Долгосрочные перспективы ресурсного обеспечения технически развитой цивилизации

[Lieut]

До тех пор, пока установленная мощность СЭС в сети меньше разницы потребления мощности между дневным максимумом и ночным минимумом. Например для оэс Цент в России это около 7 ГВт при среднесуточном потреблении около 28 ГВт. С учётом типового КИУМ (связанного с нерегулярным поступлением солнечной энергии) СЭС около 12% это значит, что полезную стабилизирующую роль СЭС будет выполнять при её доле в общей генерации около  3%. В этом случае она действительно будет снижать нагрузку на маневровые мощности во время дневного пика. При превышении этого предела СЭС работу сети наоборот будет дестабилизировать, снижая уровень базовой нагрузки и вызывая потребность в увеличении количества маневровых мощностей.

В общем при доле солнца в общей генерации на уровне 3% (если ориентироваться на на цифры оэс Цент в России) СЭС будет сокращать нагрузку на маневровые мощности и будет скорее полезна для сети. При доле генерации более 3% - вредной, снижая нагрузку на дешёвую базовую генерацию и увеличивая потребности в дорогой маневровой.

Это вы посчитали где СЭС в пик дают свои 100% заявленной мощности по всей энергосистеме, а КИУМ при учете облачности и сезона за весь год.
Главные маневрирующие мощности, обычно ГЭС + ГАЭС, тоже имеют свои ограничения (я говорю про обычно в мире, а не про Сибирь или Бразилию) и не могут обеспечить все колебания. Часто на максимум они могут работать только пару часов в сутки.
Ну и для ГАЭС режим ночь(закачиваем) - утро (вырабатываем) - день - (закачиваем) - вечер (вырабатываем) намного эффективнее чем ночь (закачиваем) - вечер(вырабатываем).


sharp

Допустим, так. Но остальные 70% надо брать откуда-то ещё. И гораздо интереснее, что будет основными мощностями в энергетике будущего, а не вспомогательными.

Базовая мощность конечно ядерная энергетика. Но "вспомогательные" вполне могут давать в сумме больше 50%.

[AlexAV]

Это вы посчитали где СЭС в пик дают свои 100% заявленной мощности по всей энергосистеме, а КИУМ при учете облачности и сезона за весь год.

Правильно. Верхний предел мощности СЭС при котором она будет приносить пользу, а не мешать работе базовой генерации - разница между дневным максимум потребления и ночным минимумом потребления при наиболее благоприятных погодных условиях (т.е. в полдень ясным летним днём СЭС не должна выдавать в сеть больше этой величины). Эта мощность близка к формальной номинальной мощности. Т.е. в случае примера оэс Цент верхний предел мощности СЭС, сглаживающих дневной пик, но не мешающих работе базовой генерации - 7 ГВт номинала. А когда мы считаем долю в общегодовой генерации - нужно учитывать среднегодовую мощность этих 7 ГВт номинала. С учётом типичного КИУМ обусловленного  нерегулярностью поступления солнечного излучения в 12% получается 0.84 ГВт среднегодвоой, при общей среднегодовой 28 ГВт, откуда и доля в общей генерации.

Если генерация СЭС в летний ясный полдень больше разницы между дневным пиком потребления и ночным минимумом это будет заставлять в эти моменты глушить базовые мощности генерации, что крайне не хорошо, так как снижает эффективность их использования и сильно повышает износ (или отключать сами СЭС снижая их КИУМ, причём сильно, так как вблизи таких пиков большая часть их генерации и будет осуществляться, что тоже не хорошо). Тут уже вреда от такой солнечной генерации будет больше, чем пользы.

[Lieut]

Это вы посчитали где СЭС в пик дают свои 100% заявленной мощности по всей энергосистеме, а КИУМ при учете облачности и сезона за весь год.

