Долгосрочные перспективы ресурсного обеспечения технически развитой цивилизации

[vsf]

И конечно про резервы энергоэффективности не стоит забывать.

http://www.umich.edu/~umtriswt/EDI_sales-weighted-mpg.html

Вон мужик посчитал топливную эффективность новых легковых автомобилей в продаже за последние 5 лет - в милях на галон топлива.



Получилось, что за 5 лет новые легковые автомобили в среднем стали жрать на 8% меньше топлива, чем прежде. Таким макаром потребности в ископаемом топливе упадут в несколько раз за 21 век.

[ВадимZero]

Соучредитель компании Бен Боллинджер утверждает что, разбрызгивание воды увеличивает энергетическую эффективность процесса с 54 процентов до 95 процентов

Мне лично совсем непонятно каким образом, такой кпд можно получить, когда даже на самых лучших угольных электростанций 50%. По мне так вся эта затея с закачкой воздуха, чушь полнейшая.

[Nucleosome]

А что в этом плохого?

ничего плохого. только помимо того, что надо будет восполнять пробел ископаемых углеводородов, так ещё и питать транспорт - то есть производство топлива для него. прелестно... солнца конечно много, но проблем с ним тоже хватает...

[vsf]

Мне лично совсем непонятно каким образом, такой кпд можно получить, когда даже на самых лучших угольных электростанций 50%. По мне так вся эта затея с закачкой воздуха, чушь полнейшая.

Ну так принцип другой. Электричество в механическую энергию надо переводить и обратно.

Такой же кстати высокий КПД называется и в другой установке по этой технологии. Так называемые энергетические мешки.

http://habrahabr.ru/post/142784/

Такая система накопления тепла позволяет обеспечить КПД в 75–85% — пока высшее достижение Energy Bag. Правда, в отличие от обычных аккумуляторов, здесь нет эффекта саморазряда: пневматический запорный клапан не потребляет энергии. А когда накопленное нужно извлечь, требуется лишь открыть клапан, и вода сама вытеснит воздух с шестисотметровой глубины.

И емкость конечно неплохая:

На глубине в 600 м, где и проходят испытания, самый большой 20 метровый Energy Bag пока накапливает 70 МВт•ч энергии, что эквивалентно 300-тонному литиевому аккумулятору стоимостью в десятки миллионов долларов. Одного мешка уже хватает для компенсации неравномерности работы даже самого мощного ветряка, причём стандартная ветряная турбина необходимое количество воздуха накачает всего за 14 часов.

Плюс утверждается, что очень дешево получиться:

«CAES потенциально может стать самой дешевой системой запасения энергии по капитальным затратам на кВт•ч, которая составляет от 1 до 10 евро. На ГАЭС такие удельные капитальные затраты составляют обычно более 50 евро/кВт•ч, а электрохимические аккумуляторы – до 500 евро/кВт•ч.

[L_Pt]

Мне лично совсем непонятно каким образом, такой кпд можно получить, когда даже на самых лучших угольных электростанций 50%. По мне так вся эта затея с закачкой воздуха, чушь полнейшая.

А кпд электродвигателей >90% вас не смущает?
Или кпд гидроакумулирующих электростанций?

На тепловых электростанциях главные потери – при преобразовании тепловой энергии в механическую, что ограничивается как минимум циклом Карно, в реальных машинах существенно меньше.
Тут же типично механический процесс: сжали - отжали. Почти как пружину.

[Okub62]

Поршневая система. Машина Карно со всеми вытекающими. На впрыск воды в систему , находящуюся под давлением сколько энергии надо? Откачать горячую воду, снова впрыснуть в расширяющуюся систему, сколько? Потери на трение в 600-метровой шахте, КПД системы двигатель-насос, пневмомотор-генератор, КПД эл. двигателя и генератора (высокий, согласен, но всё-таки), да на остыванеие той-же воды  ... Нет графиков, формул, схемка мелкая.
Трудно оценить. Может догонят до 50%, что с учётом того, что энергия бросовая, неплохо, наверное. Но 90% - Сомнения есть.
Но идея, наверное, неплохая, если утечек воздуха особых не будет, Хотя, газ у нас под Кущёвкой хранят так. Правда, фундаменты трещат от "дыхания земли", да хай им грец, на свях пускай строят.

[pkl]

... строим график.



Синяя линия общее потребление. Упало от силы на 10%. Коричневая линия - импорт упал на половину. Зеленая линия добыча быстро растет (как минимум на 10%) и уже обгоняет импорт.

