Регулярно на Афтершоке появляются статьи сторонников (вот последний пост Скайшипа) и противников солнечной и ветро энергетики - но к позициям обеих сторон можно легко придраться. Сторонники зелени всегда приводят конкретный местечковый эффект дешевизны солнечной энергии в каком-нибудь конкретном месте, за что их закономерно пинают за не масштабируемость эффекта на более-менее существенную территорию.
Противники приводят расчеты как теоретически должно быть дорого и экономически неэффективно использовать Ветро-солнце-энергетику с учетом хранения, трансформации и текущей КПД генерации, напоминая противников персональных компьютеров в 1970-80-ых (Напомню - тогда звучали фразы про то, что "какой дурак поставит себе домой большой компьютерный шкаф, предназначенный для определенных профессиональных задач"). То есть их позиция часто нивелируется простым доводом, что прогресс не стоит на месте и то, что сейчас стоит 1 доллар через лет десять будет стоить за счет развития технологий уже несколько центов, либо давать раз в 10 больше энергии на тот же доллар.
Я хочу взглянуть на проблему несколько с другой стороны. Вообще реально ли без революции в технологиях на данный момент заменить углеводородную энергетику на зеленую, хотя бы теоретически.
Общая мощность всех не возобновляемых электростанций станций около 20 ТВт. Источники, кстати тут расходятся несколько в показаниях, но нас интересует скорее порядок - будет это 10, 15 или 20 ТВт - не так существенно.
При текущих КПД солнечных панелей (15-18% по последним данным) и средней мощности солнечной энергии на поверхности земли (600 Вт / м2 - тут кстати данные иногда приводятся для солнечного дня в США - там около 1000-1200 Вт, но мы возьмем среднее для Земли все-таки) получаем, что для замены всех грязных электростанций на красивые стеклянные панельки нам потребуется замостить около 54 000 км2 земли.
Это не так много - вообще говоря только 0,03% суши. Только пустыни занимают около 11% суши, так что ни ущерба плодородию ни экономике это не нанесет. Только сегодня читал опасение, что изменения климата связаны с тем что солнечных панелек слишком много, но в рамках солнечного 11-летнего цикла светимость солнца уменьшается на 0.1%. Мы говорим про величину в три раза меньшую. При этом, солнечная панель конечно отражает не 100% падающего на нее света, так что реально потери в тепле будут еще меньше. С учетом того, что средняя температура на планете таки немного растет (потепление из-за действия человека, или из-за естественного цикла - вопрос отдельный) не факт, что это сильно навредит.
Может ли человечество осилить производство такого количества панелей? Если речь про последнее поколение на основе гибридных перовскитов, то да - там нет никаких редких металлов.
А вот теперь вспомним таки про циклы день-ночь и про необходимость энергию копить и хранить.
А вот тут начинаются проблемы. Потому что без фантастической революции в аккумуляторах хранить такой объем энергии негде.
Текущие мощности производства редких металлов, необходимых для аккумуляторов находятся на максимуме возможной мощности и еле-еле могут обслуживать текущих объем батарей электромобилей. Тут две зеленых технологии канибализируют друг друга.
Родий - Мировое производство родия, стоимость которого равна фантастическим $9000 за тройскую унцию (чуть больше 31 г), составляет примерно 50 т в год и практически достигло пика. Новых месторождений нет, а крупнейшие в мире шахты по добыче металлов платиновой группы в районе рифа Меренского в Южной Африке работают на пределе возможностей. Та же ситуация с Платиной (замена Родию). Рециклинг родия и платины невозможен, так как в катализаторах они просто выгорают. Многочисленные попытки ученых создать заменители для родия и платины пока не дали результата.
Неодим и Лантан. Производство только в Китае, максимум 20 000т. Аккумулятор последнего поколения на 30 кВт содержит минимум 12 кг лантана, 30 кг никеля и 2 кг кобальта. Для обслуживания указанных выше солнечных панелей требуется столько редких металлов, сколько человечество производит в течение 400 лет. Вообще даже при удвоении мощности производства Китаем Лантана, все его объемы скушает автопромышленность на производство электромобилей - и то не хватит. На панельки тупо ничего не остается.
