fantascop

Пузырь альтернативной энергетики

в выпуске 2014/11/10
28 октября 2014 - Сергей Маэстро
article2672.jpg



8 октября 1975 г. на научной сессии, посвященной 250-летию Академии наук СССР, академик Петр Леонидович Капица, удостоенный тремя годами позже Нобелевской премии по физике, сделал концептуальный доклад, в котором, исходя из базовых физических принципов, по сути, похоронил все виды «альтернативной энергии», за исключением управляемого термоядерного синтеза.
Доводы академика Капицы сводятся к следующему: какой бы источник энергии ни рассматривать, его можно охарактеризовать двумя параметрами: плотностью энергии — то есть ее количеством в единице объема, — и скоростью ее передачи (распространения). Произведение этих величин есть максимальная мощность, которую можно получить с единицы поверхности, используя энергию данного вида.
Непонятно, почему эта примитивная формула до сих пор повсеместно не используется. Вот, скажем, солнечная энергия. Ее плотность ничтожна. Зато она распространяется с огромной скоростью — скоростью света. В результате поток солнечной энергии, приходящий на Землю и дающий жизнь всему, оказывается совсем не мал — больше киловатта на квадратный метр. Увы, этот поток достаточен для жизни на планете, но как основной источник энергии для человечества крайне неэффективен. Как отмечал П. Капица, на уровне моря, с учетом потерь в атмосфере, реально человек может использовать поток в 100—200 ватт на квадратный метр.
Даже сегодня КПД устройств, преобразующих солнечную энергию в электричество, составляет 15%, а зачастую и менее этого. Чтобы покрыть только бытовые потребности одного современного домохозяйства, нужен преобразователь площадью не менее 40—50 квадратных метров. А для того, чтобы заменить солнечной энергией источники ископаемого топлива, нужно построить вдоль всей сухопутной части экватора сплошную полосу солнечных батарей шириной 50—60 километров. Совершенно очевидно, что подобный проект не может быть реализован ни по техническим, ни по финансовым, ни по политическим причинам.
Противоположный пример — топливные элементы, где происходит прямое превращение химической энергии окисления водорода в электроэнергию. Здесь плотность энергии велика, высока и эффективность такого преобразования, достигающая 70 и более процентов. Зато крайне мала скорость ее передачи, ограниченная очень низкой скоростью диффузии ионов в электролитах. В результате плотность потока энергии оказывается примерно такой же, как и для солнечной энергии. Капица писал:
«На практике плотность потока энергии очень мала, и с квадратного метра электрода можно снимать только 200 Вт. Для 100 мегаватт мощности рабочая площадь электродов достигает квадратного километра, и нет надежды, что капитальные затраты на построение такой электростанции оправдаются генерируемой ею энергией». Значит, топливные элементы можно использовать только там, где не нужны большие мощности, не более.
Так, последовательно оценивая ветровую энергетику, геотермальную энергетику, волновую энергетику, гидроэнергетику, Капица доказывал, что все эти, на взгляд дилетанта вполне перспективные, источники никогда не смогут составить серьезную конкуренцию ископаемому топливу: низка плотность ветровой энергии и энергии морских волн; низкая теплопроводность пород ограничивает скромными масштабами геотермальные станции; всем хороша гидроэнергетика, однако для того, чтобы она была эффективной, либо нужны горные реки — когда уровень воды можно поднять на большую высоту и обеспечить тем самым высокую плотность гравитационной энергии воды, — но их мало, либо необходимо обеспечивать огромные площади водохранилищ и губить плодородные земли.
В своем докладе Петр Леонидович Капица особо коснулся атомной энергетики и отметил три главные проблемы на пути ее становления в качестве главного источника энергии для человечества: проблему захоронения радиоактивных отходов, критическую опасность катастроф на атомных станциях и проблему неконтролируемого распространения плутония и ядерных технологий. Через десять лет после вышеупомянутого доклада, в Чернобыле, мир смог убедиться, что страховые компании и академик Капица были более чем правы в оценке опасности ядерной энергетики. Так что пока речи о переводе мировой энергетики на ядерное топливо нет, хотя можно ожидать увеличения ее доли в промышленном производстве электроэнергии.
Наибольшие надежды Петр Капица связывал с термоядерной энергетикой. Однако за прошедшие тридцать с лишним лет, несмотря на гигантские усилия ученых разных стран, проблема управляемого термояда не только не была решена, но со временем понимание сложности проблемы, скорее, только выросло.
В ноябре 2006 года Россия, Евросоюз, Китай, Индия, Япония, Южная Корея и США договорились начать строительство экспериментального термоядерного реактора ИТЭР, основанного на принципе магнитного удержания высокотемпературной плазмы, который должен обеспечить 500 мегаватт тепловой мощностьи в течение 400 секунд. Не в лучшем состоянии находится и идея лазерного термояда, основанного на быстром сжатии водородной мишени с помощью лазерного излучения.
