Долгосрочные перспективы ресурсного обеспечения технически развитой цивилизации

[AlexAV]

в газовой ЭС как я понимаю металлы не коррозируют?

Везде процесс старения имеет место. Правда не работающая газовая станция стареет намного медленнее работающей, а СЭС хоть отдаёт электричество в сеть, хоть не отдаёт -стареет почти одинаково.

А это почему? Давайте сравним.. вот цена на первую попавшуюся ГАЭС в интернете в 100кВт -  5 807 374 рублей / 60 = 96789 уе.
ссылка на сам агрегат .
(кликните для показа/скрытия)
.http://www.brizmotors.ru/equipment/gazogenerator/
Что мы можем купить в плане СЭС на эти финансы? 96789/ 0,7 уе (опт цена китай моно/поли)= 138270 вт или /1000 = 138кВт. Если аморфный кремний то 96789/0,5 = 193кВт. Понятно, что цифра 138кВт и 193кВт это стоимость самих панелей, поэтому можно смело умножить, вернее разделить на 2, так как надо еще инвертор к панелям. 138/2= 69кВт или 193/2=96+кВт. Прочее типа самой ЛЭП разрешений и налогов я не считаю ибо оно для всех ЭС есть одинаковое и зависит от места, мощности и пр. Как видим стоимость СЭС от 30 до 10% всего выше стоимости ГАЭС. Про какие

Монтаж бесплатный? Инверторы и прочие электроника бесплатные? Давайте сравнивать со стоимостью реальных проектов. Вот скажем Silver State South Solar Project (http://www.businessinsider.com/us-2015-renewable-energy-investments-2016-5). Стоимость строительства - 744 млн. $, номинал 250 МВт. Т.е. по этой же расценке у вас получится построить станцию номиналом 32,5 кВт. Правда есть проблема... В среднем за год она не даст более 12% номинала, а газопоршневая может почти 100%. Таким образом в расчёте на единицу генерируемой энергии капитальные затраты на СЭС в 25 раз выше, чем на газовую станцию.

может идти речь? Капитальные затраты на СЭС на 10-30 да пусть 50% больше чем аналогичной ГАЭС но топливо то не нужно в принципе.

Не на 50%, а в 10 - 30 раз выше. Если считать по средней генерируемой за год энергии. Газовая станция весь год может выдавать мощность близкую к номиналу, а СЭС, если Вы не в курсе, ночью не работает, а в облачную погоду почти не работает.

А можно вместо кучи слов -" не может.. никогда и пр " просто привести пример СЭС в подмосковье? с цифрами? вот мощность такая в сеть отдает столько работает с такого то года... вот КИУМ и посчитаем вместо пустых трат времени. Заметьте я про СЭС в Крыму не прошу примеры, пойду Вам на встречу).

Вы действительно на столько глупы?... 

Чтобы оценить предельный теоретический КИУМ СЭС вообще никаких примеров не надо. По определению номинальная мощность СЭС - это мощность выдаваемая ей при потоке солнечного излучения 1000 Вт/м2.


КИУМ = 100% СЭС может дать только при условие инсоляции  8760 кВтч/м2 в год. Проблема в том, что такой инсоляции на планете Земля нет вообще нигде. Инсоляция в подмосковье для поверхности под оптимальным углом - 1173.7 кВтч/м2. Соответственно предельный КИУМ СЭС = 1173,7/8760 = 13,4%. Больший КИУМ СЭС здесь не может дать принципиально, просто потому что солнце не светит.

Вы действительно неспособны понять, что ночью СЭС не выдаёт электрической мощности вообще? Потому что если бы понимали - глупых вопросов по КИУМ СЭС не было бы.

[AlexAV]

Вы этот КИУМ кушаете или на хлеб мажете? Меня например как инвестора интересует время окупаемости электростанции и прибыль.

Прибыль зависит от генерируемой энергии, а она прямо пропорционально зависит от КИУМ. Если его не учитывать - никаких  сколько-нибудь адекватных экономических оценок не получится. Не нравится Вам сочетание букв КИУМ - ну пользуйтесь реальной генерацией в кВтч/год. В сущности это тоже самое.

