Долгосрочные перспективы ресурсного обеспечения технически развитой цивилизации

[AlexAV]

Батарейки дешевеют и набираются ресурса.

Батарейки требует не возобновляемых ресурсов. Лития, фтора, меди и т.д. По мере их исчерпания они будут становиться экономически недоступными. Собственно мировые запасы лития заведомо не позволяют использовать литиевые аккумуляторы для балансировки сетей как основное решения, попросту лития в мире для этого не хватит.

Так же никто ГЭС те же запрещать не будет

Потенциал ГЭС банально очень мал по сравнению с современными потребностями индустриальной цивилизации в энергии. Они и 10-15% этой потребности не покроют.

У Германии вполне есть выход к Северном Морю.

И даже не смотря на это стоимость электроэнергии для конечного потребителя там от этого источника получаются в 4 раза выше энергии биотоплива (можно предположить, что и реальные EROEI соотносятся также, при том что EROEI растительного масла точно не очень большой, едва ли больше 4 - 6).

При этом, обратите внимание, мы сравниваем одно из лучших мест на планете для производства ветровой энергии (берег Балтики и Северного моря) с довольно средненьким для производства биотоплива (Краснодарский край - не худшее место для производства с/х продукции, но это и далеко не влажные тропики с двумя урожаями в год). Причём и культура выбрана далеко не самая производительная по выходу энергии с гектара. Подсолнечнику по приросту биомассы - далеко, скажем, до мискантуса.

[AlexAV]

то не менее половина цены - самые разнообразные налоги на всей стадии передачи.

Нет, не налоги, а себестоимость передачи энергии по электрораспределительным сетям. Доставка электроэнергии до мелкого потребителя вообще это довольно дорогое удовольствие.

P.S. На графике выше легенду не скопировал. А без нее ничего не понятно, что на графике нарисовано. Исправил.

[AlexAV]

Хотите сказать, что не только генерация,но и распределение В Германии стоит в разы дороже чем в других странах? При их та плотности населения.

В Германии структура стоимости энергии для конечного потребления (по 2013 году, но не думаю, что она изменилась) следующая:

Собственно стоимость энергии и её передачи: 49.6%
Отчисления на ВИЭ: 19.7%
Налоги (НДС+налог на электроэнергию): 23.2%
Прочее: 7.5%

Отчисления на ВИЭ - это по сути часть себестоимости вздымаемая не рыночным способом. Т.е. рассматривать её как просто налоговую нагрузку нельзя. Соответственно часть себестоимости энергии без налогов в розетках потребителей собственно стоимость энергии и её передачи + отчисления на ВИЭ = 69.3% стоимости энергии. Т.е. подавляющая её часть. Чисто не целевых налогов только 23.2%.

Кстати, помимо стоимости доставки электроэнергии до мелкого потребителя, стоимость 15-20 евроцента/кВт*ч не включает  выплаты на ВИЭ, которые взимаются отдельно. Но эти выплаты по сути являются частью себестоимости производства энергии, поэтому корректно добавлять их к оптовой цене.

[AlexAV]

Если в качестве биотоплива использовать продукты переработки органики (этанол, масло, биогаз), то весь азот остается в связанной форме и практически полностью может быть возвращен в земли с органическими удобрениями. Калий, фосфор и другие биоэлементы тоже

Да, при этом выноса азота (и тем более других биогенов) с биотопливом происходить практически не будет. Естественно, в том случае, если отходы этого производства (жмых, остатки браги и т.д.) будут обратно запахиваться в землю.

При производстве этанола потерь биогенов не будет вообще. При производстве биогаза какие-то потери могут быть (из-за примеси аммиака в образующемся газе), но с этим можно эффективно бороться (отделить метан от аммиака - задача не сложная, скажем пропуская его через колонку с кислотным поглотителем, который будет отделять аммиак практически количественно). С маслом небольшие потери будут, но довольно незначительный (обычно масло содержит менее 0.1% азота, что даёт потери менее 1 кг азота на тонну получаемого масла).

