Сланцевый Газ/Нефть будущее энергетики? Часть 1.

[Oleg Ivanov]

Кому лень читать: один из т.н. “квантовых конденсаторов“. Заряжается со скоростью конденсатора (секунды), а вмещает больше современной рыночной батарейки для электромобиля.

"15 MJ/kg and more" - это не только батарейки больше. Это сильно больше!!! И уже сравнимо с теплотворностью литра бензина. Если что-то получится - будет новая промышленная революция. Но правда верится с трудом.

Следите за start-up ами и вкладывайте деньги на ранних стадиях

Ну вообще то заявления об этом этот пожилой швейцарец делал еще 5 лет назад. Кабы все было так радужно - уже бы продукция была. Весьма вероятно , даже если это и не утка, что там имеется какое то принципиальное физическое противоречие, делающее применение этой идеи невозможным.

[Sluh]

Кабы все было так радужно - уже бы продукция была. Весьма вероятно , даже если это и не утка, что там имеется какое то принципиальное физическое противоречие, делающее применение этой идеи невозможным.

Возможно саморазряд, не позволяющий длительного хранения энергии.

[Leonid_V]

Кабы все было так радужно - уже бы продукция была. Весьма вероятно , даже если это и не утка, что там имеется какое то принципиальное физическое противоречие, делающее применение этой идеи невозможным.

ну, радужно только в сказке бывает ...
посмотрим.

В любом случае, не мытьём так катаньем ...
одни “веселые австралийские ребята“ сразу в Science попали
http://www.sciencemag.org/content/341/6145/534
это не так сногсшибательно, как у дяди выше, но зато точно не утка.
Поживем-увидим.

[Oleg Ivanov]

посмотрим.

В любом случае, не мытьём так катаньем ...
одни “веселые австралийские ребята“ сразу в Science попали
http://www.sciencemag.org/content/341/6145/534
это не так сногсшибательно, как у дяди выше, но зато точно не утка.
Поживем-увидим.

60 вт ч на литр в этом примере, это, на минуточку, раз так в 100 меньше, чем у швейцарца и где то близко к сегодняшним кислотным аккумулятором. Не говоиться, правда , о плотности вещества, поэтому я рассматриваю упрощенно плотность воды.

Там принципиальные проблемы. Молекулярные связи и вообще энергетика болтающихся на орбитах атомов электронов - это ведь по сути электро-магнитные дела. А там предел энергетической плотности на массу дает водород. Углеводороды - тоже среди лидеров. Т.е. что-то искать в этом направлении можно на путях гидратации веществ. Когда внутрь решетки, образованной одним веществом вдавливаются компактные атомы водорода и за чет этого несущее вещество становится даже плотнее. Как пример аналога можно рассмотреть металгидраты, но вообще многие вещества такое умеют делать. В этом случае действительно запас энергии на кг может быть огромным и где то сравнимым с углеводородами. Тут проблема в том, что гираты устойчивы при очень больших давлениях, которые непонятно как организовать.

Идея швейцарца интереснее - он предлагает возбуждать атомы вещества. Дейтвительно в этом случае можно вкачать в единицу веса офигенную энергию. Плазма, молния - яркие примеры очень высокой плотности энергии. Конденсатор - тоже близкая природа. Проблема в нестабильности состояний. Пока не удается возбуждать с высокой плотностью и чтобы это возбуждение длительно устойчиво существовало. Со слабым возбуждением получается, а с сильным - нифига. И, видимо, тут тоже принципиальная природная невозможность.

А если искать высокие плотности запасаемой энергии вне электро-магнетизма, тут уже ядерная физика начинается. Тоже проблема на проблеме.

[Oleg Ivanov]

В области новых средств сохранения энергии с высокой плотностью мне более перспективными представляются вот такие сообщения

[Leonid_V]

В области новых средств сохранения энергии с высокой плотностью мне более перспективными представляются вот такие сообщения

точно ...
аккумулятор в котором хранится миллион наношаровых молний.
Не исключено, что шаровая молния является одним из самых эффективных (мощность/объём) “устройств“ и когда-нибудь человек научится использовать природные механизмы задействованные в шаровой молнии для хранения энергии.

Но на политику сегодня (а мы в политике) это вряд ли повлияет. А вот усилия по созданию рентабельного аккумулятора могут вылиться в пертурбации глобального характера в политически-обозримом будущем.