Отличие 1 кВт установленной мощности газовой генерации от 1 кВт установленной мощности СЭС в том, что 1 кВт газовой генерации теоретически может дать  8760 кВтч в год, а 1 кВт солнечной более 1174 кВтч в подмосковье физически дать не может, а на экономику влияет не циферка формальной установленной мощности, а эта самая реальная генерация за год. Разные это киловатты и это нужно понимать.

АЭС - $6 тыс. за кВт.

Цена явно завышенная (точнее верная, но относится к странам, где АЭС разучились строить). Стоимость четвёртого Ростовской АЭС,например, 82 млрд руб. (https://www.kommersant.ru/doc/2916949). Мощность 1 ГВт. Итого 82000 руб./кВт. В доллары переведёте сами. Причём в отличие от СЭС это реальные киловатты, а не рисованные, т.е. такие которые физически могут работать с КИУМ близким к 100%.

ветряки - $1 тыс. за кВт.

С ветряками - также как СЭС, но сложнее. Эта мощность нужно нормировать на максимальный теоретический КИУМ, чтобы можно было адекватно сравнивать с нормальными источниками стабильной генерации. В отличие от СЭС тут одного стандарта, при каком значение скорости ветра считать, что система должна выйти на номинал, нет. Для крупных ветряков обычно что-то около 12 м/с на рабочей высоте. Это соответствует приблизительно 8,6 м/с на высоте 10м (т.е. той для которой указывают скорость ветра в данных метеостанций). Опять же есть проблема - такой среднегодовой скорости ветра на планете почти нигде нет.

При этом производительность ветрогенератора зависит от скорости ветра нелинейно, а пропорционально кубу скорости ветра, т.е. очень сильно. В результате предельный теоретический КИУМ ветрогенератора может в зависимости от места установки варьировать в огромном диапазоне. От нескольких процентов, до 50%-60%. На побережье ветряк может быть весьма выгоден (правда без учёта борьбы с "пилой" генерации, при учёте всё становится не так радужно...), а в белорусском болоте - абсолютно бессмысленной грудой металлолома (много он на генерирует при среднегодовой скорости ветра 2м/с?). Проблема тут в том, что мест с хорошим ветром на планете не так уж и много.

А нашел я все это вот тут у соседей, http://reform.energy/analitics/grigorishin-zelenaya-energetika-v-ukraine-vsegda-budet-deshevle-traditsionnoy-chast-i-816 у нас к сожалению теоретиков много, а там я как понял это энергетический олигарх который "в живую" рулит электростанциями и деньги считать умеет. Это не диванный доцент- теоретик).

С учётом, до чего эти соседи доуправлялись, в том числе в энергетике, их управляющие - последние кого нужно слушать. Однако не будем развивать тему соседей, иначе уйдём в политику, что здесь запрещено.

[AlexAV]

Но газ конечен и цена на него растет.

С этим сложно спорить. Правда по текущему состоянию если газ кончится - всё просто рухнет и никакие СЭС не спасут. Попросту СЭС физически неспособна дать то качество электроэнергии, которая нужна экономике. Скажем, сколько СЭС даёт энергии ночью? А без возможно обеспечивать энергией непрерывные технологические процессы промышленность работать не сможет, в том числе и воспроизводство этих самых СЭС будет невозможно.

В действительности всё ещё хуже. Тепловых калорий промышленность потребляет пожалуй даже больше электрических, а их даёт газ на прямую со стоимостью намного ниже любой электроэнергии, хоть традиционной, хоть нетрадиционной, один только сетевой сбор больше. И без этих дешёвых тепловых калорий экономика скорее всего вообще функционировать не сможет. Всё просто развалится.

Кстати в статье интересно прочитал, в США электроэнергию на отдельные острова в Карибском море возят... заряжают литий-ионные контейнеры в контейнеровозе и перевозят туда, где есть такая потребность.... а потом подключают огромный корабль к сети острова и постепенно ее перегоняют, а потом как я понял приходит еще один корабль-батарейка на замену.  М да интересно. Особенно если учесть, что его емкость около 5МВт/час.

Какое-то редкостное извращение. Видимо кто-то бюджет осваивает, американский.

