Вопросы по "зеленой" энергетике
Читал множество баталий по поводу "зеленой" энергетики, есть совсем небольшой личный опыт общения с поклонниками "зеленых бесов" и, наблюдая очередной срач по поводу замерзших вертяков и засыпанных снегом солнечных батарей в Германии, решил изложить свои обобщения базовых заблуждений спорщиков. Тем, кто сильно в теме, мои откровения формально
( Read more... )
НЯЗ, нормальная для человека концентрация CO2 составляет 400-800 ppm. Падение концентрации ниже 400 ppm чревато сбоями в работе дыхательной системы, потому что у человека она настроена делать выдох при наличии определённого количества углекислоты в организме. Увеличение концентрации ведёт к сонливости, рассеянности, головным болям, падению работоспособности, и так далее вплоть до смерти от удушья (при лимнологических катастрофах). 1200 ppm и выше - уже плохо. Поэтому выращивание растений в атмосфере, богатой СО2 - это для парников и теплиц в первую очередь, где "парниковый эффект" уже и так есть, а не для открытой местности.
Скорее уж вся возня затеяна для создания новых рынков для новых "экологически чистых" товаров, в том числе фотовольтаики и ветряков, и для создания помех развивающимся странам. При этом наиболее перспективный класс устройств для получения энергии из возобновляемых источников - SUT - малоизвестен, не применяется и не пиарится.
Reply
Уточните, пожалуйста, что это за наиболее перспективный класс устройств для получения энергии из возобновляемых источников - SUT?
Reply
Reply
Благодарю, интересно.
Но я бы не сказал, что это наиболее перспективный класс устройств. Описание студенческого эксперимента:
"Модель Грейс имела трубу высотой 7,1 метров, а основание составляло 100 квадратных метров...
Строительство башни, которое продолжалось до 8 февраля, заняло три дня. Обслуживание башни также потребовало от Грейс регулярного очищения от скопившегося снега, и она прошла через четыре вентилятора, прежде чем нашла идеальный вентилятор, компьютерный вентилятор.
В то время как Грейс обнаружила, что ее башня способна производить 36,6 ватт энергии в идеальный день, она сказала, что это лишь малая часть того, что может производить более крупная, реального размера, солнечная башня"
https://web.archive.org/web/20131203051959/http://newtownbee.com/news/education/2013/03/07/st-rose-student-creates-solar-updraft-tower/7775
Возможно, это будет эффективно в некоторых регионах при достаточно большой трубе (заявляется, что при высоте требы в 1000м и тепличном основании площадью 20км теоретически можно получать 100мегаватт), но при снежных зимах значительно больше энергии потребуется на очистку поверхности теплицы от снега, чем конструкция сможет теоретически произвести.
> У них вообще много названий, другое распространённое - "solar chimney".
"Solar chimney" - это https://en.wikipedia.org/wiki/Solar_chimney
Это традиционно используемая в жарких странах конструкция для теплообмена, позволяет использовать энергию солнца для охлаждения зданий за счет конвекции.
Если не ошибаюсь, tech_dancer@lj пытался использовать это иностранное понятие в качестве подтверждения своих гипотез о древней энергетике, перед тем как скрыл все комментарии в своем журнале и переместился на более подходящую площадку для монетизации своего творчества.
> По сути, это устройство извлекает энергию из восходящих потоков в атмосфере, совокупная
> мощность которых на порядки превосходит мощность горизонтальных ветров.
Ну это, наверное, в относительных показателях - если говорить о высотах в сотни метров и километры. Но в практически реализуемых показателях, на мой взгляд, в большинстве регионов горизонтальные ветры дадут на порядки больше мощности. Ну и плюс для этих SUT требуются ещё и значительные площади для теплиц, помимо высоких труб.
Reply
Это вытяжная труба, в которой конвекция осуществляется от нагрева воздуха Солнцем. В форме SUT оно используется как электростанция.
>Если не ошибаюсь, tech_dancer@lj пытался использовать это иностранное понятие в качестве подтверждения своих гипотез о древней энергетике
Я тоже задумываюсь над вопросом о том, могли ли древние строить SUT. Уж больно простая конструкция, а высота сооружения в 150 метров была доступна уже строителям мегалитов (пирамида Хеопса), тогда как и потребность в энергии тогда была меньше чем сейчас.
Ну это, наверное, в относительных показателях - если говорить о высотах в сотни метров и километры.
