конечно, можно. Для начала, посыпаем всю сушу угольной пылью, а океаны – заполняем зачернёнными пенопластовыми шариками. Двадцать два МВт получим дополнительно, а предельный КПД увеличится до 55%. В Антарктиде зимой – слегка потеплеет: -60°Ц. Зато летом в Сахаре можно кипятить воду: ровно сто Цельсия.
Много ещё чего хорошего придумать можно. Разбрасывать с самолётов какую-нибудь химию – разгонять облака. Тогда на дневной стороне станет теплее, а на ночной – холоднее. Вот вам и прибавка к КПД. Ах, если ещё и атмосферу убрать! Закачать весь воздух в баллоны! Жить, конечно, придётся в подземных убежищах, так как на поверхности условия станут лунными: температура на экваторе днём +110°Ц, ночью -140°Ц, ну и про рентгены и ультрафиолет забывать не будем.
Может, не надо экспериментов? Во-первых, не знаю как вам, а мне в «Метро-2033» почему-то не хочется. Во-вторых, если на Земле не станет атмосферы, большая часть нашей естественной всепланетной энергетической машины – поломается.
Итак, на квадратный километр прилетело 340.4 МВт, 52% тут же умчалось обратно в космос. 18.4 МВт – превращаются в восходящие потоки воздуха. 86.4 МВт – уходит на испарение. Именно эти 104.8 МВт – выполняют основную работу. Вода выпадает где-то в виде дождя, собирается в ручейки и реки и куда-то течёт. Дует ветер. Разрушаются скалы, собирая золотишко в россыпные месторождения. И так далее.
А как же биомасса? На картинке она тоже есть: в среднем по планете, 0.6 МВт/км2 – оседают в виде глюкозы, крахмала, белков, костной ткани, коралловых рифов, и так далее. Эти мегаватты могут использоваться позже: иногда на полгода (мышка в норке хряпает собранный летом урожай), иногда – на сотни миллионов лет (шахтёр в забое рубит уголёк). А могут и не использоваться: что в коралле, то пропалло – извините за каламбур.
К сожалению, биологические процессы утилизации солнечной энергии не очень-то эффективны. Природа – не двигатель внутреннего сгорания, а в лучшем случае – паровоз. Большинство зелёных растений имеет КПД по процессу «солнечный свет в сахар» – менее 1%. Изрядное исключение – сахарный тростник. Растение-паразит научилось сосать из почвы все соки, зато добилось умопомрачительного КПД – до 6%. Собственно, оттого этот тростник и называется сахарным! По крахмалу соотношение примерно как у сахара (топинамбур лидирует), а вот по аминокислотам и белкам – менее 0.1%.
Тут мы глядим на огромный жёлтый шар: 23'000 ТВт = 23·1015 Вт Итак, на квадратный километр в среднем прилетело 340 МВт, из них 150 тут же отразилось от атмосферы, осталось 190. При фантастическом КПД солнечной батареи 30%, чтобы получить 23'000 ТВт, нам понадобится 23·109 / 190 / 0.3 = 4·108 км2 солнечных панелей. Вся площадь планеты Земля (с океанами) – 5.1·108 км2. Натурально, полюса солнечными батареями обкладывать не будем. Как-то так.
На деле, в 2014 году в мире выработано 185.9 ТВт·ч солнечной электроэнергии, то есть мизерные 0.021 ТВт. В «солнечной» Германии на душу населения выработано 430 кВт·ч, в реально солнечных Испании и Австралии –290 и 190 кВт·ч соотвественно. Если 7.2 миллиарда землян могли повесить солнечные батареи на каждую крышу, как в Германии, общее производство электроэнергии перевалило бы за 3000 ТВт·ч в год, то есть мощность 0.34 ТВт. Про снег, короткие полярные ночи и элементарное воровство обсуждать не будем, однако согласимся, что 0.34 ТВт с крыш – это не 23'000 ТВт с картинки наших перцев. Сколько нужно солнечных панелей, чтобы обеспечить каждому землянину комфортабельные 2 кВт электрической мощности? При КПД 30% – 2'000/190/0.3 = 35 квадратных метров. Большинство землян не могут позволить себе минимальные пять квадратов шифера над головой, а вы хотите – солнечные батареи?
«Ветер, ветер, ты могуч, ты гоняешь стаи туч, ты волнуешь сине море, всюду реешь на просторе, не боишься никого, кроме Перца моего…» На производство ветра и волн расходуется 18.4 МВт на квадратный километр, или по всей Земле 9'400ТВт. Вот бы захомутать всю эту энергию! Всю – не получится. Даже если обставить всю планету (включая океаны) – ветряками, а на дирижаблях поднять огромные пропеллеры в стратосферу – следует учитывать КПД. Сто процентов КПД – это остановить движение атмосферы от слова совсем.
Перецы заявляют: можно добыть 25-75 ТВт. Отлично. Посчитаем. В 2014 выработано по всему миру 706.2 ТВт·ч, то есть мощность 0.08 ТВт. Самая ветряная страна мира, Германия (а не Голландия, как вы подумали) – застроила всю территорию (357 тыс км2) – ветряками, потратив невероятное количество Евро и получив в 2014 году 56 ТВт·ч. Если распространить практику Германии по всей суше планеты, получится 2.6 ТВт. А если ещё в океане поставить башни через равные интервалы, да на них ветряки – целых 9.1 ТВт выйдет.
