Долгосрочные перспективы ресурсного обеспечения технически развитой цивилизации

[AlexAV]

Есть кадмий.Его тоже не очень много.Но теллурид-кадмиевые элементы по умолчанию тонкопленочные.

Тут главной проблемой будет даже не кадмий, а теллур. Кларк теллура почти в 10 раз меньше кларка серебра и соизмерим с кларком золота. Кроме того он практически не образует собственных минералов. Закончится сульфидное сырьё - закончится и теллур (а вместе с ним селен, индий и ещё ряд элементов), причём закончится совсем. Пытаться его извлекать из подмосковного суглинка - дело заведомо безнадёжное.

Так что нет, это в долгосрочном плане проблему не решает.

[AlexAV]

Гм, есть же возможность не то что алюминием, даже кальцием сетку делают. Да, пока серебро дешёвое, это не очень интересно, но такие проекты есть.

Ну про попытки использовать кальций нигде не читал, но тут будет очевидная проблема - коррозия. Металлический кальций довольно быстро окисляется в присутствии кислорода и воды (для промышленных элементов обеспечить 100% герметичность достаточно сложно, поэтому устойчивость к коррозии здесь тоже важный фактор).

[AlexAV]

Пока есть газ, сланцевый газ и метаногидриты.

Каким боком Вы сюда метангидраты записали. Для них нет никакой вменяемой технологии добычи.

Китайцам скажите это.. тут этот вопрос обсуждался уже про его добычу.
Что они фантасты...

Ага, а Вы на дебеты которые у них получились посмотрите. Их результаты скорее уж свидетельствуют о технической невозможности добычи газа из метангидратов.

Economist Intelligence Unit - выработка электроэнергии из угля в странах Европы постепенно снижается и сократилось в 2015 году по сравнению

Там в чистом виде идеологические мотивы к экономической стороне отношения не имеющие.

[AlexAV]

Про литий уже и АКБ уже просто оскомина набита.. АКБ в грид системах не нужны как и аккумуляция.  От слова - вообще. Нужны резервные мощности и это скорее всего газопоршневые ТЭС. Интересный диспут говорят литий и АКБ не НАДО, ответ -  а вот лития мало)).

В этом случае доля СЭС в сети принципиально не может быть более ~10%-20% в зависимости от региона (далее пойдёт очень сильная потеря КИУМ СЭС). Причём всё оставшееся (не считая ГЭС) - должен быть именно газ, причём в основном в виде газопоршневых машин и ГТУ со сравнительно низким для газа КПД, процентов 40. Наиболее эффективные ПГУ с бинарным циклом с такими соседями нормально работать не будут (а у них КПД процентов 60).

Какое-то в общем очень сомнительное достижение получается. Построили кучу дорогих СЭС, в результате из-за падения КПД тепловой генерации, которое не покрывается снижением потребления тепловых киловаттов, потратили ещё больше газа, чем если бы никаких СЭС не строили и стали ещё больше зависеть от достаточно дефицитного газа. И какой в этом смысл? Выполнить ритуал борьбы с глобальным потеплением (или карго-культа "приобщения к цивилизации")? А другого не видно, т.к. никаких рациональных мотивов ставить сетевых СЭС без аккумуляции более разницы летним дневным пиком и ночным минимумом (для России это скажем около 20 ГВТ, при этом они дадут совсем небольшой вклад в общее производство энергии, не более нескольких процентов) - просто нет.

А насчет серебра - есть фраза известная многом - а кто безгрешен пусть кинет камень.. так что для иных видов генерации серебро и редкоземы не нужны в принципе?

Не самом деле есть. ГЭС например (медь в обмотках можно заменить алюминием).

Но тут существеннее другое. Весьма глупо решать проблему недостатка углеводородного сырья переходя на способ производства энергии, требующего сырьё, которое истощится ещё раньше этих самых углеводородов.  В этом нет никакого смысла.

[AlexAV]

Сланца конечно же нет. В Польшу и Прибалтику танкеры на терминалы с LPG не приходят.. с США.
Совпадение правда?