А как же водородная энергетика и пресловутое биотопливо, которые сегодня пропагандируются наиболее активно? Почему Капица не обращал на них внимания вообще? Ведь биотопливо в виде дров человечество использует уже веками, а водородная энергетика сегодня кажется настолько перспективной, что едва ли не каждый день приходят сообщения о том, что крупнейшие автомобильные компании демонстрируют концепт-кары на водородном топливе! Неужели академик был настолько недальновиден? Увы… Никакой водородной и даже биоэнергетики в буквальном смысле слова не может существовать.
Что касается водородной энергетики, то, поскольку природные месторождения водорода на Земле отсутствуют, ее адепты пытаются изобрести вечный двигатель планетарного масштаба, не более и не менее того. Есть два способа получить водород в промышленных масштабах: либо путем электролиза разложить воду на водород и кислород, но это требует энергии, заведомо превосходящей ту, что потом выделится при сжигании водорода и превращении его опять в воду, либо… из природного газа с помощью катализаторов и опять-таки затрат энергии — которую нужно получить… опять-таки сжигая природные горючие ископаемые!
Правда, в последнем случае это все-таки не «вечный двигатель»: некоторая дополнительная энергия при сжигании водорода, полученного таким путем, все же образуется. Но она будет гораздо меньше той, что была бы получена при непосредственном сжигании природного газа, минуя его конверсию в водород. Значит, «электролитический водород» — это вообще не топливо, это просто «аккумулятор» энергии, полученной из другого источника… которого как раз и нет. Использование же водорода, полученного из природного газа, возможно, и сократит несколько выбросы углекислого газа в атмосферу, так как эти выбросы будут связаны только с генерацией энергии, необходимой для получения водорода. Но зато в результате процесса общее потребление невозобновляемых горючих ископаемых только вырастет!
Ничуть не лучше обстоят дела и с «биоэнергетикой». В этом случае речь идет либо о реанимации старинной идеи использования растительных и животных жиров для питания двигателей внутреннего сгорания (вспомним, что первый «дизель» Дизеля работал на арахисовом масле), либо об использовании этилового спирта, полученного путем брожения или подвергнутых гидролизу натуральных   агропродуктов.
Что касается производства масел, то это крайне низкоэффективное, по «критериям Капицы», производство. Так, например, урожайность арахиса составляет в лучшем случае 50 ц/га. Даже при трех урожаях в год выход орехов едва ли превысит 2 кг в год с квадратного метра. Из этого количества орехов получится в лучшем случае 1 кг масла: выход энергии получается чуть больше 1 ватта с квадратного метра — то есть на два порядка меньше, чем солнечная энергия, доступная с того же квадратного метра. При этом мы не учли того, что получение таких урожаев требует интенсивного применения энергоемких удобрений, затрат энергии на обработку почвы и полив. То есть, чтобы покрыть сегодняшние потребности человечества, пришлось бы полностью засеять арахисом пару-тройку земных шаров. Проведя аналогичный расчет для «спиртовой» энергетики, нетрудно убедиться, что ее эффективность еще ниже, чем у «дизельного» агроцикла.
Что же, ученые не знают этих цифр и перспектив? Разумеется, знают. Ричард Хейнберг в своей нашумевшей книге PowerDown: Options And Actions For A Post-Carbon World («Конец света: Возможности и действия в пост-углеродном мире») самым детальным образом повторяет анализ Капицы и показывает, что никакая биоэнергетика мир не спасет.
Так что происходит? А вот что: только очень наивный человек полагает, что экономика сегодня, как и 150 лет назад, работает по марксистскому принципу: «деньги — товар — деньги». Новая формула «деньги — деньги» короче и эффективнее. Хлопотное звено в виде производства реальных товаров, обладающих для людей реальной полезностью в привычном смысле этого слова, стремительно вытесняется из «большой экономики». Связь между ценой и полезностью в материальном смысле — полезность вещи как пищи, одежды, жилья, средства передвижения или услуги как средства удовлетворения какой-то реальной потребности, — уходит в небытие точно так же, как некогда ушла в небытие связь между номиналом монеты и массой заключенного в ней драгоценного металла.
Точно так же «вещи» нового века очищаются от всякой полезности. Единственная потребительная способность этих «вещей», единственная их «полезность», которая сохраняет смысл в экономике нового времени, — это их способность быть проданными, а главным «производством», приносящим прибыль, становится надувание «пузырей». В данном случае дуется "мыльный пузырь" альтернативной энергетики. но все пузыри рано или поздно лопаются — это основное свойство всех пузырей.
--------------------------------------
Автор статьи — Сергей Лопатников, редактировано и адаптировано под формат НЕФ мной.

