Будущее энергетики 21 века

Общие вопросы науки. Новости науки и техники.

Модератор: Модераторы

Будущее энергетики 21 века

Пост №1  Сообщение ВЛАДОС » Вс сен 14, 2014 1:44 pm

Недавно Китай официально объявил о запуске программы по развитию атомной энергетики на базе ториевых ядерных реакторов. Если программа будет успешна, КНР сможет использовать атомные электростанции в качестве основного поставщика энергии, извлекая ее из наиболее чистого и безопасного вида топлива. Чем же так привлекательны эти ториевые реакторы?

Надвигающийся энергетический кризис не только посеял панику среди масс, но и стимулировал исследования в области энергетики. Пока одни ученые задумываются над сооружением электростанций, работающих на альтернативных источниках энергии, другие предлагают пути усовершенствования традиционных способов добычи энергии.

Так, например, Китай официально объявил о запуске программы по развитию атомной энергетики на базе ториевых ядерных реакторов. Если программа будет успешно развиваться, Китай сможет использовать АЭС в качестве основного поставщика энергии, извлекая ее из наиболее чистого и безопасного вида топлива.

Хотя, если честно, изобрели этот чудо-реактор вовсе не жители Поднебесной. Его создателем является знаменитый итальянский физик Карло Руббиа, которого также называют «отцом» Большого адронного коллайдера. Именно он в 80-х годах прошлого столетия разработал метод, позволяющий зарегистрировать прежде неуловимые W-бозоны и Z-бозоны (подробнее об этом читайте в статье «Ученым удалось потрогать частицу бога»). За свои открытия великий ученый был удостоен Нобелевской премии по физике в 1984 году.

Что же принципиально нового в реакторе Руббиа, который еще называют «ядерным умножителем»? Прежде всего то, что в качестве сырья в нем используется не опасный уран, а другой элемент — торий. Известно, что его запасов на планете в три-пять раз больше, чем таковых урана. Более того, практически весь добытый торий может использоваться в качестве топлива (для сравнения — только 0,7% урана, добытого из урановой руды, может стать ядерным топливом). Проще говоря, в энергетическом выражении одна тонна добываемого тория эквивалентна 200 тоннам урановой руды или 3,5 миллиона тонн угля. Так что, как видите, торий более дешев, и использовать его более экономично.

Тем не менее, известно, что сам по себе торий не способен обмениваться тепловыми нейтронами и, соответственно, выступать в качестве горючего для электростанции. Поэтому это скорее топливное сырье, которое захватывает ядерные частицы и нейтроны и затем преобразуется в аналог уранового топлива, который может реагировать на процесс деления и производить энергию. Точнее говоря, классическая схема работы происходит так: первоначально в ториевый реактор загружают изотоп 233U (который делится при взаимодействии как с быстрыми, так и с медленными нейтронами), полученный в другом реакторе. В результате захвата ядром изотопа 232Th нейтрона, образующегося при делении 233U, это ядро после двух последовательных b-распадов превращается в ядро 233U, то есть получается вторичное ядерное топливо. Его, кстати, тоже можно использовать.

Для модификации реактора, Карло Руббиа предлагал воспользоваться ускорителем протонов с энергией пучка от 800 МэВ до 1 ГэВ для обстрела топливного элемента из тория и применять свинец в качестве теплоносителя. Высокоэнергетические пучки частиц используются для стимуляции реакции, которая производит энергию, достаточную для питания ускорителя частиц и отправки в энергосеть. Эту схему называют субкритическим реактором с ускорительной системой.

Но все-таки, как же в этой схеме получается энергия, необходимая для выработки электричества? Согласно расчетам Руббиа, поток протонов, вырвавшийся из ускорителя, будет расщеплять ядра тория и инициировать процесс деления. Кстати, замечательная особенность тория, такая как отсутствие самоподдерживающегося деления, делает данную АЭС абсолютно безопасной, поскольку, как мы видели, реакция с выделением тепла идет только благодаря бомбардировке тория протонами. Следовательно, выключение протонного ускорителя приводит к мгновенной остановке работы реактора.

Также преимуществами ториевых АЭС являются длительный цикл работы топливного элемента, что снижает утечки материала, высокая безопасность и отсутствие необходимости обогащения топлива. Кроме того, размещение реактора под землей имеет серьезные плюсы в плане обеспечения безопасности, ведь в таком случае любая авария не приведет к серьезным последствиям для окружающей среды.

Интересно еще и то, что выброс инертных газов из ториевого реактора всего в 0,006 раз больше, чем из обычных реакторов. Кроме того, он может быть использован как «печь» для сжигания опасных актинидов (уран, плутоний, америций, кюрий и т. д.), что позволяет избежать опасного и дорогостоящего процесса утилизации ядерных отходов. Так что, как видите, вреда от таких АЭС практически нет, а есть лишь одна польза.

Интересно, почему же подобные проекты не осуществлялись раньше? На самом деле, разработка ториевого реактора началась еще в начале прошлого века. Первыми с торием стали экспериментировать ученые гитлеровской Германии. После окончания Второй мировой войны эти разработки попали в руки союзников, которые, однако, не воспользовались ими сразу.

Дело в том, что в то время в мире появилось новое оружие — ядерная бомба, «сырьем» для которой является так называемый оружейный плутоний, получающийся как конечный продукт реакции в обычных, урановых реакторах. А вот в ториевом реакторе этот опасный элемент не образуется. Неудивительно, что в то время, когда мир находился в состоянии холодной войны, ториевые реакторы были невыгодны — как же тогда получать «ценный» плутоний для ядерного оружия?

Однако сейчас о ториевой атомной энергетике вновь заговорили. В настоящее время активную разработку ториевых реакторов ведет Индия, которая обладает 32 процентами мировых запасов тория (290 тысяч тонн) В этой стране, кстати, уже имеется ториевая АЭС. От лидера не отстают и Австралия (эта страна имеет самые большие запасы тория в мире — 300 тысяч тонн), и США, чьи запасы тория составляют 160 тысяч тонн. Также весьма активно ведется разработка новых типов реакторов в Норвегии (в которой тория вообще нет), причем ученые из этой страны утверждают, что первая норвежская ториевая АЭС начнет свою работу в 2017 году.

Однако, судя по материалам, опубликованным в газете «Вэнь Хуэй Бао», Китай сможет перегнать эти страны и выиграть «ториевую гонку». В соответствии с долгосрочным планом развития ядерной энергетики страны, первые ториевые АЭС могут появиться там уже через три-четыре года. В дальнейшем там будут построены десятки новых реакторов, и к 2020 году суммарная мощность АЭС Поднебесной достигнет 40 ГВт, а к 2050 году она может быть увеличена до 260 ГВт и выше. Это означает, что в ближайшие 40 лет в Китае производство ядерной энергии будет увеличено в 20 раз по сравнению с настоящим временем. Таким образом, КНР сможет отказаться от использования в энергетике угля, одним из крупнейших потребителей которого она сейчас является.

Кроме того, на недавней ежегодной конференции Китайской академии наук отмечалось, что поскольку мир все еще находится в стадии разработки нового поколения ядерных реакторов, исследований тория и реакторов на расплавах солей, Китай может получить все права на интеллектуальную собственность. Следовательно, остальные государства попадут в технологическую зависимость от него.

Здесь, правда, есть одна «формальность», однако, судя по всему, китайцы смогут достаточно легко ее обойти. Дело в том, что у российских ученых имеется базовый международный патент, защищающий права России на приоритет в разработке технологий ториевых реакторов в 23 европейских странах. Эта патентная заявка звучит так: «Способ управления ториевым реактором и тепловыделяющая сборка для его осуществления» (заявка №РСТ/RU01/00251 с приоритетом от 26.06.01).

Ну, а раз подобный документ имеется, то всех прав на интеллектуальную собственность в этой области Китаю вроде бы получить невозможно. Все это так, однако есть одно «но». Оно заключается в том, что этот базовый патент теряет свою юридическую силу в 2013 году. Заметьте, именно в это время Китай собирается запустить первую ториевую АЭС. После чего, видимо, ученые Поднебесной легко смогут запатентовать это техническое чудо, причем никаких юридических препятствий у них в этом не будет.

К сожалению, в нашей стране пока разработка ториевых реакторов практически не ведется. Хотя, возможно, в ближайшем будущем, если этот проект возьмет под свою опеку «Сколково», дело может сдвинуться с мертвой точки…



Антон Евсеев
ВЛАДОС
Старожил
 
Сообщения: 1407
Зарегистрирован: Вс ноя 10, 2013 6:24 pm

Re: Будущие энергетики 21 века

Пост №2  Сообщение URAN » Вс сен 14, 2014 1:55 pm

ВЛАДОС писал(а):этот базовый патент теряет свою юридическую силу в 2013 году


ну, и что? Патенты продлевают, если это надо. Вопрос только в том, надо ли было, и профинансировали ли продление на самом деле.
А так идея неплохая.
Аватара пользователя
URAN
Проверенный временем
 
Сообщения: 6301
Зарегистрирован: Пн окт 08, 2007 8:00 am
Откуда: РОССИЯ !
Blog: View Blog (3)

Re: Будущие энергетики 21 века

Пост №3  Сообщение URAN » Пн сен 22, 2014 9:47 pm

Где-то мы недавно рассуждали, что неплохо бы было, если б началась конкуренция за экологически чистое производство.

Рокфеллеры за день до ежегодного саммита по вопросам изменения климата, который состоится 23 сентября в Нью-Йорке официально заявили, что избавляются от активов в нефтепроме и вкладываются в возобновляемые источники энергии.
http://www.bbc.co.uk/russian/business/2 ... ergy.shtml

Это то, о чем я надеялся недавно, что потянутся инвесторы. Рокфеллеры, припертые к стенке фактами, вынуждены работать на благо человечества хоть в чем-то. Эврика.

Вместе с Фондом братьев Рокфеллеров в коалицию инвесторов, решивших избавиться от вкладов в ископаемые виды топлива, вошли 180 организаций и 650 частных лиц.

Это происходит в рамках международной инициативы Global Divest-Invest, которую несколько лет придумали американские студенты, сообщает New York Times. Это экономическая платформа, с помощью которой можно вывести свои активы из отраслей, связанных с полезными ископаемыми, а затем вложить их в экологически чистые проекты.

С начала 2014 года объем инвестиций, которые фонды, религиозные организации и университеты решили инвестировать в экологически чистые проекты, увеличился вдвое.


Все стронулось в этом году. Не только в политике, но и в экономике.
Лед тронулся, господа. Добро пожаловать на льдину в Новый Мир, Сатья Югу, которую так долго ждали.
Еще пара веков, и изменения станут очевидны :)
Аватара пользователя
URAN
Проверенный временем
 
Сообщения: 6301
Зарегистрирован: Пн окт 08, 2007 8:00 am
Откуда: РОССИЯ !
Blog: View Blog (3)

Re: Будущие энергетики 21 века

Пост №4  Сообщение URAN » Ср сен 24, 2014 5:20 pm

У нас в РФ на Белоярской АЭС остался единственный в мире реактор на быстрых нейтронах. Но это перспективная область, и Индия и Китай сейчас занимаются этими реакторами. Ториевые можно, по-моему, отнести сюда же.
Реакторы РФ на быстрых нейтронах получили свежее оксидное топливо, выработанное Красноярским горно-химическим комбинатом. Замкнутый цикл производства. А учитывая, что они работают как бридеры (размножители активного топлива) и дожигатели радиоактивных отходов, это тем более выгодно.
Сейчас загрузят свежий ТВЭЛ, сборку отечественного производства, смешанное оксидное топливо.

