Geum.ru

Из дерьма конфет не делают.  Некоторые особенности альтернативной энергетики

Вид материалаДокументы
Подобный материал:
Из дерьма конфет не делают.
 Некоторые особенности альтернативной энергетики


 ссылка скрыта


 

Сергей Южный

 

Россия за последние годы живёт в основном за счёт продажи нефти и газа. При этом большие надежды возлагаются в будущем на альтернативные источники энергии. В основном это энергия солнца, ветра, водородная энергетика и многие другие.

Существует не один десяток способов получения энергии, но проходят годы, а массового перехода на солнечную, ветровую энергию, или энергию приливов и отливов мы не наблюдаем. Это объясняют происками нефтегазодобывающих компаний, недостаточной поддержкой государства, недостатком инициативы предпринимателей и т.д. Некоторые, подсчитав финансовые расходы, объясняют символическое наличие альтернативной энергетики низкими ценами на нефть и газ, но в самое ближайшее время обещают изменение ситуации. Но правы они только отчасти и такие предсказания, как правило, не сбываются.

Основная причина в том, что по мере роста стоимости обычных энергоносителей растёт и цена получения менее эффективной альтернативной энергетики. В прессе мелькают сообщения о сенсационных открытиях или прорывах в области альтернативной энергетики, но, как правило, простейшие арифметические расчёты или более глубокое изучение проблемы доказывает их несостоятельность.

Для начала рассмотрим одну половину проблемы. Солнечную энергию невозможно получать круглосуточно в любое время года. Достаточного для работы ветрогенератора ветра может не быть несколько дней. Самый простой и доступный способ сохранения энергии это установка аккумуляторов. Чтобы лучше уяснить ситуацию попробуем определить необходимое количество аккумуляторов для обогрева зимой обычного дома площадью 100 м2.

«Согласно нормам при температуре наружного воздуха -20 С для этого необходима мощность 16,6 кВт.» (ж-л Изобретатель и рационализатор №8 1998г стр22 ). Значит, за сутки израсходуем 398,4 кВт*ч электроэнергии. Обычный автомобильный аккумулятор ёмкостью 60 А*ч напряжением 12В после полной зарядки способен отдать 0,72 кВт*ч электроэнергии. Итого получается надо 533 аккумулятора весом 15 – 20 кг каждый или около 10 тонн аккумуляторов на сутки.

Разумеется, для надёжного энергоснабжения дома аккумуляторов необходимо в несколько раз больше. Сколько кому нужно аккумуляторов и сколько это будет стоить, можно определиться самим. На каждого жителя необходимо будет несколько тонн аккумуляторов каждые 2-3 года. Конечно, это нереально.

Кроме того, очень много энергии потребляют промышленность и транспорт. Ранее изложенное только часть проблемы. Альтернативные источники энергии считаются дорогими не только потому, что для их изготовления надо много денег. Кремниевые солнечные батареи дорогие прежде всего потому, что для выплавки, очистки и обработки кремния нужно больше энергии, чем они способны выдать в течение всего своего срока службы.

Предлагается, например, добывать энергию из гидратов, замёрзшего среди молекул воды газа в вечной мерзлоте. Но чтобы только наковырять в вечной мерзлоте некоторое количество гидратов, надо затратить намного больше энергии, чем её сможем получить из этих гидратов.

Энергетические затраты на получение альтернативной энергии как правило превышают количество полученной энергии. Если попытаться создать альтернативную энергетику любой ценой, то очень вероятна ситуация, что мы на создание и эксплуатацию оборудования будем тратить больше энергии, чем эта энергетика сможет дать. Это будет означать напрасное расходование существующих энергоносителей, людских и природных ресурсов.

Для того, чтобы построить ветровой генератор, требуется довольно много энергии для выплавки метала, чтобы изготовить вышку и саму ветровую головку. Нужна энергия для многочисленных перевозок на различных стадиях производства и монтажа ветроустановки. Зарплата изготовителей и эксплуатационников также означает возмещение затрат энергии на изготовление еды, одежды и удовлетворение самых разных человеческих потребностей. Многие ссылаются на успехи науки, техники и надеются на скорое разрешение проблемы.

Электроника и энергетика принципиально разные вещи. Если успехи электроники в основном зависят от технологий и схемных решений, то основой энергетики являются неизменные физические законы и такие понятия, как калория, ватт и т.д. Некоторые западные политики для обывателей демонстрируют свою приверженность охране окружающей среды и экономии традиционных видов топлива разъезжая на дорогих водородных или аккумуляторных автомобилях. Чтобы получить водород для этого автомобиля сжигалось во много раз больше традиционного топлива, чем при использовании обычного горючего (ссылка скрыта).