Но необходимости азотных удобрений это не отменяет. Как минимум нужно компенсировать потери азота почвой из-за вымывания и денитрификации.

Масштаб потерь азота из-за вымывания описывается следующими цифрами:



(таблица из книги Пироговская Г.В. Поступление, потери элементов питания растений в системе «атмосферные осадки – почва – удобрение – растение»)

Т.е. составляет типичную величину в диапазоне 20 - 40 кг/га.

Типичный масштаб потерь азота из-за денитрификации - около 13 кг/га в год (https://www.publish.csiro.au/sr/sr99009).

Т.е. в отсутствии выноса азота с производимым продуктом 100 кг/га азота - конечно явно избыточное требование. Но вот ~30 - 50 кг/га для компенсации потери азота почвой из-за вымывания и денитрификации всё равно будет нужно.   

[AlexAV]

В одной пенсионеры замерзли насмерть

А... Это Вы про Британию. 

https://newizv.ru/news/world/26-12-2018/toplivnaya-nischeta-pochemu-v-anglii-umirayut-ot-holoda

Ну в этом году там должно быть особо велело. Цена на газ предрасполагает. 

[AlexAV]

Кстати, раз мы уж заговорили об отоплении, не напомните, каковы перспективы у атомных электроцентралей? Насколько там сильно упадет КПД/EROEI. Ну хотя бы по классическим ВВЭР-реакторам, ибо БН у нас в штучных экземплярах, полагаю по ним расчетов нет на эту тему.

Чисто в части технической сложности - атомное отопление это на много проще и дешевле, чем атомная электроэнергия. Попросту если мы уменьшаем температуру (и соответственно давление) производимого реактором пара, то это резко упрощает материаловедческие вопросы. Скажем, при температуре теплоносителя <200 градусов довольно дорогие циркониевые сплавы можно заменить на сплавы системы алюминий-магний, обладающие низким сечением захвата нейтронов и вполне удовлетворительной коррозионной стойкостью к воде в этих условиях (однако, при температуре теплоносителя выше 200 градусов алюминиевые сплавы мало применимы из-за катастрофического роста скорости язвенной коррозии)). 200 градусов слишком мало для эффективного производства электроэнергии, но вполне достаточно для отопления. Кроме того, при относительно низкой температуре теплоносителя его давление также будет сравнительно низким, что позволяет уменьшить массу конструкционного материала в АЗ и, соответственно, паразитный захват нейтронов в ней. Это является очень хорошей предпосылкой к использованию  в этой области тория.

Основная проблема в использовании ядерного отопления не техническая, а бюрократическая. Существующие требования ядерной безопасности требуют строительства реактора на достаточно большом расстояние от населенного пункта (в радиусе 25 км от реактора средняя плотность населения по существующим требованиям не должна превышать 100 чел/км2, что затрудняет размещение реактора ближе 25 км от крупных городов). А транспортировка тепла на большие расстояния связана с существенными техническими сложностями. Если это требование убрать - реактор является исключительно эффективным источником тепловой энергии, на самом деле куда более эффективным, чем электрической (ядерная энергия конвертируется в тепло с эффективностью лишь около 30%, а вот эффективность производства тепловой энергии у него будет близка к 100%, т.е. EROEI ядерного отопления в теории может быть в 3 раза выше EROEI  ядерного электричества, которое на самом деле тоже не такое уж малое). 