Вот это называется следствие сланцевого и биотопливного прорыва.

С этим графиком что-то не то. Вы сами говорите - рост добычи на 10%, импорт упал на 50%. За счёт чего покрываются остальные 40%, при том, что потребление, по сути, не изменилось? Уж не за счёт ли расконсервации ранее законсервированных скважин и стратегических резервов?

во-вторых - если переводить атомную, гидро- и прочую энергию в форму нефти (а нередко добыча сланцев этим и заканчивается) то понятно, что импортировать надо будет меньше. толку только с того?..

А что в этом плохого? Нефть необходима в основном как топливо и химическое сырье, а не как энергоресурс. Энергоресурсом станут другие источники энергии в первую очередь ВЭС и АЭС. И там замечу непостоянство ВЭС не критично. Ведь не важно, чтобы наcосы выкачивали сланцевую нефть или закачивали воду (реагенты) в скважину 24 часа в сутки, а достаточно лишь тогда когда ветер дует или солнце светит. То бишь есть солнечная или ветряная энергия в системе тогда начинает работать оборудование на нефтедобывающих скважинах. Нет возобновляемого электричества в системе начинают работать резервные мощности на ископаемом топливе, как к примеру сланцевый газ.

Ну так я уже предлагал использовать солнечную энергию для синтеза диз. топлива из угля и воды. Но сколько будет стоить это топливо? Но тут самое время вспомнить про страшную, непроизносимую по-русски, и уже упоминавшуюся здесь аббревиатуру EROEI:
http://ru.wikipedia.org/wiki/EROEI

По ссылке есть хорошая табличка:


И перевод:
EROEI /для США/: ------------ Источник энергии:
-------------- 100.0 ------------- Гидроэнергетика (Hydro)
---------------- 80.0 ------------- Уголь
---------------- 50.0 ------------- Ядерная энергия (с обогащением в центрифугах, в реакторах на быстрых нейтронах или в ториевых реакторах)
---------------- 35.0 ------------- Импорт нефти, 1990 г.
---------------- 35.0 ------------- Мировое производство нефти
---------------- 30.0 ------------- Нефть и газ, 1970 г.
---------------- 20.0 ------------- Производство нефти
---------------- 18.0 ------------- Ветер
---------------- 18.0 ------------- Импорт нефти, 2005 г.
---------------- 14.5 ------------- Нефть и газ, 2005 г.
---------------- 12.0 ------------- Импорт нефти, 2007 г.
---------------- 10.0 ------------- Природный газ, 2005 г.
---------------- 10.0 ------------- Ядерная энергия (с диффузионным обогащением)
------------------ 8.0 ------------- Поиск нефтяных месторождений
------------------ 6.8 ------------- Фотоэлектричество
------------------ 5.0 ------------- Горючие сланцы
------------------ 5.0 ------------- Этанол из сахарного тростника
------------------ 3.0 ------------- Битуминозные пески
------------------ 1.9 ------------- Плоские солнечные батареи
------------------ 1.6 ------------- Солнечный коллектор
------------------ 1.3 ------------- Биодизельное топливо
------------------ 1.3 ------------- Этанол из кукурузы

Если эти оценки верны, то наша единственная надежда - реакторы на быстрых нейтронах и центрифужное обогащение урана. Ну и УТС, наверное, в более отдалённой перспективе. Пока же - строить ГЭС, где только можно,  совершенствовать технологии сжигания угля, добычи и обогащения урана. Из угля же делать синтетическое топливо. Кое-где, конечно, можно использовать и ветер, и солнце, но эти отрасли энергетики базовыми никогда не станут. А иначе:

Со времён изобретения сельского хозяйства люди всё больше используют экзогенные источники энергии в дополнение к своей мускульной силе. Некоторые историки отмечали, что, в основном, использовались те энергетические ресурсы, которые легко использовать (то есть с высоким показателем EROEI), что соответствует концепции энергетических рабов (англ.). Томас Гомер-Диксон (англ.)[5] показал, что снижение EROEI в поздней Римской империи было одним из факторов коллапса этой западной империи в пятом веке н. э. В книге «Верхняя сторона падения» (The Upside of Down) он высказал предположение, что анализ EROEI является базовым для анализа взлёта и падения цивилизаций и что можно вычислить их максимальную численность населения из расчёта, что на одного человека нужно 2500-3000 калорий в день. Экологический урон (англ.) (обезлесение, потеря плодородия почв, в частности в южной Испании, южной Италии, Сицилии и особенно в северной Африке), начиная со 2 в. н. э., постепенно вёл Римскую империю к коллапсу, по мере падения EROEI. Минимум пришёлся на 1084 год, когда население Рима, которое в своём расцвете при Траяне составляло 1,5 миллиона, упало до 15000 человек. Эта теория укладывается также в свидетельства о цикле цивилизации майя и о коллапсе цивилизации Камбоджи. Джозеф Тейнтер (англ.)[6] предположил, что снижение EROEI — основная причина коллапса сложных обществ. Падение EROEI из-за истощения невоспроизводимых ресурсов представляет собой трудный вызов для промышленных экономик.