Рейтинг: +8 Голосов: 8 2260 просмотров
Нравится
Комментарии (19)
Казиник Сергей # 29 октября 2014 в 05:44 +5
Отлично!
Я как-то статью писал про то, что популярная ныне борьба за экологию транспорта и, как следствие, возня по замене ДВС на электропривод, по сути банальное мошенничество. Так как электропривод на машине "грязнее" бензинового в несколько раз. Просто вся грязь в другом месте.
Матумба(А.Т.Сержан) # 29 октября 2014 в 11:57 +3
Помню. Я тогда с тобой не согласился)))))
По тексту:
Как отмечал П. Капица, на уровне моря, с учетом потерь в атмосфере, реально человек может использовать поток в 100—200 ватт на квадратный метр.
- не соответствует действительности. На широте Ленинграда примитивный солнечный нагреватель площадью 1,4 квадратных метра (полезная - 0,8 кв.м) на моей даче нагревает 80 литров воды в термоизолированном баке (от старого электроводонагревателя) до 70 градусов за четыре часа. Батареи самолета Solar Impulse не только обеспечивают его полет днем (силовая установка 4х7,35квт), но и заряжают аккумуляторы, которых хватает на ночь полета (конечно он летит не на высоте уровня моря, но даже с учетом меньших потерь в атмосфере - получается почти киловат энергии с квадратного метра. Если что - у нас работает мужик, зять которого проектировал этот самолет)))
Матумба(А.Т.Сержан) # 29 октября 2014 в 12:05 +4
В статье есть шикарное место: "Деньги-Деньги". Нам дурят мозги двигателями внутреннего сгорания по той же самой причине. Есть гораздо более эффективные двигатели внешнего. Например - паровой))) Его ресур до первого ТО, с применением современных технологий, свыше двух миллионов километров. Или Стирлинг с магнитной передачей))). Он вообще необслуживаемый. Внуки первого владельца автомобиля умрут раньше, чем он сдохнет)))) Вот только зачем нашей экономики такое надо? Лучше пудрить мозг гибридами. Еще более дорогими и якобы экологичными)))
Казиник Сергей # 29 октября 2014 в 15:25 +4
Вот только зачем нашей экономики такое надо? Лучше пудрить мозг гибридами. Еще более дорогими и якобы экологичными)))
Вот! Все из-за бабок!
Матумба(А.Т.Сержан) # 29 октября 2014 в 15:45 +3
Это точно. У себя в рассказе "День третий" я по этой теме прошелся. От А до Я))) В двух словах: что было бы если не.... Будет время-желание загляни. От себя добавлю, что работая ведущим инженером-конструктором постоянно сталкиваюсь с препонами "из-за бабок")))
Казиник Сергей # 29 октября 2014 в 15:21 +4
Очень интересно! Только инфы по этому самолету мало.
Матумба(А.Т.Сержан) # 29 октября 2014 в 16:20 +4
Мало. До обидного. Говорят - секрет фирмы и Фсе такое)))
DjeyArs # 2 ноября 2014 в 22:52 +1
Рассказ мне понравился бы больше если бы конечно было поменьше технического языка, а то я ведь гумманитарий, мне это тяжеловато( Но плюсик все же поставил smile
Курт # 2 ноября 2014 в 23:17 0
Все таки статья, а не рассказ. И очень легкая и доступная. Это редкое умение - писать столь просто о сложных вещах. Мое вам спасибо!
Да, а где озвучку скачать можно? Искал, не нашел.
Казиник Сергей # 6 ноября 2014 в 01:58 +3
Эфир статьи:
http://fantastic.podfm.ru/267/
0 # 10 ноября 2014 в 23:40 +4
Статья хорошая, но на сайте Фантастика рф выглядит как выступление разоблачителя фокусов в цирке сразу после Кио. Обидно даже. Хотя поклонников дизель- или стим-панка точно бы порадовало. Как истинный фантаст предлагаю не обращать внимания на происки ученых, режущих на корню фантазию и полет воображения.

Мы свои творения не на всяких там произведениях ватт с квадратными килограммами пишем. Полезно-бесполезно, потомки сами разберутся, если они еще будут, потомки эти.

И вообще энергию надо из мирового эфира добывать. Земля летит со скоростью 250 км/сек, через этот самый эфир, ставишь в багажнике "Жигулей" обмотку с пылесоса, пару микросхем секретных, и вот уже машина летит на дармовой энергии, хрен какой гаишник угонится, причем ему надо заправляться, а тебе нет. Мне, кстати, микросхемки уже обещали. Ждем-с!
Казиник Сергей # 10 ноября 2014 в 23:57 +4
ставишь в багажнике "Жигулей" обмотку с пылесоса, пару микросхем секретных, и вот уже машина летит на дармовой энергии, хрен какой гаишник угонится, причем ему надо заправляться, а тебе нет
Тесла так умел!
А статья по формату чётко в НЕФ вписывается. Без лишних заумствований и по делу.
Григорий LifeKILLED Кабанов # 12 ноября 2014 в 14:29 +2
С 50-х годов прошло много времени. Технологии стали экономичнее. Особенно электроника, особенно в лице вычислительной техники. Чем меньше нанометров в технологии изготовления процессора, тем меньше потребление энергии. В данный момент она вообще почти не потребляется.