P.S. Кстати, ядерная энергетика очень хорошо в теории может взаимодополняемость биотопливную. Дело в том, что при производстве биотоплива из сельскохозяйственного сырья довольно большие затраты относительно низкопотенциального тепла (т.е. пара с температурой 120 градусов для стерилизации сырья, питания ректификационных колонок и других подобных нужд). А ядерный реактор (особенно если говорить о тории), пожалуй, наиболее эффективен как раз для генерации такого относительно низкопотенциального тепла. Производство высокопотенциального тепла, достаточного для производства электричества, требует куда более дефицитных и дорогостоящих материалов (скажем, цирконий-ниобиевые сплавы вместо алюминий-магниевых) и сопряжено с куда большей массой конструкционного материала в АЗ, и соответственно паразитным поглощением нейтронов, чем производство низкопотенциального малопригодного для производства электроэнергии, но вполне подходящего для отопления, стерилизации растительной массы или питания ректификационной колонки. Особенно если речь идёт о ториевом цикле очень чувствительном к паразитным потерям нейтронов в реакторе.

[AlexAV]

Возможно будет получить КВ в районе 1 и более?

Судя по опубликованным расчётам

https://www.researchgate.net/publication/267330364_Actinide_closed_water_cooled_thorium_breeder_reactor
https://www.researchgate.net/publication/267330415_All_Heavy_Metals_Closed-Cycle_Analysis_on_Water-Cooled_Reactors_of_Uranium_and_Thorium_Fuel_Cycle_Systems
 
при использовании в первом контуре тяжеловодного теплоносителя это вполне возможно.

[AlexAV]

Может подойти только реактор с естественной безопасностью для которого авария с разрушением активной зоны реактора не возможна впринцыпе...

Водо-водяной и, уж тем более тяжеловодный, реактор с низкой плотностью мощности и естественной циркуляцией теплоносителя (вроде АСТ-500) - вещь весьма надежная. Там просто ломаться нечему. Температурные, мощностные и пустотные коэффициенты в правильно спроектированном реакторе должны быть отрицательны, что делает реактивностную аварию физически невозможной (особенно это касается тяжеловодных реакторов, где ещё и среднее время жизни поколения нейтронов довольно большое из-за чего изменения мощности реактора при введение дополнительной реактивности происходит сравнительно медленно). Циркуляционного насоса  первого контура нет, циркуляция теплоносителя там происходит исключительно в результате естественной конвекции. Соответственно, авария связанная с поломкой или потерей питания главного циркуляционного насоса исключена за отсутствием этого насоса (вот в этом пункте имеется существенное отличие в части безопасности у реактора с малой плотностью мощности, вроде АСТ-500, и большой, вроде ВВЭР/PWR, во втором случае без принудительной циркуляции теплоносителя в первом контуре обойтись нельзя и, соответственно, поломка или потеря питания главных циркуляционных насосов является довольно неприятной ситуацией). Если ещё система аварийного расхолаживания сделана правильно (также работающей в режиме естественной циркуляции без электрических насосов, и, кроме того, приводимой в действие не электрическим, а механическим приводом (скажем по превышению давления в первом контуре максимальной допустимой отметки за счёт энергии пара генерируемого теплом первого контура) для исключения ситуации, что система система аварийного расхолаживания не включилась из-за отсутствия электричества), то как на таком реакторе можно устроить катастрофу со значительным выходом активности в окружающую среду вообще не понятно.

А там всего лишь произошел длительный блэкаут + поломка дизель генераторов...

Главная причина - очень существенная ошибка при проектировании реактора. Там система аварийного расхолаживания реактора IC приводилась в действие электрической арматурой, которая без внешнего питания не работала. Из-за чего эта система IC сразу после аварийной остановки реактора включена не была и реактор остался вообще без охлаждения (причём операторы, судя по всему, несколько часов не знали, что система аварийного охлаждения не работает). Все дальнейшие события - следствие этой конструкционной ошибки (включение системы аварийного охлаждения от внешнего электрического питание зависеть не должно).

По приведенной ранее ссылке видно, что атомная станция теплоснабжения  это объект внутри города ...

В общем так и должно быть. Транспортировать  тепло на большие расстояние сложно и сопряжено с большими потерями, поэтому АСТ должна располагаться по сути в черте или даже внутри города. Воронежская АСТ проектировалась в 1978 году (а строительство началось в 1983), когда нормы безопасности были мягче и это позволяли. После 1986 (т.е. Чернобыльской аварии) их очень сильно ужесточили.

