Долгосрочные перспективы ресурсного обеспечения технически развитой цивилизации

[AlexAV]

То есть, отказ от рения просто снизит КПД авиационных турбин? И видимо не слишком сильно, иначе рений бы хорошо потреблялся и за пределами авиации

Возврат к сплавам первого поколения (начиная со второго рений там обязательный компонент, и чем дальше - тем больше, в сплавах второго поколения около 2-3%, 6-го более 6%), где-то эпохи АИ-24? На самом деле на топливную эффективность это повлияет весьма сильного. Если сравнить удельный расход какого-нибудь старого АИ-24, где использовались сплавы попроще, и нового ТВ7-117, то расход топлива между ними сократился с 0,245 г/л.с. час  до 0,18 кг/л.с. час , т.е. в 1.4 раза. И это сокращение как раз в основном и достигается за счёт перехода на более жаростойкие сплавы в горячей части двигателя.

В общем выбрасываем рений - и сразу расход топлива авиацией вырастает раза в полтора.

Тут как я понимаю дело в увеличении степени двухконтурности.

Самая большая двухконтурность - у турбовинтового двигателя. Больше никаким гибридом не сделаешь (да и не нужно, так как это будет требовать снижение крейсерской скорости, а она и у турбовинтовых самолётов на нижней границе приемлемых значений для авиаперевозчиков).

В принципе использование  гибридного привода даёт большую свободу в компоновке самолета и позволят использовать решения малоприменимые для традиционных схем (например не тянущие винты, а толкающие, размещенные, скажем, на заднем оперении, толкающий винт эффективнее тянущего, но такая компоновка из-за проблем с центровкой самолёта при размещении винта прямо на двигателе малоприменима, а у гибрида эту проблему можно решить), но окупит ли это рост массы двигательной системы как-то не очевидно.

[MenFrame]

В общем выбрасываем рений - и сразу расход топлива авиацией вырастает раза в полтора.

Я так и не понял, в обычных газовых турбинах которые стоят на электростанциях, насосных станциях на газопроводах, СПГ заводах и СПГ танкеров...Рений применяют?

[AlexAV]

Я так и не понял, в обычных газовых турбинах которые стоят на электростанциях, насосных станциях на газопроводах, СПГ заводах и СПГ танкеров...Рений применяют?

Во всех современных газовых турбинах применяют. Просто авиационных производится больше всех.

[-Asket-]

Ну вот пишут, что повторная переработка турбин могла бы сократить потребление первичного рения на 50%

Since the late 1980s, the two most important uses of rhenium have been in high-temperature superalloys and in platinum-rhenium catalysts (fig. P2). The high-temperature alloys in which rhenium is used include several nickel-base superalloys that are used mainly in the manufacture of turbine blades for jet aircraft engines and in power-generation applications. The high-temperature properties of rhenium allow turbine engines to be designed with closer tolerances, thus enabling increased thrust and higher operating efficiency. Because the life cycle of turbine blades in jet engines is only about 10 years, significant quantities of used blades (which typically contain 3 percent rhenium, although some alloys contain 6 percent rhenium) are accumulating. Technology is continuing to be developed to allow recycling of these blades to recover the rhenium, which can then be used in the manufacture of new, second-generation blades. Recycling of rhenium from used turbine blades could potentially reduce the requirement for primary rhenium (that is, rhenium produced by mining rather than through recycling) by about 50 percent. Most rhenium recycling is currently performed in the United States and Germany.
https://pubs.er.usgs.gov/publication/pp1802P

Вот еще обзор способов переработки за этот год: Review of rhenium extraction and recycling technologies from primary and secondary resources

[MenFrame]

Во всех современных газовых турбинах применяют.

Ну не знаю. Вот тут обзор на материалы применяемые для изготовления лопаток турбин. Из Двадцати сплавов только один содержит рений.
При производстве новых двигателей (ПД-14, SaM146) наблюдается тенденция применения
прецизионных сложнопрофильных тонкостенных лопаток из титановых сплавов (ВТ6, ВТ8М) и жаропрочных сталей (ЭП-718, ЭИ-787) Тоже без рениевые.

[AlexAV]

прецизионных сложнопрофильных тонкостенных лопаток из титановых сплавов (ВТ6, ВТ8М) и жаропрочных сталей (ЭП-718, ЭИ-787) Тоже без рениевые.

