Долгосрочные перспективы ресурсного обеспечения технически развитой цивилизации

[AlexAV]

По одной - но вполне признанной, peer-reviewed - научной работе можно найти поддерживающей абсолютно любую точку зрения, вплоть до того что прививки вызывают аутизм. Я как-то больше доверяю крупному бизнесу и политикам, в демократических странах, а не учёным - которые никак не отвечают за то что пишут.

Доверять цифрам можно только в одном случае - если точно описана методика как они получены. Только тогда можно понять что эта цифра значит и когда ей можно пользоваться. В хорошей научной работе такое описание обычно есть.

А в рекламных агитках и баснях политиков из любых стран звучит обычно нечто взятое непонятно откуда, полученное с непонятно какими ограничениями и непонятно что значащее. Вот этот мусор можно если не сразу выбрасывать, то по крайней мере относиться ко всему этому очень осторожно. Научная статья куда более надёжный источник, чем рекламная агитка или уж тем более слова политиков (политика вообще искусство лжи).

Я как-то больше доверяю крупному бизнесу и политикам

Ну если Вы доверяете политикам - Вам можно только посочувствовать.

[AlexAV]

Конкретно по этому исследованию у меня большой вопрос - а что насчёт высоты?

Скорость ветра от высоты зависит, конечно. Приблизительно эта зависимость (в погранслое) описывается как:

V/V₀ = (H/H₀)^1/7 (степень строго говоря не константа, а зависит от подстилающей поверхности, для более гладкой, скажем поля или поверхность моря, меньше, для менее, скажем лесистая местность - больше, 1/7 - среднее значение принятое по результат измерений в США, каждой отдельной местности в точности не соответствует, но для приближённых оценок пригодно). Но эта зависимость не такая уж быстро растущая.

Конкретно по этому исследованию у меня большой вопрос - а что насчёт высоты?

В работе указано, что моделирование велось для установок номинальной мощностью 5 МВт, диаметром ротора 126 метров, и высотой башни - 100 метров. Это вполне соответствует современным ветрогенераторам большой мощности.

Тут фигурирует площадь, а не объём

И правильно фигурирует, так и должно быть, по крайней мере для систем с высотой много меньше высоты погранслоя в атмосфере (приблизительно 1 км). Большая часть энергии ветра генерируется на большей высоте, а здесь происходит только её перенос к поверхности и диссипация. Плотность потока механической энергии переносимой из верхних слоёв атмосферы к поверхности как раз и лимитирует максимальное количество энергии, которые могут дать ветрогенераторы на некоторой территории. Естественно количество этой энергии как раз и будет пропорционально площади.

на высоте 10км ветра

Высотные ветры - уже совсем иной случай. Однако к большинству современных конструкций ветрогенераторов отношения не имеющий. Построить башню высотой больше толщины погранслоя (1 км) - крайне проблематично технически и уж точно, даже если возможно, абсурдно экономически.

P.S. Есть некоторые экзотические варианты, где устройство поднимается на высоту или аэродинамически (устройства типа воздушного змея, всякие системы с авторотацией винтов) или аростатически. Так добраться до высотного ветра теоретически можно, но экономика таких систем не волне ясна, как и некоторые вопросы по эксплуатации. В любом случае такие устройства к ветроэнергетике в современном её виде отношения не имеют, их если и надо рассматривать, то отдельно.

[AlexAV]

Если какой-то вид генерации экономически оправдан с коэффициентом близком к единице, как в приведенном случае, это означает что он о своей эффективности близок к традиционным видам генерации.

У электроэнергии (в том числе вполне традиционной, кроме возможно больших ГЭС и то только на шине электростанции, а когда дойдёт  до потребителя уже не факт) EROEI в принципе скорее всего не очень большой. 3 или 4 возможно. Это вообще достаточно дорогой вид энергии. Наша цивилизация в основном держится на энергии прямого сжигания топлива, которая существенно дешевле.