[Oleg Ivanov]

Не исключено, что шаровая молния является одним из самых эффективных (мощность/объём) “устройств“ и когда-нибудь человек научится использовать природные механизмы задействованные в шаровой молнии для хранения энергии.

Но на политику сегодня (а мы в политике) это вряд ли повлияет. А вот усилия по созданию рентабельного аккумулятора могут вылиться в пертурбации глобального характера в политически-обозримом будущем.

Ричард фейнман, кажется, сказал (дословно не помню), что все войны, революции и иные политические события всего 19 века не оказали на жизнь человечества такого влияния, как формулировка Максвелом его уравнения. Наука сегодня имеет первостепеннейшее влияние на политику. Если правильнее - вспомним ленинское "политика - это концентрированная экономика". А вот экономика с каждым годом все больше зависит от науки.

Но это преамбула. А сказать я хотел, что у меня очень стойкое ощущение, что создать химический аккумулятор емкостью более квтч\кг невозможно по причине природных законов. А вот в принципах молнии эта невозможность не заложена. И на самом деле хорошая оригинальная и легко реализуемая идея может оказаться внедренной повсеместно в мире за считанные месяцы. Если это будет реально технологично и необходимые технологии для реализации уже имеются наготове.

Я понятия не имею, как шаровая молния может быть засунута в коробочку. Может при помощи какого нибудь магнитного поля, обеспечиваемого высокотемпературным сверхпроводником, может еще как. Но допускаю весьма высокую вероятность технологичности какой то прорывной идеи. ... Может быть она даже уже есть, только ее закрыли пока от человечества по соображениям безопасности, ибо высокоэффективные источники энергию колоссально увеличивают возможности любого человека, включая террориста и др.

[Leonid_V]

создать химический аккумулятор емкостью более квтч\кг невозможно по причине природных законов.

очень может быть,
но дело не в абстрактных рекордах, а тупо в рентабельности и удобстве.
Т.е. если электромобиль будет хотя бы сравним по real cost of owning с бензиновым и будет пробегать километров 200 в любом климате (т.е. и зимой, при включенном отоплении) при зарядке не больше 15 минут, то усё ...
А “усё“ будет не по типу плавного вытеснения ламп накаливания флюоресцентными, а по типу перехода с катодного TV на плазменное и жк, или перехода с винила на CD. Так мне кажется.

Современные модели уже не так уж далеко от этого барьера.

А покорение Эвереста удельной энергии и мощности будет продолжаться, но уже в слегка изменившемся міре.

[Oleg Ivanov]

Вот еще пример.
Группе ученых под руководством Персиваля Чжаня (Y.H. Percival Zhang) из Политехнического университета Виргинии (США) удалось создать перезаряжаемую батарею на основе сахаров. Удельная емкость батареи во много раз превосходит литий-ионные аналоги.
596 Ah/ kg.
Это еще, конечно, не превосходит бензин, но уже по крайней мере не на порядки уступает.

[Leonid_V]

Вот еще пример.
Группе ученых под руководством Персиваля Чжаня (Y.H. Percival Zhang) из Политехнического университета Виргинии (США) удалось создать перезаряжаемую батарею на основе сахаров. Удельная емкость батареи во много раз превосходит литий-ионные аналоги.
596 Ah/ kg.
Это еще, конечно, не превосходит бензин, но уже по крайней мере не на порядки уступает.

работа замечательная, но !
это не аккумулятор, это “извлекатор“ энергии т.е. fuel cell. Он перезаряжается сладеньким а не от розетки.
Это нисколько не умаляет усилий авторов, просто это усилия другого рода.

А аккумуляторы сравнимые с бензином по эффективности (т.е. по реальному пробегу на джоуль, а не по абстрактной энергии в единице массы/объема) на лабораторном столе давно существуют.
http://en.wikipedia.org/wiki/Lithium–air_battery
только когда они дойдут до рентабельности — Бог весть.

[Oleg Ivanov]

596 Ah/ kg.

работа замечательная, но !

На самом деле непонятно, что за работа. Я что-то сгоряча амперчасы с Вт-часами спутал. А так, это вообще ни о чем, т.к. не сказано про напряжение этих ячеек.

А аккумуляторы сравнимые с бензином по эффективности (т.е. по реальному пробегу на джоуль, а не по абстрактной энергии в единице массы/объема) на лабораторном столе давно существуют.

Да чего скромничать?! Кпд на цикле Карно знаем. Кпд электродвижков близок к 100%. Соответственно третья часть от углеводородов и будет той конкурентной энергоемкостью. Т.е. тот самый 1 квтч\кг для электроаккумулятора - энергия, превращающая электромобиль из экзотики в повседневность.

