Долгосрочные перспективы ресурсного обеспечения технически развитой цивилизации

[BlackMokona]

Росла. Как только в Европе и Китае стоимость  "обычной" энергии сравнялась со стоимостью от ВИЭ, оказалась, строить ВИЭ не из чего.

Чего чего? 

[Lieut]

Главным ограничителем дальнейшего роста ВИЭ в Европе является устойчивость энергосистемы. В Германии зависимые от погоды ветер+солнце дали за этот неполный год 34,9%. Без маневренных ГЭС и очень ограниченных мощностях ГАЭС и возможностей перетока с соседями это близко к пределу.
Будут наращивать аккумулирующие мощности и больше ЛЭП между регионами появиться возможность потихоньку увеличивать долю и дальше.

[pkl]

В целом доля ВИЭ постоянно растет, в Европе это уже почти треть всей энергии.
Китай тоже на месте не стоит, если брать по странам, то по последнему отчету это лидер в большинстве областей ВИЭ.
И это при том, что ископаемых еще вполне себе достаточно, на десятки лет, как минимум.
Это я к чему, про тупик вроде пока рано говорить..

Вам бы, мил человек, для начала тему почитать, пусть не всю, а последние два десятка страниц. Или её начало, чтобы просто понять, о чём идёт речь. Десятки лет? Так это значит, что альтернативная энергетика в нынешнем виде загнётся ещё до окончания этого столетия! Это, собственно, и есть тот тупик, о котором я веду речь. А мы здесь обсуждаем ситуацию, когда ту же медь для ветрогенераторов просто негде взять или её стоимость превосходит все разумные пределы.

[pkl]

В экваториальных широтах океанов воды испаряется более чем достаточно без посторонней помощи. Здесь иная проблема - научиться формировать дождевые тучи и транспортировать их в нужное место. Для этого надо уметь управлять энергией атмосферных процессов. Вот когда эта задача будет решена для нашей планеты, тогда можно будет говорить и об освоении Венеры. А до этого момента, всё это пустая болтовня.

Предлагал уже выше: испарять воду в низинах, возможно, с использованием концентраторов, а получившийся пар сам пойдёт наверх по тепло теплотрассам, чтобы наверху сконденсироваться обратно в воду.

[BlackMokona]

, когда ту же медь для ветрогенераторов просто негде взять или её стоимость превосходит все разумные пределы.

Тогда и атомные реакторы не построить

[Lieut]

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.

[leon10010]

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.

Очень сильно отличаются. Даже автомобильные генераторы проектируются со значительными трудностями.
  В связи с большим диапазоном оборотов. А мощность нужна постоянная.
 Какая там технологичность потеряется? Провод запихнуть в пазы?

[Serg53]

Энергию в таком сооружении будем накапливать не закачивая туда воду, а наоборот, ВЫКАЧИВАЯ её оттуда. А вырабатывать ток, впуская внутрь воду, через гидротурбину

Предлагается воздушный колодец в море-океяне? Но возникают вопросы. Какова будет глубина колодца? На какой глубине будет гидравлическая турбина и как будет закреплена? Как будет герметизировано дно колодца, ибо в сообщающихся сосудах вода устанавливается на одном уровне? Какое давление будет испытывать дно, и какую выталкивающую силу, равную весу вытесненной жидкости, будет испытывать весь колодец?

Чем с большей глубины надо будет выкачивать, тем больше энергии надо тратить на единицу массы выкачиваемой воды. Так как турбина будет на фиксированной глубине, то будут потери энергии тем большие, чем больше разность уровней турбины и воды в колодце.

[sharp]

Главным ограничителем дальнейшего роста ВИЭ в Европе является устойчивость энергосистемы. В Германии зависимые от погоды ветер+солнце дали за этот неполный год 34,9%. Без маневренных ГЭС и очень ограниченных мощностях ГАЭС и возможностей перетока с соседями это близко к пределу.
Будут наращивать аккумулирующие мощности и больше ЛЭП между регионами появиться возможность потихоньку увеличивать долю и дальше.

Проблема в том, что потребность в аккумулирующих мощностях существенно увеличит стоимость электроэнергии для конечного потребителя. Помимо прямых немаленьких расходов на, собственно, аккумуляторы, их обслуживание и периодическую замену, есть ещё проблема низкого КИУМ погодозависимых ВИЭ. Чем больше растет доля ВИЭ в генерации, тем больше это понижает совокупный КИУМ всей энергосистемы. В "зеленом раю" будет за счастье иметь КИУМ 25%.
По сути, это означает, что стоимость киловатта установленной мощности нужно домножать, минимум, на 4.

[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. 

[sharp]

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

А есть схожая табличка для энергоблока АЭС?

[Скеп-тик]

Чего чего?