Литий - так же проблема. Годовая добыча его составляет 25 000 т, из которых почти половину дает чилийское месторождение. Спрос на литий вырастет в четыре раза до 779 000 т к 2025 г., по оценкам Goldman Sachs. И это прогноз только по электромобилям.
Галлий - весь съедается на новые полупроводники, годовая добыча галлия не превышает 100−120 т. Еще 50% от этих объемов выковыривают из лома электроники.
Кобальт - 65% его добычи приходится на Демократическую Республику Конго. Рост цены кстати 190% в год. По прогнозам аналитиков UBS, спрос на кобальт удвоится к 2020 г. примерно до 200 000 т в год. И это только на электромобили.
Никель - подается как замена кобальту. Его в 20 раз больше чем Лития и кобальта, например. По прогнозам Мурса из Benchmark Mineral Intelligence, спрос на никель вырастет с 75 000 т в 2016 г. до 400 000 т к 2025 г. Это только для электромобилей - и это уже максимум мирового производства.
Прогресс тут пока слабый. Да - планируются твердотельные аккумуляторы и всякие нано-графеновые. Но у них преимущество в емкости и скорости зарядки, а не в том, что не нужны редкие металлы.
Вообще очевидно, что развитие и робототехники и электромобилей и зеленой энергетики сдерживается только текущим развитием технологий в области хранения энергии. Как только происходит революция в этой области (не плавное развитие технологий, а вот прямо революция) - это даст развитие всем перечисленным областям. До изобретения радикально новых технологий хранения энергии перспектив у зеленой энергетики просто нет.
Во-первых, дефицит металлов вздует цены на них так, что аккумуляторы становятся золотыми и даже если солнечную панель будут бесплатно дарить, стоимость солнечной энергии (как и ветро) будет зашкаливать.
Во-вторых, металлов просто тупо не хватит для глобального перевода электроэнергетики на зеленые рельсы.
То есть тема ветро-зеленой энергетики пока всегда будет оставаться местечковой и может даже показывать отличные результаты в рамках отдельно взятого аула, но тупо не масштабируется в масштабе более-менее развитой страны.
Комментарии
У вас фантазии оторванные от реальности. Литий действительно один из самых распространенных элементов в земной коре. Которая до глубины в 75 км. Ну то есть не на поверхности совсем. А в чистом виде, по крайней мере на Земле, не встречается вовсе. Ну то есть гипотетически его дофига, а добывают его три страны всего. Две из них в южной америке. И не справляются. И цена растет. И нет толпы инвесторов, вкладывающихся в создание новых производств почему то.
Кобальт и Никель пока заменимы только на еще более редкие металлы. Дешевле Никеля еще ничего нет.
А ветер иногда не дует, что опять таки требует аккумулятора. Вон в Австралии сейчас жара (кондеи на максимум) и полный штиль.
Приливные пока не окупаются совсем уж. ГЭС хороши, но не масштабируются - все что можно было построить уже практически реализованы. Перспективы тут есть только немного в США и России. У остальных проблемы с реками.
Мы же про сильный рост ВИЭ говорим. А он пока без аккумуляторов не работает. Либо совсем экзотика - маховики, производство водорода и метана и т.п. Там пока КПД хреновый, но перспективы могут быть.
Работает,просто вы об этом не знаете.В Германии в прошлом году ВИЭ дали 38,4% от всей выработки по стране,с начала этого года 44,8%.,в отдельные дни до 66,6%.И это всё без аккумуляторов.Просто надо иметь мозги в голове.
Угу, только обычные
не альтернативно одаренныеэнергетики воют воем и на банкротство подают, т. к. не знают скока у них энергии купят, а крайние всегда они. А так-то ага, можно и зопой вперед ходить, если захотеть.Фантазии у вас. Нету дефицита лития. Ну и много вариантов замены для кобальта и никеля, включая такой редкий элемент как железо.