[Leonid_V]

Т.е. тот самый 1 квтч\кг для электроаккумулятора - энергия, превращающая электромобиль из экзотики в повседневность.

да, примерно так ...
Volks-электромобиль, на мой несовершенный взгляд уже перешел из состояния “возможно ли?“ в состояние “когда“. Причем “когда“ имеет политическое измерение не в стратегической, но в тактической перспективе.
Возможно ошибаюсь ...

Вторая проблема для “генералов готовящихся к прошлой войне“ это потребление частного дома, которое являет значительную часть энергопотребления в развитых странах. Если грядущий переход на LED (OLED) это “семечки“ то активное появление тепловых насосов на жидком CO2 это уже серьезно. “Золотой миллиард“ всё время либо греется активно, либо охлаждается и закупает на эти цели (в пересчете) гигакубометры газа и нефти. Эффективность CO2-термопомпы позволяет в пределе отопиться (с гор. водой, разумеется) от ветряка с аккумулятором. Вопрос, естественно, упирается пока в рентабельность. Но это временный упор.

[Sluh]

активное появление тепловых насосов на жидком CO2 это уже серьезно. “Золотой миллиард“ всё время либо греется активно, либо охлаждается и закупает на эти цели (в пересчете) гигакубометры газа и нефти. Эффективность CO2-термопомпы позволяет в пределе отопиться (с гор. водой, разумеется) от ветряка с аккумулятором.

Да ну? То есть старыми кондеями дом можно отопить от всего-навсего двух ветяков и двух аккумуляторов? Потому что COP у текущей CO2 водогрейки ~8 vs ~4 у традиционных хладагентов. Это при том, что в водогрейке оно работает практически всегда в режиме максимальной эффективности, с forced air такого не будет. Для отопления надо переоборудовать американский дом на батареи или теплые полы. Стоимость CO2 оборудование будет в несколько раз выше, хотя бы за счет намного более высоких давлений. В качестве кондиционера он вообще пока не работает, так что по прежнему надо иметь классический. Стоимость такой овчинки не стоит никакой выделки.

However, the theoretical COP of a conventional heat pumping cycle with CO2 is rather poor, and effective application of this fluid depends on the development of suitable methods to achieve a competitively low power consumption during operation near and above the critical point.

[Leonid_V]

Да ну? То есть старыми кондеями дом можно отопить от всего-навсего двух ветяков и двух аккумуляторов? Потому что COP у текущей CO2 водогрейки ~8 vs ~4 у традиционных хладагентов.

ну, оно, конечно, да но это скорее в конюшне, лошадям-с ...

Дело в том, что “традиционный хладагент“ в самых лучших системах начинает быстро терять эффективность когда температура за окном падает ниже минус 10. До минус 25 с эффективностью чуть выше чем калорифер дотягивают только самые лучшие термопомпы. С CO2 кривые куда лучше.

Нагрев воды это значительная статья расхода и соответственно, энергопотребления, в развитых странах. Так что даже если первые рентабельные системы будут ограничены только баком-водогрейкой то уже будет большой плюс, т.е. минус в потреблении энергии. В энергодефицитной Японии годовые продажи подобных систем достигают уже полумиллиона штук. Когда и как эта “эпидемия“ перекинется на Европу, Штаты и Австралию наверное никто не знает. Но рано или поздно это произойдет.

В любом случае порог рентабельности для этих систем не перейден, так что обсуждать конкретно сложно.

[VladG2]

Интересные графики потребления нефти с 2007 по разным странам.

"American consumption of oil also rose last year, by 390,000 barrels a day, or 2.1 percent, to 18.9 million barrels a day. The agency increased its estimate of American oil use in the final quarter of the year, although it lowered its estimate of the increase in some other countries, including China. Over all, world consumption rose 1.4 percent, making 2013 the first year since 1999 that the use of oil in the United States rose more rapidly than in the rest of the world."

http://www.nytimes.com/2014/01/25/busin ... .html?_r=0

[Ruger]

Кризис закончился, вот народ и раздухарился

[Sluh]

До минус 25 с эффективностью чуть выше чем калорифер дотягивают только самые лучшие термопомпы

В полтора раза эффективнее калорифера это по прежнему лучше, чем просто калорифер. Другое дело, что там уже и heat strips подключаются, чтобы таки дотягивать дом до комфортной температуры. И в регионах, где -25С норма жизни, само собой не ставят heat pump. Везде свои оптимальные решения, но для наиболее населенных регионов страны - восточное и западное побережья, где океан не допускает дубак 99+% времени, heat pump - наш выбор.