[AlexAV]

Но самое главное – вы же согласны, что цена капитальных затрат очень в небольшой мере состоит из цены энергии, необходимой на строительство?

Прямые затраты действительно невелики, но это не значит, что невелики полные. Т.е. нужно считать затраты энергии не только непосредственно при строительстве, но также затраты во всей цепочке косвенных издержек. Т.е. не только затраты техники и материалов для строительства, но и затраты на технику и материалы для изготовления техники и материалов, которые использовались для строительства, затраты техники и материалов для производства техники и материалов, которые использовались для производства техники и материалов, использовавшихся для строительства и так до сходимости.

Кроме того, правильно подсчитанный EROEI должен включать также не только технические, но и социальные издержки. Т.е. например если для добычи нефти вам нужно скажем охранять скважину армией, то топливо для военной техники, производство военной техники, техника для производства военный техники (и так до сходимости) тоже должны включаться в расчёт EROEI. Равно также как и энергия потраченная на изготовление и работу товаров, которые были приобретены персоналом на средства получаемые при оплате труда на строительстве или работу объекта.

Т.е. колбаса для инженера (как и вся цепочка затрат для её изготовления) тоже должна входить в правильно посчитанный EROEI.

И вот тут как раз скорее всего EROEI посчитанный корректно, т.е. с учётом всей цепочки косвенных издержек и окажется связан с экономической ценой практически линейно (точнее обратно пропорционально). Вопрос в коррекном подсчёте коэффициента связи. В ряде работ, (скажем Nathan Gagnon, Charles A.S. Hall, and Lysle Brinker. A Preliminary Investigation of Energy Return on Energy Investment for Global Oil and Gas Production // Energies, 2009, Vol. 2, Issue 3, pp. 490 - 503.) коэффицинт данной связи принимается приблизительно как 18 - 30 МДж на 1 доллар (в ценах 2005 года). По ряду признаков эта оценка кажется адекватной.

[AlexAV]

1Квт/час или * 10 часов солнечной инсоляции = 10квт/день * 360 дней = 3600кВт/год*25 = 90 000квт/25 лет.

Это неоправданно оптимистические оценки. Я уже выше приводил ссылку на работу, где приводится, что практика эксплуатации никак не подтверждает реальный срок службы в 25 лет (что в общем-то очевидно, т.к. медленная деградация полупроводника вовсе не единственная причина отказа). И реальная выработка солнечной панели до момента отказа в среднем составляет 2200 кВтч/м2 (для условий Германии), т.е. где-то 14 000 кВтч с 1 кВт установленной мощности. В итоге результат окажется куда более скромным.

[AlexAV]

как и использование энергии вращения ЗЕмли.

Известно. ПЭС (приливная электростанция) - это по сути использование энергии вращения Земли.

[AlexAV]

Ну так ЗАЯЦ находиться в процессе внедрения.

Ну это всё же слишком оптимистично. Я бы сказал, что скорее в процессе НИОКР. Всё же пока существует целый ряд проблем (как технических, так и политических) которые мешают внедрению.

Первое - реактора который позволял бы полноценно замкнуть этот цикл по сути пока и нет. Безбланкетные варианты БН на оксидном топливе обеспечить КВ > 1 не могут в принципе, даже для нитрида в этом плане есть вопросы. Реализовать реактор с бланкетом технически не проблема, однако здесь возникает проблема с соглашением по утилизации плутония (которое ограничивает это). Само это соглашение недавно мы разорвали, но вот только это действие пока напоминает ритуальное битьё тарелок, чем какой-то принципиальный шаг. Т.е. вышли то вышли, но вот ничего вопреки него тоже не делаем. В принципе в безбланкетном варианте в теории всё сходится у реактора с тяжёлометаллическим теплоносителем (свинец обеспечивает заметно более жёсткий спектр нейтронов, чем натрий, что позволяет получить КВ>1 даже в однородной АЗ), т.е. БРЕСТ, но этого реактора пока по сути нет, он пока на стадии строительства опытного реактора.

