Неблагодарное занятие писать по теме в которой мало осведомлен. Однако, желание узнать правильный ответ взяло вверх. Есть одна сформированная мысль, которая не дает мне покоя вот уже продолжительное время. Около пяти лет я занимаюсь альтернативной энергетикой (солнечные панели) у себя в загородном доме и за это время смог прочувствовать некоторые аспекты энергозатрат и так сказать энергоприбылей.
Собственно мой опыт далеко не уникальный и быстро привел меня к результатам, которые получало большинство. Прежде всего АКБ, это самое проблематичное место возобновляемой энергетики. Отсюда берут начало ряд других проблем, например целесообразность, эффективность и т. п. Нет, я конечно осведомлен об экологических проблемах и четко понимаю, что находится на другой чаше весов. Однако, я не понимаю, как можно в интересах завтрашнего дня убедительно уговорить сегодня всех людей, что они по сути должны работать больше за меньшие деньги. Возможно есть какие-то современные идеологические технологии способные мобилизировать наше сознание на какое-то время, но это опасное хождение по краю. Одним словом, я хочу сказать, что использование на сегодняшний день АКБ, как средство хранения энергии в промышленных масштабах крайне неэффективно. Если можно так выразиться, то это обезболивающее для симптомов нерешенных проблем, но не их лечение. Да, есть другие «зеленые» варианты, гидроаккумулирующие электростанции, песчаные батареи и т. п. Но они также не стали панацеей ввиду своих особенностей доставки и конвертации энергии.
Теперь вторая проблема, которая усугубляется первой. Выработка солнечной энергии (думаю и ветряной) имеет проблему непостоянства. То есть, выработка в солнечные дни летом может превышать в десять раз выработку в пасмурный день зимой, не говоря уже о продолжительности светового дня. Грубо говоря, если у меня есть 2кВт/ч в хороший день, то в плохой я буду получать 200Вт/ч. Без возможности хранить энергию с лето до зимы, такая разбежность для меня это просто катастрофа! И да, как думают большинство обывателей: «а давайте будем исходить из минимальной мощности и просто добавим больше панелей?», отвечу, что это так не работает. Избыток мощности, тоже требует механизмов управления. На примере своего дома, я не могу пускать большие токи, которые будут убивать мои свинцовые АКБ. Свинцовые потому что, это то что доступно. Потому что литиевые и железо-фосфатные, это удел других более богатых или приоритетных областей жизни человека. Те ячейки, которые присутствуют сегодня на рынке для персонального пользования, в большинстве случаев являются восстановленными, простите «объедками», которые достались нам.
Кстати, проблема неравномерной выработки не только мой частный случай, она сохраняется и для тех СЭС, которые решили подключиться в общую сеть. Думаю многие сталкивались с жалобами энергетиков, например ТЭС, как альтернативная энергетика просто убивает эти станции из-за необходимости частых и срочных маневров.
Третья проблема, как мне кажется фундаментальная. Предположим, пусть мы решили вопрос с хранением энергии, нашли решение которое позволит дешево, долго и универсально это делать. Универсально, это значит мы можем быстро, без лишних затрат, получить нужную форму энергии. Пусть мы решили вопрос с источником энергии: солнечное излучение или его производные (ветер, полезные ископаемые и т. п.) или пусть даже устойчивый термоядерный синтез. Супер! Но что тогда? Наша планета Земля имеет некий тепловой баланс. И второй закон термодинамики никто же не отменял? А это значит, что слава Богу, что у нас пока не получается с хранением и получением дополнительной энергии. Ведь любой процесс связанный с её использованием будет так или иначе приводить к высвобождению тепловой энергии.
Вы включили светодиодный фонарик, который имеет высокий КПД преобразования электричества в излучение, но он все равно выделил какую-то часть тепла. Что уж говорить про другие машины и механизмы, в которых сплошь и рядом присутствует сила трения непрестанно конвертирующаяся в тепло. Тепло, тепло, тепло. Броуновское движение молекул атмосферы будет непрерывно возрастать. И у меня возникает вопрос: а куда оно всё денется? То есть парниковый эффект начнет стремительно возрастать. Как будем с ними бороться? Ставить отражатели на планете или парус к Солнцу отправлять, чтобы уменьшить получаемое излучение? Сомнительные мероприятия как по мне.
Мы как-то привыкли решать проблемы по мере их поступления. Опасна практика однако. Хорошо, что мы пока не решили первые две проблемы, потому как про третью не особо пока думаем, а вот будет ли потом время чтобы её решить???
Как жить дальше?