Оттуда же.

[pkl]

Поршневая система. Машина Карно со всеми вытекающими. На впрыск воды в систему , находящуюся под давлением сколько энергии надо? Откачать горячую воду, снова впрыснуть в расширяющуюся систему, сколько? Потери на трение в 600-метровой шахте, КПД системы двигатель-насос, пневмомотор-генератор, КПД эл. двигателя и генератора (высокий, согласен, но всё-таки), да на остыванеие той-же воды  ... Нет графиков, формул, схемка мелкая.
Трудно оценить. Может догонят до 50%, что с учётом того, что энергия бросовая, неплохо, наверное. Но 90% - Сомнения есть.
Но идея, наверное, неплохая, если утечек воздуха особых не будет, Хотя, газ у нас под Кущёвкой хранят так. Правда, фундаменты трещат от "дыхания земли", да хай им грец, на свях пускай строят.

Да не, бред это. Откуда там пустоты? Лучше уж тогда в супермаховиках из стальных тросов запасать.

[pkl]

А вот когда к концу 21 века начнет заканчиваться сланцевая или битумная нефть огромные полости в земли оставшиеся после нефтегазовых разработок то и пригодятся еще раз.

После нефтегазовых разработок никаких полостей не остаётся - по мере выкачивания пласты опускаются и смыкаются. А нефть сейчас и вовсе вытесняют водой.

[L_Pt]

Поршневая система. Машина Карно со всеми вытекающими. На впрыск воды в систему , находящуюся под давлением сколько энергии надо? Откачать горячую воду, снова впрыснуть в расширяющуюся систему, сколько? Потери на трение в 600-метровой шахте, КПД системы двигатель-насос, пневмомотор-генератор, КПД эл. двигателя и генератора (высокий, согласен, но всё-таки), да на остыванеие той-же воды  ... Нет графиков, формул, схемка мелкая.
Трудно оценить. Может догонят до 50%, что с учётом того, что энергия бросовая, неплохо, наверное. Но 90% - Сомнения есть.
Но идея, наверное, неплохая, если утечек воздуха особых не будет, Хотя, газ у нас под Кущёвкой хранят так. Правда, фундаменты трещат от "дыхания земли", да хай им грец, на свях пускай строят.

Ви про что? Какая еще машина Карно?

Впрыск воды нужен именно для того чтобы сжатия воздуха было не адиабатическим (ведь тепло при этом в хранилище все равно потеряется), а как можно ближе к изотермическому.

90% это конечно лабораторный вариант, сейчас даже ГАЭС имеют меньшую эффективность, но сравнивать с тепловими станциями исключительно глупо.

[ВадимZero]

На тепловых электростанциях главные потери – при преобразовании тепловой энергии в механическую, что ограничивается как минимум циклом Карно, в реальных машинах существенно меньше. Тут же типично механический процесс: сжали - отжали. Почти как пружину.

Газ не пружина, часть энергии неизбежно переходит в тепловую. Тоесть в низкопотенциальное тепло, которое считать следует через цикл Карно.

сейчас даже ГАЭС имеют меньшую эффективность,

Особенно если учесть что там нет, адиабатических преобразований.

[vsf]

С этим графиком что-то не то. Вы сами говорите - рост добычи на 10%, импорт упал на 50%. За счёт чего покрываются остальные 40%, при том, что потребление, по сути, не изменилось? Уж не за счёт ли расконсервации ранее законсервированных скважин и стратегических резервов?

Считаем  внимательно:

добыча с 5 до 7 млн. баррелей в день  = +2
чистый импорт с 14 до 6 млн. баррелей = -8
потребление с 22 до 20 млн. баррелей в день = +2

Значит непонятно откуда взялись еще 4 лишних млн. баррелей в день?

2 млн. баррелей в день это биотопливо. Начали массово гнать этанол из кукурузы.