[AlexAV]

Кстати зантересовал вопрос графеновых АКБ, китайцы я так понял уже стали клепать что то типа повербанка на графене?
https://3dnews.ru/947227

Никаких графеновых АКБ в природе не существует. То о чём там написано - тот же литий, где чуть-чуть по-другому графит для электродов изготовили (когда говорят слово графен, часто, даже в научной литературе, а уж в популярной и рекламе почти всегда - имеют ввиду порошок вспученного графита, который строго говоря никаким графеном не является, просто графен сейчас слово модное и его используют где попало, часто не к месту), а в название добавили слово Graphene с марктинговыми целями и всё.

Здесь эта новость написана более корректно и чуть менее жёлто (https://www.androidheadlines.com/2017/02/chinese-wpg-debuts-5000mah-quick-charging-power-bank.html):

The concept of using graphene to improve battery design is not a completely novel one. Huawei and its Watt Laboratory debuted a set of graphene-assisted Li-ion batteries back in December, claiming how their products not only have a longer lifespan than regular batteries but are also able to operate at higher temperatures without overheating. Huawei’s batteries are allegedly capable of operating at up to 60°C (140℉), while the heat threshold of regular batteries amounts to around 50°C (122℉). It remains to be seen whether the WPG Graphene Lightning Mobile Power Bank is just as tolerant, but consumers in China seem to be excited about it.

[AlexAV]

так это не к СЭС вопрос, а в сторону гелиотермальной энергетики.

Гелиотермальные станции сверхчувствиетельны к облачности, что делает абсолютно невозможным их применение в большинстве регионов планеты. Т.к. рассеянный свет концентрировать невозможно, то при любой самой слабой облачности они будут давать нулевую мощность. Ещё хуже - что момент когда солнце закроет облака совершенно не контролируемый, что для многих технологических процессов неприемлемо. Да и дорогие они, особенно те которые позволяют достичь высоких температур. (там нужны большие параболические концентраторы со слежением за Солнцем с дорогой и сильно нагруженной механикой).

Для лабораторной плавки небольших объёмов использовать можно, но никакой заменой газа для промышленности это не может быть и близко.

[AlexAV]

Альтернатива в виде концентраторов заметно дороже фотовольтаики.

Это половина проблема концентраторов. Вторая, и пожалуй даже более существенная - чувствительность к облачности. В большинстве районов, где живут люди, их строить из-за этого вообще бесмысленно. Вещь чисто для пустынь. А это сразу порождает логистические проблемы, которые сводян на нет и так не блестящую экономику.

[AlexAV]

А так это не к СЭС вопрос, а в сторону гелиотермальной энергетики.

Ещё одна проблема здесь (кроме плохой экономики, чувствительности к погоде и прерывистости работы) - трубы и теплообменники.

Чтобы тепло термальных СЭС можно было бы использовать для технологических процессов его нужно доставить от концентратора к собственно установке, где осуществляется технологический процесс и передать его рабочей среде установки. Для этого нужны жаропрочные и коррозиестойкие материалы (они при рабочей температуре должны быть как минимум устойчивы в кислороде воздуха, а для многих процессов - не только), причём с хорошей теплопроводностью и желательно сколько-нибудь технологичны (достаточно хорошо обрабатываться, резаться, свариваться, быть не слишком хрупкими и т.д.). При этом многие массовые процессы требуют температуры 1200 градусов и выше.

А тут возникает проблема...  Углеродистая сталь выше 425 градусов не работает, нелегированный титан где-то столько же. А сплавы же работающие при температуре свыше 1000 градусов имеют ну очень интересный состав... Это высоколегированные никелем аустенитные стали, никелевые сплавы, сплавы кобальта, вольфрама, молибдена, тантала.

Скажем ЭП747 с максимальной рабочей температурой 1250 градусов (при ресурсе 10000 часов) (http://www.splav-kharkov.com/mat_start.php?name_id=74):

Ni - 44 - 46
Cr - 15 - 17
Al - 2.9 - 3.9
Fe - 30.825 - 38.1

В которой никеля больше, чем железа.

Или Inconel 601GC (https://viam.ru/alloys):

Предельная рабочая температура - 1175 градусов. Состав:

Ni - 58 - 63
Cr - 23 - 25
Al - 0.8 - 1.7
Zr - 0.07 - 0.25
N - 0.02 - 0.07
C - 0.03 - 0.08
S - 0.015

Выше 1200 градусов с материалами становится совсем печально. До 1400 в атмосфере воздуха работает разве, что молибден защищённый покрытием силицида молибдена. О том, что молибден - элемент редкий и дефицитный повторять думаю не надо.