Правильно. Верхний предел мощности СЭС при котором она будет приносить пользу, а не мешать работе базовой генерации - разница между дневным максимум потребления и ночным минимумом потребления при наиболее благоприятных погодных условиях (т.е. в полдень ясным летним днём СЭС не должна выдавать в сеть больше этой величины). Эта мощность близка к формальной номинальной мощности. Т.е. в случае примера оэс Цент верхний предел мощности СЭС, сглаживающих дневной пик, но не мешающих работе базовой генерации - 7 ГВт номинала. А когда мы считаем долю в общегодовой генерации - нужно учитывать среднегодовую мощность этих 7 ГВт номинала. С учётом типичного КИУМ обусловленного  нерегулярностью поступления солнечного излучения в 12% получается 0.84 ГВт среднегодвоой, при общей среднегодовой 28 ГВт, откуда и доля в общей генерации.

Если генерация СЭС в летний ясный полдень больше разницы между дневным пиком потребления и ночным минимумом это будет заставлять в эти моменты глушить базовые мощности генерации, что крайне не хорошо, так как снижает эффективность их использования и сильно повышает износ (или отключать сами СЭС снижая их КИУМ, причём сильно, так как вблизи таких пиков большая часть их генерации и будет осуществляться, что тоже не хорошо). Тут уже вреда от такой солнечной генерации будет больше, чем пользы.

Абсолютная формальная номинальная мощность не будет ни в какой ясный летний день, если мы говорим про энергосистему страны или региона.
Не базовые, а про гидро. Мощность ГЭС даже у вас спроектирована с большим запасом, чтобы быть маневренным запасом (кроме Сибири конечно). Логично уменьшать там выработку в полдень, чтобы увеличивать вечером.

Ну а там где в основу ставили атомку и так строили ГАЭС (чтобы без хамства тут некоторых - основное строительство после 90-ых) для сбалансирования. Они могут использоваться не один, а два раза в сутки туда-назад. И используются.

[AlexAV]

Абсолютная формальная номинальная мощность не будет ни в какой ясный летний день,

По определению формальная солнечная мощность солнечной батареи - это мощность при потоке солнечного излучения 1000 Вт/м2, падающей перпендикулярно поверхности батареи. В летний полдень в ясную погоду при правильной установки солнечной батареи генерируемая солнечной батареей мощность довольно близка к этой величине.

[Lieut]

Абсолютная формальная номинальная мощность не будет ни в какой ясный летний день,

По определению формальная солнечная мощность солнечной батареи - это мощность при потоке солнечного излучения 1000 Вт/м2, падающей перпендикулярно поверхности батареи. В летний полдень в ясную погоду при правильной установки солнечной батареи генерируемая солнечной батареей мощность довольно близка к этой величине.

Ну мы же говорим не про одну батарею, а про энергосистему. В сотни тысяч или даже пару миллионов кв.км. Где-то та и будет облачность. Так что КУИМ не равен 100% даже и в полдень.

[sharp]

30% - для солнца без аккумуляции не реалистично много.

А если СЭС+ВЭС?

[sharp]

Базовая мощность конечно ядерная энергетика. Но "вспомогательные" вполне могут давать в сумме больше 50%.

Но, к сожалению, очень мало сторонников ВИЭ, которые понимают это. В представлении сферического зеленого в вакууме, солнышко светит, ветер дует, и дают нам свою энергию нахаляву В противовес ужасным ТЭС и АЭС. А те, кто считает по-другому, они, значит, лобби нефтяников и атомщиков.
И анти-атомные настроения, по факту, более сильны, чем антагонизм сгораемому топливу. Если такое положение вещей в ближайшие десятилетия не изменить, то атомной энергетике будет очень тяжело заново отвоевывать энергорынок.

[MenFrame]

Кстати по мере увеличения доли электрической генерации пила потребления будет выравниваться. Как за счет увеличения энергии в общей доле, так и за счет умных потребителей которые будут подключаться в моменты провалов. Скажем это системы отопления, подключаемы гибриды заряжающиеся ночью.  Так что надобность в маневренных мощностях будет уменьшаться.

[MenFrame]

то атомной энергетике будет очень тяжело заново отвоевывать энергорынок.

Померзнут адепты ВИЭ немного, оплатят трехкратные счета и одумаются....

[Скеп-тик]

Померзнут адепты ВИЭ немного, оплатят трехкратные счета и одумаются....

Одуматься, может, и одумаются, но компетенцию и технологии потеряют. И будут париться из-за возобновления производства туалетной бумаги.

[pkl]

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.

