Долгосрочные перспективы ресурсного обеспечения технически развитой цивилизации

[Андрей Курилов]

Ну значит нужно нечто с не слишком большой температурой плавления (~1000К) и высокой удельной теплотой плавления. Достаточно ли высока она у хлорида натрия? Нельзя ли найти лучший теплоноситель?

Парафин вот имеет достаточно высокую величину - 200кДж/кг... Водный кипяток может отдать примерно столько же при остывании до ночной температуры в пределах тропиков.
Свинец при кристаллизации отдаёт 23кДж/кг, а при дальнейшем остывании до ночной температуры ещё 38,7кДж/кг. Соль при кристаллизации отдаёт хз сколько (не нашёл) кДж/кг, при остывании - ещё 485 кДж/кг.

Как видно, соль таки лидирует в первом приближении...

[topaz]

Ну значит нужно нечто с не слишком большой температурой плавления (~1000К) и высокой удельной теплотой плавления. Достаточно ли высока она у хлорида натрия? Нельзя ли найти лучший теплоноситель?

Не факт, что это будет дешевле.

http://www.popmech.ru/article/12656-nelishnyaya-energiya/

Экстремальный вариант
При использовании в качестве «горячего» теплоносителя смеси  60% NaNO3 и 40% KNO3, а в качестве холодного – водно-спиртовой смеси удельная энергоемкость системы (массовая) равна примерно 37 Вт•ч/кг, а КПД аккумуляции – 62–66%. Но допускается использование и других теплоносителей.
Например, при реализации по «экстремальному варианту» в качестве «горячего» теплоносителя можно применить металлический натрий, или калий, или их сплав, а в качестве «холодного» – пропан, бутан или пентан. Таким образом, можно довести разницу температур до 850°С, удельную энергоемкость – до 100 Вт•ч/кг, а КПД аккумуляции – до 70%. Другое дело, что экстремальный вариант может быть чрезмерно дорог или опасен – он описывается сугубо для демонстрации потенциальных возможностей системы.

[topaz]

Жидкий натрий и калий очень опасен потому что пожароопасен на воздухе, а вот стекло может действительно стать таким теплоносителем

http://news.ukrhome.net/content/9874267/

Учёные научились накапливать солнечную энергию при помощи стекла
...
Чтобы повысить эффективность теплоносителя, Halotechnics намерена использовать новый материал, который при рабочей температуре в 1 200 ˚С будет пребывать в стеклообразном состоянии. Состав самой смеси пока не раскрывается: по словам разработчиков, они перепробовали 18 тыс. комбинаций, прежде чем нашли удовлетворительную по соотношению «цена — качество». Новый теплоноситель сохраняет в одной единице объёма в три раза больше тепла, чем растворы расплавленных солей.
Весьма важно и то, что его использование как рабочего тела гелиотермальных электростанций позволит повысить их общий КПД с 42 до 45% за счёт применения ПГУ. По уверениям Halotechnics, проведённое предварительное ТЭО показало, что для гелиоТЭС в Калифорнии можно ожидать цены генерации на уровне 6 центов за кВт•ч (1,75 рубля) — неплохая по американским меркам себестоимость и для газовых ТЭС (из-за относительно высокой цены на газ). Основной причиной столь резкого снижения (сегодня 14–16 центов для гелиоТЭС считается средним показателем) станет даже не рост КПД, а увеличение коэффициента использования установленной мощности (КИУМ). Если нынче в большинстве геотермальных электростанций турбины работают днём, то с новым теплонакопителем они будут работать вдвое дольше, повышая КИУМ также вдвое — а значит, резко снижая стоимость одного кВт•ч, производимого такой станцией.
Хотя первые опыты с новым веществом в условиях опытной гелиоТЭС запланированы на лето, широкое внедрение нового теплоносителя кажется делом долгим, ведь придётся существенно изменить организацию самих электростанций, а не только их тепловых хранилищ, применить другие конструкционные материалы для трубопроводов, насосов и т. д.

[topaz]

ИМХО, если этот новый высокотемпературный теплоноситель не пожароопасен на воздухе, как жидкие металлы вроде натрия и действительно дешев при производстве, то это может быть фактором еще более радикального удешевления электричества с CSP.

Водород также не подходит по причине крайней пожаропасности для повседневного накопления и хранения энергии.

Так что думаю да, такие вот высокотемпературные дешевые теплоносители и при этом пожаробезопасные (вроде кремниевого стекла) залог дальнейшего удешевления солнечного электричества. Хотя и с расплавами солей уже показатели неплохие.

ГАЭС хороши, но их в пустыне обычно рядом нет, если только не осуществлять дерзкий проект осушения Средиземного и Красного морей.

[Прохожий]

Шо есть CSP?

[Q]

Да, очень интересно, спасибо.

Вырисовывается четкая картина будущего солнечной энергетики. CSP будет отрабатывать на промышленность (в свете будущей роботизации ещё неизвестно как изменится потребность в электроэнергии), а ФВ будет работать преимущественно на частный сектор.