Вот тут описан расклад. Мощность восходящих потоков в атмосфере Земли оценивается в 8500 тераватт. Из них 2000 идёт на подъём воды, 1300 тратится на турбулентность, трение и.т.д, только 0.1 тераватт доступны для использования в обычных ветряках. И 5200 просто теряется в виде тепла, пополняя энтропию, просто потому что её не во что запрячь. Если эти 5200 запрячь в турбины SUT, оно даст в 187.5 раз больше мощности, чем по прогнозам человечество будет потреблять в 2050 году (28 тераватт). Для этого надо перехватить восходящие потоки над примерно 5% поверхности Земли, причём это не значит, что все эти проценты надо закатать под парник - достаточно высокая труба (порядка 10 километров) может втягивать в себя воздух и без парника. А увеличение высоты трубы гораздо дешевле, чем увеличение площади парника. Можно сказать, что атмосфера Земли - тепловой двигатель, который молотит почти в холостую, а SUT позволяет подключить к нему техносферу, дав адекватную нагрузку.
>Ну и плюс для этих SUT требуются ещё и значительные площади для теплиц, помимо высоких труб.
Площадь водохранилища ГЭС "Три ущелья" - 1000+ квадратных километров. Площади городов измеряются сотнями и тысячами квадратных километров. Город можно упрятать под парник - для него это будет общая крыша, спасающая от осадков, поддерживающая микроклимат, дающая вентиляцию и утилизацию тепла, теряемого жильём, человеческими телами и промышленностью.
Т.е. SUT в перспективе - это не только электростанция, она ещё управляет климатом и утилизирует отбросное тепло.
Reply
> Уж больно простая конструкция, а высота сооружения в 150 метров была
> доступна уже строителям мегалитов (пирамида Хеопса), тогда как и
> потребность в энергии тогда была меньше чем сейчас.
Ну а ещё "древние" могли скорость света высчитывать, ну или "современные" её установили на основе разработок "древних":
https://www.google.com/maps/@29.9792458,31.1342,469m/data=!3m1!1e3
А также:
Окружность круга, описывающего основание пирамиды Хеопса
минус
окружность круга вписываемая в основание пирамиды
равняется
299.792458m.
http://dimooz.free.fr/void/khoufou/kheops-a-la-vitesse-de-la-lumiere.html
Могу порекомендовать вам пересмотреть свои представления о древних, как минимум, конкретно о строителях пирамиды Хеопса:
https://gorojanin-iz-b.livejournal.com/80010.html
https://uctopuockon-pyc.livejournal.com/3404728.html
> Вот тут описан расклад. Мощность восходящих потоков в атмосфере Земли оценивается в 8500 тераватт.
Вообще-то там написано:
"The earth receives 174,000 TW of energy from the sun. There is a potential for producing 8,500 TW of mechanical energy from the solar energy received by the earth."
"Земля получает 174 000 ТВт энергии от Солнца. Существует потенциал производства 8 500 ТВт механической энергии из солнечной энергии, получаемой Землей".
Насколько я понимаю "восходящие потоки" (термические потоки) - это не то же самое, что и оцениваемый потенциал производства механической энергии из солнечной энергии, получаемой Землей.
> Можно сказать, что атмосфера Земли - тепловой двигатель, который молотит почти
> в холостую, а SUT позволяет подключить к нему техносферу, дав адекватную нагрузку.
Это, конечно, всё красивый образ, но pdf, на который вы сослались, это реклама не SUT, а т.н. "Vortex engine, до сих пор это лишь концепт, оформленный в патентах. Немецкая вики по этому поводу заявляет: Применение в градирнях обычных электростанций, как в патенте Мишо, ухудшит их охлаждающий эффект. Доказательств экономической жизнеспособности такой системы пока нет.
> Город можно упрятать под парник
Ну это если только гипотетически. На практике, если учитывать только города, где не бывает снега, помимо вопросов материальной реализации (градоустойчивого стекла или пластика и несущих для него конструкций) - не каждый городской житель согласится жить под колпаком.
> Т.е. SUT в перспективе - это не только электростанция, она ещё управляет
> климатом и утилизирует отбросное тепло.
На мой взгляд, это не в перспективе, а в смелых фантазиях. Лично я не вижу практических оснований считать SUT наиболее перспективным классом устройств для получения энергии из возобновляемых источников.