А вот еще была новость, что мощность реакторов в Новосибирске научились повышать до 110%. Конечно, чтобы выработать это топливо уже было затрачено много энергии. И в сумме КПД всех этапов конечно, не сверхединичный.

В бридерах продукты распада одновременно создают из неподходящего топлива свежее топливо для этого самого реактора. Таким образом, когда первичное топливо вроде должно выгореть и реактор - остановиться, он начинает цикл по-новой ) Один раз, правда.
Все-таки, рано или поздно обслуживания и перезагрузки потребует, но к тому времени износ элементов активной зоны все равно потребует механического обслуживания.
Но если где-то там подсовывать свежие полуфабрикаты, то топлива на новые циклы бридеры дают в итоге всегда больше, чем сжигают. Потому запасов урана, плутония и тория хватит надолго.
Аватара пользователя
URAN
Проверенный временем
 
Сообщения: 6301
Зарегистрирован: Пн окт 08, 2007 8:00 am
Откуда: РОССИЯ !
Blog: View Blog (3)

Re: Будущие энергетики 21 века

Пост №5  Сообщение ВЛАДОС » Пт сен 26, 2014 11:05 pm

Солнечная энергетика в Европе развивается стремительно.. но от угольных станциц они не отказываются.. в России на крышах солнечные батареи пока редкость..
ВЛАДОС
Старожил
 
Сообщения: 1407
Зарегистрирован: Вс ноя 10, 2013 6:24 pm

Re: Будущие энергетики 21 века

Пост №6  Сообщение ВЛАДОС » Сб ноя 29, 2014 6:37 pm

Солнечная энергия - будущее Земли

Солнце, как известно, является первичным и основным источником энергии для нашей планеты. Оно греет всю Землю, приводит в движение реки и сообщает силу ветру. Под его лучами вырастает 1 квадриллион тонн растений, питающих, в свою очередь, 10 триллионов тонн животных и бактерий. Благодаря тому же Солнцу на 3емле накоплены запасы углеводородов, то есть нефти, угля, торфа и пр., которые мы сейчас активно сжигаем. Для того чтобы сегодня человечество смогло удовлетворить свои потребности в энергоресурсах, требуется в год около 10 миллиардов тонн условного топлива. (Теплота сгорания условного топлива - 7 000 ккал/кг).

А теперь внимание: если энергию, поставляемую на нашу планету Солнцем за год, перевести в то же условное топливо, то эта цифра составит около 100 триллионов тонн. Это в десять тысяч раз больше, чем нам нужно. Считается, что на 3емле запасено 6 триллионов тонн различных углеводородов. Если это так, то содержащуюся в них энергию Солнце отдает планете всего за три недели. И резервы его настолько велики, что светиться так же ярко оно сможет еще около 5 миллиардов лет. 3емные зеленые растения и морские водоросли утилизируют примерно 34% поступающей от Солнца энергии. Остальное теряется почти впустую, расходуясь на поддержание комфортного для жизни микроклимата в глубинах океана и на поверхности Земли. И если бы человек смог взять для своего внутреннего потребления хотя бы один процент (то есть 1 триллион тонн того самого условного топлива в год), то это бы решило многие проблемы на века вперед. И теоретически вполне понятно, как именно взять этот процент.
Все началось с Альберта Эйнштейна. Многие помнят, что этот ученый был удостоен в 1921 году Нобелевской премии. Но мало кто знает, что получил он ее не за создание теории относительности, а за объяснение законов внешнего фотоэффекта. Еще в 1905 году он опубликовал работу, в которой, опираясь на гипотезу Планка, описал как именно и в каких количествах кванты света «вышибают» из металла электроны. Получить электрический ток с помощью фотоэффекта впервые удалось советским физикам в 30-е годы прошлого века. Произошло это в Физикотехническом институте, руководил которым знаменитый академик А.Ф. Иоффе. Правда, КПД тогдашних солнечных сернисто-талиевых элементов еле дотягивал до 1%, то есть в электричество обращался лишь 1% падавшей на элемент энергии, но задел был положен. В 1954 году американцы Пирсон, Фуллер и Чапин запатентовали первый элемент с приемлемым (порядка 6%) КПД. А с 1958 года кремниевые солнечные батареи стали основными источниками электричества на советских и американских космических аппаратах.
К середине 70-х годов КПД солнечных элементов приблизился к 10-процентной отметке и... почти на два десятилетия замер на этом рубеже. Для космических кораблей этого вполне хватало, а для наземного использования производство весьма дорогих солнечных батарей 11 кг кремния необходимого качества стоил тогда до 100 долларов) по сравнению с сжиганием дешевой нефти выглядело непозволительной роскошью. Как следствие-большинство исследований по разработке новых технологий в области солнечной энергетики было свернуто, а финансирование оставшихся сильно сокращено. В начале 90-х годов нынешний лауреат Нобелевской премии академик Жорес Алферов на собрании АН СССР заявил, что если бы на развитие
Солнечная станция - США
Источников энергии на Земле существует много, но, судя по тому, как стремительно растут цены на энергоресурсы, их все равно не хватает. Многие специалисты полагают, что уже к 2020 году топлива потребуется в три с половиной раза больше, чем сегодня. Где же брать энергию?
Под солнечной крышей МИРА (энергостанции)
Новейшая технология нанесения металлоксидной пленки на стеклянную подложку позволяет создавать крупные тонкопленочные солнечные модули. В Америке только на один проект - строительство в пустыне Негев (Израиль) солнечной электростанции - выделено 100 миллионов долларов.
Новые солнечные пленки для КОСМОСА
альтернативной энергетики (а солнечная энергетика у нас считается одним из ее видов) было бы потрачено хотя бы 15% из тех средств, что мы вложили в энергетику атомную, то АЭС нам бы сейчас вообще бы ли не нужны. Судя по тому, что даже на тех крохах, которые выделялись «на Солнце», удалось к середине 90-х поднять КПД солнечных элементов до 15, а к началу нового века - до 20%, утверждение академика недалеко от истины.
В качестве материала для производства солнечных элементов сегодня используется кремний. Второй по распространенности на Земле, после кислорода, элемент. На кремний приходится более четверти общей массы земной коры. Минус в том, что встречается он в виде окиси - SiO2. Это тот самый песок, которым наполняют детские песочницы и используют при замешивании цементного раствора. Извлечь из него чистый кремний весьма сложно. Настолько сложно, что стоимость силициума (так химики называют кремний), в котором не более 1 грамма примесей на 10 килограммов продукта, сопоставима со стоимостью обогащенного урана, используемого на атомных электростанциях. 3апасы кремния превышают запасы урана почти в 100 000 раз, однако хорошего «солнечного» вещества человечество добывает в шесть раз меньше, чем хорошего атомного урана.
Заметим, что извлечь из породы килограмм урана значительно сложнее, чем получить из кварцевого песка килограмм силициума. Поэтому грязный кремний, добываемый электродуговым способом и содержащий более 1 % примесей, стоит чуть больше одного доллара за 1 кг и производится мегатоннами в год. Цена на природный уран на порядок выше. После обогащения, когда доля нужного 235-го изотопа повышается до 4,4%, стоимость урана подскакивает до 400 долларов за 1 кг и становится сопоставима с ценой того самого кремния, из которого делают микросхемы и солнечные элементы. Столь, в общем-то, невысокая стоимость ядерного топлива обусловлена и тем, что в создание технологи его добычи и обогащения за последние полстолетия были вложены огромные средства. Кремний же по сию пору в промышленности извлекают и очищают теми же способами, что и в конце 50-х годов прошлого века. В следствие несовершенства технологий - высокая стоимость продукта большие энергозатраты, экологическая опасность и - низкий выход.
Из тонны кварцевого песка, в котором находится около 500 кг кремния при самой распространенной на сегодняшний день технологии электродугового извлечения и хлорсилановой очистке получают 50-90 кг солнечного силициума. При этом на получение 1 кг расходуется столько энергии, что «киловаттный» чайник мог бы на ней непрерывно работать в течение 250 часов. Все это тем более странно оттого, что новые, гораздо более удачные технологии давно существуют. Еще в 1974 году немецкая фирма Siemens научилась получать чистый кремний с помощью карботермического цикла. Не будем вдаваться в подробности химического процесса, просто скажем, что в этом случае энергозатраты падают на порядок, а выход продукта увеличивается в 10-15 раз. Соответственно, и стоимость получаемого кремния падает до 5-15 долларов за килограмм.
Здесь-то и кроется особая выгода для России. Для немецкой технологии простой песок уже не подходит, тут нужны так называемые «особо чистые кварциты», самые крупные залежи которых находятся в нашей стране. Кроме того, по мнению тех же специалистов из Siemens, наши кварциты наиболее качественные и их запасов хватит на всех. Электричество относится к числу плохо запасаемых продуктов, поэтому производится его всегда практически столько же, сколько и потребляется. Общая мощность всех земных электростанций составляет примерно 2 000 ГВт. Один тераватт-год - это примерно 13% от всей потребляемой человечеством энергии. Для того чтобы получить этот тераватт от Солнца, стандартными кремниевыми панелями нужно «замостить» территорию в 40 000 км2. Это с учетом того, что работать станция будет только днем. Квадрат со стороной 200 км - примерно одна двухсотая часть пустыни Сахара. Задача, с которой современное человечество вполне может справиться. Однако решать ее с ходу нельзя. Ибо при этом возникают сразу две огромные проблемы.
Первая - это хранение энергии. Производить энергию такая «гигастанция» сможет только днем, а человечеству она нужна круглые сутки. 3начит, на ночь ее дневные излишки нужно в чем-то запасать. В аккумуляторах, в гигантских конденсаторах, в супермаховиках. Такие «энергохранилища» будут стоить не намного дешевле, чем сама СЭС. Второе - изменение климата. Конечно, не на всей планете, а в месте постройки. Если раньше солнечная энергия в этих местах шла на нагрев почвы и воздуха, то теперь ее часть пойдет на получение электричества. Температура в районе электростанции, а 40 000 км2 - это немало, практически Московская область, - несколько упадет. В ее центре появится то, что климатологи называют «бароцентром» - область постоянного пониженного давления, в которой обычно формируются мощные циклоны. Циклоны эти будут окроплять территорию электростанции и прилегающие районы дождями, а небо над нашими батареями заволокут грозовые тучи.
Соответственно, и выработка энергии уменьшится в десятки раз. Обе эти глобальные проблемы имеют одно простое решение. А именно, надо строить не одну электростанцию на 40 000 км2, а 400 электростанций по 100 км2. И располагать их по земному экватору в наиболее солнечных районах (ученые говорят - в районах с наиболее высокой соляризацией). И объединять их в единую сеть. Тогда в то время, пока одни станции будут отдыхать на ночной стороне Земли, другие, противоположные, - поставлять энергию. Каких-то особых погодных отклонений в пятачках 10х10 км происходить не должно. Но лучше всего было бы построить даже не 400 крупных электростанций, а несколько десятков крупных и много - много мелких, скажем, размером 10х10 м. И это предложение вполне реализуемое. Но об этом - чуть ниже.
Вообще-то в солнечной энергетике свет клином на кремниевых элементах не сошелся. Способов преобразования энергии Солнца в электрическую существует множество. Использование солнечных батарей (то есть фотоэлектрических преобразователей) - лишь один из них. Способ этот хорош, во-первых, своей мобильностью, во-вторых, - долговечностью. Солнечную батарею можно установить на крыше автомобиля и крыльях самолета. Ее можно встроить в часы, калькулятор, ноутбук и даже, как это ни парадоксально, в фонарик. В солнечном элементе отсутствуют какие-либо движущиеся части, и срок его службы составляет примерно 30 лет. За эти 30 лет элемент, на изготовление которого ушел всего 1 кг солнечного кремния, может дать столько же электроэнергии, сколько производится из 100 тонн нефти на ТЭС или из 1 кг обогащенного урана на АЭС.