[AlexAV]

Возможно будет получить КВ в районе 1 и более?

Тут правда есть три момента.

1) Запас по КВ (т.е. превышение КВ единицы) у ториевого реактора всегда получается довольно мал. Картинка КВ от выгорания для реактора с плотной решёткой выглядит приблизительно так:



Т.е. при более-менее приемлемом выгорании 20-30 МВт сутки/кг он составляет несколько сотых долей. Соответственно, чтобы эту возможность реализовать нужно добиваться очень низкого уровня паразитного поглощения и утечки нейтронов в АЗ. Т.е. объём конструкционных материалов в АЗ должен быть минимален.

Следствием из пункта (1) ещё является то, что ториевый реактор в самом лучшем случае будет работать практически в режиме "самоеда", т.е. практически не будет давать расширенного воспроизводства делящихся изотопов. Уже работающий реактор будет потреблять в процессе своей работы только торий, но вот новые запускать скорее всего придётся на природном U-235 (либо U-233 наработанном на реакторах другой системы, т.е. в бланкетах уран-плутониевых бредиров у которых с КВ получше или гибридными реакторами, если такие удастся создать технически).

2) Оптимален для работы с торием - тяжеловодный реактор с очень плотной решёткой.




Точнее есть две области соотношений топливо/тяжелая вода, где можно получить КВ>1.

Первая - область очень плотных решеток. С водотопливным соотношением меньше 2. В этой области можно получить относительно большие значения величины выгорания топлива (при сохранении КВ>1), но плотные решётки создают определенные сложности теплофизического характера. Тепло в этом случае из-за относительно малого объёма теплоносителя в АЗ отводить достаточно сложно и такая конфигурация требует существенного снижения плотности мощности по сравнению с существующими ВВЭР/PWR (в реакторах ВВЭР/PWR водотопливное отношение около 2, что для работы с торием слишком много, для него лучше ~1, но такие соотношения без существенного снижения плотности мощности едва ли получатся).

Вторая - область очень редких решеток. С водотопливным соотношением больше 20. Однако, в этой области можно получить лишь довольно небольшую глубину выгорания масштаба 10-12 МВт сутки/кг. Для работы в этой области скорее всего наилучшим образом подходят канальники типа CANDU (но с ещё более редкой решеткой). Корпусный реактор при таком соотношении топлива и воды получится слишком большим. Сделать такой корпусный реактор можно,  но только если использовать сварной корпус, собираемый на месте, а это практически автоматически будет ограничивать достижимое там давление и, соответственно, температуру теплоносителя первого контура уровнями пригодными для отопления и производства технологического пара, но не производства электроэнергии.

3) Большой период полураспада протактиния-233 ведет к тому, что требование получения КВ>1 тут накладывает довольно существенные ограничения на допустимую плотность мощности в таком реакторе.  Протактиния-233 имеет довольно большое сечение захвата нейтронов и если его стационарная концентрация в топливе будет слишком высока, то захват им нейтронов приводит не только к непроизводительной потере нейтронов, но и по сути непроизводительному превращению U-233 в малополезный U-234 (захват нейтронов Pa-233 происходит с незначительной вероятностью деления и образованием Pa-234, который распадается в U-234), из-за чего КВ начинает сильно снижаться (а запаса по нему и так нет). Ощутимое снижение КВ происходит уже при превышение плотности мощности 18 Вт/г топлива. Это существенно (где-то раза в 2-3) ниже типовой плотности мощности существующих энергетических реакторов (у ВВЭР что-то масштаба 40 Вт/г). Требование на низкую плотность мощности может до какой-то степени ослаблено, если реактор работает не непрерывно, а с остановками (во время остановок Pa-233 будет распадаться в U-233, что будет снижать потери делящихся из-за захвата нейтронов протактинием).