А сколько нам надо, чтобы получить 25 ТВт? Ветряк «Vestas V164» имеет высоту 220 м при размахе крыльев 164 м и электрической мощности 8 МВт. Конечно, на полной мощности штучка работает от силы 10% времени, значит в среднем 1 МВт. Какую площадь занимает ветряк? Сама башня – около 100 м2. Жить в полукилометре не рекомендуется: лопасти, как дятел, продолбят вам виртуальную дырку в думалке. Прикиньте, Вы ночью пытаетесь заснуть, а стёкла дрожат: вушь… вушь… вушь… Однако, площадь вполне можно использовать под сельское хозяйство (что и делается в Германии). Для того, чтобы обеспечить 25 ТВт мощности, как на весёлой картинке у перцев, потребуется двадцать пять миллионов башен «Vestas V164». На деревню с населением 288 человек – одна башня.
Вот великолепный шарик: гидроэнергетика. Построим на каждом ручейке – по электростанции. Падающий с неба дождик – улавливать и превращать в полезную энергию. Каждую секунду, солнышко испаряет и переносит 16 млн тонн воды, затрачивая на это дело 44'000 ТВт мощности. Правда, большая часть осадков падает обратно, откуда испарилось. Суммарный сток с континентов в океаны 40'000 млрд тонн в год – 1.26 млн тонн в секунду. Средняя высота континентов – 840 метров над уровнем моря. Гидроэнергия стока огромна: 1.26·109·9.81·840=10.4 ТВт.
Перецы нарисовали нам 3-4 ТВт, то есть суммарный КПД гидростанций – 30-40%. Реально – плотина на каждой луже. В реальном мире в 2014 выработано, по данным «BP» 3884.6 ТВт·ч, то есть мощность 0.44 ТВт. Безусловно, потенциал у гидроэнергетики ещё есть, так как Амазонку пока плотинами перегородили недостаточно. Если выжать все осадки суши до последней капельки, можно, наверное, получить и 1-1.5 ТВт, но вряд ли больше.
Тепловая энергия океанов – OTЕC. Масса океанов – 1.35·1021 кг, а для нагрева килограмма воды на один градус Цельсия требуется 4120 Дж. Вообще, неплохая идея – опустить на глубину несколько километров холодильники, на поверхности – нагреватель. Аммиак или что-то вроде – в качестве теплоносителя. Если вы на острове, можно и просто качать из глубины холодную воду и использовать в домашних кондиционерах – экономим электроэнергию. Допустим, мы решились опутать весь океан трубами и поднимать среднюю температуру на один градус за сто лет. За год нельзя никак, а то океан закипит. Как там будут рыбы себя чувствовать – неважно. Итого, каждую секунду можно перекачивать 1.35·1021· 4120 / 100 / 365 / 24 / 3600 = 1760 ТДж, то есть мощность 1760 ТВт. А КПД? Средняя температура по больнице, как указывалось выше, 287°К, а максимальный перепад температур – около 10 градусов.
Больше 60 ТВт никак не выжать. И для этого потребуется совсем немного теплоносителя. Удельная теплота парообразования аммиака – 1370 кДж/кг. Каждую секунду наши компрессоры должны перекачивать «всего» 1.3 млн тонн. Для сравнения, годовое производство аммиака на Земле в 2010 году – 131 млн тонн. Какой там реально будет КПД на многокилометровых трубах? Сколько миллиардов километров труб и теплообменников понадобится? Я полагаю, вопросы риторические. По-любому, плотность полезной энергии несильно отличается от геотермальной: там 0.092 МВт/км2 всей планеты, а у OTEC – 0.168 Мвт/км2, но только океанов.
Представьте, что Вы – Дарт Вейдер из «Звёздных Войн», и в Вашем распоряжении – вся планета, а ресурсы как в каждой порядочной космоопере – неограниченные. К Вам приходит инженер-планетоустроитель и начинает предлагать технологические решения, как добывать на Земле полезную энергию.
-
Для эффективности, откачать атмосферу. Население, естественно в крематорий, чтоб не мучились. Не пойдёт? Ладно, не рассматриваем.
-
Биосферу в крематорий. Остеклим всю планету, кроме полюсов, солнечными батареями с КПД 30%. Тогда с планетки можно получить 23'000 тераватт мощности. Не пойдёт? Ладно.
-
Биосферу в крематорий. Обставим всю планету (включая океаны) – ветряками. Семьдесят миллионов башен. Вушь-вушь-вушь. Получим 70 тераватт мощности. Не пойдёт? Ладно.
-
Биосферу в крематорий. На каждом ручейке по электростанции. На дне моря – пропеллеры. Бурим геотермальные скважины через каждые двести метров. Трубы с аммиаком – в море. Получим тераватт примерно 30, и уже хорошо. Не пойдёт?
Ну что же вы так: «Не пойдёт, не пойдёт…» Я же дело предлагаю. А? Что? Биосферу в крематорий? Так её не жалко совсем. Глупые людишки, дикие зверушки, деревья – дубы. Главное – энергия!