Солнечный дом - США
Солнечная машина - Австралия
Вблизи голландского городка Херхюговарда создан экспериментальный район "Город солнца". Крыши домов здесь покрыты солнечными панелями. Дом на снимке вырабатывает до 25 кВт. Общую мощность "Города солнца" планируется довести до 5 МВт. Такие дома становятся автономными от системы.
Солнце можно использовать и как источник энергии для транспортных средств. В Австралии уже 19 лет проводятся ежегодные гонки на солнечных электромобилях на трассе между городами Дарвин и Аделаида (3000 км). В 1990 году компания Sanyo построила самолет на солнечных батареях.
Под солнечной крышей МИРА (энергостанции и "солнечные дома")
В Нью-Йорке солнечную энергию используют даже мусорщики. Здесь в двух районах уже полтора года действуют интеллектуальные солнечные контейнеры для мусора - BigBelly. Используя энергию света, преобразованную в электричество кремниевыми фотоэлементами они утрамбовывают слдержимое.
Сфокусированный СВЧ-луч может передавать собранную солнечными батареями энергию на Землю, а может снабжать ею космические корабли. В отличие от солнечного света этот СВЧ-луч при «пробое» атмосферы потеряет не более 2% энергии. Недавно задумку воскресил Дэвид Крисвелл.
Солнечная энергия
СВЧ-ЛУЧ

Солнечная установка мощностью 1 кВт сегодня в США стоит примерно 3 000 долларов. Однако окупается она только на 14-15-м году работы, а это, по сравнению с теми же тепловыми электростанциями, непозволительно долго. Поэтому для преобразования солнечной энергии в электрическую в промышленных масштабах сейчас в основном используют способ, предложенный, согласно легенде, еще в III веке до н. э. знаменитым ученым Архимедом Сиракузским. Правда, солнечный свет он применял тогда вовсе не с целью получения дешевой энергии, а для обороны родных Сиракуз, атакованных с моря галерами римского полководца Марцелла. Вот что писал об этом в своей «Истории» византийский хронист Цеци: «Когда римские корабли находились на расстоянии полета стрелы, Архимед стал действовать шестиугольным зеркалом, составленным из небольших четырехугольных зеркал, которые можно было двигать при помощи шарниров и металлических планок. Он установил это зеркало так, чтобы оно пересекалось в середине зимней и летней солнечными линиями, и поэтому принятые этим зеркалом солнечные лучи, отражаясь, создавали жар, который обращал суда римлян в пепел, хотя они находились на расстоянии полета стрелы».
Именно на этом принципе основана работа современных гелиоэлектростанций. Установленные на значительной, до нескольких тысяч квадратных метров, территории зеркала-гелиостаты, поворачивающиеся вслед за Солнцем, направляют лучи солнечного света на емкость с теплоприемником, в качестве которого обычно выступает вода. Дальше все происходит так же, как на обычных ТЭС: вода нагревается, закипает, превращается в пар, пар крутит турбину, турбина передает вращение на ротор генератора, а тот вырабатывает электричество. В США сейчас действуют несколько гибридных солнечно-тепловых электростанций общей мощностью более 600 МВт. Днем они работают от Солнца, а ночью, чтобы вода не остывала и электричество не кончалось, - от газа. Температура пара в установках достигает 370 градусов Цельсия, а давление - 100 атмосфер.
Первая промышленная солнечная электростанция была построена в 1985 году в СССР в Крыму, недалеко от города Щелкино. СЭС-5 имела пиковую мощность 5 МВт. Столько же, сколько у первого ядерного реактора. За 10 лет работы она выработала всего 2 миллиона кВт.час электроэнергии, однако стоимость ее электричества оказалась довольно высокой, и в середине 90-х ее закрыли. В это время работы активизировались в Штатах, где компания Loose lndustries в самом конце 1989 года запустила 80-мегаваттную солнечно-газовую электростанцию. За следующие 5 лет та же компания, только в Калифорнии, построила таких СЭС еще на 480 МВт и довела стоимость одного «солнечно-газового» кВт.часа до 7-8 центов. Что совсем неплохо по сравнению с 15 центами за кВт.час энергии - во столько обходится электричество, производимое на АЭС.
Использовать энергию Солнца в бытy можно и без превращения ее в электричество. Для того чтобы «протопить» холодную комнату или нагреть воду в водопроводе, можно напрямую воспользоваться солнечным теплом. Установки, собирающие, сохраняющие и передающие это тепло, называются солнечными коллекторами. В простейшем варианте все выглядит так: на крыше дома или на его южной стене устанавливается панель, состоящая из тоненьких трубочек, по которым в специальный бак-аккумулятор подается вода. Солнце нагревает трубки, те нагревают воду, вода (температура которой в этой системе при использовании зеркального поддона может доходить до 60-90°С) накапливается в баке и потом используется для обогрева или горячего водоснабжения. Дома, оборудованные такими системами (которые обычно доукомплектовываются и кремниевыми солнечными элементами), называются «солнечными домами». С одной стороны, этот дом стоит несколько дороже, чем обычный, но с другой - он позволяет резко сократить коммунальные платежи - на 50-70%.
Однако встречаются и более серьезные системы. Одна из таких была сооружена в США в штате Нью-Мексико еще в 1978 году и работает до сих пор. Называется - Национальная солнечная установка для тепловых испытаний
Солнечная станция - США
Американская солнечная установка NSTTF для тепловых испытаний и экспериментов в области энергетики. Одним из старых способов забора солнечной энергии являетяся СЭС, придуманная Бернардом Дюбо. Он предлагал строить в пустынях обширные стеклянные навесы с высокой трубой.
Под солнечной крышей МИРА (энергостанции)
Ассоциация TransOption, объединяющая государ-ственные и частные транспортные компании штата Нью-Джерси, ежегодно организуют среди школьных команд гонки автомобильных моделей, приводимых в движение солнечной энергией.
Солнечные гонки
(NSTTF). Принадлежит она Пентагону и применяется для проверки жаропрочности корпусов военных и гражданских ракет. Состоит NSTTF из 60-метровой башни-мишени и 220 гелиостатов, размером 6х6 метров каждый. Зеркала, подобно архимедовой установке, направляют свои солнечные зайчики в одно полутораметровое пятнышко на верхушке установки, где температура в солнечные дни поднимается до 2 000°С. Всего в 2,5 раза меньше, чем на поверхности Солнца, и в 2 раза выше температyры горения напалма. Установка имеет площадь зеркал 8 500 м2 и тепловую мощность 5 МВт.
Строительство «солнечных домов» на Западе постепенно становится «правилом хорошего тона»: желающие заплатить за дом лишние 10 000 долларов находятся (1 500-3 000 долларов за солнечные коллекторы и 7 000 долларов за элементы). И все же таких покупателей немного - вложения окупаются только через 7-10 лет. Именно поэтому правительства развитых стран, заботясь о завтрашнем дне, разрабатывают и финансируют программы, облегчающие финансовое бремя владельцев «солнечных крыш». Названия этих программ-проектов примерно одинаковы. Первый был запущен еще в 1990 году в Германии, стране - лидере в деле постройки «солнечных домов». Назывался он «1 000 солнечных крыш» (впоследствии был переименован в «2 000 солнечных крыш»). Следом за Германией подобный проект, только под названием «100 000 солнечных крыш», был принят для всех стран - членов ЕС. В Японии солнечная энергетика начала продвижение с программы «70 000 солнечных крыш». И, наконец, последний проект родился в США. Со свойственным американцам гигантизмом он был назван «1 000 000 солнечных крыш».
Присоединилась к этому движению и Монголия с проектом «100 тысяч солнечных юрт»... Владельцы домов или офисов, решившие потратиться на дооборудование жилых и офисных помещений солнечными коллекторами и батареями, попадают в особые реестры и пользуются определенными привилегиями. Во-первых, государство компенсирует им часть затраченных средств. Во-вторых, они получают особые налоговые лыготы. В-третьих, для них открывается доступ к специальным льготным кредитам и беспроцентным ссудам. Их бесплатно обучают пользованию такой домашней энергосистемой, а для компаний, занимающихся производством, продажей и установкой «солнечной» техники, проводят бесплатные маркетинговые исследования, которые немало стоят. В США на эту программу планируется до конца нынешнего десятилетия потратить 6 миллиардов долларов (только на энергосбережение в федеральных зданиях здесь уходит около 3 миллиардов бюджетных долларов в год). В результате Штаты свою программу уже перевыполнили: тут солнечная технология уже используется в 1,5 миллиона домов. Все вместе они экономят около 1 400 МВт. А 1 400 сэкономленных мегаватт-это примерно 5 миллионов тонн не сожженной за год нефти.
В Германии государство не только компенсирует «солнцепоклонникам» до 70% затрат на «соляризацию» домов, но еще и покупает у них электричество по ценам, сильно превышающим рыночные. То есть днем, когда дом потребляет энергии мало, а производит много, ее излишки уходят в городскую сеть, а хозяин получает по 80 центов за каждый сданный кВт.час. Ночью же он сам покупает у этой сети электричества, но уже по 20 центов. Благодаря этой программе в стране «мостят» солнечными элементами по полмиллиона квадратных метров крыш в год. Вот это как раз и есть прообраз той самой системы с огромным количеством крохотных электростанций, о которой мы говорили выше. Справедливости ради стоит сказать, что в России тоже кое-где стоят «солнечные дома». В Краснодарском крае существует целая «солнечная деревня» из сорока домов, крыши которых украшены киловаттными солнечными батареями. Несколько домов, спользую щих солнечные коллекторы, построены в Москве и во Владивостоке.
Если не считать высокой стоимости солнечных батарей, главная помеха для развития этой энергетики - земная атмосфера. То небо совсем не вовремя затягивается облаками, то дым от соседнего завода закрывает Солнце. Да и при совершенно ясном небе свет, проходя через атмосферу, теряет некоторую часть своей энергии. Если бы человечеству удалось построить электростанцию в космосе, то вполне можно было бы обойтись батареей площадью порядка 10 000 км2. Но тут опять перед нами встают два вопроса. Во-первых, как туда эти батареи поднять, и, во-вторых, как доставить полученное электричество на Землю. Не тянуть же к ним ЛЭП длиной 35 786 км (именно на такой высоте должна летать электростанция для того, чтобы ее положение на небе оставалось неизменным). Проблемы эти были теоретически решены еще в 1968 году, когда идея космической СЭС возникла впервые, а в 1973 году решения были оформлены соответствующим патентом. Доставка элементов в космос по патенту, естественно, осуществляется космическими кораблями, другого способа мы пока не знаем. А энергию на 3емлю планируется переправлять в виде особого электромагнитного излучения с длиной волны от одного миллиметра до одного метра. Такого своеобразного космического радара.
В отличие от солнечного света этот СВЧ-луч при «пробое» атмосферы потеряет не более 2% энергии. Тогда, в начале 70-х, из-за дороговизны как самих солнечных элементов, так и космических полетов, идея «КосмоСЭС» была признана полностью экономически несостоятельной. Однако времена меняются, а цены иногда падают. Недавно космическую задумку воскресил профессор Института космических систем (Хьюстон, США) доктор Дэвид Крисвелл. Правда, в его проектах она приобрела несколько иные черты. Главное отличие состоит в том, что Крисвелл предложил разместить солнечные электростанции не в открытом космосе, а на поверхности нашего верного спутника-Луне. При этом исчезает опасность, что они когда-нибудь упадут на Землю или улетят в неизвестность, сбитые метеоритом. Производить элементы можно прямо на месте из подручного сырья, построив небольшой заводик, - на Луне кремния тоже более чем достаточно.
Доставка энергии на Землю будет осуществляться уже описанным выше способом. Для ее приема следует построить несколько антенных полей, размером несколько сотен квадратных километров. Сам луч совершенно безопасен, и ни облака, ни тучи не станут для него препятствием. Правда, около половины полученной от Солнца энергии все же потеряется по пути и при промежуточных преобразованиях. Таких станций на лунном экваторе нужно построить 5, тогда в любой момент две или три из них будут находиться на дневной стороне нашего спутника. Этот проект, после реализации которого жители Земли обеспечат себя электричеством на ближайшие столетия, по подсчетам доктора Крисвелла, обойдется в 60 миллиардов долларов. Это в три раза дороже, чем программа «Аполлон», обошедшаяся в 19,5 миллиарда долларов (правда, в 60-х годах доллар стоил в 4,5 раза дороже). Но зато в четыре раза дешевле войны в Ираке (240 миллиардов долларов). А ведь, наверное, лучше строить станции на Луне, чем воевать на Земле за нефть. Да и денег заодно можно немало сэкономить
Автор материала: Равиль Атжанов, октябрь 2006
ВЛАДОС
Старожил
 