Хорошие аккумуляторы для электромобилей стоят дорого именно потому, что на их изготовление затрачено много труда, а значит энергии. Например, литий-ионный аккумулятор для сотового телефона за свой срок службы способен отдать электроэнергии примерно на рубль, а стоит в сотни раз больше. Автомобиль с такими аккумуляторами демонстрировался, но он не может быть прообразом транспорта будущего. Стоимость такого автомобиля составляет 900 000 евро, причём большая часть цены приходится на аккумуляторы, которые нужно менять через каждые два года. Поэтому из экономических соображений не применяются разработанные и давно обещанные сотни тысяч водородных автомобилей.

Была высказана довольно интересная идея, ввести новую валюту, которая не будет подвержена инфляции – энергорубли. Они будут увязаны с определённым количеством энергии. Тогда будет более понятно, сколько энергии мы затратили на данную энергоустановку и сколько, потом сможем от неё получить. Не так заметно, но эту роль выполняют и обычные рубли.

Мы напрасно ждём, что с ростом цен на энергоносители станет выгодно использовать альтернативную энергетику. По мере роста цены на энергоносители растёт цена и альтернативной энергоустановки, например ветрогенератора или аккумулятора. Растут энергозатраты на добычу полезных ископаемых и получение энергии традиционными способами.

Правда, применение более совершенных технологий в производстве несколько уменьшают расходы. Высказывалось суждение, что из-за увеличения энергозатрат на добычу нефти скоро наступит ситуация, когда не выгодно будет разрабатыать разведанные месторождения. Однако ценность нефти для нефтехимии больше, чем ценность её как топлива. Не всегда учитывается и такая особенность энергетики как потери при преобразовании энергии. Считается, что водородные двигатели имеют неплохой к.п.д., но при этом не учитываются большие затраты энергии на получение водорода. Учитывать энергозатраты более правильно по затратам первичного источника энергии, или при сравнении одних и тех же видов энергии.

Для примера можно сравнить по потреблению энергии электровоз и работающий на мазуте паровоз. Но электровоз потребляет электроэнергию, полученную с помощью турбины получающей энергию от сжигания мазута. Поэтому для сравнения истинного к.п.д. электровоза правильным будет учитывать потери на тепловых электростанциях, которые имеют к.п.д. 25-26%, а также потери в трансформаторах, линиях электропередач и потери самого электровоза. Разница по к.п.д. при сжигании мазута получается небольшая, а дополнительное оборудование для работы электровоза стоит дороже. Из-за потерь при преобразованиях энергии гораздо выгоднее использовать ветроустановки непосредственно использующие полученную механическую энергию, например для насосов, мельниц и т.д.

Если использовать ветровые генераторы для получения электричества, которое накапливается в аккумуляторах, а потом поступает на электродвигатели вращающие насосы, то потери энергии и стоимость такой системы будет в разы больше. Гораздо больше энергии можно получить сжигая просто древесину, а не полученный из неё древесный спирт, или например, сжигая сухую органику можно получить больше энергии, чем при сжигании полученного из неё метана, да и дешевле. Биоустановки требуют для работы много сырья и трудозатрат.

«Для отопления небольшого дома площадью 50…60м2, а также для приготовления пищи требуется 3,5…5м3 биогаза в час. Из 1т сырья получаем 80…100м3 биогаза. Для получения необходимого количества этого газа, потребуется 8…10т сырья в неделю». (ж-л. Конструктор №1 2003г стр21).

И ещё о некоторых особенностях других видов альтернативной энергетики. Стоимость сотни генераторов небольшой мощности обычно в несколько раз больше, чем одного такой же суммарной мощности, поэтому малая энергетика менее эффективна, а полученная энергия дороже. Частично потери окупаются близостью к потребителям. Какие перспективы энергетики можно ожидать в будущем?

В ближайшие 10…20 лет для многих неожиданно может наступить ситуация, когда нефтедобыча не сможет удовлетворять растущие потребности цивилизации. Это приведёт к резкому скачку цен на нефтепродукты, большим проблемам в мировой экономике и обострению международной обстановки. Как раз к этому моменту закончатся основные месторождения нефти в России. Мировое сообщество не может запретить США сжигать огромные массы нефтепродуктов в многочисленных войнах и огромном количестве автомобилей.

Ослабить удар по мировой экономике можно не увеличением нефтедобычи, а ежегодным постепенным уменьшением добычи в первую очередь нефти и во вторую очередь газа. Что реально можно предпринять? Бесполезно призывать к экономии энергоресурсов, развитию альтернативной энергетики и энергосберегающих технологий. Этого можно достичь только сокращением добычи и увеличением цены нефти и газа. И слишком резкого разрушения мировой экономики можно избежать и ресурсов на дольше хватит.