А кроме шуток. Сколько энергии Солнца реально потребляет человечество? Шестнадцать тераватт – перцы поторопились. Посчитали нефть, газ, уголь, ядерную энергию, возобновляемые источники, и всё. А как же еда, пресная вода и так далее? Попробуем посчитать правильно, только для 2014 года, а не для 2009.
|
Вид энергии |
Потребление в 2014 году |
Эквивалент солнечной мощности |
|
Ископаемое углеродное сырьё (нефть, газ, уголь, торф) |
11'262 млн т нефт. экв. |
14.60 ТВт |
|
Ядерная энергия6 |
2'536.8 ТВт·ч (электрич.) |
0.96 ТВт |
|
Возобновляемые «солнечные»: солнечная, ветряная, гидро, сжигание биомассы |
6'685.8 ТВт·ч (электрич.) |
2.54 ТВт |
|
Возобновляемые «земные»: геотермальная и приливная |
110 ТВт·ч (электрич.) |
0.02 ТВт |
|
ИТОГО «технологической энергии»: |
Около 18 ТВт |
|
|
Пресная вода7 |
4'250 млрд м3 |
375 ТВт |
|
Продукция сельского хозяйства и рыболовства |
Не менее 13.96 млн км2 обрабатываемых сельхозугодий |
Более 8.50 ТВт, вероятно до 35 ТВт |
|
ИТОГО в виде пресной воды и продовольствия: |
Более 382 ТВт |
|
|
ВСЕГО: |
Более 400 ТВт |
Что удивительного в этой таблице? Оказывается, в виде пищи: белков, жиров, углеводов – человечество потребляет вероятно не меньше солнечной энергии, чем от нефти или каменного угля.
Поясним на примере. Норма продовольствия для взрослого человека 2700 ккал или 11.3 МДж в сутки. Человек потребляет как 130-ваттная лампочка. Выше мы посчитали, что в среднем на квадратный километр площади падает 163.2 МВт, а на квадратный метр – 163.2 ватта солнечной энергии. Значит, чтобы прокормиться, Вам надо всего 0.8 м2 пахотной земли? Когда в Советском Союзе давали по шесть дачных соток на семью – наверное, были слишком щедрыми.
Вы скажете: так считать нельзя? Хорошо, попробуем по-другому. Каждый квадратный метр земли в среднем захватывает 0.6 ватта (смотрите картинку NASA выше). Значит, чтобы прокормиться, человеку надо (в среднем) – 220 м2. Всё равно мало, но уже значительно ближе к истине. Дело в том, что человек волею судеб оказался на самой верхушке пищевой пирамиды, а жить-то хочется всем её участникам. Синтезировать пищу прямиком из тепла и электричества мы пока не умеем, а про КПД зелёных растений и прочей живности мы уже упоминали.
Взрослому человеку надо на год не менее 300 кг зерна (или корнеплодов) и как минимум 30 кг протеинов. Чтобы вырастить 30 кг мяса или птицы, надо примерно 180 кг зерновых или эквивалента. Итого: 480 кг пшенички в год – возьми да поднеси. При великолепной урожайности 3 тонны с гектара, в среднем по планете надо человеку 1600 м2 сельхозугодий8.
Реально, на 2013 год на Земле под пашню задействовано не менее 13.96 млн км2, то есть по 1940 квадратных метров (20 соток) на каждого жителя планеты. Оценка в 8.5 ТВт – минимальная, так как 0.6 МВт/км2 – это в среднем по планете, а в Антарктиде почему-то не пашут. Пастбища не считаем. Ну и морепродукты мы не учитываем, хотя они – важнейший источник белков для двух миллиардов человек. Можно посчитать и по-другому. Исходя из 2000 ккал в сутки (ага, в среднем по планете – людишки по-прежнему живут впроголодь), 7.2 млрд людей расходуют мощность 0.7 ТВт. Принимая КПД сельскохозяйственных организмов за 2% – потребляется 35 ТВт солнечной энергии. Так-то.
Но есть другая статья расходов, которая на порядок перекрывает всё остальное. Пресная вода падает с неба и достаётся нам практически бесплатно. Доставляет её, естественно, Солнце, испаряя огромное количество воды (500'000 млрд тонн в год). Если уж перцы взялись считать солнечную энергию, оклеивая Землю солнечными батареями, не упоминать пресную воду – нельзя, а то придётся отправить 7.2 млрд людишек… Ага.
Отбор воды населением планетки выглядит так:
Человек уже отнимает на свои нужды 11% мирового стока воды. Есть реки, которые до морей-океанов вообще не дотекают – 100% воды человек забирает на орошение. Оптимисты не сдаются и говорят: а мы бурим скважины и из-под земли воду качаем! Господа, а под землёй откуда пресная вода взялась? И что будет, когда выкачаете?
Значит, оставим на Земле всё как есть, но будем рачительно пользоваться, чем имеем. Где надо, поставим солнечные батареи, где можно – ветряки, на горных реках – непременно плотины. И биомассой пользоваться – до последнего джоуля. Необязательно переводить всё в электроэнергию. Еда остаётся едой, пресная вода – пресной водой, а свободный кислород – кислородом. Сколько полезной энергии (в виде пищи и химических веществ, пресной воды, электроэнергии и так далее) – можно срубить с планеты?