Откуда еще 2 млн. баррелей в день менее понятно, но вероятно это проекты по газификации транспорта сжиженным природным газом.

Если бы расконсервировали скважины, то они были пошли в добычу.
Резервы очень небольшие по объему и никакой погоды делать не могут.

Так что все более-менее сходиться. За несколько лет применяя новые прорывные технологии удалось снизить импорт нефти в 2 раза.

Ну так я уже предлагал использовать солнечную энергию для синтеза диз. топлива из угля и воды. Но сколько будет стоить это топливо? Но тут самое время вспомнить про страшную, непроизносимую по-русски, и уже упоминавшуюся здесь аббревиатуру EROEI:

Солнечную энергии будут осваивать массово в последнею очередь. Сначала будут делать ставку на ветер. Гляьньте Вашу таблицу - выигрышь в энергии в 20 по нему. Это даже больше, чем у импортной нефти 2005-2007 года! Куда уж больше? Ветра в мире завались - я уже приводил расчеты, что в одной только Германии заставив ветряками 2% территории можно генерировать 65% электроэнергии. А в прибрежных районах ветра еще больше.

[Ремвер]

После нефтегазовых разработок никаких полостей не остаётся - по мере выкачивания пласты опускаются и смыкаются. А нефть сейчас и вовсе вытесняют водой.

Золотые слова. Вокруг всех отработанных подземных рудников и нефтяных пластов возникает конус деформации. В больших масштабах горные породы, особенно осадочные, очень пластичны. Может быть, разве что на газовых это возможно. Газ взяли - газ закачали. И вообще, так ли уж проблематично осуществлять перетоки энергии с помощью высоковольтных сетей? Не думаю, что там больше теряется, чем просачивается газа через поры и трещины в горных породах.

[L_Pt]

На тепловых электростанциях главные потери – при преобразовании тепловой энергии в механическую, что ограничивается как минимум циклом Карно, в реальных машинах существенно меньше. Тут же типично механический процесс: сжали - отжали. Почти как пружину.

Газ не пружина, часть энергии неизбежно переходит в тепловую. Тоесть в низкопотенциальное тепло, которое считать следует через цикл Карно.

Вот именно поэтому там и применяют впрыскивание воды. Чтобы выделившиеся тепло полностью ушло на испарение и процесс максимально приближался к изотермическому.

[vsf]

Лучше уж тогда в супермаховиках из стальных тросов запасать.

Супермаховики очень дороги. Наиболее емкие из них делаются на основе наноматериалов. Плюс они очень опасны. Запасенная в них кинетическая энергия в промышленных установках в случае разрушения выходит наружу практически мгновенно и сравнима с энергией небольшой атомной бомбы.

А промышленные аккумуляторы на сжатом воздухе уже сейчас практически безопасны и дешевы.
http://habrahabr.ru/post/142784/

CAES потенциально может стать самой дешевой системой запасения энергии по капитальным затратам на кВт•ч, которая составляет от 1 до 10 евро. На ГАЭС такие удельные капитальные затраты составляют обычно более 50 евро/кВт•ч, а электрохимические аккумуляторы – до 500 евро/кВт•ч.
На глубине в 600 м, где и проходят испытания, самый большой 20 метровый Energy Bag пока накапливает 70 МВт•ч энергии, что эквивалентно 300-тонному литиевому аккумулятору стоимостью в десятки миллионов долларов. Одного мешка уже хватает для компенсации неравномерности работы даже самого мощного ветряка, причём стандартная ветряная турбина необходимое количество воздуха накачает всего за 14 часов.

Другой перспективной разработкой является создание сверхпроводящих аккумуляторов. То бишь это просто кольцо из сверхпроводников по которому бегает бесконечно ток. Энергия тратиться лишь на охлаждение кольца, так как комнатных сверхпроводников еще не найдено, но они могут рано или поздно быть открыты.