Сообщения: 1407
Зарегистрирован: Вс ноя 10, 2013 6:24 pm

Re: Будущие энергетики 21 века

Пост №7  Сообщение URAN » Сб ноя 29, 2014 9:17 pm

Второе - изменение климата. Конечно, не на всей планете, а в месте постройки. Если раньше солнечная энергия в этих местах шла на нагрев почвы и воздуха, то теперь ее часть пойдет на получение электричества. Температура в районе электростанции, а 40 000 км2 - это немало, практически Московская область, - несколько упадет. В ее центре появится то, что климатологи называют «бароцентром» - область постоянного пониженного давления, в которой обычно формируются мощные циклоны. Циклоны эти будут окроплять территорию электростанции и прилегающие районы дождями, а небо над нашими батареями заволокут грозовые тучи.


Да, это я и пытался описывать. Ну, и что, зато пустыня перестанет быть пустыней, и там можно будет выращивать сады и собирать урожаи )

А вообще, стратегически неверно хранить "все яйца в одной корзине", и строить одну электростанцию в одном месте. Это нецелесообразно по многим причинам. И даже доставлять электричество в разные точки земного шара неудобно из одной какой-то пустыни. Это ясно, как день.
Даже потери на передачу будут велики. Не то, что на постройку ЛЭП.

Так что изначально верным будет строить по возможности несколько небольших станций в пустынях, но имея ввиду, что там климат изменится.
А на форуме было достаточно намеков на другие появляющиеся материалы и технологии изготовления фотоэлементов. Более дешевых. Это должно все-таки, составить существенную конкуренцию нефти в ближайшее время. Думаю, все решится очень скоро, не более чем 10-15 лет.

Не стоит доставлять с Луны или с орбиты ) Все может быть проще.
Аватара пользователя
URAN
Проверенный временем
 
Сообщения: 6301
Зарегистрирован: Пн окт 08, 2007 8:00 am
Откуда: РОССИЯ !
Blog: View Blog (3)

Re: Будущие энергетики 21 века

Пост №8  Сообщение ВЛАДОС » Пт сен 11, 2015 6:10 pm

Но парниковый эффект не доказан.. строительство тепловых электростанций экологически не грязных возможно, Опыт Европы показывает это.. и в Китае будут приличные тепловые станции. Торф ещё можно использовать, он ведь появляется вновь. А В России ему просто нету альтернативы, запасы его огромны
ВЛАДОС
Старожил
 
Сообщения: 1407
Зарегистрирован: Вс ноя 10, 2013 6:24 pm

Re: Будущее энергетики 21 века

Пост №9  Сообщение URAN » Сб дек 12, 2015 1:34 pm

http://ria.ru/atomtec/20151212/1340712095.html

На Белоярской АЭС произошло историческое событие для всей мировой атомной энергетики: в энергосистему России выдал свои первые киловатт-часы электроэнергии четвертый блок станции с реактором на быстрых нейтронах БН-800.

Эксперты давно называют Россию мировым лидером в технологиях реакторов на быстрых нейтронах, и сейчас, по их мнению, это лидерство еще больше укрепилось.

В чем же важность произошедшего на Урале события и почему Россия по праву считается номером один в "быстрой" атомной энергетике?
Решение сырьевой проблемы

Прежде всего, надо отметить два главных преимущества реакторов на быстрых нейтронах.

Первый большой плюс связан с решением сырьевой проблемы нынешней атомной энергетики. В ней используются так называемые "тепловые" реакторы, работа которых основана на использовании энергии, выделяемой при делении ядер урана-235. Но эффективность использования урана-235 очень мала, потому что содержание этого изотопа в природном уране составляет менее 1% (основной составляющей природного урана является уран-238).

Образно говоря, добыча урана с целью обеспечения ядерным топливом "тепловых" реакторов сродни использованию древесины лишь для производства спичек, сжигаемых потом в печке.
Следовательно, применение в качестве ядерного "горючего" лишь одного урана-235 не может обеспечить развития атомной энергетики в глобальном масштабе – все же запасы урана на Земле не безграничны.

Проблему можно решить, используя именно реакторы на быстрых нейтронах, энергия которых гораздо выше энергии "рабочих" нейтронов в тепловых реакторах (отсюда и название "быстрый" реактор). Быстрые нейтроны приводят к делению ядер атомов как урана-235, так и урана-238. Но у "быстрых" реакторов есть еще одна очень важная особенность — в них "сжигание" ядерного топлива сопровождается расширенным воспроизводством (или, как говорят атомщики, размножением) вторичного "горючего".

Практическая реализация воспроизводства ядерного "горючего" принципиально важна для будущего атомной энергетики: такой процесс даст возможность практически полностью использовать природный уран и тем самым примерно в сто раз увеличить "выход" энергии из каждой тонны добытого природного урана.

Это открывает путь к почти неисчерпаемым топливным ресурсам атомной энергетики (по расчетам — на перспективу в тысячи лет). Поэтому специалисты уверены, что использование реакторов-"размножителей" — необходимое условие создания и функционирования атомной энергетики большого масштаба.
Экологическое преимущество

Второе достоинство "быстрых" реакторов – их способность эффективно "сжигать" наиболее опасные долгоживущие радионуклиды, образующиеся в отработавшем ядерном топливе.

Таким образом, можно радикально решить проблему обезвреживания радиоактивных отходов атомной энергетики, многократно уменьшив их объем.

Именно благодаря этим двум главным преимуществам специалисты называют реакторы на быстрых нейтронах завтрашним днем атомной энергетики, которая благодаря замкнутому ядерному топливному циклу будет и обеспечивать себя воспроизводимым ядерным "горючим", и решит многие экологические вопросы.



Аватара пользователя
URAN
Проверенный временем
 
Сообщения: 6301
Зарегистрирован: Пн окт 08, 2007 8:00 am
Откуда: РОССИЯ !
Blog: View Blog (3)

Re: Будущее энергетики 21 века

Пост №10  Сообщение Stauffenberg » Пн дек 14, 2015 11:55 am

У х ты , энергия будет дешевле ?! Или сфера учёных из отдела алчности всё равно заполнит эту нишу своими патентами ? Надо как то оптимизировать всё это что бы был более существенный эффект .. А то как обычно, где то убывает где то прибывает )
"Все всегда говорят только правду, всё остальное ложь."
Аватара пользователя
Stauffenberg
Проверенный временем
 
Сообщения: 3366
Зарегистрирован: Сб дек 04, 2010 9:11 pm
Откуда: адуктО

Re: Будущее энергетики 21 века

Пост №11  Сообщение ВЛАДОС » Пт янв 15, 2016 9:16 pm

Быстрыми реакторами труднее управлять. И дороже. Кроме того, очень дорогая современная технология обогащения и добычи урана и тория. и дороги защитные материалы и механизмы. Однако, угольная современная добыча, если ставить новейшие фильтры на шахтах, и на электростанциях. Транспортировка угля дорога. Защита подземных вод.. Реабилитация угольных отвалов в будущем.. Угольная энергетика, развиваясь, дорожает намного сильней атомной.
ВЛАДОС
Старожил
 
Сообщения: 1407
Зарегистрирован: Вс ноя 10, 2013 6:24 pm

Re: Будущее энергетики 21 века

Пост №12  Сообщение ВЛАДОС » Ср мар 23, 2016 12:01 am

Угольная энергетика пока больше других распространена и хотя там есть почти не загрязняющие природу технологии, но таких электростанций пока немного. Однако прогресс и экологическое право на месте не стоят. И не только в Европе и США но и в Китае, электростанции старых конструкций заменяют современными.

Добавлено спустя 8 минут 14 секунд:
Но экологически чистые угольные станции существенно дороже атомных, уголь ведь нужно для них добывать и сжигать в огромных количествах. А опасных веществ при добыче и сжигании выделяется намного больше, чем в атомных.

Добавлено спустя 6 минут 29 секунд:
Между тем, доля газовой энергетики в России в несколько раз выше угольной, хотя во всем мире ситуация выглядит несколько иначе. Например, доля угольной энергетики в США и Германии составляет 50-53 процента, а в Индии и Китае 75-80 процентов. При этом, Российская федерация (РФ) занимает второе место в мире после США по запасам этого полезного ископаемого.
Подробнее: http://www.press-line.ru/articles/budus ... nergetikoj


Добавлено спустя 1 минуту 22 секунды:
По мнению экспертов, в Красноярском крае много угольных месторождений, поэтому регион может служить источником угольной генерации не только для своей экономики, но и для экономики Урала, Сибири и даже для центра России. Только разведанные запасы полезного ископаемого Канско-Ачинского бассейна ОАО «СУЭК» оценены в 112 миллиардов тонн угля.