Термодинамика даёт приблизительный, но годный ответ. Основной «нагреватель» планеты Земля – дневная сторона, а основной «холодильник» – сторона ночная. Арктика и Антарктика – холодильники второстепенные. В космосе – вакуум, оттого энергию можно отдавать исключительно в виде излучения. На полюсах – холоднее, оттого и отдают они с единицы площади – меньше. В среднем, перепад температур день-ночь на суше – 15 градусов, над океанами – 5, причём океанов – больше. Есть и более тонкие расчёты, но в среднем получается 8 градусов. Средняя температура по больнице, как указывалось выше, 287°К.
Значит, самым рачительным образом используя все до единого возобновляемые источники энергии, можно получить полезной 163.4·106·0.027·5.1·108 = 2250 ТВт. Если есть желание, можно сюда добавить десяток тераватт геотермальной энергии, и ещё капельку – от приливной; роли это не играет. Ещё раз повторим: это не электроэнергия, а вообще вся полезная энергия, которую можно выжать с Дарт-Вейдеровским цинизмом, но не отправляя биосферу в крематорий.
Теперь, самое время порисовать графики. Чтобы не обвинили в плагиате, заместо шариков я буду рисовать кубики. Кубики и сравнивать легче. Первый график:
Хотя на Землю от Солнца прилетает 173'000 ТВт энергии, за пару миллисекунд остаётся всего 83'100. Кто сказал: «Откачать атмосферу?»
Из 83'100 человеку, как части биосферы доступно всего 2250 ТВт. Куча воды испарилась – и тут же упала обратно в океан тропическим ливнем. Бесполезно потратили энергию? Ну, не скажите. Именно улетающие в космос 80'850 ТВт обеспечивают нам перепад температур день-ночь на уровне 8 градусов, а не 250 с хвостиком, как на Луне.
Из 2250 ТВт, человечество уже более или менее организованно – потребляет 400 или больше. Учесть полностью, сколько мы забираем с пользой от Солнца – невозможно. Как вы посчитаете дрова, кизяк, вяленую рыбу и высушенный на солнышке рис, а также нагретую на солнце воду для летнего душа? Заметим, что из полезной солнечной энергии Человек Разумный уже овладел и попользовался примерно 1/6 частью.
График второй – только для «энергии высокой концентрации», то есть технологических ресурсов. Всё что можно есть и пить, а также солнечное тепло для летнего душа – сюда не входит:
На своей диаграмме напёрсточники-перцы надули публику на 50'000% Огромный жёлтый шарик «Солнечная энергия» на поверку требует, чтобы уважаемая публика совершила массовое самоубийство. Бегом за мылом и верёвками, господа! Ну и остальные «возобновляемые» шарики в том же духе, кроме красненького под именем «биомасса», где посчитано таки верно.
Зачем было нужно вешать лапшу на уши подзабывшим школьный курс термодинамики людям? Посмотрите на год. Две тысячи девятый. Именно тогда Европа «осваивала» лишние бабки на строительстве убыточных ветряков и солнечных батарей, вот уважаемое агентство и подсуетилось.
Реально, кричать «мы все умрём» – ни к чему. Энергии ещё море, надо только воспользоваться с умом. Полупрозрачный кубик на диаграмме выше – предполагаемые геологические запасы 238U и 232Th, переведённые в энергию. Геологическая неопределённость, правда, – около ±60%, но то, что 238U в земной коре в 138 раз больше, чем 235U, – мы знаем совершенно точно.
Всё вышесказанное не значит, что следует полностью отринуть возобновляемые источники энергии. Двадцать квадратов солнечных панелей на крыше в Австралии, вращающие в дневное время компрессор кондиционера – очень даже разумная мысль. Но идея что можно плавить алюминий, развернув батареи в пустыне Сахара – согласитесь, маразм.
И таблица:
|
Вид энергии |
В статье у Перецев |
Теоретическая максимальная |
Практически осуществимая |
Реальная, 2014 г |
|---|---|---|---|---|
|
Приливная |
0.3 ТВт |
0.1 ТВт |
1.25·10-2 ТВт |
1.25·10-4 ТВт |
|
Геотермальная |
0.3-2 ТВт |
3.6 ТВт |
1.00·10-1 ТВт |
1.26·10-2 ТВт |
|
OTEC |
3-4 ТВт |
0.1 ТВт |
1.00·10-6 ТВт |
Нет |
|
Гидроэнергия |
3-11 ТВт |
4.0 ТВт |
1.50 ТВт |
4.40·10-1 ТВт |
|
Ветро-волновая |
25.2-72 ТВт |
9.1 ТВт |
2.60 ТВт |
8.00·10-2 ТВт |
|
Солнечная (электро) |
23'000 ТВт |
30 ТВт |
3.40·10-1 ТВт |
2.10·10-2 ТВт |
|
ИТОГО |
23'090 ТВт |
46.9 ТВт |
4.6 ТВт |
0.6 ТВт |
|
ИТОГО, % |
49230% |
100% |
10% |
1% |
Подведём предварительные итоги.
-
При расчёте потребления солнечной энергии человеком следует учитывать реальные КПД. Нередко цитируемые значения полезной солнечной энергии более 20'000 ТВт можно достичь только терраформингом, за счёт полного уничтожения биосферы.
-
Если не предпринимать терраформинг, реальная доступная для биосферы Земли мощность, исключая энергетические полезные ископаемые, – 2250 ТВт. Точность оценки ±20%. Полученное значение на порядок ниже чисел, представленных Международным Энергетическим Агентством. Куда засовывать их враньё «экспертам» IEA – решайте сами. Но для надёжности заколачивания я настоятельно рекомендую использовать сапог кирзовый.