Это из области проблем политических.

Есть и технические. Главным образом связанные с переработкой ОЯТ. Освоенный PUREX c его модификациями здесь мало кого удовлетворяет. Как из-за образования большого количества отработанных растворов в процессе, с которыми непонятно что делать, так и из-за ограничений при работе с "горячим" топливом (а дать ему полежать и остыть - значит терять ценный Pu-241, что ведёт к снижению реального КВ в цикле, ну и кроме того нарабатывать большое количество америция, являющегося одним из наиболее проблемных радиоактивных отходов). Сейчас пробуют освоить пироэлектрохимические методы, но это опять же всё на стадии НИОКР, т.е. до промышленного внедрения пока не дошло.

Самое же главное - экономика замкнутого цикла пока не ясна. И пока он реально не будет внедрён в опытно-промышленную эксплуатацию (т.е. будет реактор, который будет же полностью работать на плутонии из собственных ОЯТ) - и не узнаем. Себестоимость сколько-нибудь достоверно может быть определена только на основание практической эксплуатации. И здесь может получиться всё что угодно, от "практически на уровне ВВЭР или чуть лучше" до "совсем никуда не годится". Сказать что будет точно пока нельзя, слишком мало данных.

Т.е. исследования действительно идут, но говорить именно о внедрение пока рано.

[AlexAV]

Для БН как раз не требуется, в быстром спектре все хорошо горит.

Даже в спектре БН Pu-240 и Pu-242 горят сильно хуже Pu-239 и Pu-241. У первых где-то 0,5 делений на захват, а у вторых - 0,9. Различие всё же заметное (справедливости ради, БН может поддерживать цепную реакцию и на Pu-240 (хотя КВ (или, правильнее, наверно КК) в этом случае будет низким), а ВВЭР - вообще нет).

А вот Np-237 и Am-241 горят даже в БН сосем плохо, т.е. даже там это скорее не топливо, а нейтронные яды (при этом стоит отметить, что в ещё более жёстком спектре (что на реакторе с натриевым теплоносителем не достигается), по крайней мере нептуний, поддерживать цепную реакцию всё же может).

[AlexAV]

Без цепной реакции ничего "гореть" не будет, а ее способны поддерживать только определенные изотопы.

В БН всё же цепную реакцию поддерживают все изотопы плутония (может быть кроме Pu-244, которого впрочем в ОЯТ практически нет, в реакторах с обычной плотностью потока нейтронов его образование сильно затруднено). Хотя на КВ изотопный состав будет влиять довольно сильно. При загрузке содержащей много чётных изотопов он будет низким (всё же количество нейтронов на захват даже в спектре БН у чётных изотопов плутония сильно ниже, чем у нечётных, хотя и больше 1).

[AlexAV]

Кстати в БН меня волнует один момент. Почему во втором контуре используют натрий, а не более безопасный теплоноситель?

А что там ещё можно взять? Эвтектики галогенидов щелочных/щелочноземельных металлов слишком тугоплавки, эвтектики нитратов реагируют с жидким натрием вплоть до воспламенения и взрыва, сплавы висмута - попросту очень дороги (кроме того нужны теплообменники одновременно устойчивые и к натрию и к сплавам тяжёлого металла, а для этого применяют стали разного состава, т.е. потребуется более сложный и дорогой биметаллический теплообменник), проблема сталей устойчивых к жидкому свинцу до недавнего времени вообще решена не была (сейчас что-то подобрали, но это лишь относительно недавно), да и высоковата у свинца температура плавления для второго контура.

Просто не нашлось другого материала, который в этом случае создавал бы меньшие проблемы, чем натрий.

[AlexAV]

о что я Skipper_NORTON в параллельной теме постоянно и говорю – электроэнергия с АЭС на БН выходит весьма дорогой.