Дело в том, что “традиционный хладагент“ в самых лучших системах начинает быстро терять эффективность

Фигня в том, что CO2 не получается использовать для охлаждения. То есть он требует дополнительной системы на традиционном хладагенте летом. Плюс разводки водяного отопления по всему дому.
В то же время добавить к кондею на традиционном хладагенте функциональность heat pump стоит абсоютно копейки. Один reversing valve, цена которому 100$ в розницу, немножко проводов и логики еще на 10$. Все. Глупо отказываться от такого практически бесплатного в установке варианта обогрева на время mild cold, если это всего несколько месяцев в году - газовое оборудование не окупается, а gas fee круглый год добивает экономию на дешевом газе vs электричество (которое тоже не сильно тут дорого).

Нагрев воды это значительная статья расхода и соответственно, энергопотребления, в развитых странах.

Только не в америке. Тут дома в разы, если не в десятки раз больше японско-европейских клетушек sqft/на жильца. Соответственно основная статья потреблени - отопление/кондей. Горячей воды люди в и японии, и в америке, и во франции приблизительно одинаково на рыло потребляют, плюс-минус исторические привычки и культура.

Я совершенно не спорю, что надо улучшать эффективность. Только надо оценивать ROI. Себестоимость geothermal heat pump довольно заоблачна, отобъется ой нескоро, в среднем люди так долго в одном доме не живут. Та же водогрейка - летом, чего бы ей не работать в heat pump режиме, пусть даже на традиционном HFC хладагенте, хотите - на CO2, уговорили. Но испаритель от нее надо засунуть в ваш air handler, дополнительно к основному. Пусть летом холодит дом, забирает из дома тепло и переносит в воду, зачем улицу впустую холодить в +90F. Но вот зимой воздух в доме нам холодить ни к чему, а горячая вода нужна круглый год, так что придется ставить какой-то switch over valve и выводить второй испаритель на улицу. Такое сильное усложнение системы и ее монтажа убивает напрочь казалось бы такую банальную и лежащую на поверхности экономию.

Так что все пока движется довольно экстенсивным путем. И CO2 это тоже путь эктенсивный. Нужен переворот. Термояд в каждый дом!

[Sluh]

Интересные графики потребления нефти с 2007 по разным странам.
http://www.nytimes.com/2014/01/25/busin ... .html?_r=0

Не забудьте взглянут на график US oil consumtion, а потом на US oil production.

[Leonid_V]

Фигня в том, что CO2 не получается использовать для охлаждения.

К сожалению недостаток знаний не позволяет рассуждать о термодинамике, однако буквально под боком у нас тут ребята утверждают обратное:
http://www.carnotrefrigeration.com/en/

[Sluh]

Фигня в том, что CO2 не получается использовать для охлаждения.

К сожалению недостаток знаний не позволяет рассуждать о термодинамике, однако буквально под боком у нас тут ребята утверждают обратное:
http://www.carnotrefrigeration.com/en/

Вам нужен в доме каток или промышленный морозильник с -30C?

http://fire.nist.gov/bfrlpubs/build02/PDF/b02184.pdf
Страница 8. Concluding remarks

[Leonid_V]

Вам нужен в доме каток или промышленный морозильник с -30C?

зачем мне холодильник на минус 30 у меня за окном столько же

но шутки-шутками, а значит CO2 для охлаждения всё-таки можно использовать.

Если вернуться к теме, то суть в том, что есть все основания полагать, что высокие цены на нефтегаз стимулировали нешуточный, как минимум, интерес к инвестициям в энергоносители и запасатели нетрадиционной ориентации. Причем инвестиции не только государственные, но и частные. По мне так в этой области зреет “бомба“ вернее ряд прорывов, которые могут изменить геополитическую ситуацию сбросив цены на углеводороды. Как говорится “привет арабским странам“. Несимметричный ответ на 11 сентября.
Нет, конечно залеты в небоскребы тут не при чем, но цена на нефть серьезные трудности создаёт в Японии и Европе. Да и Штаты, хоть и являются міровым лидером по добыче нефти, но вкладывают в развитие альтернативной энергии больше всех.