-
К 2015 году человечество потребляет не менее 400 ТВт полезной мощности биосферы, или 18%. Около 90% потребляемой мощности предоставляется человеку «бесплатно» в виде пресной воды. Вмешательство человека в круговорот воды – не менее 11% от общего объёма стока континентов. Пресная вода редко учитывается в расчётах сторонников солнечной, ветряной и гидроэнергетики.
-
В виде ископаемых источников энергии: нефти, газа и угля, человечество получает мощность 14.6 ТВт. Точных данных по энергии биосферы, получаемой от сельского хозяйства и рыболовства, в открытом доступе не обнаружено. Качественные оценки приведены в тексте. По-видимому, потребление энергии биосферы в виде продовольствия и другой биомассы — не менее 8.5 ТВт, и может быть до 35 ТВт и более.
-
Замена ископаемого топлива «возобновляемыми» источниками энергии (практически: концентрации энергии Солнца) – технически возможна, но вероятно приведёт к снижению уровня жизни, который у среднего землянина и так невысок. Попытки резкого увеличения производства ветряной и гидроэнергии наверняка приведут к дальнейшему ухудшению общего состояния биосферы («хаотичный терраформинг»). Дальнейший рост населения планеты – абсолютно неприемлем.
-
Без использования ядерной энергии урана-238 и тория, реальных путей преодоления проблемы что-то не видно. М.К.Хабберт и П.Л.Капица были таки правы, что надобно развивать бридеры и термояд, а не вертушки-хлопушки.
1То есть 140'000 млрд кВт·ч в более привычных единицах. При населении Земли 7 млрд, на каждого землянина приходится 20 тыс кВт·ч в год или 55 кВт·ч в день. Повторимся, что речь идёт обо всей энергии, а не только электрической.
3Выше обсуждалось что около 90% энергии от приливных возмущений – рассеивается в мантии.
4Помимо электричества, геотермальная энергия используется для обогрева.
5Не забываем, что 1.3615 кВт/м2 – по нормали к солнечным лучам, а Земля – шар, да ещё и крутится.
6Для перевода в тепловую мощность принят КПД=30%. На самом деле, с учётом обогащения урана и утилизации отходов, КПД вероятно ниже.
7Учитывается только вода, отобранная из водоёмов. Воды, выпавшей на поля в виде осадков, по-видимому, больше.
8Обсуждать, что кто-то кушает 200 кг говядины в год, а у кого-то хроническая нехватка протеинов и слабоумие – здесь не будем.
Отличный ликбез для понимания размеров и роли потоков энергии в жизни человечества сегодня и на перспективу.
Комментарии
Спасибо за материал.
хорошая статья
Как популярно не объясняй, а "рационализаторы" не унимаются.
Ускоренная выкачка внутреннего тепла Земли в товарных количествах может неблагоприятно повлиять на естественный тепловой баланс планеты. Не сейчас, так в будущем. Ничем не лучше влияния зелёной энергетики на равновесие природных процессов.
На самом деле в будущем человечеству придётся самому следить за тепловым и прочими планетными балансами. Конечное тепло от использования концентрированной энергии (ядерная и термоядерная) нужно будет "утилизировать" так, чтобы оно не влияло на естественное равновесие. Именно это и должно стать главной задачей, а не зелёная картонная дурилка.
Вы правда считаете, что блохи могут повредить слону?
"Блохи" со временем вырастут. А ещё Вы не слышали про триггерный эффект?
Это точно так же справедливо и для геотермики. Вот только проблема: термодинамику не обманешь. "Утилизировать" ничего не удастся. Плотность потока энергии на нужды цивилизации строго равна плотности потока энергии на нагрев окружающей среды. Те жалкие градусы, которые легко могут погубить планету, практически не увеличат отток тепла в космос через излучение. Но спешу утешить: у человечества есть шанс выжить. При условии, что начнется глобальное оледенение. Тогда за счет высокого альбедо льда больше солнечной энергии будет отражаться обратно. А иначе - кранты.
Вы намекаете на гипотезу о метангидратном ружье ?
Я намекаю только на термодинамику. Если на планете получать энергию любым способом, то от перегрева может спасти только уменьшение поступления энергии извне, т.е. только усиление отражения светового потока от Солнца. Сами сбрасывать избыточную тепловую энергию в космос мы не можем.
Это принципиальное ограничение на цивилизации. Возможно, мы потому и одиноки во вселенной, что иные цивилизации не смогли преодолеть "тепловую смерть" и безвременно скончались, так и не успев добраться до дальнего космоса .
Сейчас -нет, а в будущем, если припрёт -способы найдутся.
НЕТ. Никогда! Как бы ни приперло! Учите физику.
Единственный вариант выживания, если не наступит глобальное похолодание - 99% населения уничтожить и назад в пещеры. Причем начинать уже сегодня. Но это ничем не отличается от полной тепловой смерти цивилизации.
Согласен, проблема серьезная. Но у неё есть несколько путей решения:
Кроме, как вы и указали, увеличения альбедо.
Тепло можно сбрасывать не только излучением, но и теплопереносом. Наша старушка все равно постоянно сбрасывает в космос нехилые объемы легких газов. Если их п "по пути" нагревать до высокой температуры, это частично может решить проблему.