[topaz]

Вырисовывается четкая картина будущего солнечной энергетики. CSP будет отрабатывать на промышленность (в свете будущей роботизации ещё неизвестно как изменится потребность в электроэнергии), а ФВ будет работать преимущественно на частный сектор.

Согласен, ФВ будет что-то типа независимых энергосистем для удаленных мест, куда дорого тянуть ЛЭП. И пока прогнозы даже на 2020 год говорят, что чем примитивней СЭС тем большее распространение она получает.



Ну и в плюс, что PV можно поставить, где сравнительно мало Солнца, а CSP годны лишь для пустынь.

Шо есть CSP?

Прохожий, это зеркальные тепловые электростанции, где солнечный свет с помощью зеркал фокусируется на теплоноситель, который нагревается и вырабатывает электричество.

[topaz]

Карта где надо ставить солнечные тепловые электростанции



А то про Испанию в этой теме критики часто говорили, что CSP электростанции у них малоокупаемые, облачность часто мешает. А то что Испания находится далеко не в самом идеальном месте для развития солнечной теплоэнергетики они забывают. Промышленное солнечное электричество надо получать немного в других местах. Там облачности практически не бывает.

[Скеп-тик]

Водород для транспорта - вроде хорошо. Только килограмм газообразного Н₂ стоит 5 уе, а жидкого около 50, а кг бензина -1 уе, при трехкратном преимуществе в энергии всё равно дороже на джоуль. И это уже застабилизировалось - цена водорода не снижается по отношению к бензину, да проблемы с топливными баллонами...
Что касается солнечной энергии, то попробуем посчитать расход энергии на 1 кв км конструкции.
 1 кв м опоры солнечной установки весит 50 кг, что на 1 кв км даёт 50 тыс тонн металоконструкций. Для их изготовления требуется 100 тыс тонн руды и угля. Добыча 1-й тонны полезного исковаемого требует перемещения 3-10 тонн пустой породы. Возьмем 5 тонн. Итого 600 тыс тонн надо переместить на 5 км (до отвала или обогатительной фабрики). Возьмем КамАЗ (12 тонн, 225 кВт, скорость 25 км/час), что дает 50 тыс рейсов за 60 тыс часов (только с грузом!), что приводит к затрату энергии 13,5 ГВт/час. Далее перевозим 100 тыс тонн руды и угля на 3000 км до завода железной дорогой (5000 тонн, 3000 кВт, 60 км/час), что даёт двадцать рейсов за 1000 часов. Что добавит "жалких" 3 ГВт/час. Металургический завод потребляет мощность в 500 МВт, при длительности плавки в 8 часов  при емкости печи 5000 тонн (вообще-то выплавка чугуна идет непрерывно, но сливают чугун раз в час около 100 тонн), что дает 160 часов и затраты  80 ГВт/час. Пусть в эту величину входит и прокат. Далее перевозим оставшиеся 50 тыс тонн проката на 3000 км в пустыню (1,5 ГВт/час), автомобилями до места строительства 5 км (2ГВт/час).
  Итого 100 ГВт/час затрат на 1 кв км поддерживающих конструкций. Без фундамента, активных элементов и коммуникаций.

[topaz]

  Итого 100 ГВт/час затрат на 1 кв км поддерживающих конструкций. Без фундамента, активных элементов и коммуникаций.

Спасибо что посчитали. Я конечно думаю, что проще поделить стоимость строительства и обслуживания на объем электричества, но раз Вы решились на детальные подсчеты, то я рад показать Вам выгоды тепловой СЭС также на пальцах.

Говорите что с 1 км2 собирающей площади тепловой СЭС 100 ГВт в час энергозатрат на первичные перемещения материалов? Кажется много.

Но вот смотрим крупнейший солнечный проект в стадии строительства с тепловыми аккумуляторами на расплаве соли и самой высокой солнечной башней в мире (почти 200 метров в высоту).
http://en.wikipedia.org/wiki/Crescent_Dunes_Solar_Energy_Project


Собирающая площадь зеркал как раз 1.1 km² - тютелька в тютельку. Сколько электричества генерирует в год? about 500 GW·h Сколько планируют ее эксплуатировать? Как минимум 20 лет.

Тем самым те самые 100 ГВт в час необходимые на первичное перемещение металла зеркал окупятся всего лишь за первые 2 месяца работы солнечной электростанции...

[topaz]

А так давно такого монументального сооружения не видел. Еще увидите лет через 50 такими станциями половину земных пустынь заставят 

В мае 2013 года башня уже была достроена, рядом велось сооружение резервуаров для теплового аккумулятора. Большинство зеркал еще не были установлены, сама 200-метровая башня кажется крохой по сравнению со всем кругом пространства где установят зеркала.