Приблизительные характеристики некоторых альтернативных видов энергии.

Никогда не найдут широкого применения следующие виды энергии:

1. Ветровая энергия из-за больших трудозатрат на изготовление и обслуживание, а также из-за непостоянства ветра. Возможно ограниченное применение, например, для перекачивания воды, если не требуется непрерывная работа.

2. Солнечная энергия с применением кремниевых солнечных батарей из-за дороговизны, непостоянства работы в зависимости от времени суток и значительного уменьшения отдачи зимой. Будут применяться в космосе и очень ограниченно в самых отдалённых южных районах.

3. Получение и использование биогаза возможно только очень ограниченное непосредственно на животноводческих фермах и на предприятиях по переработке сельхозпродукции на собственные нужды, если значительно вырастет цена энергоресурсов. Использование энергии биомассы со свалки не покроет расходов энергии даже на переработку отходов.

4. Электростанции с использованием энергии приливов и отливов из-за тяжелых условий, а поэтому ненадёжной работы оборудования и непостоянства работы. Большие сложности работы в зимний период. Возможно использование экспериментальных электростанций.

5. Никогда не будут испытываться серьёзные генераторы тока, использующие энергию морских течений из-за дорогих и ненадёжных генераторов, работающих в агрессивной морской воде. Чтобы получить сколько-нибудь существенное количество энергии при низких скоростях воды, генераторы должны быть огромных размеров.

6. Вряд ли возможно обещанное прессой использование нефтяных и газовых месторождений на шельфе северных морей кроме Баренцевого моря. Постоянные подвижки огромных ледяных масс снесут любые буровые платформы.

7. Водородная энергетика требует для получения водорода большого расхода энергии. Сам водород неудобен и опасен. Возможно, применение водорода в далёком будущем в случае новых фундаментальных открытий позволяющих получать в неограниченном количестве очень дешевую электроэнергию, но водород как топливо всегда будет уступать бензину.

8. Использование предполагаемого на луне изотопа гелий-3. Если даже и существует неизвестный на земле химический элемент, то в микродозах. Строить на луне современный горнообагатительный комбинат, от которого можно в лучшем случае ожидать в грамм добыча – в год труды, не имеет смысла.

9. Пьезоэлементы, способные давать дорогую электроэнергию в микроскопических количествах не пригодны как источники энергии.

10. Применение бактерий для получения электрической энергии или водорода. Для получения электроэнергии требуются дорогие катализаторы, но даже при существенном удешевлении получим менее удобный в работе аналог гальванической батареи. Работоспособность такого источника тока зависит от температуры. Применение бактерий для получения водорода позволит только немного повысить содержание водорода в среде обитания бактерий и в таком виде его трудно использовать.

Малоэффективные и дорогие виды энергии:

1. Реально смогут работать автомобили с громоздкими, дорогими и несовершенными пока топливными элементами, где электроэнергия получается при каталитическом разложении жидкого органического топлива. Но на жидком топливе могут работать и обычные двигатели. Эти двигатели немного экономичнее, но намного дороже обычных бензиновых.

2 Возможно в транспорте будут использоваться тихоходные двигатели Стирлинга с наружным сгоранием топлива, которые могут работать даже на дровах.

3. Существует конструктивно менее надёжный в работе, но более всеядный к жидкому топливу роторный двигатель, который не может пока конкурировать с двигателем внутреннего сгорания.

4. Батареи на термопарах из-за низкого к.п.д. возможно найдут применение как дополнение к печкам «буржуйкам».

5. Могут работать плохие по характеристикам и малонадёжные двигатели с маховиками.

6. Применение испаряющегося жидкого азота или сжатого воздуха в двигателях возможно ограниченное на небольшие расстояния.

7. Использование как топлива растительных масел. Если техникой работающей на растительном масле вспахать и засадить поле, собрать и вывезти урожай, а потом получить это масло, то вряд ли получим существенно больше масла, чем затратили. Расход топлива не единственные затраты.

8. При благоприятном развитии технологий возможно использование космических солнечных отражателей.

9. Более широкое использование малорентабельных горючих сланцев, торфа?

10. Электроэнергия с аккумуляторов для автомобильного транспорта. Возможно несколько более широкое применение для маломощных индивидуальных транспортных средств.

В будущем найдут более широкое применение после выработки основных месторождений нефти, а потом и газа худшие по своим характеристикам энергоносители.

1. Использование вместо газа угля для электростанций, котельных, личных хозяйств и химической промышленности, а возможно и паровозов.

2. Значительно увеличится использование древесины для отопления и как сырья для химической промышленности.

3. Малая гидроэнергетика.