Можно использовать космические полупрозрачные зеркала, или полупрозрачные панели, разрабатывающие ток, и уменьшающие поступающие потоки на Землю.
Можно просто заняться перераспределением тепла по поверхности и расходовать его на изменение климата отдельных областей.
Но в любом случае это уже терраморфинг и глобальные проекты. Не факт что успеем научиться строить такие мегасооружения до того как вскипятим планету.
Увы,только природное альбедо = вечные снега и ледники, на искусственные зеркала у цивилизации не хватит ни средств, ни ума, сразу заголосят за соцпрограммы.
Сброс теплопереносом запрещен вторым началом термодинамики: нельзя передать тепло от менее нагретого к менее нагретому.
Космические зеркала должны затенить землю так, что лучше на ней и не жить, а если применять искусственное освещение - то это еще быстрее разогреет планету.
Перераспределение тепла по планете - ужос-ужос, к счастью, совершенно недостижимый.
Так что выхода практически нет, а теоретический я уже упомянул - всех оставшихся обратно в пещеры и ждать нового похолодания от "завтра" и до следующих 10 тыс лет. Спрогнозировать сложно, еще сложнее прикинуть как это организовать, особенно в условиях войны всех против всех, но ни о каком космосе, ай-фонах и прочем и речи быть не может.
Пессимист = хорошо информированный оптимист
Не хочу создавать офф-топ, но кмк вы в данном случае неправы.
К примеру, как выше уже указывалось, для сохранения стабильности климата энергопотребление за счет ископаемых источников не должно превышать 1-2% от величины поглощенной солнечной энергии. Значит и отвести (или отразить) надо ту же самую величину - 1-2%
По факту это означает вывести на орбиту полупрозрачное зеркало, которое отражает 50% падающей на него излучения и прикрывает своей тенью 1/5 часть Сахары. Если опасаетесь слишком прохладной погоды, - можно отразить 25%, а покрыть полутенью 2/5 части пустыни. И т.д.
По остальным предложениям, - тож самое. Да, это трудные мегапроекты. Но они позволят жить.
Не офф-топа ради, но истины для.
Дело не столько в 1-2% ископаемой энергии. Мы живем на умирающей планете. По сравнению с Карбоном масса биосферы уменьшилась на порядок и тенденцию переломить не в наших возможностях. Планета разогревается, солнце разогревается. Если эти 1-2 % сломают спину глобальному климату, все пойдет необратимо вразнос. Вполне вероятно, что мы уже перешли точку невозврата.
Про Сахару не понял. Затенять нужно без всяких там полутеней. Чтоб полный мрак, чтоб воздух (поглощает 20% солнечного излучения) не нагревался. Зеркало должно вращаться вокруг Земли, следовательно, иметь форму кольца на орбите высотой минимум 1 тыс. км, длиной 60 тыс. км и шириной минимум 1 тыс км. Какими же дополнительными (т.е. ведущими к ускоренному разогреву) энергетическими ресурсами должна располагать цивилизация для изготовления и поддержания такого зеркала? Насколько разогреется планета при его изготовлении и выводе на орбиту? Не зная конструкции зеркала гадать не будем, но ясно, что это не мало и это ведет к дополнительному разогреву.
Говорю же, даже наземное зеркало нужной площади не потянем, тем паче в космосе.
Далее: 1-2% потери солнечного освещения означают такое же снижение продуктивности сельского хозяйства. Т.е. к 1,5 млрд. голодающих прибавится еще 15 - 30 млн. голодных, которые не будут с радостью взирать, как их каждый Божий день накрывает на полчаса полный мрак из-за непонятной им дури продвинутых белых. Да, кстати, надо еще учесть повышенное энергопотребление для освещения.
1- 2 % сокращения солнечного излучения означает такое же сокращение "зеленой" энергетики. Чтобы его (сокращение) скомпенсировать нужно на столько же увеличить производство ветряков и прочей лабуды, для чего затратить на 1-2 % больше ископаемой энергии, увеличить площадь зеркала и так далее = дурная бесконечность.
Не, хана Пеструшке. Без абсолютно от нас независящего глобального похолодания не выживем как цивилизация.
Если взять циферку из статьи - 90 петаватт поглощенной сушей и океанами мощности от солнца, то можно прикинуть, что нагрев на 1 С Земли дает в нулевом приближении излучения энергии на 1,4% - т.е. до мощности искусственных источников, не связанных с солнечной энергией в ~900 тераватт можно особо не волноваться.
Поддерживаю. Уже пора готовиться к тому, что все энергопроекты должны начинаться с уранений теплового баланса местности, в которой они строятся. А все вместе они должны сводиться в тепловой баланс планеты.
Но это ужеуровень осознанного терраморфинга.
А этого не сделать без тотальной глобализации и Мирового правительства.
А Мировое правительство на текущем уровне социальной зрелости - это скорее геноцид, а не террпмрфинг.
Опять мыупираемся в то, что необходимые уровни энерговлоруженности недоступны нам не из-за физики, а из-за нравственности.
В закладки
Благодарю.
Да это просто "мухобойка" от зеленых вредителей !
Спасибо огромное за статью.
Мощно! Тоже в закладки унесу.