Вот то-то и оно. ВИЭ - это прежде всего несущая конструкция. Это - сталь. 100-140 тонн на штуку. Пока была энергия по 6 уе/МВт, прокат везли из Японии и Индии. Но вот и в Японии, и в Индии, и в Руре энергия вдруг стала 100, а то и 150 уе/МВт. И нету проката ни в Японии, ни в Индии. Ибо слябы, блюмы и чушки надо перед прокатом разогревать добела. Газом.

[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.

[BlackMokona]

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.

Значит и сравнить пока не получается. Тем более реактору требуются и другие домики. Обогащение урана, и всё прочее. Они не сферовакумные как ветрянные и солнечные. Где производство, а потом ставим и любуемся. А нужна цепочка топливная.

Чего чего?

Вот то-то и оно. ВИЭ - это прежде всего несущая конструкция. Это - сталь. 100-140 тонн на штуку. Пока была энергия по 6 уе/МВт, прокат везли из Японии и Индии. Но вот и в Японии, и в Индии, и в Руре энергия вдруг стала 100, а то и 150 уе/МВт. И нету проката ни в Японии, ни в Индии. Ибо слябы, блюмы и чушки надо перед прокатом разогревать добела. Газом.

В мире проблем со сталью нету.

[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.

[BlackMokona]

Если на реактор нужно металла всего 3.5 т/МВт

Во первых нам нужен не реактор, а АЭС. Во вторых нам нужно подсчитать ещё центрифуги и прочее необходимое. Что нужно реактору, но не нужно ветряку.

[AlexAV]

Тем более реактору требуются и другие домики. Обогащение урана, и всё прочее.

У ядерной энергетики есть будущее только в форме ЗЯТЦ (уранового или ториевого). Открытый цикл заведомо бесперспективен. ЗЯТЦ обогащения не требует вообще (ни урановый, ни ториевый, хотя с ториевым есть тут некоторые нюансы, отделение U-236 от рециркулируемого топлива тут позволяет заметно улучшить характеристики топлива, но можно работать и без отделения). Переработка ОЯТ с необходимостью требует азотной кислоты, солей алюминия, трибутилфосфата и ещё некоторых подобных реагентов. Ну и посуды к ним устойчивой (пойдёт кварцевое стекло). Редкие элементы тут особо не требуются.

Потребление самих актиноидов в ЗЯТЦ довольно мало. Около 7000 тонн урана или тория в год покрывает потребности всей энергетики планеты. Хотя вопрос об возможности извлечения такого их количества из возобновляемых/ квазинеисчерпаемых источников пока остаётся открытым. Однако, в части извлечения урана из морской воды (при его использовании в ЗЯТЦ) имеющиеся данные пока позволяют склоняться к утвердительному ответу на этот вопрос (т.е., что это возможно).

Кстати торий является значительно более распространенным элементом, чем молибден (тория в земной коре где-то раз в десять больше, чем молибдена). Перспективы его извлечения из рядового гранита выглядят куда более реалистичными (хотя тут нужно аккуратно доказывать, что  и это не окажется обезьяньим бизнесом).

[BlackMokona]

Поясню пошире.
Вот ветряк, стоит такой и даёт нам уже электричество и будет давать пока не сломается.
А вот реактор, он нам электричества не даёт и его регулярно нужно кормить ураном пока он не сломается. Причём после того как он уран покушает, он выделит бяку которую нужно обработать.
Поэтому в рассчёт нужно включить весь ядерный топливный комплекс, а так же средства превращения тепла в электричество. Турбины, охладители и всё такое.
Так же если ветряк сломается, ничего страшного не случится. А вот если реактор бабахнет будет совсем всем не весело на много километров. Поэтому есть огромная масса защиты, немало из которой нужно оплачивать крайне регулярно. Например всякие инспекции, охрана, и прочее .

Переработка ОЯТ с необходимостью требует азотной кислоты, солей алюминия, трибутилфосфата и ещё некоторых подобных реагентов. Ну и посуды к ним устойчивой (пойдёт кварцевое стекло). Редкие элементы тут особо не требуются.

А ещё совсем не маленьких заводов из стали, и прочих материалов где это всё будет безопасно происходить.
Да и кроме переработки нам всё равно нужно добывать новый уран

[AlexAV]

Во первых нам нужен не реактор, а АЭС.

Эти цифры почти равны между собой. В АЭС реактор с обвязкой (парогенераторы и прочее учитываются в этой цифре металлоёмкости) - самая материалоёмкая часть. Остальное - копейки.

 

Во вторых нам нужно подсчитать ещё центрифуги и прочее необходимое.

И что это конкретно? Для ЗЯТЦ обогащение не нужно. А переработка ОЯТ по стандартной азотнокислой технологии ничего редкого не требует.