«Мы надеемся, что с теми проектами, которые сегодня закладываются в рамках энергетического развития страны до 2020 года, появятся ГРЭС, ориентированные на уголь Канско-Ачинского бассейна. Мы прилагаем максимум усилий, чтобы это состоялось. Думаю, что среднесрочные и долгосрочные перспективы углей очень хорошие. И в 2009-2010 году мы увидим реальные изменения, а к 20015 году можно было бы рассчитывать на увеличение добычи угля на наших филиалах в крае порядка 15-20 млн тонн дополнительно»
Подробнее: http://www.press-line.ru/articles/budus ... nergetikoj


Добавлено спустя 3 минуты 34 секунды:
Главным потребителем угля сегодня является Китай, который потребляет 3,68 миллиарда тонн в год, что составляет без малого половину от общемирового потребления угля (7,7 миллиарда тонн). Такие объемы потребления подстегивают общемировой спрос на уголь. По этой причине мировое потребление угля согласно прогнозам предполагает ежегодный прирост в 2,3% вплоть до 2018 года.
Не следует забывать, что по всему миру почти миллиард человек не имеет доступа к электричеству. Например, только в Индии эта проблема затрагивает треть населения страны. Урегулировать эту проблему самым верным и быстрым способом можно, если построить новые тепловые электростанции с использованием экономичной и проверенной временем технологии. Это единственный выход для страны, где население каждый год увеличивается на 13-14 миллионов человек.
Сегодня развитие угольной генерации тормозится из-за ценовой неконкурентоспособности угля в сравнении с газом, на который сохраняется заниженная регулируемая цена, в то время как цена на уголь образуется исходя из рыночных условий. Урегулирование ценового соотношения на энергоносители позволит снять проблему ограниченности газовых ресурсов путем активного развития угольной энергетики.
Во многих странах внедряются новые современные технологии сжигания угля, поддерживающие не только большую энергоэффективность, но и уменьшение воздействия на окружающую среду угольной генерации. Угольная энергетика вырабатывает около 40% всего электричества в мире.
Сейчас тепловые станции на угле в США и Германии вырабатывают около половины всей электроэнергии, а в Индии, Китае и Австралии – их доля достигла уже 70%. Причина этого очевидна: во всем мире стоимость газа намного опережает стоимость угля. Департамент энергетики США считает, что после 2020 года уголь заметно обгонит газ и, вообще, займет нишу наиболее перспективного и быстрорастущего топлива для электростанций.
Только в течение ближайших 15 лет в США планируется построить около 100 электростанций на угле. Рост потребления угольного топлива ожидается и в Канаде, там вследствие окончания эксплуатационного срока службы реакторов планируется остановить несколько блоков атомных станций и заменить их угольными ТЭС.
В отличие от мировых тенденций, в российской электроэнергетике углю не отводится столь важная роль как за рубежом. В стране занимающей второе место по запасам угля и пятое место в мире по его добыче, доля угольного топлива в производстве электрической энергии составляет всего лишь 25%. В течение последних 15 лет Россия не построила ни одной тепловой станции на угле, за исключением блока на Харанорской ГРЭС производительностью 430 МВт. Многие действующие станции были переведены на газ.
Однако сегодня неизбежный рост цен на газ и грядущая нехватка генерирующих тепловых мощностей создают предпосылки для возрождения угольной генерации в России. Эта идея уже давно витает в воздухе, хотя в России почему-то существует мнение, что переработка угля не окупается и стоит довольно дорого.
ВЛАДОС
Старожил
 
Сообщения: 1407
Зарегистрирован: Вс ноя 10, 2013 6:24 pm

Re: Будущее энергетики 21 века

Пост №13  Сообщение ВЛАДОС » Вт апр 05, 2016 9:12 pm

текст Сергей Козюхин доктор химических наук
Владимир Иванов доктор химических наук, Институт общей и неорганической химии РАН
Андрей Шевельков доктор химических наук, Московский государственный университет
Геннадий Русинов кандидат химических наук
Роман Иргашев кандидат химических наук, Институт органического синтеза Уральского отделения РАН Владимир Козик доктор технических наук, Томский государственный университет

Российские химики и материаловеды создали научный консорциум для разработки солнечных элементов третьего поколения. Предложена технология гидротермального получения мезопористого оксида титана для ячеек солнечных батарей, по характеристикам не уступающего зарубежным аналогам. Синтезирован ряд перспективных рутенийсодержащих и безметалльных красителей для батарей, повышающих их светочувствительность. Ведется разработка новых неорганических материалов для полностью твердотельных солнечных элементов.

Слишком дорогое электричество
Излучение Солнца в электрический ток преобразуют с помощью солнечных батарей, или, как говорят специалисты, фотовольтаических преобразователей. Они могут быть разных конструкций.

Наибольшее распространение получили кремниевые солнечные батареи, известные уже более полувека; коффициент полезного действий (КПД) у них достигает 25,6%, а срок службы — более 25 лет. Сам кремний дешевый, но технология производства кремниевых батарей сложна (например, требуются "чистые" помещения), что и обуславливает высокую цену готового продукта.

На сегодня критическим параметром для развития солнечной энергетики является именно стоимость производства батарей. Но помимо экономических аспектов, существует также чисто фундаментальное ограничение (предел Шокли-Квиссера), согласно которому КПД солнечных батарей такого типа не может превышать 34%.

Иной тип солнечных элементов (второе поколение), в которых кремний не используется и на которые ограничение Шокли-Квиссера не распространяется, создан с использованием так называемых тонкопленочных тандемных гетероструктур на основе галлия, мышьяка, индия, олова и азота. Эти элементы имеют высокую эффективность — до 46%. Однако в их производстве используются токсичные химикаты, технология изготовления гетероструктур сложная, да и подбор материалов слоев представляет собой нетривиальную научную задачу.

В итоге цена на электроэнергию, вырабатываемую фотовольтаическими преобразователями указанных типов, составляет 0,15-0,29 евро/кВт час, в то время как цена энергии из традиционных источников — 0,02-0,035 евро/кВт час. По прогнозам, к 2020 году последняя вырастет до 0,05-0,06 евро/кВт час, но это все равно дешевле "солнечного" электричества.

Иными словами, прогресс в солнечной энергетике невозможен без новых прорывных технологий.

Рис. 01 Схема и принцип действия сенсибилизированной красителем ячейки третьего поколения
Изображение

Рис. 01 Схема и принцип действия сенсибилизированной красителем ячейки третьего поколенияПри поглощении кванта света краситель-сенсибилизатор (Si) переходит в возбужденное состояние (S*) и инжектирует электрон в зону проводимости полупроводника. Окисленный сенсибилизатор может быть восстановлен, приняв электрон от медиатора. Электроны из зоны проводимости собираются на прозрачном электроде, проходят через внешнюю цепь и поступают на противоположный электрод, где восстанавливают окисленный медиатор.
Искусственный фотосинтез
Одним из перспективных направлений развития фотовольтаических устройств и солнечной энергетики в целом стало создание солнечных элементов третьего поколения на базе широкозонных полупроводников, светочувствитетельность которых сенсибилизирована (увеличена) органическими или металлорганическими красителями.

Прорыв в этой области датируется 1991 годом, когда в качестве фотоанода был применен обладающий развитой поверхностью мезопористый оксид титана (с частицами 10-20 нм), сенсибилизированный комплексным соединением рутения.

Сенсибилизированные красителями солнечные элементы известны как ячейки Гретцеля. Среди существующих направлений солнечной энергетики третьего поколения они считаются перспективными. Они относительно дешевы и просты в изготовлении. При желании и при наличии реактивов прототип такого устройства можно собрать даже в домашних условиях.

Принципиальное отличие ячеек третьего поколения от кремниевых элементов состоит в том, что в них разделение фотогенерированных зарядов происходит на границе сенсибилизированного полупроводника, а перенос электрона — в толще полупроводника. При кремниевой же технологии разделение и перенос зарядов происходят внутри одного и того же материала.

Тот факт, что разделение зарядов и перенос электрона происходят в разных материалах (точнее, в разных частях полупроводника), создает широкие возможности для направленного улучшения материалов с целью повышения эффективности всей солнечной батареи. По сути, процесс конверсии солнечного света в электрический ток в такой фотовольтаической ячейке аналогичен фотосинтезу в природе, поэтому в литературе о сенсибилизированных красителями солнечных ячейках часто говорят как об устройствах искусственного фотосинтеза.


Солнечная Германия

Компания Volkswagen ввела в строй целое поле солнечных батарей суммарной мощностью 9,6 МВт, что покрывает порядка 12,5% потребности завода Volkswagen в электроэнергии.

Сейчас многие страны вкладывают значительные средства в создание больших парков солнечных батарей. Но реально использование солнечных батарей окупается лишь в тех немногих случаях, когда потребитель фактически отрезан от других источников энергии. Бум солнечных батарей в Германии, начавшийся около 10 лет назад, не должен вводить в заблуждение — эта область энергетики существенно дотируется государством. Чтобы фотовольтаика смогла на равных конкурировать с традиционными источниками энергии, цена ее электричества должна быть снижена в 5-10 раз.
Принцип действия ячеек третьего поколения
Принцип действия конструкции основан на том, что в результате поглощения кванта света краситель-сенсибилизатор переходит в возбужденное состояние. При этом он способен инжектировать электрон в зону проводимости полупроводника. После передачи электрона полупроводнику сенсибилизатор переходит в окисленное состояние и может быть восстановлен в результате захвата электрона от донора электронов (в качестве донора выступает редокс-пара, или медиатор — система из окисленной и восстановленной форм данного вещества).

Электроны из зоны проводимости собираются на электроде (как правило, это стекло с прозрачным проводящим покрытием), далее проходят через внешнюю цепь и поступают на противоположный электрод, где принимают участие в обратной реакции восстановления окисленного медиатора.

Величина фототока зависит от спектральных, окислительно-восстановительных свойств сенсибилизатора и медиатора, эффективности инжекции заряда и структуры полупроводникового электрода, а также от эффективности фотокатода, выступающего в качестве электрокатализатора. Теоретическое значение КПД для сенсибилизированных красителями ячеек составляет 33,3%.


Сенсибилизация

В химии этим термином называют процесс придания материалу фоточувствительности.
Титанический синтез
В настоящее время диоксид титана является ключевым компонентом сенсибилизированных красителями ячеек, используемым в составе фотоанодов. К материалу фотоанода предъявляется целый ряд требований, призванных обеспечить высокую эффективность ячейки. В частности, он должен обладать малым размером частиц (10-20 нм) и высокой удельной площадью поверхности (порядка 100 м2/г), что обеспечивает хороший контакт красителя-сенсибилизатора и полупроводника.

Другим важным требованием является высокая степень кристалличности диоксида титана, то есть отсутствие в материале аморфных или высокодефектных фаз. Кристалличность обеспечивает высокую эффективность переноса носителей заряда от места их генерации (интерфейс — краситель/TiO2) к электроду, а любые дефекты структуры являются "ловушками", в которых носители заряда "застревают".

Указанные требования — до некоторой степени взаимоисключающие, поскольку высокая степень кристалличности присуща крупнокристаллическим веществам, которые, очевидно, не могут обладать развитой поверхностью. Поэтому для получения диоксида титана с нужными характеристиками используют специальные приемы. Например, гидротермальный синтез (обработку водных растворов или суспензий соединений титана при температуре около 200°С), а также различные его вариации, в первую очередь — гидротермально-микроволновой синтез, обеспечивающий высокую однородность и скорость нагрева реакционных смесей.

Краситель-якорь
Вторым ключевым компонентом ячейки Гретцеля является металлорганический краситель, который в адсорбированном состоянии на поверхности фотоанода играет роль сенсибилизатора.

Солнечные элементы на основе комплексных соединений рутения демонстрируют высокие показатели эффективности преобразования световой энергии в электрическую, но батареи на этих красителях не имеют шансов на крупномасштабное внедрение в производство, главным образом из-за высокой стоимости рутения.

Роль сенсибилизаторов в солнечных батареях могут успешно выполнять и более доступные органические безметалльные красители. Исследования таких красителей ведутся во всем мире последние 10-15 лет.

С химической точки зрения молекулы всех безметалльных красителей имеют так называемое "пуш-пульное" строение, когда в одной молекуле сочетаются два структурных фрагмента с избыточной (донорный) и с недостаточной (акцепторный) электронной плотностью, которые соединяет ?-электронный мост. В результате между донором и акцептором в молекуле реализуется эффективный внутримолекулярный перенос заряда, что позволяет красителю поглощать излучение в видимой области спектра. Акцепторный фрагмент в структуре красителя в большинстве случаев выполняет дополнительно функцию "якоря", благодаря которому молекулы красителя закрепляются на поверхности диоксида титана.

Высокие значения всех названных характеристик красителя-сенсибилизатора могут быть достигнуты в результате тонкой настройки его молекулярной архитектуры с использованием приемов тонкого органического синтеза.

Заметим, что сырьевой базой для синтеза безметалльных красителей-сенсибилизаторов являются нефть и каменный уголь — источники обширнейшей "библиотеки" ароматических и гетероциклических соединений на Земле. Иными словами, изобилие первичного источника сырья открывает широкие перспективы для внедрения технологии сенсибилизированных красителем солнечных батарей в промышленное производство.