А теперь посмотрите на добычу и потребление газа в США. В 2016 году они добывали 749,2 млрд.м3, а потребляли 778,6 млрд.м., т.е. там добыча сейчас даже внутреннего потребления не покрывает, США - нетто импортёр газа.

Вообще запасы газа  низкопроницаемых коллекторов в США оказались не очень велики и сейчас это можно говорить достаточно уверенно. Из 9 имеющихся формаций там 6 прошли пик добычи и сейчас уже достаточно сильно истощены. Типичный пример - формация Barnett:

http://www.rrc.state.tx.us/media/22204/barnettshale_totalnaturalgas_day.pdf

Скорее уж стоит говорить, что там допустили существенную ошибку в планирование (похожую на ту, которая получилась у нас на Камчатке, где построили газовую инфраструктуру, а газа для неё не оказалось ). Поверили в собственную рекламу о неисчерпаемых запасах газа, стали переводить всё и вся на него, стали строить инфраструктуру для экспорта, а газа для всего этого стал заканчиваться явно не ожидаемыми исходно темпами. В результате сейчас потребление газа растёт явно опережающими темпами по сравнению с добычей. О каком сколько-нибудь масштабном экспорте речь?

[AlexAV]

аки очистки выбросов от серы и аммония ещё не создали

Очистку дымовых газов от серы и оксидов азота давно уже создали и достаточно широко применяют (вот небольшой обзор по соответствующим методам: http://lib42.ru/ebk-storage/1991__sovremennie.pdf). Какой-то совсем уж нерешаемой проблемой это не является.

Большая часть летучих тяжёлых металлов остаётся в золе золоуловителей и в атмосферу тоже не попадают. Кстати для некоторых сортов углей зола уноса может быть источником некоторых редких элементов (германий от туда извлекают, ещё некоторые элементы там накапливаются и технически могут быть извлечены, тот же кадмий, селен и некоторые другие).

[AlexAV]

Вообще-то в этом году США таки стали нетто-экспортёром газа, правда в совсем ничтожных объёмах

https://www.eia.gov/dnav/ng/hist/n9180us1m.htm

Гм... Из данных BP получается другое. Хотя разбираться ошибка здесь конечно не очень интересно, в любом случае речь о небольших объёмах. Т.е. основного, того что лишнего газа там нет, это не меняет.

Запасов вроде хватает на 100-110 лет потребления при нынешних объёмах.

Не перечислите геологические структуры, где они лежат? Нет там никаких запасов на 100 лет. Есть довольно хищническая разработка нескольких формаций с весьма ограниченными запасами, которая и создала иллюзию неограниченных запасов.

[AlexAV]

возобновляемой генерации (типа, 10% выработки энергии, но с дикими пиками).

Откуда малая, если полгода СЭС вообще не работает, принципиально? Сколько СЭС даёт электричества ночью?

[AlexAV]

Cолнце на самом деле светит постоянно. Надо строить мощные глобальные сети передачи, и, я думаю, такие когда-то будут построены.

На чём Вы сразу же обанкротитесь. Передача электроэнергии удовольствие не такое уж дешёвое, собственно уже в сегодняшнем тарифе доля сетевого сбора пожалуй больше стоимости генерации. А тут вообще какое-то невменяемое количество проводов потребуется.

Подумайте почему когда потребовалась дополнительная энергия на черноморском побережье стали строить новые ТЭС рядом, а не новые ГЭС на дальнем востоке, хотя потенциал для строительства последних есть, а цена генерируемой ГЭС энергии на шине электростанции ниже, чем ТЭС.

[AlexAV]

Мне повторять пост про моделирование энергосистемы на возобновляемых источниках?

Где Вы натыкали ВЭС столько, сколько при масштабирование их текущего размещения их не помещается в принципе? У ВЭС в некоторых регионов действительно лучшие статистические характеристики генерации, чем у СЭС, проблема в том что их колличество, которое можно разместить там весьма конечно.

Напомню, у меня там получилось что 70%

С тотальным доминирование ВЭС причём с совершенно неадекватным их колличеством. Ресурсы ветра совсем не безграничны, что почему то игнорируется. Опять же 30% с КПД 40% = 45% с КПД 60%. Т.е. даже в этом заведомо нереалистичном варианте экономия всего в 2 раза по сравнению с просто использованием ПГУ.