Ох, ну Вы и вопросов поназадавали. Исчерпывающий ответит на них может дать какой-нибудь научно-исследовательский институт по результатам исследования. Постройка опытного сооружения и натурные испытания тоже бы подошли. Я ограничусь лишь рядом общих соображений:
1. Поскольку предполагается, что такие сооружения будут одним из основных средств накопления и генерации энергии и, при этом, они будут строиться в условиях дефицита либо дороговизны высококачественных материалов, редкозёмов, цветных металлов, хороших марок сталей, строить их будут из общераспространнённых материалов: дамба - каменно-набросная, насосы - алюминий и обычная сталь.
2. Сооружение таких установок потребует немалых ресурсов. Капитальный ремонт тоже. Соответственно, необходимо добиваться их большого срока службы с минимальным обслуживанием или даже вовсе без него. И редкими капитальными ремонтами.

Исходя из изложенного, вряд ли это будут энергонапряжённые системы с большим перепадом уровней воды. Скорее, что-то вроде голландских польдеров, нежели железобетонный колодец до дна.

[BlackMokona]

Всего год назад товарищи были свято убеждены в бесконечном почти бесплатном газе. А сегодня местами до остановки производств и веерных отключений доходит (причём даже в Китае, где с планированием чуть лучше, чем в других местах). С литием тоже самое.

Таки короновирусные пертурбации. Ну , а в КНР отключали не потому что газа не было, а чтобы уложиться в нормы энергоэффективности спущенные выше. Так сказать бумажка в бюрократическом мире планирования куда больше значит чем любые веерные отключения.

Чтобы поднять добычу - нужно ввести в эксплуатацию новые месторождения. А они на планете имеются в весьма конечном количестве (пока ещё резерв тут есть, но при таких темпах - не на долго). А когда месторождений нет - добыча не поднимается при абсолютно произвольной цене.

По мне литий просто не искали ещё нормально. До литий ионных батарей его нужно было так мало, а его месторождения были настолько огромны(по сравнению с потреблением) что никакого смысла в этом не было.

То есть совершенно неадекватная капитализация теслы для вас не доказательство? В основе которой бизнес на субсидиях....и обещаниях.
Вы случаем не инвестировали в Маска?

Кхе кхе. Клиенты и инвесторы это разные вещи.
Насчёт субсидий когда Тесле отрубили 7500$ налоговой скидки для клиентам, а конкурентам оставили. Тесла взяла жалкие 80% американского рынка электроавто.
А бешенный рост во время массового кризиса когда все автопроизводители отключали заводы и сокращали смены. Приводит инвесторов в экстаз. Что уж говорить про тот финт Маска во время локдауна. Там думаю инвесторы просто оргазм испытали. Капитализация Теслы это мнение инвесторов о ней и сравнении её динамики, и руководства с конкурентами.

Эта диаграмма на твое заявление про то что литий некому раньше был не нужен. Если она для тебя бесполезная, то вы видимо хочешь и дальше верить что литий только в батарейках используется.

Ага никому, по сравнению с текущими потребностями, все те капля в море сейчас. И постоянно их доля быстро падает.

Не на дрожжах а на искусственным стимулировании следуя заветам пресвятой Греты. Но политика вещь изменчивая....Сегодня зеленые у власти, завтра придут иного цвета политики.... Фундаментально у всех этих игрищь с ВИЭ нет не какой основы.

Есть, независимость от поставок топлива и военная безопасность. Вообщем два кита политика и военные будут за ВИЕ всеми руками всегда

[EmperioAf]

При обсуждении аккумуляторов энергии обсуждают обычно аккумуляторы химической энергии.
А нет ли какой то возможности переводить  нерадиоактивные элементы  в радиоактивные и использовать радиоактивные элементы как аккумулятор энергии?

[BlackMokona]

При обсуждении аккумуляторов энергии обсуждают обычно аккумуляторы химической энергии.
А нет ли какой то возможности переводить  нерадиоактивные элементы  в радиоактивные и использовать радиоактивные элементы как аккумулятор энергии?