Керматы ещё есть разнообразные, вроде композита  38% А1203 и 72% Сr с рабочей температурой до 1200 градусов. Но они хрупкие и чувствительны к тепловому удару (т.е. при при включение и выключение станции будут быстро разрушаться, а выключаеться солнечная станция будет каждую ночь:)). И теплопроводность у них низкая, явно не то что здесь нужно.

В общем для доставки высокотемпературного тепла от концентратора к установке его потребляющей потребуется какая-то безумная гора довольно дефицитных материалов (никеля, хрома, молибдена и т.д.), причём конструкции из них при рабочей температуре, нужной для осуществления технологических процессов, будут иметь крайне ограничены срок службы (даже у жаростойких сплавав ресурс на воздухе при 1200 градусов редко превышает 10000 часов).

Одно это делает идею крайне сомнительной.

[AlexAV]

Так все равно самые высокотемпературные печи на сегодняшний день - электрические.

Бесспорно. Но я здесь веду речь скорее о более бальных технологических процессах, где температура нужна значительно более скромная (хотя всё равно высокая), а себестоимость процесса обязана быть очень низкой. Т.е. обжиг кирпича (900—1100 градусов), цементного клинкера (1400 - 1500 градусов), обжиг известняка (1100—1250 градусов), варку стекла и ещё множество других подобных. А их сейчас осуществляют преимущественно прямым нагревом газовым факелом.

Очевидно же, что экономика существовать не сможет, если не сможет осуществлять такого рода технологические процессы, причём чрезвычайно дёшево.

[AlexAV]

Не вводите людей в заблуждение. Генерация электричества начинается от 2-3 м/с, номинал 8-10 м/с.

Я никого в заблуждение не ввожу. Вот скажем график мощности  ENERCON E-126 в зависимости от ветра на рабочей высоте  (https://www.enercon.de/en/products/ep-8/e-126/):



Как видите совсем не 8-10 м/с, а 15 м/с. На номинал при скорости ветра 8-10 м/с обычно выходят малые ветрогенераторы (несколько киловатт), а большие обычно 12 - 15 м/с. Зависимость скорости ветра от высоты приблизительно описывается как (V/V₀) = (H/H₀)^1/7. Соответственно на высоте 10 м ветер, соответствующий ветру в 15 м/с на высоте 127 м, приблизительно равен 10 м/с. Т.е. номинал он будет выдавать только при скорости ветра 10м/с по данным метеостанций (метеостанции по стандарту измеряют ветер на высоте 10 м/с).

Ну можете поискать на карте места со среднегодовым ветром 10 м/с. Уверяю, их не много.

Я бы еще так сказал: проблемы "нехватки" мест на Земле для ВЭС нет.

Есть. Мест с хорошим ветром немного, а максимальная возможная технически генерация ВЭС ограничена. Вообще этот потенциал оценивается как 1 ТВт, что намного меньше современного потребления энергии (http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0301421511004836).

[AlexAV]

Если не считать высотную генерацию. На высоте по сути энергетический клондайк. Только данное направление почти не исследовано.

Согласен.  Если научиться брать ветер выше погранслоя (приблизительно 1 км) - то многие проблемы ветровой энергетики сразу решатся. Физический потенциал генерации там огромный плюс ветер достаточно стабильный, т.е. сразу же практически исчезает проблема "пилы". Проблема в том, что методы, как туда добраться, не разработаны (т.е. совершенно очевидно, что башню высотой даже один километр если и возможно построить, то совершенно бессмысленно экономически, материалоёмкость и стоимость будут запредельные, т.е. тот путь которым развивается сейчас большая ветровая энергетика туда добраться не позволяет принципиально).

Т.е. кое-что предлагается. Скажем что-то такое https://www.innoros.ru/news/15/03/energiya-ot-vozdushnogo-zmeya , однако здесь есть ряд вопросов по части долгосрочной эксплуатации (воздействие атмосферных разрядов, опасность обледенения и т.д.) и не ясна экономика.