Итого. Чтобы ториевый реактор мог иметь КВ>1 этот реактор должен:
- иметь минимальную массу конструкционных материалов в АЗ, что легче всего добиться при невысоких температурах и давлениях в АЗ;
- работать при относительно малой плотности мощности;
- наличие сезонных остановок реактора будет благотворно влиять на воспроизводство делящихся (у уран-плутониевого бредира, кстати, наоборот, из-за образование хорошо делящегося, но относительно короткоживущего, Pu-241, который распадается в довольно бесполезный Am-241, чем выше плотность мощности и короче компания - тем выше КВ уран-плутониевого реактора).

Если для АЭС такой набор требований довольно плохо совместим с экономически-эффективной работай электростанции, то вот для АСТ с естественной циркуляцией он выглядит довольно естественно. Низкие параметры температуры и давления? АСТ высокие и не нужны. Низкая плотность мощности? При естественной циркуляции (без циркуляционных насосов) она и не может быть большой (проектное значение АСТ-500 около 10 Вт/г). Временные остановки для снятия отравления протактинием? Так сезонность работы - естественная часть функционирования АСТ. Т.е. применение тория именно в сфере отопления выглядит наиболее естественной для него областью, в наибольшей степени использующей сильные стороны этого топлива и в наименьшей страдающей от его недостатков. 

[AlexAV]

Главная проблема атомного реактора для отопления, что текущие меры безопасности предполагают экстренное отключение реактора при малейшем выходе за пределы оптимальных параметров. Одного дело электрический реактор погасили, ну и бог с ним.

Ну это стандартная проблема, возникающая при питании системы отопления от одного мощного источника тепла. Решается она также стандартно - строительством резервной котельной на жидком топливе или электричестве. Стоимость энергоносителей для резервной котельной тут практически не важна, работать она будет по несколько дней раз в несколько лет (и среднегодой расход ею энергоносителей будет так мал, что на общую стоимость энергии, даже при очень дорогих энергоносителях для резервной ТЭС, это практически сказываться не будет). Существенны скорее возможность быстрого запуска и невысокие капитальные затраты на строительство.

[AlexAV]

Тут методику расчёта нужно аккуратно изучать. Есть сильные подозрение, что или ЕРОИ биотоплива сильно занижен или ЕРОИ ВЭС (да и вообще любой возобновляемой электроэнергии) сильно завышен. Проблем тут вот в чём. Есть основание полагать, что ЕРОИ должен коррелировать с конечной стоимостью (этот критерий не всегда хорошо работает, но в качестве грубого ориентира его использовать в всё же можно).

Вообще пока удалось найти только одну статью затрат энергии, которая могла породить идею об исключительно низком EROEI биотоплива. Затраты энергии на разделение смеси спирт-вода. Из-за них производство спирта потребляет чрезвычайно большое количество тепловой энергии, чуть ли не равное энергии, содержащейся в производимом спирте.

Тут (http://www.sergey-osetrov.narod.ru/Projects/Expenseses_to_energy.htm) скажем приведено значение 60-65Гкал/дал, а это даёт 25-27 МДж/л спирта. Действительно EROEI спирта в этом случае получится около 1. Но тут два момента.

1) Это касается исключительно производства этанола. При производстве растительного масла или метана этих затрат просто нет. При производстве биотоплива через трацетатное или маслянокислое брожение они будут другими (и судя по всему радикально меньшими). Т.е. это не проблема биотоплива вообще, а проблема конкретного его вида.

2) А что представляют эти затраты энергии? Да по сути они почти полностью сводятся к затратам тепловой энергии технологического пара температурой 120 градусов (т.е. энергии очень низкокачественной). Если эту энергию не получать сжигая спирт (что действительно сделает деятельность по его производству обезьяньем бизнесом), а получать из некого источника, эффективно производящего низкопотенциальное тепло, но не очень эффективно электроэнергию, то в этом случае производства спирта будет исключительно эффективным способом превращения очень низкокачественной энергии (пар с температурой 120 градусов почти непригоден для получения электроэнергии) в высококачественную.