[AlexAV]

Перейдем на алюминий, это снизит эффективность не более чем на одну десятую

Уже бы перешли если бы это было возможно, но это физически невозможно. Алюминий диффундирует в кремний и является примесью p-типа. На той стороне солнечной батареи где требуется высокая концентрация дырок - это даже хорошо (и там его как раз и используют), а на противоположной, где концентрация такой примеси должна быть мала - он вообще не годится. Т.е. если на верхней стороне сделать металлизацию того же материала, что и на нижней, т.е. алюминия, солнечная батарея вообще никакой энергии не даст.

P.S. Собственно вот структура совремнной кремниевой солнечной батареи:

[AlexAV]

Запасов вроде хватает на 100-110 лет

Ещё на счёт 100 лет. Вот скажем возьмём одну из формаций Eagle Ford. Её площадь около 20 тыс. кв. миль = 51,8 тыс. км2, при этом естественно не вся эта площадь продуктивная. А вот замечательное видио как она разбиривалась в течение последних 10 лет: https://eaglefordshale.com/

https://www.youtube.com/embed/sOTYV_bYLD4

За это время там нарубили более 11 тыс. скважин на нефть и почти 6 тыс. скважин на газ (можно оценить скорость процесса, действительно впечатляет).

Кто-то в здравом рассудке может верить, что в таком темпе можно продолжать ещё сто лет? Там ведь уже сейчас по сути почти всё разбурено с почти максимальной осмысленной плотностью, а всего 10 лет прошло...

[AlexAV]

Предположение о том что потенциал ветроэнергетики (на том же примере Германии) близок к исчерпания совершенно смехотворно и я не могу всерьез говорить об этом. Ни в одном из вариантов моей модели её не выходило более чем в 4 раза больше нынешнего количества (220 ГВт против имеющихся 55), а двухкратный рост можно получить только путём repowering, когда уже имеющаяся ветроферма заменяет старые ветряки мощностью около 1.5 МВт на новые 7.5 МВтные с некоторым уменьшением их количества, примеры этого уже есть и процесс пошёл, как говорил Горби. Ну, и ещё вдвое больше можно получить за счёт offshore wind, у которого КИУМ (и стабильность кстати как средствие) намного выше чем у обычного, т.е. 110 ГВт обычного ветра за счёт repowering + 55 офшорного (это уже при том что сейчас лицензировано участков на 40 ГВт и ни о каком исчерпании потенциала и речи нет - берут то что легче всего взять, вблизи берегов, там где кабели поближе лежат, нет никакого судоходства и не надо ничем жертвовать).

Площадь, которая должна приходиться на один ветрогенератор пропорциональна площади ротора. При замене маломощной установки на установку высокой мощности будет одновременно снижаться и максимальная допустимая плотность их установки. Поэтому так напрямую пересчитывать нельзя, нужно учитывать это снижение допустимой плотности размещения.

Минимальная площадь приходящаяся на один генератор и исключающая их взаимовлияние - 200 квадратов диаметров ротора. И для 7,5МВт ветрогенератора она больше, чем для 1,5 МВт (поскольку у него дипметр ротора попросту больше). А это определяет (при диаметре 127 м, типичном для 7,5 МВт ветрогенераторов, в среднем 3,2 км2 на установку), что площади приморских районов (где хоть ветер есть) для размещения 220 ГВт - физически недостаточно.

[AlexAV]

Кому не нравится моя модель - ищите ошибку в коде

Проблема не в коде, а в нереалистичности требуемых параметров и полном игнорирование вопросов экономики. Т.е. без оценок стоимости энергии в такой системе (с учётом всех как генерации, так и стоимости сетей распределения) - её ценность не слишком велика.

Если же начинать закладывать параметры, которых не может получится в принципе - ещё меньше.

[AlexAV]

потенциал ветроэнергетики (на том же примере Германии) близок к исчерпания совершенно смехотворно и я не могу всерьез говорить об этом.