Сырьевая базаСырьевой базой для синтеза безметалльных красителей-сенсибилизаторов, необходимых для солнечных батарей третьего поколения, являются нефть и каменный уголь.
Свинец с йодом лучше йода
Третий компонент сенсибилизированной красителем ячейки — медиатор — потенциально способен привести к ее разрушению. Традиционно входящий в состав медиатора элементарный йод (I2) вызывает коррозию конструкции ячейки, а под действием солнечного света и тепла коррозия только усиливается.

Выход был предложен в 2009 году, когда группа японских ученых обнаружила уникальные свойства свинец-галогенидных перовскитов общей формулы APbX3 (обычно X — это йод), где в качестве А-катиона может служить производное органического вещества с молекулой небольшого размера, например метиламмоний.

В этих соединениях под действием света рождается экситон — связанная пара электрона и дырки, которые движутся в направлении противоположных электродов ячейки. Электроны попадают в мезопористый полупроводник — тот же оксид титана, что и в обычных ячейках Гретцеля, — а для переноса дырок к противоположному электроду используют специальные органические полупроводники.

Такие ячейки не содержат жидких компонентов, поэтому часто называются полностью твердотельными сенсибилизированными ячейками (ASDSC, от английского All-Solid Dye-sensitized Solar Cell). Их эффективность, изначально очень низкая, в течение последних 3-4 лет была доведена уже до 20%.


Перспективная энергия

Среди известных альтернативных источников энергии один из наиболее привлекательных — солнечная энергия, и это вполне объяснимо. Если суммарная мощность потребляемой человечеством энергии оценивается примерно в 20 ТВт, то мощность падающего на Землю солнечного излучения составляет 100000 ТВт.

В абсолютных величинах глобальное количество энергии, вырабатываемое солнечными батареями, пока достаточно скромное — около 177 ГВт, однако, относительные темпы роста впечатляют. Согласно докладу Международного энергетического агентства, производство энергии увеличилось на 29 ГВт в 2012 году, на 36,9 ГВт в 2013 году и на 38,7 ГВт в 2014 году.
Как избавиться от свинца
Исследования ASDSC-ячеек активно ведутся во всем мире, и прогнозы обещают скорое повышение их эффективности до 30%. Однако и полностью твердотельные ячейки не лишены недостатков.

Во-первых, используемые для переноса дырок органические полупроводники p-типа пока очень дороги, их вклад в стоимость окончательного продукта может превышать 50%. Во-вторых, если создание лабораторных прототипов с рабочим элементом размером около 10 х 10 мм не составляет проблем, то производство ячеек с большой площадью поверхности все еще затруднено. Наконец, сам перовскитный краситель содержит токсичный свинец, и поскольку свинец-галогенидные перовскиты растворимы в воде, неизбежна опасность рабочего материала ячеек для окружающей среды и человека, как в процессе эксплуатации, так и при утилизации отработавших устройств.

Решение каждой из этих проблем находится на разных этапах. Но в целом замена дорогих органических полупроводников p-типа на более дешевые и вполне устойчивые неорганические аналоги видится верным направлением. Уже предложены интересные неорганические производные меди, никеля и в особенности олова. Для изготовления ячеек большой площади возможно использование альтернативных технологий, основанных либо на напылении рабочего материала, либо на применении струйной печати.

Сложнее всего избавиться от производных свинца. Первые попытки замены свинецсодержащих перовскитов на производные олова или сурьмы показали интересные результаты, но перспективы их практического применения еще туманны, поскольку соединения олова подвержены деградации, а производные сурьмы пока не показывают существенной эффективности.

Сборка российских солнечных батарей
Можно констатировать, что создание и разработка солнечных элементов третьего поколения требует совместных усилий специалистов из различных областей, в том числе материаловедов, химиков-органиков, электрохимиков и специалистов в области фотовольтаики.

В России для решения этой задачи создан консорциум, в который вошли ученые из нескольких регионов России (Москва, Екатеринбург, Томск), работающие как в академических институтах (ИОНХ РАН, ИОС УрО РАН, ИФХЭ РАН), так и в ведущих университетах (МГУ, ТГУ).

Усилиями участников консорциума создана инфраструктура для создания и тестирования солнечных батарей третьего поколения. Уже разработана технология гидротермального получения мезопористого оксида титана, по характеристикам не уступающего импортным аналогам. Синтезирован ряд новых рутенийсодержащих и безметалльных красителей для фотоанодов. Ведется поиск новых неорганических медиаторов и красителей для твердотельных солнечных элементов.


Подробнее: http://www.kommersant.ru/doc/2865698
ВЛАДОС
Старожил
 
Сообщения: 1407
Зарегистрирован: Вс ноя 10, 2013 6:24 pm

Re: Будущее энергетики 21 века

Пост №14  Сообщение URAN » Сб июл 30, 2016 9:29 pm

http://thejizn.com/2016/06/03/wavw-star-energy-video/

Wave Star — машина, которая позволяет получать электричество, используя энергию волн.Процесс получения электроэнергии происходит за счет преобразования кинетической энергии в электричество. Машина, которая находится в Дании, оснащена специальными поплавками, которые качаются на волнах. Движение поплавков передается к специальным вращающимся генераторам, которые позволят непрерывно вырабатывать электроэнергию.

Впрочем, установка работает не постоянно. В случае шторма, когда волны слишком высоки, поплавки поднимаются на безопасное расстояние от воды.

Ученые, которые создали этот механизм уверены, что его можно улучшить, и получать, кроме энергии волн, еще энергию солнца и ветра.

Такие электростанции будут запускаться во многих местах нашей планеты уже в следующем году. Каждая установка сможет производить по 6 мегаватт электроэнергии. Это позволит обеспечить электричеством более 4 тысяч домов!

По мнению ученых, если бы человечество использовало хотя бы 0,1% океанической энергии, то смогло бы полностью удовлетворить потребности планеты в электроэнергии более чем в 5 раз!


Не ново, но довольно актуально.
1. Наземные фотоэлементы в пустынях полезны, т.к. охладят почву, хотя бы локально. Их можно отлично совместить с технологиями озеленения пустынь.
2. Ветряки на суше и запруды рек могут причинять проблемы.
3. Генераторы энергии на основе океанских поверхностных волн могут быть полезны, примерно аналогично фотоэлементам в пустыне, отбирая избыточную энергию стихий в данном месте в данное время. Они работают как бы на уравновешивание движения стихий. А не на выведение из равновесия, как в случае гидроэлектростанций или даже атома. Потому на порядок мудрее и смотрят в будущее по своему принципу использования.

Ставлю пока что плюс этой подзабытой технологии, которая ныне воскрешается. Пока не вижу существенных проблем, которые она может вызвать, при правильной и разумной эксплуатации.

Изображение

Изображение

Изображение
Аватара пользователя
URAN
Проверенный временем
 
Сообщения: 6301
Зарегистрирован: Пн окт 08, 2007 8:00 am
Откуда: РОССИЯ !
Blog: View Blog (3)

Re: Будущее энергетики 21 века

Пост №15  Сообщение ВЛАДОС » Чт сен 29, 2016 11:59 pm

Преимущества применения современных тепловых насосов
Получение 3–8 кВт тепловой энергии на 1 кВт затраченной электрической. Организация с высокими значениями коэффициентов преобразования (5?7) при относительно невысоких температурах низкопотенциальных источников (tнпи ? 10?20 °C) при работе ТНУ по циклу, максимально приближенному к наиболее совершенному треугольному циклу Лоренца. Теплонасосное теплоснабжение с такими высокими коэффициентами преобразования делает теплонасосное отопление и ГВС конкурентоспособным с ТЭЦ.
Рассредоточение выбросов в регионе. При наличии достаточно больших источников низкопотенциальной теплоты с приводом компрессоров от ДВС (двигателей внутреннего сгорания) или с газопоршневым малооборотным приводом (при наличии природного газа) с максимальной утилизацией сбросного тепла (водяной радиатор, масляный радиатор, тепловые выбросы выхлопных газов) в таких ТНУ можно получать тепловую энергию для отопления и ГВС с высокой температурой 90?110 °C, прежде всего для ЖКХ, с использованием каскадных теплонасосных схем.
Обеспечение надежного и экономичного теплоснабжения объектов. Организация автономного теплонасосного теплоснабжения малых городов и сел, особенно при использовании ТНУ с газопоршневым приводом.
Полная независимость от поставщиков тепловой энергии.
Минимизация протяженности тепловых сетей и, как следствие, сокращение значительных потерь и затрат на их обслуживание, снижение издержек на выработку тепловой энергии и увеличение надежности теплоснабжения.
Опыт использования теплоты шахтных вод
В этом направлении накоплен определенный опыт.

Наш научный коллектив занимается проблемой использования вторичных энергоресурсов и низкопотенциальной теплоты с 1986 года. В данном направлении достигнуты значительные теоретические и практические результаты.

В 1988 году впервые в СССР была разработана и внедрена технология утилизации теплоты оборотной воды компрессоров на шахте «Ключевская» ПО «Кизелуголь» (Пермская область) с применением тепловых насосов для улучшения охлаждения процесса сжатия воздуха и отопления промплощадки шахты. В результате внедрения значительно улучшились условия охлаждения компрессоров и температурные режимы их эксплуатации, полностью была исключена из работы градирня. При затратах 1 кВт•ч электроэнергии было получено 3,5 кВт•ч эквивалентной тепловой энергии [1].
В 1994 году был выполнен рабочий проект технологического комплекса утилизации низкопотенциальной теплоты шахтной воды для шахты «Зенковская» АО «Прокопьевскуголь» теплонасосной установки мощностью 2,4 МВт [2], а в 1995 году – рабочий проект, предусматривавший применение тепловых насосов на шахте «Степановская» АО «Ростовуголь» для утилизации низкопотенциальной теплоты хозяйственно-бытовых стоков с целью улучшения температурного режима их очистки.
В 1999 году для шахты «5–6» АО УК «Прокопьевск-уголь» была разработана технология утилизации низкопотенциальной теплоты (НПТ) шахтной воды (защищена рядом патентов РФ), конструкторская документация на спецоборудование, технический и рабочий проекты на внедрение технологии, позволяющей получать более 25 тыс. Гкал/год экологически чистой тепловой энергии [3]. Срок окупаемости проекта 4 года.
В 2001 году на шахте «Осинниковская» ОАО «Кузнецкуголь» в Кемеровской области впервые в России была испытана опытно-промышленная установка по утилизации низкопотенциальной теплоты шахтных вод, которая полностью покрывает потребности горячего водоснабжения шахты и позволяет решить экологическую проблему: отключить шахтную котельную в летнее и осенне-весеннее время года, значительно снизить выбросы вредных веществ в атмосферу. В качестве теплового насоса был принят ТН 110 производства ЗАО «Энергия».
В свое время нами проведена технико-экономическая оценка утилизации низкопотенциальной теплоты при откачке воды из шахты «Глубокая» ОАО «Ростовуголь». Получаемую в результате тепловую энергию в 15 МВт рекомендуется использовать для отопления жилого фонда поселка шахты, с исключением из работы угольной котельной, что, в свою очередь, позволит значительно снизить вредные выбросы в атмосферу.

Шахтные воды имеют большой потенциал тепловой энергии. Предприятиями угольной отрасли ежегодно сбрасывается в открытые водоемы около 2 млрд м3 шахтных вод, из которых около 50 % являются нейтральными. С этими водами в окружающую среду сбрасывается более 50 млн ГДж низкопотенциальной теплоты, которая при благоприятных условиях может быть утилизирована.