Зарегался специально для разъяснения нескольких вопросов. О каком обмане "зеленых" идет речь? И почему в комментариях считают эту статью доказательством против ВИЭ? Это троллинг с вашей стороны?
ничего не остается как спросить: "А вы статью читали?"
А вы читали? Энергия от солнца падающая на землю превышает потребности человечества в 1200 раз! И автору вдруг понадобилась вся эта энергия! Из-за чего был сделан вывод о терраформировании, геноциде!
Я читал.
А теперь мне очень интересно узнать что на что вы делили, получая цифру "1200 раз"? Осветите свои выкладки.
23000 ТВв энергии от солнца, разделил на 18.5ТВв энергии полученной человеками от ископаемых топлив. Получилось 1240. В статье ошибка. Автор почему то начал вычислять площадь необходимую для сбора всех 23000 ТВв. А необходимо в 1200 разиков меньше.
От человек! Ему всю статью доказывали что 23 тыщи цифирь не реальная, а он ее взял и поделил... опа и "1200 раз"!
Что еще вам надо показать и какими словами и формулами оперировать, что бы вы поняли простую истину: надо оперировать теми цифрами по энергии, которые можно освоить, даже гипотетически.
Всю статью автор показывал что можно освоить из солнечной энергии, а вам хоть о стену горох! Вылез НемногоПравды как чертик из табакерки и "1200 раз"!
23000 тыщи териков энергии каждый год прилетает на планету . Это больше чем все запасы нефти, газа, урана, угля на планете. Примерно 16 триллионов тонн ннфтянного эквивалента.
Вы сами статью читали? В статье делаются вывод что солнце можно использовать только уничтожив биосферу.
Сколько из этих 23 тыщ сразу улетает обратно в космос? Эти цифры есть в статье! Ау, мистер упорный? Прочитать статью и все мимо ушей. Это надо уметь! Либо вы читать не умеете, либо слишком глупы, что бы усвоить даже простую информацию изложенную в статье.
О боже. Речь не об этом изначально. Речь о том что нахрена считать эти 23 000 если нужно 14,5. Чо ты цепляешься к словам, перевираешь, обзываешься. Ты еще статью накатай с призывом к всеобщему бану 2 дневного. Идиот.
Это вы с упорством идиота вещаете про 1200 раз. А их нет! Эти цифры фейковые. Сколько же можно вам повторить эту простую истину?
Ниже автор уже лично вам все расписал:
Но вам же не нравится именно это, автор привел реальные цифры, а не фейк в 23000!
Зелень блин!
Либо вы читать не умеете, либо слишком глупы, что бы усвоить даже простую информацию изложенную в статье.///
///Казахи - дети Природы. Что вы от них хотите, они "что видят - то и поют", какая такая арифметика, или не дай Аллах, математика с физикой?! "Степь большая-место есть", сейчас разгонят баранов, навтыкают вышек и панелей, начнут осваивать бюджет, поделятся с вышестоящими бабаями и пизьнес попрёт как забродивший кумыс из бутылки! А вы тут мешаете, понимаешь, слова всякие непонятные, а значит ругательные произносите, термодинамика, энергоэффективность, рентабельность и прочие!
Национальность по флажку определили?
Наверное человек определил вас как жителя Казахстана. И видя ваши рассуждения очень легко вас принять за вчерашнего пастуха. Уж извините за такую прямоту. Судя по вашим комментариям, вы никак не поймете, что 23000 солнечных ТВт суть мифическая цифра. Вот в этом и был обман зеленых. Один из многих кстати.
Автор статьи потвердил расчеты "переца" и НАСА. И эти расчеты есть в статье. И вообще полная тупость отрицать что солнечная энергия на порядки превышает потребности человека в энергии. Проблема только в ее низкой плотности, аккумуляции. Вы только и можете что оскорблять людей. Всех адекватных, грамотных людей выгнали с ресурса. Теперь постоянно ищете новую "жертву"?
Еще раз приходится вам напоминать, что 23000ТВт -- это общая солнечная энергия, которая даже не вся достигает поверхности земли, не говоря уже об остальном. Почему вы это игнорируете? Кто вы после этого? Как вас называть если вы игнорируете простые вещи?
Так же, по вашему мнению, конечные цифры в статье по поводу осуществимого уровня освоения солнечной энергии (напомню это 0,340 ТВт) не верны. Но вы не трудитесь предоставить никаких обоснований.
Еще раз: как вас называть учитывая такое поведение?
Вы идиот. Только в Китае свыше 43 гигават мощностей солнечных установок на 15 год. Не пишите ничего мне больше.
Вы мне не сообщили ничего нового.
1) 43 ГВт установленной мощности, что эквивалентно, примерно, в пять раз меньшей мощности тепловых ЭС. Надеюсь этот простой факт вам понятен?
2) Это не плохая подпорка в системе для минимизации маневровых мощностей, не более того. Сам Green тут отписывался на эту тему. Вы бы прежде чем вступать в полемику на АШе -- прочли хотя бы выборочно кладовую.
Писать вам буду, пока чушь пороть не перестанете.
>23000ТВт -- это общая солнечная энергия, которая даже не вся достигает поверхности земли
Нет. Солнечная энергия, которая "не вся достигает поверхности Земли" составляет 180000 ТВт.
23000 ТВт - это то, что уже можно использовать.
Выходит, 23 тыс. ТВт - это уже полученная энергия, а не та, что в космосе на подходе. Так что, ещё лучше расклад.