Слушайте, вы вообще в курсе как добывают добрую половину этих самых распространенных элементов? У вас наверное в голове картинка что пришел, копнул в нужном месте, и давай вагоны нагружать! Успевай только подавай пустые!
Вот представьте вам хочется пить. И есть два стакана воды, один стоит полный перед вами, а второй стакан вылили на стол, и вода растеклась пятном. Я уверен что вы возьмете стакан полный воды, а не будете стол лизать, или салфеткой промакивать отжимая себе в рот.
Так вот человечество допивает последние стаканы, а дальше только лизать стол. Удачи.
Осталось пойти и утопиться.Ага.
Ну кому что ближе.
Соотечественники овцы умудряются как сокращать само население шарика, да ещё паралельно переводя потребление энергии на низший уровень.
С главным соглашусь:
До нюансов докапываться не хочется.
Отмечу только, что на сегодня и на ближайшее будущее, самый лучший резервуар хранения энергии - посуда типа баклажка - канистра - бочка. Величины объёмной и масс плотности хранимой энергии недостижимы. (кроме ТВЭЛ и спец БЧ)
А если посмотреть в НАД-систему?
Как-то проскакивало сообщение о проекте китайцев типа ЛЭП по экватору (условно, деталей не помню), связывающую солнечные панели. Не пробовали прикинуть насколько этот проект будет эффективней аккумуляторов с дорогими и дефицитными редкими металлами?
Что думаете за супермаховик как средство хранения энергии? Только ради Бога не путайте с обычным маховиком.
Для ознакомления.
На сегодня очень-очень ограниченно применимая.
Проблем очень много. Очень.
Вообще как абсолютное развитие данной идеи, изобретатель супермаховика возведя в абсолют, выразил мнение, что идеальным супермаховиком является кольцевой ускоритель заряженных частиц, построенный вокруг города. С точки зрения аккумуляции и хранения энергии для нужд мегаполиса.
А какие проблемы, если не секрет?
На счет ускорителя - не очень понятно. В супермаховике ничего не потребляет энергию, а кольцевой ускоритель требует сильных магнитных полей, а значит постоянное потребление энергии (скажем супермагниты требуют постоянного охлаждения причем жидким азотом).
На память:
1.Конструкционные. Материалы, масштабируемость.. проч.
2.Эксплутационные. Не всюду применимы. Представляют из гироскопы со всеми вытекающими. Обслуживание. (хошь-не хошь, там, где энергии большие, там обслуживание требуется... это и вакуум это и смазка это и системы накопления-отдачи, это и проблемы с уходом балансировки, в следствии активной (не демонстрационной) эксплуатации. Это и особые режимы выхода на рабочие обороты (есть опасные зоны при раскрутке, связанные с резонансом системы), это и особые условия отъёма накопленной энергии, как по мощности (нельзя много и сразу, как у Li аккум до 20-30С, а если хочется много и сразу, то добавляются многочисленные сложности с вариаторами, со всеми вытекающими), так и по кол-ву (на память... штатный режим накопления-отдачи лежит в диапазоне 70-100% от номинала, т.е. в штатном режиме эксплуатации крайне не рекомендуется использовать отъём мощности более 30% от номинала [ К примеру у Li аккум диапазон 20-100%]). и проч...
3. Технические. Обеспечение минимальных потерь при передаче энергии супермаховику и её съёму. Ввиду того, что данную систему, для достижения высоких энергетических показателей нужно вакуумировать, механизм раскрутки и отъёма энергии довольно хитропопый. и.т.д...
Думаю, ознакомится с проблемами супермаховиков не так сложно. Можно погуглить.
Тут дело в том, что об успехах в решении тех или иных отдельных проблем отчитываются регулярно и прогресс, конечно, не стоит на месте (новые материалы нитей, надёжные магнитные подшипники, автоматика режимов эксплуатации), но в комплексе это всё выливается в то, что если по плотности энергии на кг, реальные промышленные образцы сравнимы с, к примеру, Li аккумул, то по объёмной плотности, цене, эксплутационным расходам, универсальности и простоте применения - значительно уступают.... Пока что.