Температурный режим шахтных вод определяется глубиной разработки на шахтном поле, технологией работ и зависит от времени года. Температура откачиваемой воды по различным шахтам составляет 11–30 °C.
ВЛАДОС
Старожил
 
Сообщения: 1407
Зарегистрирован: Вс ноя 10, 2013 6:24 pm

Re: Будущее энергетики 21 века

Пост №16  Сообщение URAN » Ср ноя 30, 2016 9:00 am

https://hi-tech.mail.ru/news/nuclear-ba ... frommail=1

Специалисты из Университета Бристоля разработали прототип ядерного аккумулятора, который сможет снабжать не слишком мощные устройства энергией на протяжении тысячелетий. При этом выброс радиации и вредных веществ нулевой, сообщает сайт университета.
Из чего состоит ядерный аккумулятор

Внутри ядерного аккумулятора установлен искусственный бриллиант. Он генерирует электрический ток небольшой силы при помещении в радиоактивное поле.

Ученые использовали никель-63 в качестве источника радиоактивного излучения. Однако, если заменить его углеродом-14, сгенерированным в графитовых блоках, изотоп сможет повысить эффективность работы устройства.
Батарея на углероде-14 разрядится наполовину за 5730 лет

В ядерных аккумуляторах нет движущихся частей, в процессе работы их не нужно обслуживать. Батареи не создают радиоактивных выбросов и не оказывают отрицательного воздействия на атмосферу. Радиоактивные изотопы фактически инкапсулируются внутри искусственных бриллиантов. За счет этого обеспечивается долгосрочная генерация чистой энергии.
Применение ядерных аккумуляторов

Ядерные аккумуляторы предполагается использовать в кардиостимуляторах и других устройствах, которые вживляются в тело человека. Они найдут применение в беспилотниках, космических кораблях и других установках, расположенных в труднодоступных местах. В целом такие аккумуляторы можно установить везде, где нужен источник энергии сравнительно небольшой мощности, который не требует подзарядки и обслуживания.


В принципе, просто, хотя опасность все равно есть. Не разбирать (молотком), и не давать детям. Но и обычные батарейки и аккумуляторы опасны. Они могут взорваться, загореться, они ядовиты, нельзя нагревать, тоже нельзя ломать.
Но срок действия это окупает. Правда, слабенькие, и наверное, дорогие. Но для питания терминатора подойдет. Не, я хотел сказать - для космической техники, например, спускаемого модуля. Там уже используются РИТЭГИ, аналоги, известные с советских времен, по отечественным технологиям. Помощнее. А эти занимают нишу почти для бытовых устройств.
Аватара пользователя
URAN
Проверенный временем
 
Сообщения: 6301
Зарегистрирован: Пн окт 08, 2007 8:00 am
Откуда: РОССИЯ !
Blog: View Blog (3)

Re: Будущее энергетики 21 века

Пост №17  Сообщение ВЛАДОС » Ср ноя 30, 2016 9:19 pm

URAN писал(а):Но срок действия это окупает. Правда, слабенькие, и наверное, дорогие. Но для питания терминатора подойдет. Не, я хотел сказать - для космической техники, например, спускаемого модуля. Там уже используются РИТЭГИ, аналоги, известные с советских времен, по отечественным технологиям. Помощнее. А эти занимают нишу почти для бытовых устройств.

УРАН, а если применять помощнее, в сёлах или, например, небольших заводах находящимися в лесах и степях?
ВЛАДОС
Старожил
 
Сообщения: 1407
Зарегистрирован: Вс ноя 10, 2013 6:24 pm

Re: Будущее энергетики 21 века

Пост №18  Сообщение URAN » Чт дек 01, 2016 9:33 am

ВЛАДОС писал(а):УРАН, а если применять помощнее, в сёлах или, например, небольших заводах находящимися в лесах и степях?


Вот та же тема раскрыта подробнее, с другой стороны

Достаточно любопытный способ извлечения чистой энергии из радиоактивных отходов ядерных реакторов предложили исследователи из Бристольского университета. Одним выстрелом учёным удалось убить сразу двух зайцев: они придумали, как избавиться от тысяч тонн отработанных графитовых стержней, которые в Великобритании и так уже некуда складывать, а также создали из этих отходов удивительные батареи, способные питать электроприборы на протяжении тысяч лет.

Графитовые стержни используются в ядерных реакторах для того, чтобы управлять интенсивностью течения ядерной реакции. Будучи помещённым в высокорадиактивную среду, часть углерода в графите замещается радиоактивным изотопом Углерод-14. Период полураспада этого изотопа составляет более 5700 лет. Основной объём углерода-14 сконцентрирован на внешней поверхности графитовых стержней, откуда его можно извлечь путём сильного нагрева до того момента, пока изотоп не перейдёт в газообразную форму.

Углерод-14 в газообразной форме при пониженном давлении и высокой температуре можно превратить в алмаз, ещё одну форму углерода. Искусственные алмазы обладают интересной особенностью – они генерируют электричество, когда оказываются помещены в радиоактивную среду. Учитывая, что в данном случае алмаз был создан из радиоактивного изотопа, он способен вырабатывать электроэнергию сам по себе. Это превращает полученный алмаз в своеобразный источник питания.

Но остаётся открытым вопрос – как обезопасить окружающих от радиационного излучения? Британские исследователи решили, что снаружи радиоактивный алмаз можно покрыть слоем из алмаза обыкновенного, что сведёт вредное излучение практически на нет. Радиационный фон такой батарейки не превысит фон обычного банана, купленного вами в супермаркете. Алмазная оболочка при облучении изнутри будет поглощать радиацию, и генерировать ещё больше электроэнергии, что приблизит КПД батареи к мифическим 100%.

Такая алмазная батарея не требует обслуживания, она не генерирует никаких отходов, не имеет съёмных частей, при этом оставаясь невероятно прочной – не забывайте, что мы говорим об алмазе. Но самое важное, что такая батарея сможет питать приборы на протяжении тысяч лет без всяческих подзарядок. Лишь через 5730 лет её заряд снизится до отметки в 50%. Это делает алмазные батареи идеальным решением для, например, спутников или космических экспедиций, отправленных на исследование далёкого космоса. Батареи можно использовать и в медицине, например, в имплантированных кардиостимуляторах батарейку не придётся менять никогда. Только представьте, какие горизонты открывает перед нами «Алмазная эпоха энергетики».

http://reired.ru/diamond-battery/

По мощности этого процесса пока не скажу. Касаемо же РИТЭГов, то они могут имеют неплохую мощность, если собрать их в кучу - тем более.

радиоизотопный источник электроэнергии, использующий тепловую энергию, выделяющуюся при естественном распаде радиоактивных изотопов и преобразующий её в электроэнергию с помощью термоэлектрогенератора.Выходная мощность РИТЭГ весьма невелика (до нескольких сотен ватт) при небольшом КПД. Зато в них нет движущихся частей и они не требуют обслуживания на протяжении всего срока службы, который может исчисляться десятилетиями.

РИТЭГ применялись в навигационных маяках, радиомаяках, метеостанциях и подобном оборудовании, установленном в местности, где по техническим или экономическим причинам нет возможности воспользоваться другими источниками электропитания. В частности, в СССР их использовали в качестве источников питания навигационного оборудования, установленного на побережье Северного Ледовитого океана вдоль трассы Северного морского пути. В настоящее время, в связи с риском утечки радиации и радиоактивных материалов, практику установки необслуживаемых РИТЭГ в малодоступных местах прекратили.

В США РИТЭГ использовались не только для наземных источников питания, но и для морских буев и подводных установок. Например, в 1988 году СССР обнаружил два американских РИТЭГа рядом с советскими кабелями связи в Охотском море. Точное количество установленных США РИТЭГ неизвестно, оценки независимых организаций указывали 100—150 установок на 1992 год[7].

Плутоний-236 и плутоний-238 применялся для изготовления атомных электрических батареек, срок службы которых достигает 5 и более лет. Их применяют в генераторах тока, стимулирующих работу сердца (кардиостимулятор). По состоянию на 2003 г. в США было 50—100 человек, имеющих плутониевый кардиостимулятор[10]. До запрета на производство плутония-238 в США, ожидалось, что его применение может распространиться на костюмы водолазов и космонавтов[11].


Вики, РИТЭГ

Откуда видно, что аж в кардиостимуляторах их ставят! Тем более безопасны будут и куда более длительны в использовании алмазные батарейки. Это и правда интересное решение, если учесть одновременную утилизацию отходов - графитовых стержней при этом. Это мне чем-то нравится. Когда решение имеет сразу несколько преимуществ.
Аватара пользователя
URAN
Проверенный временем
 
Сообщения: 6301
Зарегистрирован: Пн окт 08, 2007 8:00 am
Откуда: РОССИЯ !
Blog: View Blog (3)

Re: Будущее энергетики 21 века

Пост №19  Сообщение URAN » Ср дек 21, 2016 5:51 pm

http://reired.ru/solar/

За последние шесть лет стоимость солнечной энергии неуклонно снижается, обогнав в этом состязании основного конкурента – энергию, производимую ветрогенераторами. Удешевление солнечной энергии во многом обусловлено ростом инвестиций. Так в Чили стоимость 1 мВт/час составляет всего 29.10 $, что вдвое дешевле «угольного» мегаватта.


Ну, да. Это и по прогнозу Ванги. Которая как раз к 2018 году прочила развитие солнечной энергии. Именно - не ветряков, Токамаков, холодного ядерного синтеза, или чего там еще.
Так что скоро все станут по экспоненте вкладываться в солнечную энергетику.
Ну, а дальше - время покажет.

Энергетическим компаниям на невозобновляемых природных ресурсах типа угля, и вообще рынку придется потесниться и возможно, некие монстры энергетических компаний уйдут в небытие к динозаврам. Вопреки кажущейся их незыблемости ныне.

Ну, да, в статье - цифра про Чили, где солнышко активно. Однако, см. Вики, Солнечная энергетика - "В 1990—2005 гг. цены на фотоэлементы снижались в среднем на 4 % в год."
И все технические сложности - просто временные, от недостатка инвестиций.

В 2005 году мир прошел пик добычи нефти и с тех пор углеводородное сырье постепенно и неуклонно иссякает с ускоряющимися темпами в 5—7% в год, поэтому через 15—25 лет нефть и газ уже не будут массово использовать как топливо, и мир вынужден будет переходить полностью на альтернативные источники энергии.[24]

"Энергоокупаемость солнечной электростанции значительно меньше 30 лет. Так, для США, при средней мощности солнечного излучения в 1700 кВт·ч на м² в год, энергоокупаемость поликристаллического кремниевого модуля с КПД 12 % составляет менее 4 лет (данные на январь 2011)"

А там еще не упомянуты дармовые процессы. Солнечные жаровни, обогрев домов на "тепловых аккумуляторах". С одного квадратного метра - приличная печка на 1 кВт мощности. Просто на зеркалах, или фольге. Если кому не лень купить или собрать ее. Просто не так удобно в городе использовать. Не выйдешь во двор картошку жарить -- не у всех балконы, лоджии, не у всех много места, чтобы печку такую ставить. Но за год или даже меньше солнечная жаровня окупит себя на расходах электричества, как я прикинул. :)
Аватара пользователя
URAN
Проверенный временем
 
Сообщения: 6301
Зарегистрирован: Пн окт 08, 2007 8:00 am
Откуда: РОССИЯ !
Blog: View Blog (3)

Re: Будущее энергетики 21 века

Пост №20  Сообщение URAN » Сб янв 14, 2017 10:37 am

https://hightech.fm/2016/12/23/solar-power-workforce

В конце 2016 года область солнечной энергетики в США дополнительно создаст около 30 000 новых рабочих мест, что примерно на 15% больше, чем за аналогичный период прошлого года. Американская солнечная индустрия стала самым быстрорастущим сектором в энергетике.