Звучит крайне дорогостояще и с околонулевым КПД. И оправдано только аля делаем топливо для звездолетов для соседней сферы Дайсона в межзвездной империи

[Serg53]

Исчерпывающий ответит на них может дать какой-нибудь научно-исследовательский институт по результатам исследования. Постройка опытного сооружения и натурные испытания

вряд ли это будут энергонапряжённые системы с большим перепадом уровней воды. Скорее, что-то вроде голландских польдеров, нежели железобетонный колодец до дна

Не надо никаких научно-исследовательских институтов, опытных сооружений и натурных испытаний. Зная размеры колодца не трудно это просчитать самостоятельно. Но и без расчетов понятно, что эффективность такого сооружения будет близка к нулю!

[AlexAV]

По мне литий просто не искали ещё нормально.

Существует два типа месторождений дешевого лития. Рапы солёных озер и минералы редкометальных пегматитов. Озера сейчас разведаны практически полностью. С момента появления спутниковой съёмки на планяете по очевидной причине не открыто не одного нового озера. Так что эту часть запасов можно считать разведали полностью (может в каких-то озерах до сих пор не измерили минеральный состав воды, но это уже мелочи).

Редкометалльные пегматиты искали и ищут очень тщательно в связи с тем, что к нему приурочены месторождения целого ряда дефицитных видов сырья. Скажем, ниобия, бериллия, тантала. Заодно и литий картографируют. Тут тоже каких-то крупных открытий ожидать сложно. Искали давно и тщательно и всё более-менее очевидное уже нашли.

До некоторой степени недоразведаны подземные запасы литий-содержащих минеральных вод (которые сейчас практически без исключения относятся к некондиционным). Но там качество запасов в основном ужасное. Это уже не очень дешевый литий, для массового использования такого источника нужна уже радикально иная цена лития (а тут запас для подорожания не такой уж большой, сейчас карбонат лития стоит около 19 $/кг, а при цене более 100 $/кг литиевые аккумуляторы нигде кроме портативной электроники применяться не будут, для большой энергетики это уже будет слишком дорого, да и для электромобилей тоже).

Так что нет, скорее всего дешевый литий уже разведан в значительной мере. Самый дешевый (из рапы солёных озер) уже вообще почти полностью.

[BlackMokona]

Так что нет, скорее всего дешевый литий уже разведан в значительной мере. Самый дешевый (из рапы солёных озер) уже вообще почти полностью.

Так же будут искать и новые варианты месторождений и их извлечения. Вроде объявленной Маском технологии, которая по его словам позволит добывать литий недалеко от его гигафактори. Просто изучать извлечения лития из всего чего попало, при наличии удобных и хороших озёр с простым и понятным способом так же небыло нужды

[pkl]

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.

Похоже, с подшипниками беда будет посерьёзнее, чем с энергией. А они не только для ветрогенераторов нужны! А нельзя ли изобрести подшипник БЕЗ использования высоколегированных сталей и вообще редких элементов? Графит? Алмаз? Сапфир?

[AlexAV]

Так же будут искать и новые варианты месторождений и их извлечения.

Да нет никаких других вариантов кроме перечисленной тройки рассолы соленых озер - редкометалльные пегматиты - минерализованные подземные воды (последние с большим разбросом параметров, но в большинстве случаев представляющие довольно низкокачественное сырьё). Попросту в природе не существует.

[AlexAV]

Похоже, с подшипниками беда будет посерьёзнее, чем с энергией. А они не только для ветрогенераторов нужны! А нельзя ли изобрести подшипник БЕЗ использования высоколегированных сталей и вообще редких элементов?

Какого-то очевидного варианта, кроме инструментальной углеродистой не лигированной стали, пригодных для массового применения без редких элементов по сути нет. Но подшипник из нелегированной углеродистой стали по сравнению с хромсодержащей, конечно будут тем ещё эрзацем. Надежность и долговечность любой механики упадет очень сильно.

Выпиливать шарики для подшипника из алмаза или корунда формально конечно можно, но для массовой техники это будет безумно дорого.

Проблемы будут, кстати не только с подшипниками, но вообще много где. В той же криогенной техники, все криогенные стали имеют очень высокое содержание никеля. Да вообще везде, где нужны детали, способные работать под высокими механическими нагрузками, или сталь со специальными свойствами.