Reply
По мнению Луиса Мишо, прошаренного в термодинамике конструктора градирен из Канады, который тот документ написал, атмосфера Земли в целом работает по термодинамическому циклу, весьма близкому к термодинамическому циклу Брайтона, по которому работают газовые турбины. Он называет этот цикл "гравитационным" или "вертикальным". Атмосфера подобна ГТД с замкнутым движением рабочего тела на воздухе, с внешним нагревом солнечным излучением. Роль компрессора выполняет сам же воздух в поле притяжения Земли - он медленно опускается и сжимается под собственным весом. Роль нагревателя выполняет поверхность Земли, прогреваемая излучением Солнца и греющая затем воздух. Роль экспандера выполняют восходящие потоки. Но, к сожалению, в нынешнем состоянии в этом экспандере отсутствует турбина, которая превращала бы часть энергии процесса в работу. Поэтому, с точки зрения классической термодинамики, процесс необратим, и большая часть энергии тратится просто на расталкивание воздуха и его нагрев. Если же поставить в восходящий поток турбину, то процесс становится обратимым, и энергия, ранее бесполезно тратившаяся на нагрев и увеличение энтропии, в этом случае будет использована для получения работы.
174000 тераватт - это количество энергии на входе в верхние слои атмосферы. После потерь на отражение и поглощение эта энергия поступает в "гравитационный цикл". Его КПД Мишо оценивает в 14%, исходя из формулы Карно для КПД идеальной тепловой машины. В результате мощность атмосферы как тепловой машины, работающей по "гравитационному циклу" составляет 8500 тераватт. Из них 5200 нынче теряется неиспользованными, потому что нет турбин в восходящих потоках. Если же загнать все восходящие потоки на Земле (они занимают примерно 5% поверхности Земли) в SUT, то часть этой энергии может быть обращена в работу. А если КПД SUT выше чем у исходной атмосферы, то получить и больше.
На самом деле, с КПД тут фишка в том, что реальный КПД атмосферы может отличаться от приведённого - он, во-первых, зависит от того, какие взяты температуры нагревателя и холодильника (т.е. температура поверхности и на высоте), во-вторых, формула КПД для реальной тепловой машины даёт его примерно вдвое меньшим, чем для идеальной. Но при этом сама SUT может дать более высокий КПД чем атмосфера в исходном состоянии, так как её парник может нагреть воздух до более высоких температур, а выход из трубы - охладить до более низких, чем просто в атмосфере.
Прогнозируемая потребность человечества во всей энергии (не только электрической) в 2050 году - 28 тераватт. Если так и будет, и скорость роста дальше составит геометрическую прогрессию со знаменателем 1.03, как оно было в 20 веке, то мощность техносферы достигнет тех самых 5200 тераватт через 177 лет после того, т.е. в 2227 году.
Reply
AVE - это SUT, вытяжная труба которой сформирована в виде искусственного смерча высотой 10 км. Так автор решает проблему низкого КПД устройства и больших изначальных вложений в установку, поскольку с такой высокой трубой можно рассчитывать на 10-20%, и обходиться без парника (с парником будет лучше, но гораздо дороже). Другой способ получить трубу такой высоты - сделать её в виде аэростата или системы аэростатов. Этот подход предложен несколькими деятелями в разных странах. Подсчитано, что увеличение высоты трубы-аэростата в четыре раза (= увеличение КПД в четыре раза) увеличивает стоимость установки на треть, тогда как увеличение площади парника в четыре раза увеличивает стоимость втрое. Удельная стоимость сооружения SUT с трубой-аэростатом (FSC - "Floating Solar Chimney") и модульным коллектором в виде множества отдельных тоннелей треугольного сечения по расчётам порядка 60 евро за мегаватт-час, как у тепловой электростанции на угле, на газе и атомной.
>На практике, если учитывать только города, где не бывает снега, помимо вопросов материальной реализации (градоустойчивого стекла или пластика и несущих для него конструкций)
Очень большой парник и вытяжная труба локально изменят климат. Так как воздух в тропосфере греется от поверхности Земли, а парник блокирует большую часть тепла от поверхности, направляя его вместе с приземным слоем в трубу, то воздух над парником будет охлаждаться, становиться более плотным и сухим. Источник осадков - влага, испарившаяся с поверхности - также пойдёт не сразу вверх, а в трубу, где после конденсации может быть отправлена обратно в город, а не на формирование облачности. Пыль, сажа, выхлопные газы, служащие центрами конденсации влаги в атмосфере, опять же, не пойдут сразу вверх, а отправятся в трубу, где могут быть пойманы фильтрами. Выход из трубы можно оформить в виде диффузора, который не только увеличит тягу, но и заставит воздух на выходе растекаться во все стороны. Всё это в итоге сформирует над парником антициклон - область безветренной безоблачной погоды и повышенного давления, с чистым воздухом и без осадков. Это не только увеличит эффективность SUT и инсоляцию всего что под парником, но также антициклон не позволит вторгаться в область над парником всяким там ветрам, атмосферным фронтам, ураганам и осадкам.