Сейчас люди получают всего 14.5 ТВв в год из ископаемых.
У меня впечатление возникло, что это Вы пытаетесь троллировать.
Если нет, то хотя бы дочитайте статью.
Полезной энергии, которую можно получить от Солнца: в виде пресной воды, еды, энергии ветра и так далее -- 2250 ТВт. Человечество уже активно использует не менее 400. И где Вы увидели 1200 раз?
Перецы разводят естественно не тех "зелёных", что в Антарктике мешают японцам выпилить последних китов (перед этими парнями и девчатами снимаю шляпу), а "зелёных теоретиков", с двухметровым телевизором. Которые считают, что энергии в тыщу раз больше, чем нужно, и потребляют-бляют-бляют.
У человеков проблема с 18.5 Тв получаемыми от ископаемых топлив. А не с дождями на континентах. Поэтому в 1200 разиков. Да и некоторые другие виды ВИЭ судя по вашей же статье полностью (или же значимую часть) могут покрыть потребности людей в энергии, заменив топлива.
И никого перецы не обманывают, они просто посчитали приблизительно энергоресурсы. Вы вводите людей в заблуждение расчетами про 23000 твв, говоря о необходимости террареформинга, исходя из расчетов того что людям....необходима энергия превышающая их потребности в 1000 раз на сегоднейший день. Соответственно необходимая площадь под панельки для выработки энергии достаточной для отказа от угля, нефти, газа, уменьшается в 1000 раз.
Так я тоже никого не обманываю, что я миллионер. Я только приблизительно посчитал свои десять тысяч в кошельке с ошибкой в 10000%(сто раз)
Вас бомбануло?
Вот физико-техническая задачка (см заключительную таблицу):
(1) Потребляем 14.6 ТВт ископаемой энергии высокой концентрации
(2) Тут же, уже потребляем 0.6 ТВт возобновляемой энергии высокой концентрации.
(3) Знаем, как технически довести возобновляемую до 4.6 ТВт
Найти: ещё 10.6 ТВт. Если есть конструктивные предложения -- пишите собственную статью, обсудим. 10 миллионов ветряных башен и остекление Сахары -- не предлагать.
Если верите, что энергии в 1000 раз больше чем требуется, а думать лень -- обсуждать нечего. Идете потреблять.
Удачи.
Энергии не хватает. Пик нефти и т.д. Я всего лишь указал на ошибку в статье. Местные старожилы будут использовать вашу статью, с упорством отрицая ВИЭ.
>Полезной энергии, которую можно получить от Солнца: в виде пресной воды, еды, энергии ветра и так далее -- 2250 ТВт. Человечество уже активно использует не менее 400.
2250 - это полезная энергия (т. е. после умножения на КПД), 400 - это первичная энергия (до умножения на КПД). Некорректно их так сравнивать.
Правильнее будет так: Человечество использует 400 ТВт, а получить от Солнца можно 83000 ТВт (а не 2250).
Спасибо, хороший труд. Два вопроса:
1. Почему у вас энергия полного распада урана 238 и урана 235 отличается в 4 с лишним раза, когда в реальности разница в 0,7% (нет, я не путаю с содержанием изотопа 235 в природном уране)?
2. Можно поподробнее, как вы считали эквивалент энергосодержания урана/тория?
Масса урана на Земле и относительная концентрация 235U / 238U -- в любой нормальной книжке по геологии сверхтяжёлых. Формула для вычисления массы распада в год -- есть в тексте. Энергия полной цепочки распада приводятся в любой книге по ядерной физике. В статье есть ссылка на обзор Deo, к сожалению у меня только на бумаге, есть ли электронный вариант -- не знаю. Таблицы на английской Википедии -- совпадают, например:
https://en.wikipedia.org/wiki/Uranium-235
Далее, находим количество атомов в килограмме изотопа, деля 1000 на атомную массу и умножая на число Авогадро, и переводим из электрон-вольт в джоули.
Е = 9.65 1011 * R / A
E -- энергия при естественном распаде 1 кг [Дж]
R -- энергия полной цепочки [MeV]
A -- Атомная масса изотопа
Таки да: энергия естественного распада 1кг 235U -- примерно вчетверо больше, чем у 1кг 238U. 235U на Земле меньше (всего 0.72% от общего количества U), но этот изотоп распадается быстрее, так как короче время полураспада. А с учётом большей энергии распада, вклад 235U в геотермалку примерно 1/2 от вклада 238U.
Энергию полной цепочки естественного распада не следует путать со "сжиганием" 235U в ядерных реакторах, где реакции вызываются захватом нейтрона:
http://www.kayelaby.npl.co.uk/atomic_and_nuclear_physics/4_7/4_7_1.html
Т.е. это суммы распада радиоактивных рядов 238U, 235U, и 232Th соответственно? Странно, что они так отличаются
Тогда все равно странно - у всех рядов конечным является свинец, изотопы 207 или 206 - т.е. дельта в виде энергии должна расти к более тяжелым нуклидам. Я нашел данные по сумме энергий распада цепочки U238 - это 51,77 МэВ. Не бьется с вашими числами.
Теперь второй вопрос, вы на него не ответили: каким образом вы посчитанно 80000 ТВт*лет от урана и тория? Просто приведите расчет.
Страницы