Поезда Нидерландов полностью перешли на питание от ветряных электростанций
https://russian.rt.com/world/news/34935 ... r-energiya

Все поезда в Нидерландах полностью перешли на электроснабжение, вырабатываемое силой ветра. Об этом пишет The Guardian со ссылкой на железнодорожный концерн NS.

Отмечается, что энергии, вырабатываемой одной ветроэлектрической станцией в час, достаточно для того, чтобы поезд прошёл расстояние в 200 км.
Таким образом, Нидерланды стали первой страной в мире, где все поезда перешли на ветровую энергию, говорится в статье.
Аватара пользователя
URAN
Проверенный временем
 
Сообщения: 6301
Зарегистрирован: Пн окт 08, 2007 8:00 am
Откуда: РОССИЯ !
Blog: View Blog (3)

Re: Будущее энергетики 21 века

Пост №21  Сообщение URAN » Чт янв 26, 2017 9:42 am

Японские инженеры удвоили КПД солнечных элементов

Ученые Университета Киото применили оптические технологии, чтобы создать надежные преобразователи тепла в электричество. Новый подход позволил вдвое увеличить производительность солнечных элементов.«Современные солнечные элементы плохо справляются с конверсией видимого света в электричество. Лучший КПД приблизительно равен 20%», — говорит Такаши Асано из Университета Киото.

«Проблема, — объясняет Асано, — в том, что тепло рассеивает свет всех длин волн, но солнечный элемент работает только в узком диапазоне волн. Для ее решения мы создали новый полупроводник наноразмера, который сужает диапазон волн для концентрации энергии».

Для выделения видимых длин волн требуется температура в 1000° С, но обычный кремний плавится при температуре свыше 1400° С, поэтому ученые протравили на кремниевых платах множество одинаковых и равноудаленных цилиндров высотой примерно 500 нм, находящихся на определенном расстоянии друг от друга и оптимизированных под нужный диапазон.
Этот материал позволил ученым поднять КПД полупроводников как минимум до 40%, пишет EurekAlert.

Пиковый для солнечных элементов КПД — 26% — был достигнут учеными Калифорнийского университета в Беркли в прошлом году. Прорыв произошел благодаря сочетанию двух перовскитовых материалов, каждый из которых впитывает разные длины волн солнечного света.


КПД в 40% уже есть, а это уже много. Хотя наверное, дорого. Но главное, что порог в 25-40% практически преодолен. Разные технологии. Наши по-моему, просто разлагали свет призмочками, и в нужном месте ставили свои поглотители. Тоже дороговато, но главное - прогресс, тенденция.

Правильно говорила Ванга, что в 2018 поезда будут питаться энергией Солнца. Ну, в Нидерландах уже перешли на энергию ветра в 2016, а это косвенно - энергия Солнца )
До 2018, почитай, пару лет. Запас времени приличный. И за это время как раз технологии подрастут, чтобы вытеснять традиционные топливные технологии.
Аватара пользователя
URAN
Проверенный временем
 
Сообщения: 6301
Зарегистрирован: Пн окт 08, 2007 8:00 am
Откуда: РОССИЯ !
Blog: View Blog (3)

Re: Будущее энергетики 21 века

Пост №22  Сообщение URAN » Пт апр 28, 2017 7:53 pm

https://hightech.fm/2017/04/25/solar-cells

Все быстро меняется. То, что фотоэлементы достигали 30%, и в теории 40% оказалось не пределом.


Новая конструкция солнечных элементов, представленная учеными Университета Кобе (Япония) способна увеличить эффективность конверсии более чем на 50%, поглощая более длинные волны, чем обычно.

Для того чтобы сократить потери энергии и повысить эффективность конверсии, команда профессора Такаши Кита использовала два фотона из энергии, передаваемой через солнечный элемент и содержащий гетеро-интерфейс, сформированный из полупроводников с разным поглощением. При помощи этих фотонов они разработали новую структуру солнечного элемента.

В ходе теоретических испытаний солнечные элементы новой конструкции достигли эффективности конверсии 63% и преобразования с повышением частоты на основании этих двух фотонов. Сокращение потерь энергии более чем в 100 раз, продемонстрированные на основании этого эксперимента, оказалось более эффективным, чем другие методы, при которых используются средние диапазоны частот.

Ученые собираются продолжить совершенствовать конструкцию солнечных элементов и повышать их КПД, чтобы снизить стоимость выработки электроэнергии, сообщает Phys.org.

Теоретически, верхний предел КПД обычных солнечных элементов составляет 30%, и большая часть солнечной энергии, попадающей на элемент, теряется впустую или становится тепловой энергией. Эксперименты, которые проводятся по всему миру, пытаются обойти это ограничение. Если коэффициента конверсии ячейки превысит 50%, это окажет значительное влияние на стоимость производства электричества.

Недавно о новом рекорде эффективности кремниевых мультиконтактных солнечных элементов сообщили ученые Германии и Австрии, добившись производительности 31,3%. Они использовали технологию сращивания пластин, которая часто применяется в сфере микроэлектроники. Кстати, предыдущий рекорд принадлежит им же — в ноябре прошлого года КПД солнечных элементов составил 30,2%.



Так что элементы достигают уже высочайшей эффективности. Осталось пустить их на поток.
Недавно не думали достичь выше 15%, а теперь достигают 63. Это говорит о тенденции.
Аватара пользователя
URAN
Проверенный временем
 
Сообщения: 6301
Зарегистрирован: Пн окт 08, 2007 8:00 am
Откуда: РОССИЯ !
Blog: View Blog (3)

Re: Будущее энергетики 21 века

Пост №23  Сообщение ВЛАДОС » Вт июн 06, 2017 3:05 pm

Индия завершила строительство крупнейшей в мире солнечной электростанции Камути. Объект использует 2,5 миллиона солнечных панелей, установленных на площади 10,36 квадратных километра, и расположен в Тамил-Наду. Строительство заняло всего 8 месяцев. :ultra:

Мощность новой фабрики по производству электроэнергии составляет 648 мегаватт. Ее хватит на питание более 150 000 жилых домов. Строительство крупнейшей солнечной электростанции является для Индии важным шагом к обеспечению своего населения более доступной электроэнергией. К 2022 году страна планирует выйти на уровень обеспечения солнечной энергией более 60 миллионов домов.
ВЛАДОС
Старожил
 
Сообщения: 1407
Зарегистрирован: Вс ноя 10, 2013 6:24 pm

Re: Прогнозы, предсказания_обсуждения

Пост №24  Сообщение URAN » Чт авг 31, 2017 12:58 pm

https://hi-tech.mail.ru/news/konec-epohi-smartfonov/


Конец эпохи смартфонов: эксперты назвали причины «исчезновения» гаджетов

Наша планета сталкивается с хронической нехваткой полезных ископаемых, и в частности тех из них, которые используются в высокотехнологичных гаджетах. Основные компоненты, встречающиеся в смартфонах, электромобилях и даже в медной проводке, заканчиваются, уверены эксперты. Различные проблемы, которые препятствуют добыче этих ключевых полезных ископаемых, скорее всего, приведут к их глобальному дефициту в будущем.
Ископаемых материалов не хватает

Исследование, проведенное международной группой ученых со штаб-квартирой в Университете штата Делавэр, показало, что спрос на технику скоро опередит предложение, и даже вторичная переработка сырья не сможет обеспечить достаточного количества материалов для производства высокотехнологичных устройств. Речь идет про медь, а также еще более редкие металлы, такие как неодим, тербий или иридий.

Ведущий исследователь команды Салем Али говорит: «Существуют международные договоры о сохранении климата, биоразнообразии, мигрирующих видах и даже обращении с отходами органических химических веществ, но нет международного механизма для регулирования того, как следует координировать добычу минеральных ископаемых».

Спрос растет, а добыча осложняется

Наряду с растущим спросом, сопоставимым с ростом численности населения, которое к 2030 году достигнет 8,5 млрд, несколько факторов затрудняют добычу необходимых полезных ископаемых. К примеру, только в 10 процентах случаев разведка приводит к обнаружению залежей полезных ископаемых.

Кроме того, от момента обнаружения залежей до начала добычи может пройти много лет. Так например, последнее крупное месторождение меди было открыто 15 лет назад в Монголии, а производство продукции стартовало только в прошлом году. При этом многие металлы, такие как та же самая медь, не имеют аналогов, которые могли бы заменить их в производстве.

«Зеленые» технологии сегодня считаются единственным возможным будущим для планеты, но в них применяется огромное количество полезных ископаемых, необходимых так же и для ноутбуков, что рождает своего рода конкуренцию.


В принципе, так оно и есть. Наука демонстрирует образцы технологии, но их массовое и неконтролируемое внедрение в основы цивилизации означает опору этой самой цивилизации на технологии.
И этот фундамент должен быть изначально прочен, независим от преходящих условий. А попытка опереться на технологии в конечном итоге "давит" на невозобновляемые ресурсы.

Огонь нуждается у топливе, и в удалении отходов, от которых он "задыхается". "Топливо" заканчивается, а на противоположном конце - отходы растут.

Таким образом, цивилизация оказывается под вопросом. Со всей "технологической сингулярностью". Незамкнутые производства потребляют ограниченные ресурсы, вырабатывают ненужный мусор. Но это - только малая часть угроз цивилизации. Есть еще устойчивость к факторам окружающей среды, космическим факторам, социальным факторам.
Аватара пользователя
URAN
Проверенный временем
 
Сообщения: 6301
Зарегистрирован: Пн окт 08, 2007 8:00 am
Откуда: РОССИЯ !
Blog: View Blog (3)

Re: Прогнозы, предсказания_обсуждения

Пост №25  Сообщение ВЛАДОС » Чт авг 31, 2017 7:47 pm

Дефицит металлов прогнозируют уже сто лет, однако за это время
а) вырос коэффициент извлечения металлов из руд с помощью новых технологий.
б) стали добывать металлы из трудных, глубоких запасов
в) развиваются технологии извлечения из попутных руд. Например, ванадия.
г) растёт добыча в морях, океанах. .

Добавлено спустя 5 минут 9 секунд:
Также разрабатывают новые фильтры для рудников и металлургических заводов, которые уменьшают значительно загрязнения вод и воздуха..

Добавлено спустя 1 час 7 минут 46 секунд:
УРАН, в процитированном прогнозе почти нет расчётов.. вообще мало данных.

Добавлено спустя 19 минут 48 секунд:
Например: сколько нужно редкоземельных металлов для солнечных батарей , ветряков, геоэнергетики. В традиционных угольных и гидроэлелектростанциях, и атомных нужно очень громоздкое и сложное оборудование ( турбины, ротор, компрессоры и трансформаторы и пр. В солнечной энергетике вроде узлов меньше.
Разве нужна солнечным батареям сложная система охлаждения, к примеру? Их можно строить как и геостанции во многих местах. А не тянуть ЛЭП с огромной инфраструктурой..
ВЛАДОС
Старожил
 
Сообщения: 1407
Зарегистрирован: Вс ноя 10, 2013 6:24 pm

След.

  • Похожие темы
    Ответы
    Просмотры
    Последнее сообщение

Вернуться в Наука

Кто сейчас на конференции

Сейчас этот форум просматривают: нет зарегистрированных пользователей и гости: 1