Это сплавы исключительно для среднетемпературной части турбины. В горячей части их не используют. В турбине газ последовательно расширяется и охлаждается. И материалы лопаток первых ступений и ступений, когда газ уже существенно расширялся и остыл очень разные. ВТ6, ВТ8М, ЭП-718 и ЭИ-787 - это материалы среднетемпературной части, где газ уже остыл ниже где-то 600 градусов, в горячей части, где температура газа около 1200 градусов они вообще не пригодны. На наиболее горячей части турбин сейчас применяют практически исключительно рений-содержащие сплавы.

Вот обзор по современному состоянию материалов горячих частей турбин: https://cyberleninka.ru/article/n/monokristallicheskie-zharoprochnye-splavy-dlya-gazoturbinnyh-dvigateley

И вот составы реально используемых сплавов первой ступени (т.е. в самой горячей части турбины):



Безрениевые тут только доисторические сплавы первого поколения, которые использовали только где-то в турбинах 60-х годов. Все более современные в обязательном порядке содержат рений (а в сплавах последнего поколения появляются и другие интересные компоненты, вроде рутения, рост эффективности турбин за последние десятилетия он не бесплатный...).

Сплавы типа ЭП-718, ЭИ-787, ВТ6, ВТ8М в лопатках турбин действительно используют, но не в горячей, а в среднетемпературной части (титановые в области, где температура газа не выше 600 градусов, жаропрочные стали - не выше 750, в горячей части, где все ~1200 они полностью не пригодны). Тут не путайте. Для горячей части альтернативы никелевым сплавам (которые для достижения высоких показателей упрочняют рением, и он тут безальтернативен, т.е. другой лигатуры которая может обеспечить аналогичные показатели жаростойкости никелевых сплавов просто не существует в природе). 

[AlexAV]

(ПД-14, SaM146)

На первой и второй ступени турбины ПД-14 используется сплав ВЖМ4 и ВЖМ5 (https://www.google.ru/url?sa=t&rct=j&q=&esrc=s&source=web&cd=&cad=rja&uact=8&ved=2ahUKEwjjvMue3ZX0AhVq-SoKHY5ABVQ4FBAWegQIEhAB&url=http%3A%2F%2Fjournal.permsc.ru%2Findex.php%2Fpscj%2Farticle%2Fdownload%2FPSCJ2010n4p4%2F1293&usg=AOvVaw0-efsHSddY1jUFelldpUdB).

ВЖМ4 содержит 6% рения и 4% рутения, ВЖМ5 также рений и рутений содержащий сплав. Т.е.  материалы горячей части этого двигателя лежат в общем русле тенденций создание жаропрочных сплавов пятого-шестого поколения (т.е. повышения содержания в сплаве рения и добавка новой компоненты, ранее редко применявшейся, рутения). В среднетемпературоной части там используются титановые сплавы и жаропрочные стали, но в горячей именно рений-рутений содержащие монокристаллические сплавы на никелевой основе.

[sharp]

"Батарейки" - это конечно проекты будущего, сегодня они в промышленных масштабах используются только для мгновенного ответа. Но даже сейчас для традиционной энергетики, часто слабо маневренной в течении суток, используются ГАЭС, Кое-где и гигаватных масштабов.

Но для ВИЭ для тех же объёмов генерации потребуется в десятки раз больше аккумулирующих мощностей.

Батарейки тоже на гигаваты начали переходить. https://www.ixbt.com/news/2021/10/19/huawei-obojdjot-i-tesla-i-vseh-ostalnyh-kompanija-postroit-krupnejshee-v-mire-hranilishe-jenergii.html

Так 1200 МВт*ч это не так уж много - хватит, чтобы компенсировать часовую неактивность 1000 МВт электростанции.
А солнышко гарантированно не светит по 8-12 часов в сутки, а ещё бывает беспросветная облачность на неделю-другую. По ветру тоже случается длительный штиль. Поэтому на 1000 МВт СЭС/ВЭС хорошо бы иметь 100-200 ГВт*ч аккумуляции, чтобы гарантировать подачу энергии почти без блэкаутов.

[mbrane]

прецизионных сложнопрофильных тонкостенных лопаток из титановых сплавов (ВТ6, ВТ8М) и жаропрочных сталей (ЭП-718, ЭИ-787) Тоже без рениевые.

Это сплавы исключительно для среднетемпературной части турбины. В горячей части их не используют. В турбине газ последовательно расширяется и охлаждается. И материалы лопаток первых ступений и ступений, когда газ уже существенно расширялся и остыл очень разные. ВТ6, ВТ8М, ЭП-718 и ЭИ-787 - это материалы среднетемпературной части, где газ уже остыл ниже где-то 600 градусов, в горячей части, где температура газа около 1200 градусов они вообще не пригодны. На наиболее горячей части турбин сейчас применяют практически исключительно рений-содержащие сплавы.