А теперь обратим внимание на следующее. КПД производства электроэнергии атомным реактором около 30%, а тепла около 100%. Т.е. один и тот же реактор даст в три раза больше энергии пригодной для производства спирта, чем электроэнергии. Более того, реактор единственная функция которого производство технологического пара 120 градусов радикально проще и дешевле, реактора, производящего пар 280 градусов, пригодного для получения электроэнергии. Т.е. атомная и биотопливная энергетика могут друг друга довольно эффективно дополнять, т.е. использование атомного тепла для производства биотоплива может быть более эффективным путём использования атомной энергии, чем производство электроэнергии.

Кстати солнечно-концентрационной энергетики это тоже касается. Солнечная установка производящая пар 120 градусов - будет радикально проще, чем служащая для производства электричества. Ну то что было сказано по соотношению КПД производства тепла и электричества про атомный реактор к солнечно-концентрационной установке тоже относится.

[AlexAV]

Какой еще ресурсный кризис, что у них закончилось?

Как минимум истощение легкодоступных россыпных месторождений олова являлось одним из важных факторов коллапса обществ бронзового века (см. скажем эту работу https://www.arcjournals.org/pdfs/ijrsa/v4-i3/1.pdf).

Опять же, для коллапса общества совсем не обязательно, чтобы ресурс был истощён полностью. Достаточным является просто рост трудозатрат на его добычу, что может вызывать существенный дисбаланс в взаимодействии обществ и элиты им управляющей, ведущий к краху общества (вот тут об этом https://hal.archives-ouvertes.fr/hal-02274889/document ).

[AlexAV]

Я ошибаюсь, или там таки говорится про проблемы с торговыми путями?

Нет, не о торговых путях, а именно об истощении приповерхностных залежей россыпного олова (и плюс к тому - дефицит топлива для выплавки меди и бронзы из-за чрезмерной вырубке лесов):

This is so because in order to produce bronze, UC people were using placer  tin  (either  obtained  directly  or  indirectly)  which  was  rapidly  exhausted  or  became  extremely scarce.  Furthermore,  the  production  of  bronze  required  huge  quantities  of  wood  and  charcoal  which led, after a few centuries, to the deforestation of much of the UC area and those areas from which it  obtained  copper  supplies.

Про торговлю там вообще ничего не говорится, отмечается только, что появление импорта олова из Корнуолла в период предшествующий коллапсу могло быть реакцией на истощение более географически близких источников олова (недостаточной в силу географической удаленности Корнуолла).

[AlexAV]

Леса они выжгли не для плавки и даже не для отопления.

Тут речь не о лесах вообще, а о лесах вблизи месторождений меди (достаточно близких, чтобы при доступных тогда способах транспорта топливо из них можно было бы доставить до месторождений).  И эти леса, судя по всему, именно вырубили под топливо на производство металла, а не козы съели или распахали. То что в сотне километров от месторождения (а ведь медные месторождения, хоть и более распространены, чем оловянные, но тоже есть не везде - это по сути, особенно на том уровне технологии, лишь небольшие избранные участки) оставалось сколько-угодно леса при этом не играло никакой роли, так как топливо оттуда в рамках возможностей бронзового века к месторождению просто невозможно было доставить.

Местные источники в принципе были не богаты, бронзовый мир Близкого Востока всегда зависел от поставок из вне.

А это на самом деле классика жанра. Пока были местные источники сырья - общество было довольно устойчивым. И какие-то локальные политические кризисы приводили лишь к ограниченным последствиям, влияющим на местные общины и мало угрожающим мир-системе в целом. Когда местные источники сырья были исчерпаны в рамках мир-системы потребовалось выстраивать сложную, довольно дорогостоящую и хрупкую как карточный домик систему международной торговли. Которая затем сложилась от каких-то не слишком значительных самих по себе причин.