Эта тема тоже уже активно прорабатывается. К примеру создаются промышленные электродвигатели на сверхпроводниках. Там высочайший КПД при всех режимах работы даже с учетом охлаждения гелием:

http://www.membrana.ru/particle/3171

36.5 HTS motor обладает мощностью на валу в 36,5 мегаватт (49 тысяч лошадиных сил), развиваемых при 120 оборотах в минуту (соответствующий чудовищный крутящий момент можете посчитать сами).
В обмотке ротора здесь используются сверхпроводники BSCCO и Bi-2223 (оксид сложного состава на основе висмута), которые работают при температуре 35-40 градусов по Кельвину. Охлаждаются они газообразным гелием, подводимым через полый вал к ротору машины.
КПД HTS motor на полной мощности превышает 97%, а на одной трети нагрузки и вовсе приближается к 99%.
Заметим, обычные электромоторы некоторых типов также могут показывать КПД порядка 95-97%. В чём же разница? Дело в том, что такую высокую эффективность они выдают далеко не во всём диапазоне оборотов и нагрузки, а во многих режимах движения «проваливаются» до более скромных величин КПД – примерно в 85-88%.
Сверхпроводящий же мотор показывает столь приличный КПД начиная с 5% от максимальной скорости и до максимальных своих оборотов (а значит, и скорости корабля).
Таким образом, на низких нагрузках HTS motor, приводящий корабельный винт, экономит судну более 10% топлива, сжигаемого в газотурбинных генераторах или дизель-генераторах, либо 10% потребляемой из корабельной сети электрической мощности, если на судне — атомная силовая установка. Добавим, что в озвученном выше КПД HTS motor уже учтены энергозатраты на работу криогенной системы охлаждения.
Однако главным преимуществом своих морских электромоторов American Superconductor считает даже не экономичность, а малые габариты и массу. Модель мощностью 36,5 мегаватт весит 69 тонн и имеет толщину в 3,4 метра, ширину 4,6 метра, а высоту 4,1 метра. Традиционный «медный» электромотор с теми же выходными параметрами имел бы массу порядка 200-300 тонн, а габариты — примерно вдвое большие.

[ВадимZero]

Другой перспективной разработкой является создание сверхпроводящих аккумуляторов.

И где эти перспективные разработки?

[vsf]

Другой перспективной разработкой является создание сверхпроводящих аккумуляторов.

И где эти перспективные разработки?

К примеру:

http://www.promvest.info/news/engeener.php?ELEMENT_ID=1523

По словам генерального директора компании «Русский Сверхпроводник» Александра Владимировича Кацая, вРоссии уже был создан ряд СПИН для фундаментальных научных исследований, проведены успешные испытания прототипов в действующей энергосистеме Москвы. Налаживание серийного производства индуктивных накопителей позволит повысить надежность энергосистем и сделать серьезные шаги по широкому внедрению сверхпроводниковых технологий в энергетику.

В настоящее время отраслевая компания «Русский Сверхпроводник» совместно с разработчиками технологии ведет активную работу над созданием компактного сверхпроводящего индуктивного накопителя энергоемкостью 24 МДж, состоящего из четырех модулей по 6 МДж. Впоследствии из таких модулей возможно будет собирать накопители большей емкости.
Развитие сверхпроводниковой индустрии, в т.ч. производства сверхпроводящих материалов, обеспечивает возможность изготовления накопителей на основе СПИН практически для любой энергетической системы

.

[ВадимZero]

На тепловых электростанциях главные потери – при преобразовании тепловой энергии в механическую, что ограничивается как минимум циклом Карно, в реальных машинах существенно меньше. Тут же типично механический процесс: сжали - отжали. Почти как пружину.

Газ не пружина, часть энергии неизбежно переходит в тепловую. Тоесть в низкопотенциальное тепло, которое считать следует через цикл Карно.

Вот именно поэтому там и применяют впрыскивание воды. Чтобы выделившиеся тепло полностью ушло на испарение и процесс максимально приближался к изотермическому.

Есть одна проблема, при высоком давлении вода плохо испаряеться, и очень хорошо конденсируеться. Потому изотермичности все равно не получить.

[L_Pt]

Есть одна проблема, при высоком давлении вода плохо испаряеться, и очень хорошо конденсируеться. Потому изотермичности все равно не получить.

Это еще по какой причине? Для испарения/конденсации важно только парциальное давление паров воды.

Чистой изотермичности конечно не получить, как и 100% кпд.

[ВадимZero]

К примеру:

http://www.eco-pravda.ru/page.php?id=529

Именно на основе этих разработок предлагается произвести восстановительные работы по модулю СПИН на запасенную энергию 4,7 МДж, разработать и изготовить совместно с НПО «Криогенмаш» криостат с двумя степенями охлаждения (жидкий азот, жидкий гелий) и токовводы и после технологических испытаний организовать серийное производство модуля. Докладчиком были приведены оценки затрат на производство всех видов работ, согласно которым итоговая оценка стоимости 1 модуля при малой серии составляет до 190 млн рублей.

Не дороговато, для одного киловат часа?