И вот настал день, когда Человек был готов отказаться от мысли проникнуть в космос. Первые сомнения возникли еще тогда, когда Ван Аллен открыл вокруг Земли пояса радиации. Но Человек слишком долго мечтал о космосе, чтобы сдаться, не сделав еще одной попытки. И делалась одна попытка за другой, а астронавты гибли, доказывая, что Человек слишком слаб для космоса. Слишком непрочно держится в его теле жизнь. Он умирает или от первичной солнечной радиации, или от вторичного излучения, возникающего в металле самого корабля. И в конце концов Человек понял несбыточность своей мечты и стал глядеть на звезды, которые теперь были от него дальше, чем когда-либо, с горечью и разочарованием. После долгих лет борьбы за космос, пережив сотни миллионов неудач, Человек отступил.
И правильно сделал. Существовал другой путь.
Клиффорд Саймак. Что может быть проще времени?
Наверное третья фундаментальная проблема, может привести нас к тому жестокому ответу, а именно экономии и оптимизации жизни на Земле, согласно заложенных в неё пределах. Не хочу пояснять это, жутковато. Хотелось бы остаться человеком как сущностью, которая как кто-то сказал, отличается тем, что вместо адаптации к окружающей среде, адаптирует её под себя. Но что это значит на практике? Мне кажется ответом может служить Шкала Кардашёва, которая указывает нам путь:
первоочередная задача не в экономном или эффективном использовании энергии, а в том, чтобы научиться управлять как можно большими объемами энергии.
То есть, мы должны научиться управлять энергией сначала в пределах собственной планеты, затем в пределах Солнечной системы, затем Галактики и т. д. Но что значит управлять энергией? Конечно, тут можно вспомнить про энтропию и древних греков: космос и хаос. То есть, упорядоченность, это космос, а хаос это наш рок, это неотвратимая судьба неуклонно возрастающей энтропии. Однако, как бы странно не казалось, наш космос существует. В то время, как с момента Большого взрыва, энтропия, а следовательно и хаос только возрастают. Как такое может быть? Ответ в том, что черные дыры, это особая сингулярность, которая является местом скопления и «утилизации» хаоса. То есть, если взять всю Вселенную в целом, то закон возрастания выполнен, просто «кто-то» позаботился о том, чтобы «компактно управиться с энергией хаоса».
Есть чему поучиться, но есть ли у нас способы подобного хранения? Нет. Хорошо, а как же нам научиться управлять энергией сегодня? Я думаю ответ на этот вопрос содержится в нём же. То есть, управление энергией, на примере черных дыр, говорит нам о том, что ответ в трансформации. Еще проще и конкретней, управление энергией, это способность её эффективного преобразования(трансформирования) из одной формы в другую.
То есть, очевидно, для того чтобы решить третью фундаментальную проблему, потребуется механизм преобразования тепловой энергии из атмосферы в любую другую форму. Другими словами, надо придумать способ изъятия тепла из воздуха. Например, как тепловой насос — кондиционер, работающий зимой не на охлаждение, а на обогрев помещения. Однако, не спешите радоваться, это обман. Тепло из дома вернется все равно наружу, мало этого добавиться дополнительное тепло, которое произвел компрессор. То есть, локально решив проблему, в глобальном отношении всей планеты мы наоборот ухудшили положение вещей. Всё в порядке, закон возрастания энтропии по-прежнему работает.
Что тогда? Кажется есть еще масштабный способ преобразования тепловой энергии химическим путем, но тогда жизнь на планете рискует вернуться в примитивную форму на несколько миллионов лет и начать всё по новой. Пусть это будет как самый крайний вариант.
Я часто спрашиваю себя, неужели простое и красивое решение это удел прежних веков? В современном мире уже всё давно открыто и какой-либо научный прорыв нельзя сделать просто так вот с ручкой и листком бумаги? Можно ли обратиться к первоистокам наших знаний, чтобы найти «узкую тропку», которая выведет нас на «широкую дорогу»? Звучит наивно, но я попробую.
Какой самый простой и очевидный способ преобразовать тепловую энергию в другую форму, скажем электрическую? Электрическую, потому что её удобнее всего транспортировать и преобразовывать в другие формы.
Например, термопара - это простой и компактный способ преобразования тепловой энергии в электрическую. Термопара состоит из двух проводников разных металлов, соединенных на одном конце. Когда эти соединенные концы (горячая сторона) подвергаются нагреву и температура на горячей стороне отличается от температуры на холодной стороне (разомкнутые концы проводников), возникает электрический ток. Термопары хороши для измерения температуры, но из-за низкого КПД они не являются эффективными для преобразования тепловой энергии в электрическую.