[Oleg Ivanov]

Если вернуться к теме, то суть в том, что есть все основания полагать, что высокие цены на нефтегаз стимулировали нешуточный, как минимум, интерес к инвестициям в энергоносители и запасатели нетрадиционной ориентации. Причем инвестиции не только государственные, но и частные. По мне так в этой области зреет “бомба“ вернее ряд прорывов, которые могут изменить геополитическую ситуацию сбросив цены на углеводороды. Как говорится “привет арабским странам“. Несимметричный ответ на 11 сентября.

"Запасатели" - да, если прорыв действительно случится. Т.к. это радикально позволит отказаться от использования тяжелых ув для кормежки авто и иных компактных автономных движков.
Вы же вывернули беседу в сторону тепловых насосов, работающих на небольшой разнице температур. Имхо, на этом пути особых революций не будет. Это применимо только в зонах с не слишком низкими температурами, а там на отопление и без того не особо много тратится. Т.е. снижение потребление топлива, особенно нефти, это не даст никакого. Думаю, что более широкое и тщательное использование теплоизоляции и использование рекуператоров при вентиляции и то больше даст для экономии энергии при создании комфортных для человека условий в замкнутых пространствах. Серьезные изменения в энергопотреблении может дать и изменение привычек людей. Все большее внедрение информатизации и широкополосной передачи данных, а также оптимизации может таки качественно изменить стиль жизни людей. Например радикально снизить необходимость массовых перевозок тел, да и грузов, на большие расстояния. Уже сейчас у народа гаджеты становятся частью тела, занимая время и отнимая это время от иных видов активности. В какой то момент тенденции интенсивного снижения могут пересилить тенденции экстенсивного увеличения.
Да даже без прорывов: современные технологии позволяют весьма чисто и полно извлекать энергию из угля и по всему миру электрогенерацию довольно массово переводят на уголь (ну и метан, где возможно, разумеется, особенно в связи со сланцевой добычей). Крупнотоннажный транспорт тоже будут переводить. В общем, надежд у государств, строящих значительную часть своего благополучия на торговле нефтью, на безбедное будущее не особо много. ... И в России это понимать начинают. Вот только, похоже предпочтут, когда прижмет, в качестве валюты в международном товарообмене ту же, что предпочитает кндр (благо в этом отношении по возможностям кндр, если что, России сильно уступает)

[StrangerR]

Имхо, на этом пути особых революций не будет. Это применимо только в зонах с не слишком низкими температурами, а там на отопление и без того не особо много тратится.

Канада, Нью Брусвик, город Сайнт Джонс. Вполне себе Московская зима. У моего знакомого весь дом вполне себе отапливается тепловым насосом. Да, трубы он закопал метра на 3 или 4, но насос работает.

Он неэффективен лишь там где вечная мерзлота. А на широте Москвы например вполне может экономить энергию, чуть ли не в 2 - 3 раза.

[Leonid_V]

Вы же вывернули беседу в сторону тепловых насосов, работающих на небольшой разнице температур. Имхо, на этом пути особых революций не будет. Это применимо только в зонах с не слишком низкими температурами, а там на отопление и без того не особо много тратится. Т.е. снижение потребление топлива, особенно нефти, это не даст никакого.

не знаю, не знаю ...
не буду про себя любимого, но родная контора (госпиталь областной) предприняла в последнее время два шага: поставила геотермию и сменила освещение на новые флюоресцентные (с каким-то там балластом). Зима у нас как в Москве, даже круче. Продолжительность светового дня как в Екатеринодаре. Оба шага были рентабельными. Особенно отопление.

В общем, надежд у государств, строящих значительную часть своего благополучия на торговле нефтью, на безбедное будущее не особо много. ... И в России это понимать начинают.

Блажен кто верует, тепло ему на свете. В России сейчас на мой несовершенный взгляд даже структуры способной понимать что-либо нет. Как не было ея в позднем СССР, который тупо жил в своё удовольствие на волне цен на нефть. А потом цены упали, и СССР упал тоже. Потому как оказалось, что никаких планов и заготовок на случай падения цен у руководства нет. Вообще никаких ... пусто.

[Oleg Ivanov]

Оба шага были рентабельными. Особенно отопление.

Я о том, что в общем мировом энергобалансе тепловые насосы дадут крохи.

Потому как оказалось, что никаких планов и заготовок на случай падения цен у руководства нет. Вообще никаких ... пусто.

Как же нет?! Вон новые полномочия для силовиков, расходы на их перевооружение. По моему как раз все отлично понимают и готовятся единственно и однозначно работающим методом.