Вот обзор по современному состоянию материалов горячих частей турбин: https://cyberleninka.ru/article/n/monokristallicheskie-zharoprochnye-splavy-dlya-gazoturbinnyh-dvigateley

И вот составы реально используемых сплавов первой ступени (т.е. в самой горячей части турбины):



Безрениевые тут только доисторические сплавы первого поколения, которые использовали только где-то в турбинах 60-х годов. Все более современные в обязательном порядке содержат рений (а в сплавах последнего поколения появляются и другие интересные компоненты, вроде рутения, рост эффективности турбин за последние десятилетия он не бесплатный...).

Сплавы типа ЭП-718, ЭИ-787, ВТ6, ВТ8М в лопатках турбин действительно используют, но не в горячей, а в среднетемпературной части (титановые в области, где температура газа не выше 600 градусов, жаропрочные стали - не выше 750, в горячей части, где все ~1200 они полностью не пригодны). Тут не путайте. Для горячей части альтернативы никелевым сплавам (которые для достижения высоких показателей упрочняют рением, и он тут безальтернативен, т.е. другой лигатуры которая может обеспечить аналогичные показатели жаростойкости никелевых сплавов просто не существует в природе).

Хрен с ним с рением ... а тантал с вольфрамом сто намного лучшую лбеспеченность имеютв других сплавах. да и кобальт тоже - нечетный элемент

[MenFrame]

Безрениевые тут только доисторические сплавы первого поколения,

Хотите сказать, что без рениевая лигатура с 60 годов совсем не продвинулась?

[BlackMokona]

Так 1200 МВт*ч это не так уж много - хватит, чтобы компенсировать часовую неактивность 1000 МВт электростанции.
А солнышко гарантированно не светит по 8-12 часов в сутки, а ещё бывает беспросветная облачность на неделю-другую. По ветру тоже случается длительный штиль. Поэтому на 1000 МВт СЭС/ВЭС хорошо бы иметь 100-200 ГВт*ч аккумуляции, чтобы гарантировать подачу энергии почти без блэкаутов.

Об этом тоже думают. Маск на батарейдэй заявлял что за гигафабриками придут терафабрики по производству батареек. Так как нужно производится тысячами гигаватт в год батареек для перехода.
Ну и вы резерв взяли совсем огромный. Всё же не везде облочка и отсутствия ветра одновременно и ноль. Есть перетоки и прочее

[николай теллалов]

солнышко гарантированно не светит по 8-12 часов в сутки

есть место, где круглосуточно светит, и облаков нет

без космоса не уцелеть

только вот в космос соваться с идиотскими штампами организации всех сфер своей жизнедеятельности - не получится

[AlexAV]

Хотите сказать, что без рениевая лигатура с 60 годов совсем не продвинулась?

Так рениевая лигатура от того и появилась, что возможности дальнейшего совершенствования сплавов системы Ni-Co-Cr-Ti-Mo-W-Nb-Ta-Hf без введения дополнительных компонент были полностью исчерпаны. То что рений - металл дорогой и дефицитный было известно исходно, за него взялись по сути от безысходности, так как другие пути дальнейшего совершенствования суперсплавов просто отсутствовали. Теперь (на 5-6 поколения сплавов) и потенциал введения только рения по сути исчерпан, поэтому схему лигатуры ещё усложняют введением рутения (хотя абсолютно всем понятно, что платиновый металл (рутений) - сырьё очень не дешевое и крайне дефицитное, такое обычно пытаются избегать, но тут никаких других путей дальнейшего улучшения газотурбинных двигателей просто не просматривается). 

Из новых перспективных жаропрочных систем в качестве альтернативы системе Ni-Co-Cr (с малыми легирующими компонентами, включая рений и рутений) появились разве что системы Nb-Si и Mo-Si-B. К ним также требуется масса малых легирующих компонент, но других, чем для системы Ni-Co-Cr. Там есть шанс найти какую-то разумную альтернативу рений-содержащим сплавам. Но пока эти системы исследованы слабо и на практике не применяются. Хотя замена в качестве основы матрица (составляющей процентов 80 сплава) никеля на значительно более редкие и дефицитные ниобий и молибден тоже так себе достижение...