Тогда, я хочу предложить тот вариант, который есть прямо перед нами: более эффективный и простой трансформатор энергии тепловой в электрическую — планетарная атмосфера. Опять ветровики? Нет, я намекал на молнии. Идея в том, что молнии, это то самое узкое место, где тепловая энергия трансформируется с максимальным КПД в электромагнитную. Лишь незначительная часть энергии теряется, но большая часть молнии, через мгновение возвращается в тепловую. Следовательно, самый лучший вариант борьбы с парниковым эффектом, плюс самый эффективный способ трансформации тепловой энергии в электрическую, это найти способ перехватывать и накапливать энергию молний. Да, появление молний сложный и не до конца изученный механизм, но мы точно можем сказать, что их природа основывается на той тепловой энергии, которую получает атмосфера Земли.
Тепловая энергия играет ключевую роль в атмосферных процессах, которые приводят к образованию молний, и таким образом, атмосфера может быть рассмотрена как эффективный трансформатор тепловой энергии в электрическую на планетарном масштабе. Кроме этого, использование энергии молний для преобразования тепловой энергии в электрическую может быть эффективным способом забора теплоты из атмосферы. Если успешно реализовать технологию перехвата и накопления энергии молний, это может привести к снижению температуры в атмосфере и снижению парникового эффекта.
Согласно моим знаниям, использование энергии молний для преобразования тепловой энергии в электрическую является одним из самых эффективных способов с точки зрения переноса большого количества энергии за короткий промежуток времени. Если молнию не поймали, энергия молнии в основном преобразуется обратно в тепловую энергию и затем рассеивается в атмосфере.
Я не знаю на сколько это решение жизнеспособно, но ощущаю, что оно гармонично. Я не знаю как будут решаться проблемы хранения и получения энергии, но я уверен, что глобальная стратегия рачительного использования энергии это тупик, которая рано или поздно упрется в проблему дисбаланса какой-то одной формы энергии. Мы должны двигаться дальше путем решения проблем не сегодняшнего дня, а завтрашнего или даже послезавтрашнего.
Комментарии (25)
wifage
03.09.2023 12:00Одним словом, я хочу сказать, что использование на сегодняшний день АКБ, как средство хранения энергии в промышленных масштабах крайне неэффективно.
Поэтому энергию хранят в солевых растворах и водороде. Единственная проблема перелива энергии в водород был низкий КПД, но вроде бы в этом году с проблемой создания постоянного водородного потока и с условиями возникновения этого состояния наконец разобрались. Понятие эффективности вообще вещь относительная. Представляете, насколько неэффективен был первый самолет? Когда у вас на неделю отключится централизованное энергоснабжение по любым причинам все станет выглядеть совсем по другому. И эффективность вам нужна будет в последнюю очередь.
Radisto
03.09.2023 12:00+1Эффективность преобразования тепловой энергии атмосферы в молнии такова, что КПД паровоза кажется чрезвычайно высоким
ilriv
03.09.2023 12:00+2Надо построить вакуумированные трубопроводы "Юг-Север" с зеркальной внутренней поверхностью и транспортировать по ним концентрированные солнечные лучи, как по оптическому волокну.
sim31r
03.09.2023 12:00+1У оптоволокна есть эффект полного внутреннего отражения. С зеркалами такое не прокатит, 10-100 отражений и свет превратится в тепло на стенке труб, расплавляя их заодно.
ilriv
03.09.2023 12:00+1С эффектом полного внутреннего отражения не прокатит т.к. будет греться светопроводящий материал.
Однако имеем такую новость:
Физикам из Массачусетского технологического института впервые удалось создать «идеальное зеркало» — материал, который без искажений отражает световые волны. Теоретически, это позволяет создать «вечную ловушку» для световых лучей
sim31r
03.09.2023 12:00Очень интересный эффект. Но очень лабораторный.
Фотонный кристалл с наноструктурированным покрытием из нитрида кремния отразил 100% фотонов c определенной длиной волны под углом 35°.
Только для луча лазера актуально.