Типичная последовательность. Истощение среды - ответ общества на это в виде ещё большего усложнения (экономической глобализацией, ростом глубины разделения труда, ростом бюрократического контроля и т.д.) - чрезмерно усложнившееся общество становится непомерно дорогим и очень хрупким - выстроенный карточный домик складывается из-за какой-то не слишком значимой самой по себе причины, выполняющей скорее роль последней соломинки, сломавшей спину верблюду.

Кстати, в описанном можно найти явные параллели с современностью. Экономическая глобализация и переход мир-системы к состоянию, когда потребности локальных сообществ не могут быть удовлетворены лишь их собственными усилиями, а необходима сложная система разделения труда и торговли в которую задействована мир-система в целом - явный признак превращения мир-системы в тот самый карточный домик, который готов сложиться от любой самой незначительной причины.

И, кстати, из этого же следует, что замещающий технологический уклад после коллапса современного глобализированного постиндустриального общества вынужден будет быть построен так, чтобы он был в принципе воспроизводим на уровне локальных сообществ и не требовал бы глобальной системы разделения труда и столь же глобальной сети международной торговли. И это требование тут является не менее существенным, чем его опора исключительно на возобновляемые или практически неисчерпаемые ресурсы.

[AlexAV]

Говорю вам, если у ветроэнергетики и есть будущее, то связано оно исключительно с гидроаккумулирующими станциями, воду в верхние бассейны которых закачиваются насосами, приводимыми в движение энергией ветра.

Соглашусь. Если заменить малооборотный генератор на гидравлический привод, то материалоёмкость тут можно очень сильно уменьшить. Ну и с помощью гидравлики передать энергию с ротора ветрогенератора на насос ГАЭС (если он находится не очень далеко от ветрогенератора, на сотни метров, единицы километров) вообще без промежуточного преобразования энергии в электричество. Плюс гидравлика очень хорошо работает на малых оборотов, что при прямом преобразовании энергии в электрическую представляет некоторую проблему (нужны либо сильные поля, а значит редкоземельные магниты, либо очень много обмоток, а это масса, объём и высокая металлоёмкость генератора). Ну и в части редких элементов гидравлика малотребовательна, так как в ней работает в не коррозийном гидравлическом масле там всё более-менее всё можно делать из углеродистой стали.

[AlexAV]

А откуда в России столько нефти и газа? А какой период они образовались? 

Большая часть наших запасов - это Западная Сибирь. В основном эти месторождения сформировались на основе морских мезозойских отложений (меловых и, в меньшей степени, юрских). В мезозое  там было теплое мелководное море, где накопилось большое количество отложений богатых органикой, которые и стали основой для формирования месторождений Западной Сибири.

[AlexAV]

Электроветрогенераторы не особенно отличаются от других электрогенераторов.
Если с медью будет абсолютно полный облом, всегда есть вариант алюминиевой обмотки, пусть и с некоторой потери технологичности.

Там проблемы не только с медью. Вот затраты ресурсов на строительство современного ветрогенератора (отсюда https://eitrawmaterials.eu/wp-content/uploads/2020/04/rms_for_wind_and_solar_published_v2.pdf):



Медь, РЗЭ и бор - это генератор. Тут действительно можно попробовать заменить на генератор с алюминиевыми обмотками и самоиндукцией. Такой генератор будет больше по объёму, тяжелее и при работе на малых оборотах с более низким КПД, но как-то работать будет (но, кстати, бесследно такая замена для ВЭС не пройдёт, рост массы генератора при той же мощности увеличивает нагрузку на башню, соответственно, материалоёмкость и стоимость самой башни также при этом сильно вырастет).