>не каждый городской житель согласится жить под колпаком.
Городской житель уже согласился жить в городе со всеми его сомнительными прелестями, а не в персональном домике где-нибудь на природе :) Думаю, он оценит постоянный комфортный микроклимат без осадков и с ясной солнечной погодой каждый день. И с чистым воздухом.
Reply
SUT в общем совершенствует и впрягает в работу тот процесс, который уже идёт в атмосфере - конвекцию. Процесс этот идёт круглые сутки безостановочно, и с него можно снять прорву энергии даже при небольшом КПД. Более того - над водой конвекция ночью интенсивнее чем днём, так как ночью усиливается разность температур между поверхностью и воздухом на высоте.
SUT работает круглосуточно, ночью и в пасмурную погоду. Для этого им не нужны батареи аккумуляторов, как фотовольтаике, или высокотемпературные хранилища тепла, как системам с концентраторами. Достаточно самого грунта под парником, а лучше, чтобы под ним была вода.
SUT не зависит от капризов ветра, потому что сама создаёт себе ветер. Она не нуждается в подходящей реке, как ГЭС. Им не нужны жаропрочные материалы и сложные тепловые машины, как системам с концентраторами, не нужны редкие дефицитные ядовитые материалы, как фотовольтаике.
SUT долговечны - срок их эксплуатации оценивается в 70-120 лет. Им не нужно сложное дорогое обслуживание и многочисленный квалифицированный персонал. Не нужно топливо и, как следствие, его добыча и доставка, со всеми связанными с этим проблемами и затратами. Никаких замен аккумуляторов раз в несколько лет.
Промышленное оборудование и транспорт выделяют тепло и выхлопные газы. Жилые помещения теряют тепло. Гниющие органические отходы выделяют тепло. Человеческие тела выделяют тепло. В результате возникает так называемое тепловое загрязнение в городах, промышленных и транспортных центрах. И загрязнение воздуха. Оно сегодня рассматривается как угроза - а SUT это может конвертировать в электроэнергию, заодно очищая воздух. SUT совместимы с прочими электростанциями, на ископаемом топливе или на возобновляемых источниках, так как им нужно охлаждение (особенно тепловым, атомным и фотовольтаике), хорошая солнечная погода (фотовольтаика, ветряки) и стабильный поток воды (для ГЭС).
Под парниками SUT можно строить города, которые они же и обеспечивают энергией. Там же можно заниматься сельским хозяйством и разбивать сады. Можно строить такое и на воде, в том числе ив океане. Это позволит обходится без длинных ЛЭП, а утилизация тепла от промышленности, работающей от генераторов SUT можно рассматривать как рекуперацию энергии.
При крупномасштабном строительстве эти штуки позволяют управлять климатом, как локально, так и глобально. Вокруг себя они могут организовывать наилучшую погоду и стабильные потоки воздуха, пригодные для транспорта, который ныне без них занимает узкую нишу, несмотря на свои достоинства - парусники, планеры и дирижабли. Так же как и в природе, высотные ветра могут передаваться на огромные расстояния, и это делает возможным беспроводной обмен энергией между SUT - те из них, что расположены в экваториальной зоне, могут форсировать расположенные в высоких широтах, подобно тому, как и естественная внутритропическая зона конвергенции передаёт энергию в виде тепла и воздушных масс в стороны умеренных широт и полюсов.
Reply
Пресловутые орбитальные солнечные электростанции для передачи на Землю энергии нуждаются в приёмниках излучения, поперечники которых измеряются километрами - их роль также могут исполнять SUT.
Reply
Reply
Reply
> Всё это в итоге сформирует над парником антициклон - область
> безветренной безоблачной погоды и повышенного давления, с
> чистым воздухом и без осадков. Это не только увеличит эффективность
> SUT и инсоляцию всего что под парником, но также антициклон не
> позволит вторгаться в область над парником всяким там ветрам,
> атмосферным фронтам, ураганам и осадкам.
Ну раз вы так написали, возможно, это действительно не позволит вторгаться всяким там осадкам. А если осадки таки вторгнуться? Кто же и как будет снег чистить со всех этих парников?
Reply
Reply
Судя по упомянутому выше опыту студентки - снег приходилось ей чистить вручную, он блокировал генерацию энергии.
Reply
Reply
Leave a comment