Совершенно не смешно. Оценки предельной плотности размещения, когда ветряки начинают снижать скорость ветра в регионе есть, скажем http://www.pnas.org/content/109/39/15679 (оттуда эти 200 квадратов диаметров ротора и взялись). И эти оценки, если их сравнить с площадями районов где хоть какой-то ветер есть - дают однозначные выводы.

[AlexAV]

Тем не менее, на практике в прошлом году в Германии заменены ветряки в ветропарках общей мощностью 366 мегаватт, полученная новая мощность 679, рост в 1.85 раза.

Ни о чём это не говорит без указания, где конкретно произошла замена. Если в точках, где их плотность размещения низкая - тогда так и бкдет, но из этого никак не следует, что везде так.

новые прослужат лет 50.

Не соответствует действительности. Реальный срок службы ветрогенераторов около 20 лет и независит от поколения (https://www.diva-portal.org/smash/get/diva2:873368/FULLTEXT01.pdf).

А по выработке - примерно вдвое т.к. новые ветряки выше.

Сомнительное утверждение, т.к. обычно более мощные ветряки выходят на номинал при большей скорости ветра. Ну и главное в Германии КИУМ ветрогенераторов за последние 20 лет вообще почти не поменялся. Нет никакого его заметного роста по крайней мере в среднем.

[AlexAV]

Кстати сам тезис, что новые ветряки в среднем мощнее старых - ложен и не соответствует реальности. Вот данные по числу имеющихся установок и ежегодно вводимой новой мощности ВЭС в Германии: https://www.wind-energie.de/en/infocenter/statistiken/deutschland/number-wind-turbines-germany

Из этих данных несложно посчитать среднюю установленную мощность новой установки по годам (см. приложенный файл). Начиная с 2010 года на нём никакого роста нет. Средняя мощность нового ветрогенератора практически не уходит из диапазона 1 - 1,5 МВт (где видимо находится экономический оптимум, больше - не всегда лучше ). Собственно даже с 2000 года особого роста нет. В 2000 году средняя мощность одного нового ветрогенератора - 1МВт, а в 2016 - 1,3 МВт.

Так что рассуждения о том, что единичного генератора растёт в бесконечность (хотя для потенциала генерации это и несущественно) - просто не относятся к нашей реальности.

[AlexAV]

Не вижу где там число ветряков-то?

Точки на линии - число ветрогенераторов, действующих на данный год.

Одна величина в мегаваттах и вторая в мегаваттах.

Cumulative - не в мегаваттах, к ниму относится правая шкала, где не про какие мегаватты не говорится. Ну и кроме того подпись внизу:

At the end of 2016, 27,270 wind turbines had been installed in Germany

Явно говорит о смысле этой цифры (27270 - цифра соответствующая графику сumulative за 2016 год).

[AlexAV]

Кстати сам тезис, что новые ветряки в среднем мощнее старых - ложен и не соответствует реальности. Вот данные по числу имеющихся установок и ежегодно вводимой новой мощности ВЭС в Германии: https://www.wind-energie.de/en/infocenter/statistiken/deutschland/number-wind-turbines-germany

Посмотрел внимательнее - по ссылке действительно какие-то ошибки с цифрами. То что указано в мегаваттах никак новой установленной мощностью в мегаваттах быть не может, просто цифра с другими источниками не совпадает. Поискал что-то более достоверное, собственно вот (http://www.windguard.com/_Resources/Persistent/85b5b9813fa5a3cc27e03ed089a7dba68783a939/Factsheet-Status-Land-Based-Wind-Energy-Development-Germany-2016.pdf):



Т.е. рост мощности у новых ветряков всё же есть, хотя начиная с 2011 года не сказать, что какой-то сильный, кривая явно приближается в насыщению.

Прощу прощение, за предоставление недостоверной информации.

[AlexAV]

Поискал что-то более достоверное, собственно вот

И ещё из того же источника интересная технологическая информация, существенная в контексте возможной плотности размещения. Средний диаметр ротора  - 109 м (именно эта величина, а не номинальная мощность генератора влияет на это), при средней мощности 2848 кВт. При лимите 200D² получаем 1,2 МВт(номинала)/км2.