Но тут есть несколько более существенных позиций - это никель, хром и молибден. А это вообще-то высокопрочные и износостойкие стали. Без них ВЭС как-то работать конечно будет, но затраты на её обслуживание и ремонт вырастут просто катастрофически. Подшипник из высоколегированной стали и подшипник из обычной углеродистой стали имеют ну очень разный ресурс (не говоря уже о том, что снижение механической прочности используемых сплавов - это значит рост при той же мощности массы механики, рост нагрузки на башню, и опять, как следствие, рост её матереалоёмкости и стоимости). И требуется их много. Около 300 кг/МВт номинала никеля, около 500 кг/МВт номинала хрома и около 100 кг/МВт номинала молибдена. Учитывая средний КИУМ ветрогенераторов 24% (реальная цифра для Германии) это значит ~1.2 т никеля на реальный МВт среднегодовой генерации, 2 тонн хрома на реальный МВт среднегодовой генерации, 0.4 тонн молибдена на МВт среднегодовой генерации. Это очень много.

Т.е. на единицу реальной мощности ветрогенератора хрома, никеля и молибдена уходит больше, чем на ядерный реактор железа!  Т.е. просто из-за необходимости использования высококачественной стали для большого количества сильно механически-напряженных узлов ветроэнергетика также получается очень расточительно по редким элементам. А на сколько будет экономически оправдан ветрогенератор, где вся высококачественная легированная сталь заменена обыкновенной углеродистой - не очень очевидно. Т.е. понятно, что срок частота поломок и затраты на обслуживание при такой замене очень сильно возрастут, но не ясно будут ли эти возросшие затраты как-то совместимы с их экономически эффективным использованием или нет. По крайней мере очевидно, что ветрогенератор будущего (без редких элементов) будет на много сложнее и дороже в обслуживании и на много экономически менее эффективен, чем современный.

[AlexAV]

Тогда и атомные реакторы не построить

В части затрат редких элементов ветрогенератор раз в десять более затратен, чем ядерный реактор.

Вообще солнечная и ветровая энергетика в современном виде никак не решает проблему зависимости от невозобновляемых видов сырья. Так как очень расточительная по редким элементам, которые являются столь же конечным и исчерпаемым видом ресурсов, как и нефть с углём. Солнечные панели тут, судя по всему, вообще бесперспективны (как какую-то хоть к чему то пригодную панель со сколько-нибудь адекватной себестоимостью можно построить без редких элементов вообще не понятно). С ветрогенерацией - есть варианты, но эти варианты не имеют ничего общего с простым масштабированием ветроэнергетики в современном виде. Тут скорее всего по мере исчерпания ресурсов для производства высококачественной стали даже аэродинамическую схему придётся менять с горизонтальных на какие-то вертикальные (где из-за возможности крепления оси на два подшипниках требования на прочность материалов механизмов можно существенно снизить). Да и саму концепцию их использования в общей структуре производства энергии - тоже. 

[AlexAV]

А есть схожая табличка для энергоблока АЭС?

В красивом виде пока нигде не видел. Есть оценки общей металлоёмкости (скажем тут приведены некоторые цифры  https://www.elibrary.ru/item.asp?id=25810154 ) и если покопаться в техническом описании реакторов, то в общем понятно из чего этот металл состоит, но так чтобы кто-то аккуратно собрал данные по расходу отдельных металлов - пока не видел.

[AlexAV]

Значит и сравнить пока не получается.

Почему не получится? Если на реактор нужно металла всего 3.5 т/МВт (причём большая часть этого металла - железо, скажем типовая сталь, применяемая в реакторе ВВЭР - 15Х2НМФА, это 2% хрома, 1.5% никеля, 0.5% молибдена (https://stalmaximum.ru/stali-legirovannye/15kh2nmfa/) большая часть остального, т.е. более 94% - железо, т.е. на долю редких элементов от такой стали приходится менее 6% массы (из оставшихся 6%, которые не железо, нужно ещё вычесть углерод и кремний, которые к редким не относятся)), а на ветряк только никеля, хрома и молибдена - 3.6 тонн, то тут выводы и так абсолютно очевидны.

Ветрогенерация в современном виде - очень расточительный по невозобновляемым ресурсам способ производства энергии, требующий потребления редких элементов на единицу произведенной энергии где-то на порядок больше, чем атомная.