Пока точно никто не знает сколько она будет стоить. Есть только некий разброс оценок разной степени достоверности. Собственно сам реактор БН-1200 будет стоить не радикально дороже ВВЭР (там различие на десятки процентов, но не в разы или порядки, и качественно это экономику не поменяет). Самая большая неопределённость - этот самый замкнутый топливный цикл.

Оптимистичные оценки по тому же БРЕСТу (не БН, но таже ниша) скажем - 2,6 р./кВтч, правда пока опыта эксплуатации нет - это вилами по воде писано.

основанной на ВЭС/СЭС

Обанкротитесь Вы с такой энергетикой. Если с замкнуты циклом звёзды не сойдётся - будут ГЭС, ПЭС, местами (в областях с хорошим ветром, но их на земле немного) ВЭС с доминированием первого пункта. Это то что касается электричества. Ну и дрова с торфом - топливо для отопления, промышленное тепло. Всякое растительное масло и биометан тоже наверно будут использовать. Энергии в расчёте на человека будет на порядок меньше, чем в современных развитых странах, но уж сколько получится.

[AlexAV]

Какие там еще десятки процентов?  Можно начать с того что деградация конструкционных материалов из-за быстрых нейтронов там в разы выше, чем в ВВЭР. А теплообменники натрий/вода?

Деградация материалов там не такая уж большая проблема. Что касается натрия - да, это дороже, но зато в 1-м контуре нет высокого давления, что отчасти компенсирует это. Ну и в любом случае по стоимости реактора у нас есть просто фактические  данные, здесь действительно не о чем спорить.

Постройка БН-800 обошлась в 145,649 миллиардов рублей (http://www.atominfo.ru/newsm/t0547.htm). ВВЭР-1200 около 150 миллиардов рублей. Различие в расчёте на мощность отнюдь не в разы. Опять же нужно учитывать, что БН - пока не серийный, ну и мощность меньше (у реакторов с ростом мощности удельные затраты падают). Для БН-1200 учётом этого различие должно быть ещё меньше. Однако даже актуальная стоимость (182 тыс. руб./кВт) уже совсем не запредельная.

Он не так уж и слишком отличается от получения оружейного плутония. Весьма изученного химпроцесса.

Для получения оружейного всегда использовали PUREX с модификациями, от чего желают уйти в гражданском ядерном цикле. А вот относительно этих альтернатив неопределённость очень даже имеется.

[AlexAV]

КУИМ у БН-600 какой?

Около 80% в среднем. Для опытного реактора на самом деле достаточно не плохое значение.

[AlexAV]

Я вам скажу спасибо за ссылку откуда такая информация.

Вот здесь скажем обзор опыта эксплуатации БН-600: https://elibrary.ru/item.asp?id=12789999

[AlexAV]

Кроме того, они вырабатывают электроэнергию хоть и прогнозировано, но по синусоиде. Время от времени в нуль.

Кстати необязательно. Точнее только для однобассейновых схем, для схем с сопряжёнными бассейнами могут быть куда более гладкие линии генерации без ухода мощности в ноль. Вроде таких:

[AlexAV]

с графеном

Вы про это: http://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/nl403997a ?

Ну тогда про ИК точно чушь пишите. Там свет поглощает  CH3NH3PbI3‑xClx с запрещённой зоной 1,7 эВ (шире чем у кремния). КПД ниже чем у кремния (15.6%). Ну и структура радует. Особенно буквочки Au.

Ну и металлоорганический краситель с органическим полупроводником тоже. Вещь не так чтобы очень долговечная, деградируют довольно быстро, особенно на свету.

[AlexAV]

https://apparat.cc/world/10-breakthrough-technologies-2017/

Какое-то журналамерство. В приведённом куске написана чушь (у журналистов плохо понимающих о чём пишут такое бывает...). Давайте ссылку на нормальную публикацию в реферируемом издание.