На остальные сферы деятельности это тоже влияет. Компьютер может оптимизировать работу абсолютно всего в той или иной степени.

Сейчас особо много электричества вообще не нужно. Только если на отопление, но это тупик, т.к. газ гораздо лучше в этом плане.

Резюмирую: если у меня будет огород, скотина и будет, что пожрать, печка, чтобы согреться, то уж на работу ноутбука я с солнечных панелей и ветряной мельницы электричества-то уж наскребу laugh
Григорий LifeKILLED Кабанов # 12 ноября 2014 в 14:34 +2
Пардон, с 75-х laugh
Сергей Маэстро # 25 декабря 2014 в 00:23 +2
Даю справку. Четко с точки зрения практики.
Молдавия. Климат, думаю, все представляют себе. Так вот, дом 250 кВ.м и отапливаемый хозблок 120 кВ.м. Установлены солнечные батареи по всей крыше, 2 сименсовских ветровика, самых мощных которые можно купить за деньги, + рядом в ручье сделана плотина, которая копит воду, а при пике энергопотребления вода сбрасывается и крутит турбину, + стоят большие аккумуляторные шкафы.
Денег на все это потратили - жуть! И все равно - на освещение + отопление зимой не хватает. Топиться приходится дровами, а если пасмурно долго, то запускается еще и дизель, так как электричества в аккумуляторах от имеющихся источниках не хватает.
На мой взгляд яркий пример, как при помощи новых технологий попытались соскочить с углеводородной иглы и все равно - уперлись в тупое сжигание углеводородов.
Если что - это личный опыт был: папа одной из моих бывших жен в экоферму и экодом в Молдавии игрался.
roman mtt # 6 октября 2015 в 17:45 +1
бойко написано, но категоричный вывод не соответствует действительности. Альтернативная энергетика нужна. Из не вышла такая отрасль и понятия как ресурсосбережение, энергосбережение, энергоаудит, энергоэффективность. Системы учета потребления ресурсов (счетчики тепла, газа, воды, электричества, расхода жидкости) - все это пришло отсюда. Категоричность вывода мне очень не нравится. В сфере энергосбережения и учета - работал, в эффективности энергосберегающих технологий - убедился.

Просто энергосберегающие технологии сегодня становятся главными, хотя были производным от прародителей - различных направлений в альтернативной энергетике в том числе. Время придет и альтернативная энергетика выйдет на первое место вновь: ресурсы Планеты исчерпаемы, и от этой темы никуда нам не деться.
Сергей "Railgun" Булгаков # 12 февраля 2017 в 16:51 0
Только вчера вечером статью эту прочитал... Я читал раньше о том, что в Европе (в ФРГ, например) общегосударственные проекты по внедрению альтернативных источников энергии даже вредят больше. Но это я так понимаю на массовом уровне. В бытовом же плане мне кажется для любой власти человек, который имеет свои ветряки, сол. батареи, скважину и т.п., т.е. является максимально автономным, представляет угрозу.
"А если не будут брать - отключим газ" (с). Такое уже не прокатит.
Монополии традиционных энергетических ресурсов определенно душат все проекты в зародыше... Но один хрен они прогресс не остановят. Переписчики тоже протестовали в свое время против печатных станков...
roman mtt # 17 февраля 2017 в 23:52 0
Вчера прочитал, что в Чили и Германии цена на электричество падала до 0 и уходила в "-".

В Чили, где большая часть энергии сегодня производится солнечными станциями переизбыток электричества на юге страны - девать энергию от СЭС некуда (промышленность не выбирает ее), поэтому на рынке дневная цена падает до 0 на любые объемы - только забирай, чтобы не перегружать систему. (Закрыть или отключить солнечные панели, чтобы они не вырабатывали э/э, наверное, дороже?)

В Германии, где доля альтернативных источником на сегодня составляет 87% в общем объеме производства э/э, дневные цены на э/э уходили уже несколько раз в минус, т. е. потребителям производители доплачивали за включенный телевизор, горящие лампочки, только чтобы не перегрузить систему как таковую.

Выроботка излишних киловатов является стимулом для развития отрасли электромобилей, их применения. Э/э солнечная стоит копейки, на самом деле - рынок это показывает. Кроме того, это удешевляет производимые товары.
Станислав Янчишин # 25 сентября 2017 в 08:10 0
Хорошая статья!
Добавить комментарий RSS-лента RSS-лента комментариев