А рядом песчаные дюны как в Сахаре

[Stalk.er]

Перовскитные фотоэлементы - одна из перспективных технологий будущей фотовольтаики. Уже достигли 15,4 %, то есть сравнялись с  лоу-энд кремнием/поликремнием. Цена и энергозатраты может быть намного ниже. Срок службы правда меньше.  Надо им начинать пилить технологии для массового производства.
http://compulenta.computerra.ru/tehnika/energy/10008458/


Перспективные молекулярные плёнки. Толщина 20 ангстрем, КПД до 30%. (Проводник - графен)

http://www.rsc.org/chemistryworld/2013/05/solar-panel-photovoltaic-slims-down-atom-thick-graphene

[Stalk.er]

Сегодня нарезка пластин кремния осуществляется стальной проволокой диаметром 140μm , при этом уходит в отвал 180 мкм - тоесть 50% кремния. Кроме того, толщина получаемых пластин избыточна. Для получения приемлимого КПД достаточно всего несколько микрон кремния.
 Сделать толщину пластин меньше - означало бы снизить затраты на производство практически пропорционально и соответственно снизить цены на солнечные модули (кроме того кремний при определённой толщине становиться гибким) . Но пока это только в разработке.
Ученые из института Фраунгофера создали нить из нанотрубок, в составе которой находятся наноалмазы. Такая нить может быть применена для нарезки пластин кремния.

http://www.rsc.org/chemistryworld/2013/08/ultra-thin-nano-saw-cut-silicon-waste

[pppppppo_98]

а при чем здесь теплота плавления. Вы что собрались рабочее тепо переводить из твердого в жидкое состояние- а как вы его по контуру гонять будете в твердом состоянии? Важна теплоемкость , а не теплота плавления

[Скеп-тик]

Химия при высоких температурах немного отличается от "обычной". Вспоминаю два проекта - газо-паровые турбины и реакторы с металлическим теплоносителем.
Газо-паровые котлы - это когда вода впрыскивается прямо в пламя газовой горелки и полученый пар 500° направляется в турбину. Оказалось, такая газовая смесь растворяет всё - железо, медь, керамику. После трех лет эксплуатации энергоблок был демонтирован.
В советское время построили "Золотую рыбку" - торпедную подлодку с реактором на натриевом теплоносителе. При экипаже в 17 человек она имела ход в 60 узлов - быстрее любой торпеды. Но... Оказалось, раскаленные докрасна трубы неплохо пропускают кислород, натрий окислился и забил реактор. После попытки ремонта "Золотую рыбку" списали на пятом году (обычно подлодки служат около 30 лет).
Так что с расплавами - проблем не оберешся.
И 500 ГВт/час - идеал. При перемножении всех КПД у меня осталось 300 ГВт/час при условии, что зеркала отражают 90% света. Однако после утренней росы у зеркал останется 70-50%. Мыть раз в неделю 1000000 кв метров зеркал - одной воды сколько уйдет! И добавит влажности для росы.

[serega2007]

Надо придумать ультразвуковую метлу .  Или заменитель белечьевого хвоста . Пара негроамериканцев за день все обегают и обмахнут .

[Stalk.er]

Надо придумать ультразвуковую метлу .  Или завенитель белечьевого хвоста . Пара негроамериканцев зв день все обегают и обмахнут .

Уже придумали. А также электростатическое отталкивание пыли и роботов-мойщиков

[L_Pt]

Химия при высоких температурах немного отличается от "обычной". Вспоминаю два проекта - газо-паровые турбины и реакторы с металлическим теплоносителем.
Газо-паровые котлы - это когда вода впрыскивается прямо в пламя газовой горелки и полученый пар 500° направляется в турбину. Оказалось, такая газовая смесь растворяет всё - железо, медь, керамику. После трех лет эксплуатации энергоблок был демонтирован.
В советское время построили "Золотую рыбку" - торпедную подлодку с реактором на натриевом теплоносителе. При экипаже в 17 человек она имела ход в 60 узлов - быстрее любой торпеды. Но... Оказалось, раскаленные докрасна трубы неплохо пропускают кислород, натрий окислился и забил реактор. После попытки ремонта "Золотую рыбку" списали на пятом году (обычно подлодки служат около 30 лет).
Так что с расплавами - проблем не оберешся.
И 500 ГВт/час - идеал. При перемножении всех КПД у меня осталось 300 ГВт/час при условии, что зеркала отражают 90% света. Однако после утренней росы у зеркал останется 70-50%. Мыть раз в неделю 1000000 кв метров зеркал - одной воды сколько уйдет! И добавит влажности для росы.

Парогазовые турбины – это норма нашего дня. 

В подводных лодка «Золотая рыбка» в качестве теплоносителя использовался свинец с добавкой висмута.

[Q]

Ну что!

http://www.spacex.com/sites/spacex/files/hyperloop_alpha-20130812.pdf


Цвета стали оттенками серого, прошу извинить. Hyperloop предпоследний

[Прохожий]

Кстати, с Космическими СЭС над быть аккуратными