4. Тепловые насосы для использования низкотемпературного тепла.

5. Солнечные водонагревательные установки для бытовых нужд смогут покрыть только очень малую часть потребностей в энергии и только в тёплое время года.

6. Этиловый спирт и метанол для работы двигателей внутреннего сгорания, которые значительно вырастут в цене из-за энергозатрат на их получение и необходимости в большом количестве органики.

7. Использование синтетического бензина из самой разной органики (торф, горючие сланцы, древесина и т.д.).

8. Более широко для получения тепла, а иногда и электроэнергии будут применяться различные виды вихревых генераторов.

9. Геотермальные воды, но использование составит небольшую часть в общем объёме получаемой энергии.

10. Гужевой транспорт.

Для большой энергетики не подходят варианты использования не постоянно работающих источников энергии с применением аккумуляторов. В ближайшие десятилетия после выработки нефти значительно увеличится использование других видов органического и сырья. Сначала газа, потом угля, торфа и древесины, о воспроизводстве которой нужно позаботиться сейчас.

Из всех видов энергии несколько особняком стоит атомная энергия, для которой в России осталось мало сырья. США, Германия и Франция уже давно не строят у себя атомные электростанции, как я понимаю, из соображений экологической безопасности. Скорее всего, по мере выработки запасов нефти и газа придётся этой опасностью пренебречь.

Строительство Волго-Донской АС вызвало протесты местного населения и им обещали много дешевой энергии. Когда АС запустили, то оплата за электроэнергию стала больше, чем у соседей из-за более высокой себестоимости. В такой же ситуации может оказаться и Россия.

Когда начнут отключать от газа города и регионы, то придётся перевести котельные и газовые печки в домах на атомную электроэнергию. Только кто сможет оплачивать такое отопление? Не думаю, что большая часть населения согласится спокойно замерзать. Правда большая часть сырья для атомных электростанций уже продана и нам придется сразу перегодить на более дорогую энергию.

Получение термоядерной энергии проблематично в ближайшие 50 лет и никогда не будет дешевым.

Конечно, это далеко не полный список источников энергии, встречается информация и о многих других. Это, например различные конструкции летающих тарелок и двигателей космических кораблей, некоторые принципиально могут работать, но насколько эффективно не совсем понятно. Есть также сомнительная информация о заведомо неработоспособных механизмах или устройствах типа вечного двигателя, например, увеличивающиеся в объёме при переворачивании под водой поплавки или, что будто настройкой карбюратора обычного двигателя автомобиля можно достигнуть практически нулевого потребления топлива, а в некоторых режимах и нулевого потребления при небывалом увеличении мощности.

Но некоторые усовершенствования, такие как электронное зажигание, оптимизаторы действительно несколько увеличивают к.п.д. обычных двигателей внутреннего сгорания. Реально можно уменьшить энергопотребление за счёт применения новых технологий. Разработаны более экономичные турбины и генераторы, работающие на традиционных источниках энергии.

Сейчас почти в каждом научно популярном журнале описываются запатентованные чудесные источники энергии, механизмы и устройства. Можно запатентовать, например, мощную плазменную установку, которая способна выдавать пробирочные количества не очень чистого водорода, но практической ценности такие устройства обычно не имеют.

Некоторая информация о нетрадиционных источниках энергии заслуживает гораздо большего доверия, но такая информация как обычно покрыта мраком. Это опыты Николы Теслы по получению и передачи энергии, генератор О. Грицевича, который по некоторым источникам информации уехал со своим коллективом в США, и др. В основном перспективными считаются направления энергетики с использованием резонанса, вихрей, а также изучение не совсем ещё понятных полей.

Слишком рассчитывать, что нам в ближайшее время подарят неиссякаемый источник дешевой энергии не стоит. Не все страны одинаково озабочены мировой энергетической безопасностью. Из энергии, даже бесплатной невозможно изготовить, что-либо вещественное. Поэтому после выработки основных месторождений нефти и газа огромная нагрузка ляжет на гораздо худшее сырье, такое как уголь, древесина и другая органика. Их переработка более трудоёмкая и малоэффективная. Поэтому неизбежно снизится промышленное производство и реальный жизненный уровень. Не могу на все 100% гарантировать точность своих предположений, однако если сравнить с тем, что пишет об альтернативной энергетике свободная пресса….

Я хотел бы дать совет тем советчикам, которые обещают легко перевести энергетику России на солнечную, ветровую энергию, энергию бытовых отходов или водород. Прежде чем советовать и строить на этом экономическую политику государства самим и за свой счёт попробовать перейти на эту энергию. Народ устал от непродуманных экспериментов над ним, которые могут иметь непоправимые последствия.