Кроме того технический потенциал такой генерации будет зависеть от предельной возможной плотности размещения таких установок, а она в любом случае не будет большой (во избежание столкновения машин, запутывания тросов и т.д.). Т.е. скорее всего и в этом случае (если проблемы эксплуатации возможно решить, а экономика получится адекватной) технический лимит будет намного меньше физического. Можно заподозрить, что тоже не очень большим (правда это уже будет источник стабильной генерации, дающей электроэнергию с качеством не хуже традиционных электростанций, что тоже многого стоит).

[AlexAV]

Посмотрите на другие варианты:

Больших различий не вижу. Выход на номинал - 13 м/с. Как и было сказано для больших ветрогенераторов это диапазон обычно 12-15 м/с. Ровно туда и попадает.

Посмотрите на другие варианты: восьми-мегаватный ветрогенератор Vestas имеет показатели 4 м/с и 13 м/с соответственно начало генерации и оптимум, который абсолютно необязателен. Например, при 8м/с турбина будет генерировать 3 МВт и 1 МВт при 6м/с. Улавливаете мысль?
https://en.wind-turbine-models.com/turbines/318-vestas-v164-8.0

Итого при скорости ветра на рабочей высоте 6 м/с КИУМ будет 12,5%.  Вообще-то при таком КИУМ ветрогенератор имеет очень плохую экономику. Едва ли вообще имеет смысл его в такой местности строить. Бред это. А хотя бы половину номинала он будет выдавать при скорости ветра 9 м/с на рабочей высоте (а мест с таким ветром немного).

Но это и не важно, недостаток генерируемой мощности компенсируется, как сейчас модно говорить "фермой" из множества ветрогенераторов.

Важно. Ветер сильно коррелировал на большой площади. В масштабах целого региона ветер на всех ветрогенераторах будет появляться и исчезать почти одновременно. Это ведёт к тому, что единственный способ обеспечивать надёжность сети - 100% дублирование мощности ВЭС газовой генерацией (кстати именно газовой или дизельной, уголь не годится). Провалы придётся закрывать газом, других разумных способов сегодня по сути нет (можно ещё ГЭС или ГАЭС, но тут потенциал ограничен). На экономику ветровой генерации (реальную, а не рисованную) такая необходимость 100% дублирования ветро тепловой мощностью (при том, что эта тепловая мощность используется в крайне неэффективном для себя режиме) оказывает очень большое влияние.

Обратите внимание на все участки со скоростью ветра > 6 м/с . А особенно водные. Это огромный потенциал.

Что вы собрались генерировать со скоростью ветра 6 м/с на рабочей высоте и КИУМ на уровне 12%?

>8м/с - нормально, но таких мест уже явно куда меньше. Океан вообще рассматривать не стоит (кроме самой прибрежной зоны, да и то экономика там далека от идеальной, да и на нержавейке при большом масштабирование разоритесь на этих морских ветряках, хрома с никелем не хватит ).

То есть на рабочей высоте того же Vestas (127м) таких мест будет гораздо больше.

Различие между высотой 80 и 127 метров уже небольшое, всего процентов на 7 по скорости ветра.  Радикально никак не влияет. Да и башня высотой 127 метров просто дороже, ей и ветер  нужен больше, чтобы окупиться.

[AlexAV]

Не думаю, что небоскрёб за 1,2 млрд долларов может быть примером для башни ветрогенератора, где и нагрузки другие (сам ветрогенератор имеет достаочно значительную парусность и создаёт сильные поперечные нагрузки) и требования к стоимости тоже. Проблема в том, что с ростом высоты масса башни растёт намного быстрее, чем генерируема мощность системы. Начиная с высот 100-150 метров это делает дальнейшее её увеличение экономически нецелесообразным. Т.е. с ростом высоты себестоимость энергии начинает не падать, а расти.

[AlexAV]

А почему не башня, элементарно из каких-то новых наноматериалов? В конце концов, если космический лифт всерьез рассматривается, а тросовая петля - ближайший суррогат космического лифта - считается вполне осуществимым - а тут всего какой-то 1 км.

Все эти высокопрочные полимерные волокна с нанотрубками хорошо работают на растяжение, но сделать из них материал, который хорошо работает на сжатие - куда более проблематично.

Кроме того башня весит тысячи тонн и материал для её строительства должен быть предельно дешёвым. Здесь даже сталь - слишком дорогой материал, её стараются по возможности заменять бетоном. А понятие "дешёвый" ко всем этим наноматериалам отношения не имеет.