Бум надеяться.
Условность. Если его не трогать. Материал. Инерция. Нагрев.
Проект ускорителя на сегодняшний день - конечно гипербола. Этого никто не отрицает. Эт полёт мысли. Не моей ))). Тут много если. Если будут и/или подходящие сверхпроводники, прям супер-супер магниты желательно далеко за 2Тл). Тут идея в чём. В том, что с ростом скорости вращения маховика, количество накопленной энергии растёт в квадрате, а с ростом массы - линейно. Потому супермаховики делают из лёгких и сверхпрочных нитей, акцентируясь на скорости вращения. При этом выигрыш в показателях плотности энергии на единицу массы, как одном из основных физических характеристик накопителей энергии. Скорость ионизированных частиц в этом случае можно достичь выше некуда, массой и энергиями можно варьировать (инжектирование и отвод, магнитное поле). Эксплуатационно нарастить или снизить ёмкость прям на ходу - понятно как. Отъём энергии - элементарный.
Ну вот как-то так. По памяти. Ссори, если коряво. Не готовился специально..
Расчёт не учитывает множества факторов. 1 кВт/м2 на уровне моря -это по нормали к поверхности. Если проинтегрировать по двойной кривизне поверхности Земли -то получится в среднем 0,5 кВт/м2.Учитываем пасмурную погоду -делим, ну пусть пополам, до 0,25 кВт/м2. Но это только в полдень, когда солнце в зените. С учётом наклона солнца к горизонту в среднем за световой день на неподвижной панели получим ещё меньше.
ОК,пусть будет 54 000 км2. Не забываем, что на ночной стороне планеты потребление энергии тоже происходит. На закате и восходе и в сумерки энергия тоже потребляется. Тогда каждый локальный участок должен будет иметь некий панельный "кластер", который должен будет за несколько часов снабдить энергией этот участок на все сутки. Не только лишь все имеют стоящее в зените солнце на постоянно ясном небе. Не имеющим такой привилегии придётся многократно завышать площади, чтобы иметь резерв на длинные зимние ночи и набегающие тучи. Получится не 54 000, а гораздо больше. И не только лишь все способны найти свободные от всего участки, которые можно загадить панельками.
Но это всё ерунда -площади и кобальт с литием. Потому, что толком не известен главный фактор, определяющий необходимые площади -энергопотребление в будущем. Как собственно электроэнергии, так и добавки к ней в случае тотальной замены транспорта на электрический. Неизвестно, с какими негативными факторами придётся столкнуться в будущем, и сколько энергии потребуется на их нейтрализацию.
Вот не осилил все комменты
многабукофф, респект автору, что остался рассыпается в пояснениях.Чисто ИМХО у ядерной энергетики 3 проблемы:
1. Ограниченное маневрирование мощностью.
2.Довольно высокий
для современной модели потреблянияуровень минимальной мощности.3. ДНЯО и все такое:
хомячки не зря бояццо.Теперь к сути. Критическое повышение емкости аккумуляторов, также как сокращение издержек при передаче энергии на большие расстояния приведет к ренессансу ядерной энергетики, т.к. будет решена основная проблема: маневрирование мощностью. Солнечная энергия и ветра удел тех, кому атом не по зубам,
не подпустили.Для автора: 600 Вт - днем, елив песчаной бури нет,а ночью - 0. Итого 300. Вам все верно указали в комментах. Но думать и думать иначе - хорошо: желаю успехов на этом поприще!
Годный срач. Ахтунг - пахнет трольчатиной! Автор, нет ли в обсуждении упырей? Сим повелеваю - внести запись в реестр самых обсуждаемых за день.
Очень хорошая статья!
Можно улавливать солнечную энергию, но как ее сохранить на случай пасмурного дня или на ночь?