Обычный свет придется преобразовывать на месте в электрическую энергию и транспортировать по ЛЭП напряжением в мегавольты. Или альтернатива производить водород и передавать водород по трубам. Или сверхпроводящими линиями.
ilriv
03.09.2023 12:00Тут есть несколько гипотетических вариантов:
- изучить эффект и найти другие материалы, полностью отражающие свет. Если это наблюдается для одного материала, могут быть и другие
- использовать внутреннее покрытие из нескольких слоёв стекла с разными показателями преломления. Т.е. отражающее покрытие, работающее на принципе полного внутреннего отражения
Мне кажется найти материал со 100% отражающей способностью будет очень перспективно. Не сверхпроводимость конечно, но тоже очень хорошо.
ykira
03.09.2023 12:00Для себя вывел простую формулу, экология = деньги, что дешевле то и экологичнее, если не так, то это упущение госрегулирования штрафами и налогами
BugM
03.09.2023 12:00Вы еду самую дешевую покупаете потому что она экологические?
sim31r
03.09.2023 12:00Тут похоже другое. Есть например хлеб, ценой 0.2$ из грубого зерна. И есть хамон за 500$. Хлеб делается из зерна выращенного в нашем районе, просто перемолотое зерно и запеченное в печке. Хамон же сложная и энергозатратная продукция. Сначала растет "мясо", которое кормят тем же зерном 20-кратно превышая вес собственный. Потом сложная ферментация в течение 15 месяцев, ручной труд и транспортировка на другой конец планеты.
Выброс СО2 от хлеба 1 единица, от хамона 1000 единиц условно.
Так же и траты денег можно конвертировать во вред экологии. Кто зарабатывает 10к на порядок тяжелее для экологии, чем зарабатывающий 1к. То есть формально можно отказаться от пакетиков пластиковых, покупать всё в бумажных пакетах. Сэкономить 10 грамм пластика, что экологично. А потом слетать на выходные на Мальдивы, сжигая 10 тонн керосина, что напрямую превращается в СО2. Мы видим как-бы верхушку айсберга, но не обращаем внимания но то, что скрыто глубже. Затраты денег косвенный признак значительного экологического вреда.
BugM
03.09.2023 12:00+1Давайте сравним одинаковые штуки. Сыр и "сыр". Или мороженное аналогично. Что вам больше хочется.
То что дешевле сделано из растительного жира, произведенного черти где. То что дороже из молока, вероятно местного молока. Что экологичнее и что вы купите? И почему?
sim31r
03.09.2023 12:00+1Всё то же самое. Растительный жир меньше вредит экологии, произведено далеко в теплых странах где 4 урожая в год. Затраты энергии и ручного труда почти отсутствуют, если сравнивать с животными жирами.
Масло получают из мякоти плодов растения. Плоды с размером в сливу собраны в гроздья. Их вес примерно 30-35 кг. Внутри плодов масличной пальмы находятся семена из которых получают пальмоядровое масло.
Так почему же пальмовое масло самое дешевое? Во-первых, масличная пальма дает по несколько урожаев в год. А во-вторых, это растение обладает высокой урожайностью и масличностью плодов (до 70%).
На мировых рынках тонна пальмового масла стоит 508 $. Для сравнения цена тонны подсолнечного масла - 705 $, рапсового - 761 $, соевого - 655 $.
Важно то, что фракции пальмового масла можно использовать без какой-либо дополнительной обработки. Пальмовым маслом смело можно заменить маргарин, который по мнению некоторых ученых опасен для здоровья человека.Сливочное масло для сравнения в розницу стоит 10 000$ за тонну.
Итак, себестоимость молока условно 15-20 рублей за литр. Бурёнок нужно кормить, доить, пасти, лечить и т.д. - это расходы фермерского хозяйства, заложенные в цену на начальном этапе.
По полезности молока тоже тут условно всё. Животных например могут лечить очень большими дозами антибиотиков, то есть буквально у ветеринара задача не дать ему умереть, вкалывают антибиотики за разумными пределами и это всё в молоко идет. Растительные продукты так не загрязняются.
KasDim Автор
03.09.2023 12:00Я соглашусь с Вами, но не полностью. Думаю, что вопрос экологии можно решать двояко:
1) мы находим новые ресурсы, чтобы частично покрыть старые проблемы, но при этом создать новые проблемы, пусть и даже более энергозатратные, но за то отложенные.
2) мы не находим новых ресурсов и начинаем жесткую экономию, экология = деньги
Первый вариант развитие, второй стагнация. В конечном счете, в моем понимании, мы должны научиться тонкому управлению энергией, как стихией, а не возможностью обладания ей. Стать некими "демонами Максвелла", которые научатся создавать порядок и искусно "упаковывать" возросшую энтропию хаоса в ...
Boiler4
03.09.2023 12:00Решение проблемы с парниковыми газами уже давно инициирована в программах развитых стран, она заключается в сборе co2 из атмосферы использую возобновляемую электроэнергию и избытки от нее ( смотри закон о налогообложении выбросов co2 при производстве принятый европейским союзом). Многие процессы еще на экспериментальных стадиях, но курс уже обозначен.