В конце концов, если космический лифт всерьез рассматривается, а тросовая петля - ближайший суррогат космического лифта - считается вполне осуществимым

Кем всерьёз рассматривается и кто считает?

[AlexAV]

Эти товарищи скорей всего не смогут их продавать долго. Три года максимум думаю, после чего потенциал роста СЭС будет исчерпан. А поскольку панельки они продают по сути по себестоимости(а возможно и ниже) ни какого плюса не будет. Будет кризис невозвратных кредитов.

Так уже начинают умирать всюду кроме Китая: https://www.kommersant.ru/doc/3296887

[AlexAV]

Есть. Аккумуляторы.

Это очень дорого и плохо масштабируется, т.к. для производства аккумуляторов нужны дефицитные материалы, тот же литий, запасы которого ограниченны. Для большой энергетики это вообще не вариант.

Расскажите это немцам, может они поверят. 

На субсидии любой чушью можно заниматься. Правда правильнее такую деятельность назвать освоением бюджета, а не производством энергии. Для морских ветряков там капитальные затраты в диапазоне 2800 - 4500 евро/кВт номинала, годовое обслуживание - 100-120 евро на киловатт номинала в год, КИУМ в среднем за 5лет получается 25,5%.  По экономке это ни в какие ворота не лезет. Но если партия сказала строить коммунизм производить зелёную энергию, значит...

Важен смысл, а он состоит в том что:

Не, самая интересная там фраза:

Так, в Великобритании, где подобные субсидии для домохозяйств, устанавливающих солнечные батареи, снизились на 65%, количество установок резко упало — на 81%.

Исчерпывающе объясняющая экономику этого дела.

[AlexAV]

А что скажете за накопительные водохранилища?

ГАЭС - не плохое решение, но с ограниченным потенциалом в связи с тем, что подходящих структур рельефа не так много. Но когда такая возможность есть - это вполне разумно.

[AlexAV]

Мало мест, где есть перепады высот от 100 м и выше?

Вам же не просто перепад (а такие перепады есть только в горах, т.е. далеко не везде) нужен, а структура, где можно создать водохранилище большого объёма, т.е. котловина или ущелье. Кроме того вода должна быть в достаточных количествах (в районах, где испаряемость больше осадков, структура может быть, а вот воды для неё не очень). Ну и потребитель должен быть рядом. Скажем понятно, что на Чукотке и вода есть и структур достаточно, вот только толку с этого. Если все условия совместить, то уже не так много и очень не везде.

[AlexAV]

Наверху сильно большого водохранилища обычно и не надо

Но ведь ёмкость этого верхнего водохранилища как раз и определяет энергетическую ёмкость ГАЭС (вместе с перепадом высок конечно). Если ёмкость будет маленькой - то и энергии она накопит немного.

[AlexAV]

А вот вообще график роста цены в зависимости от вида топлива ..
(кликните для показа/скрытия)

А теперь посмотрите реальный тариф в Южной Австралии, где как раз понатыкали массу этих ВИЭ. 31 ц/кВтч без налогов (https://www.agl.com.au/-/media/AGL/Residential/Documents/Regulatory/2017/2017-MY-PCP---AGL-SA-elec-website-pricing_final_080617.pdf?la=en&hash=030236606CDF86F4728D451350C5076C518C5BA6). Вот это и есть реальная стоимость нестабильной генерации. Цена энергии - это то сколько за неё платит конечный потребитель, всё остальное - не цена, а некие промежуточные цифры иногда имеющие технологический смысл, иногда вообще рисованные.

Ну и сравните с тарифом в своём регионе, где СЭС ещё не натыкали.

Ну а дальше думайте имеют ли какой-то смысл цифры на том графике, или нет.

[AlexAV]

Среднегодовые скорости ветра по всей Земле (за 2009 год):

Кстати мелкомасштабная карта по ветру вещь очень малоинформативная.  В отличие от солнца ветер о-очень изменчив в локальном масштабе. Вот скажем в Воронежской области в Каменной степи среднегодовая скорость ветра - 5,6 м/с. И там ветропарк смотретрится бы очень даже к месту. А всего в 60 километрах в Калаче только 2 м/с и ставить там ветряки полная чушь. И вот таких хороших точек на самом деле не очень много, хотя они конечно есть.