Есть пара идей, ничего нового:
1. Накопительные водохранилища. Днем закачиваем воду в водохранилище, ночью сливаем через ГЭС. Потери большие, построить дорого, но работает.
2. Производство водорода электролизом. Днем расщепляем воду, а водород накаливаем. Ночью либо жжем его, либо используем в топливных ячейках. Построить дорого. Побочный продукт - кислород, его можно продавать промышленности. Таким макаром можно закачивать водород в системы газоснабжения вместо (или в смеси с природным газом)
Ветряки.
Построить их можно десятки тысяч. У России огромные пространства на Севере, места хватит. На Земле полно ветренных мест, в Торонто живем, отсюда на Северного Полюса все плоское как сковорода. Дует так что шуба заворачивается. Причем без остановки
1. Это не среднее. Это максимальное пиковое в безоблачный полдень летом.
2. Это по всему спектру. От ифракрасного до ультрафиолета. Панель работает в узком диапазоне.
Я нигде не встречал описания, почему маховики не пошли. На транспорте понятно - гироскопический эффект мешает. А в стационарном исполнении? Подшипники? А магнитные подвески? Вроде бы ничего нового, а воз и ныне там. И не колёсные пары, а стальная лента как мера безопасности от разрыва
лишнее электричество может быть использовано для электролиза воды с последующим запихиванием водорода в гидриды металлов. при этом плотность упакованного водорода в гидриде превышает плотность жидкого водорода (!). Хранится при комнатной температуре без давления. при необходимости высвободить водород - нагревают до сотен градусов (смотря какой рецепт носителя водорода - градусы могут быть вполне гуманные). Сейчас несколько лабораторий отрабатывают вопросы технологии.
Высвободившийся водород может быть использован по-разному, от автомобильных двигателей до топливных ячеек с весьма приличным КПД.
Разумеется , всё непросто. Даже получение водорода электролизом - просто только в школьных учебниках. Одни расходники - полупроницаемые разделительные мембраны стоят конских денег (пока)...
Всё написанное выше - можно за 5 минут найти в интернете в общедоступных источниках. На кону стоят большие перспективы и об успешном завершении обкатки технологии мы услышим из всех СМИ. Или тема сдуется по-тихому. но ключевыми технологиями Россия располага
етла... Просто Чубайсам и Вексельбергам эта тема на%%%% не нужна, если работать по-настоящему то не удастся на свой счёт в Швейцарии 98% от государственного финансирования переводить... и не востребованные на родине технологии начинают мигрировать к более вменяемым иностранным инвесторам...Электрические аккумуляторы очевидное, но к сожалению неэффективное решение. Мне импонирует такое решение:
И тут встает действительная проблема - транспортировка электричества. Тут решение одно - сверхпроводники.
Теоретически нужна лишь глобальная сверхпроводящая сеть и солнечные электростанции. Ведь на Земле постоянно где-то день и светит Солнце.
проще греть воду, где-то в голландии что-ли делают, яму копают в месте где нет близко грунтовых вод, пленкой застелают , наливают воду, сверху пленка, утеплитель и земля. греют градусов до 80 и этого тепла хватает на всю зиму на отопление. нагрев у дна , съем сверху. и греют не электричеством, а прямым солнечным излучением, с помощью теплового коллектора. фотогальванические же панели надо использовать без всяких накоплений энергии, напрямую. сейчас это не реально изза цены. они должны быть раз в 10 дешевле, тогда какойто смысл будет
я с чем не согласен , так это с заголовком статьи. электрогенерация это примерно 20% энергопотребления человечества (по моей оценке). а фотогальваническая добыча электричества, хранение его в литиевых аккумуляторах и потребление в виде переменного тока, это изначально дикая утопия. есть же нормальная солнечная энергетика например теплицы, что вы предлагаете построить АЭС, железные ангары и освещать их лампами? теплицы больше не эффективны? солнце же всего 500 ватт на метр дает энергии , низкая плотность, как в каменном веке, а в ангаре то , можно зажечь так зажечь, на все деньги.
Страницы