[Lieut]

Это сплавы исключительно для среднетемпературной части турбины. В горячей части их не используют. В турбине газ последовательно расширяется и охлаждается. И материалы лопаток первых ступений и ступений, когда газ уже существенно расширялся и остыл очень разные. ВТ6, ВТ8М, ЭП-718 и ЭИ-787 - это материалы среднетемпературной части, где газ уже остыл ниже где-то 600 градусов, в горячей части, где температура газа около 1200 градусов они вообще не пригодны. На наиболее горячей части турбин сейчас применяют практически исключительно рений-содержащие сплавы.

Это то что используется для газотурбинных генераторов.
Зачем сюда то их приписали?

[AlexAV]

Это то что используется для газотурбинных генераторов.
Зачем сюда то их приписали?

Не все части турбины на столько высокотемпературные, чтобы там использовать суперсплавы. И там детали делают из чего-то попроще и подешевле.

Для примера материалы турбины АИ-24



Суперсплав ЖС-6К (тогда ещё правда безрениевый, двигатель ещё из 60-х) только в рабочих лопатках 1-й и 2-й ступени турбины, а также сопловых лопатках первой ступени, т.е. только в самой горячей и механически напряженной части. Рабочие лопатки 3-й ступени из никелевого сплава попроще ЭИ-437Б, а сопловые лопатки 2-й - 3-й ступени, где механические нагрузки меньше и температуры более умеренные - жаропрочная сталь ВЛ7-45У.

В лопатках компрессора, на конечных ступенях турбины, где газ уже не такой горячий, и в других не экстремально горячих узлах что-то подобное и используют. Суперсплавы и изделия из них очень дорогие и их применяют только там, где без них вообще ничего не работает, т.е. в лопатках первой-второй ступени турбины, а это совсем не весь двигатель. Там где температуры и механические нагрузки пониже стараются брать что-то попроще и подешевле.

[MenFrame]

То что рений - металл дорогой и дефицитный было известно исходно, за него взялись по сути от безысходности,

А может из-за того исследования в альтернативных направлениях, не дают такой уверенности как с Рением?

[sharp]

Об этом тоже думают. Маск на батарейдэй заявлял что за гигафабриками придут терафабрики по производству батареек. Так как нужно производится тысячами гигаватт в год батареек для перехода.

Понятно, что сделать можно, в том плане, что физических запретов нет. Вопрос в конечной цене киловатт-часа для потребителя. И в том, будет ли она наилучшей, по сравнению с альтернативами.

Ну и вы резерв взяли совсем огромный. Всё же не везде облочка и отсутствия ветра одновременно и ноль. Есть перетоки и прочее

Для гипотетической энергосистемы на 100% ВЭС/СЭС, где-то так и потребуется, если брать среднестатистический населённый регион без исключительно высокой инсоляции и исключительно хорошим ветром.
Поэтому лучше всего ВЭС/СЭС работают, если их электроэнергию не нужно или почти не нужно аккумулировать. А это автоматически означает, что их оптимум - около 30-40% от всей генерирующей мощности энергосистемы. Остальные 60-70% нужно заполнять электростанциями со стабильной генерацией. В условиях темы, это могут быть АЭС на МОХ-топливе, биотопливные ТЭС, и ГЭС.

[Novosedoff]

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.

Alex, Вы когда в последний раз смотрели индексные котировки рынка металлов?
За последние 5-7 лет металлы уже несколько раз давали наибольшую доходность по итогам года. Даже в провальном 2017, когда почти ВСЁ вообще было в минусах. Экспорт меди из РФ вообще бьёт рекорды. Даже МВФ на фоне новых политик по нулевой эмиссии CO2 красивые перспективы рынку сулит (см. аттач).

Я понимаю конечно, что у Вас больше академический интерес. Но ведь каждая турбина не требует для изготовления тонны металлов. А редких металлов теперь и в телефонах немало можно найти. Посмотрите например статистику по импорту солнечных панелей в Штаты за последние годы.
 

[mbrane]

без космоса не уцелеть

формулу циолковского реактивного движения вам в болгарских вузах преподавали?

[mbrane]

А редких металлов теперь и в телефонах немало можно найти. Посмотрите например статистику по импорту солнечных панелей в Штаты за последние годы

а на свалке еще больше найти можно... только вот желающих переработать свалки не просатривается - даже аккумуляторы с редким кобальтом никто не перерабатывает... а так-то да океан полный всяцких монов - бери не хочу... странно что об этом великий инноватор современности не сказал ничего , послк\е очередно покурке в техасе (куда сбежл, чтоббы налогово не платить)