[AlexAV]

А вам-то зачем?

Может быть увижу какую-нибудь интересную работу о которой не знал. Конечно этой патологии там не будет, но может будет что-то интересное (подозреваю, о чем там в действительности идёт речь, но посмотрим).

[AlexAV]

Видимо имеются ввиду работы  Evelyn N. Wang из MIT
У них есть работы на сайте, а также в журнале nature
"A Nanophotonic Solar Thermophotovoltaic Device"   http://www.mit.edu/~soljacic/STPV_nat-nano.pdf
и
Bierman, David M., Andrej Lenert, Walker R. Chan, Bikram Bhatia, Ivan Celanović, Marin Soljačić, and Evelyn N. Wang. "Enhanced photovoltaic energy conversion using thermally based spectral shaping." Nature Energy 1 (2016): 16068.
Интересно насколько эти технологии далеки от реальности.

В общем так и думал. Концентратор греет эмиттер до высокой температуры, эмиттер излучает тепловое излучение, излучение преобразуется в электричество фотоэлектрическим модулем c узкозонным полупроводником.  Экзотическая схема, но уже не бред противоречащий второму началу.  Такие термоэлектрические схемы (правда чаще для преобразования энергии топлива) время от времени предлагаются.

Честно говоря всё это скорее действительно интересно для маломощных генераторов на газе/жидком топливе, и, возможно, РИТЭГ. А вот солнечная энергетика... уже как-то не очень.

Как все системы с концентраторами, такая схема будет абсолютно неработоспособна в рассеянном свете, т.е. малейшая облачность будет сводить её эффективность к нулю, требует сложной системы наведения, сами эти узкозонные полупроводники (они использовали InGaAsSb ) - весьма дорогие и требуют дефицитных материалов, КПД тоже отнюдь не выдающийся, получен на уровне 7% (хотя есть перспективы некоторого увеличения, как понял обещают до 20%).

Для прямого преобразования тепловой энергии в некоторых приложениях - возможно интересно (особенно когда есть существенные ограничения на массу, а требуемая мощность невелика и использование механических машин неоправданно, c термоэлектрическими модулями это вполне может в ряде приложений конкурировать). А для солнечной энергетики явно не то...

P.S. Вообще направление деятельности авторов действительно интересное, но совсем не для солнечной энергетики... Для ряда задач компактные, лёгкие и сколько-нибудь долговечные системы прямого преобразования тепловой энергии очень бы не помешали, причём даже с КПД 7% (20% - совсем хорошо было бы).

[AlexAV]

В том то и дело, что основной потребитель марганца – черная металлургия. И как раз пару процентов от выпуска стали, сколько и выходит. Феррум и Марганец – они братья побратимы. Они всюду связаны.

Здесь можно согласится. Среднее соотношение Fe:Mn в осадочных породах около 50. Т.е. при определённых условиях марганец в объёме где-то 2% от объёма потребления железа может быть доступен. И такое соотношение действительно достаточно близко к текущему (сейчас мы производим около 1,3 млрд .т. железа и около 30 млн.т. марганцевого сырья (в пересчёте на металл)).

Но здесь есть одно очень существенное НО. Не любая технологическая схема извлечения железа будет позволять извлекать и марганец. Если для извлечения железа из бедного сырья (с содержанием близким к кларковому, т.е. около 5%, богатые руды, которые мы используем сейчас, тоже со временем будут полностью исчерпаны) окажется целесообразно использовать методы гидрометаллургии (скажем биовыщелачивания) - тогда, да, с марганцем совсем уж страшных проблем не будет, он довольно эффективно будет извлекаться попутно.

Однако если, например, это будет выгодно делать через прямое восстановление с магнитной сепарацией - тогда картина по этому элементу сразу же станет очень печальной. Т.к. при такой технологии марганец извлекаться практически не будет.