А на счет неэффективности накопительных батарей я с вами совсем не согласен, у меня дома 10 kWh аккумулятор от heawei построенный на базе LFP а так-же автомобиль Тесла с такой-же технологией, и потери в зарядки никогда не превышают более 5%, обычно 2%. С такой эффективностью аккумуляторов никакой речи о хранении энергии в водороде и других тому подобных, не идет.
KasDim Автор
03.09.2023 12:00Это не решение, а заморозка проблемы. Вопрос накопившегося тепла в атмосфере не решается. Со временем придется строить не солнечные панели улавливающие энергию, а солнечные отражатели полученной энергии обратно в космос. А ту энергию, что будем все таки оставлять - будем дозировать между собой. Лучше чем ничего, выигрываем время на поиск настоящего решения. Решение, это когда не только у Вас, а у всех нас будет доступ к энергии и средствам конвертирующим её в работу.
Apxuej
03.09.2023 12:00+3Автор, о чём Вы вообще говорите? Вклад солнечной энергии в общий тепловой баланс земли составляет 99,98%, причём из оставшихся 0,02% лишь крохотная часть это деятельность человека, остальное это геотермальные процессы, распад природных радиоактивных элементов и т.п.. Даже увеличь мы выделение тепловой энергии в 100 раз, что, я практически уверен не произойдёт никогда, потому что это просто не нужно с такими изменениями в численности населения, это не повлияет на тепловой баланс ровно никак. Вот что влияет на тепловой баланс, так это состав атмосферы (который человечество успешно меняет), так как он определяет как быстро энергия солнца уходит обратно в космос. Т.е. достаточно было погуглить и статью можно было не писать.
KasDim Автор
03.09.2023 12:00-2Сколько энергии Вам потребуется чтобы изменить состав атмосферы Земли? или сколько энергии и времени Вам понадобится для переустройства жизни на Земле, чтобы уменьшить антропогенный вклад в изменения атмосферы? Сколько времени и энергии уйдет на изменение отражающей способности части Земли? А что Вы будете делать когда так или иначе произойдёт изменение прозрачности атмосферы из-за непредвиденных не антропогенных происшествий планетарных масштабов?
Неспособность убрать тепло из атмосферы, это Дамоклов меч, который будет всегда над нами. Что уж говорить о покорении других планет. Очевидно, что при такой возможности легче будет адаптировать для жизни Венеру, чем Марс.
mepMuHamop
03.09.2023 12:00отправьте автора в шестой класс
столько "мусора" в голове я давно не видел
для этого мусора точно нужна чёрная дыра
после свинцовых аккумуляторов статью можно не читать ????
не зря говорили в древности
один "умник" может задать столько вопросов
что не смогут ответить сто академиков ????
djek7
03.09.2023 12:00Проточные ванадиевые аккумуляторы хорошо решают проблему хранения энергии и уже активно используются.
begin_end
KasDim Автор
Вы правы, проблем выше крыши. Если бы они очевидно решались, то я бы не писал этот пост, потому что уже бы давно все этим пользовались. Мы блуждаем в поисках энергии. Я как бы представил, что будет если мы найдем её. Не в том плане, как бы радовались и что смогли, а в том плане, какие-бы вопросы мы должны для этого решить одновременно. Поэтому, не будучи профессионалом в этой области, я лишь косвенно могу судить, какой решение может быть найдено, обдумав проблемы стратегически, а не тактически. Извините, если зря обнадежил, но возможно это наведет кого-то на мысль практической реализации.
Мы все так или иначе в одной лодке, внес посильный вклад, пытаюсь отработать потраченную на меня энергию )
elprog74
А вы уже определились с физическим смыслом понятия "энергия"? Что именно Вы собираетесь накапливать и хранить?
KasDim Автор
Я вижу дисбаланс одной формы энергии относительно других. Вижу, что она скапливается в нашей атмосфере. Я не могу утверждать наверняка, как и в виде какой формы эту энергию необходимо взять и в какую форму перевести или вывести за пределы Земли. Я лишь рассказал, что есть дисбаланс, который так или иначе придется решать. Да, написал про молнии, но не буду держаться за них двумя руками. Просто они наиболее очевидное решение, но не значит, что основное и верное. Очевидно, что мы на сегодня, что-то недоизобрели, нечто такое, что завтра может превратить кажущиеся сегодня невероятным в элементарное дело.