22 мар. 2011 г.

Альтернативная энергетика и будущее энергетических стартапов

Нашел статью, в которой автор рассуждает о перспективности тех или иных видов альтернативной энергетики. Что касается солнца, то я согласен далеко не совсем, но в целом статья интересная и с ней имеет смысл ознакомиться:

На сегодняшний день известно множество способов получения энергии, от легких, чистых и экологичных, до трудоемких, грязных и порой имеющих катастрофические последствия. Когда мы говорим о классических способах получения энергии, сразу вспоминаются газ и нефть. Именно из газа и нефтепродуктов Украина вырабатывает приличную часть электроэнергии и энергии для отопления, именно газом и бензином мы заправляем свои машины. Немалая часть электроэнергии производится из урана на атомных электростанциях. А ведь в Украине до сих пор работают угольные котельные для отопления и даже целые электростанции – технологии даже не прошлого, а позапрошлого века. Почему? Ведь существует множество более современных, удобных и чистых технологий. Давайте попробуем разобраться.

Под альтернативной энергетикой подразумевают не только экологичные, но и легко возобновляемые источники, и в Украине практически нет коммерческих проектов в этой сфере. В стартаперских кругах принято считать, что все стартапы чистой энергетики умирают из-за давления нефтяных и газовых корпораций. Конечно, легко свалить вину на того, кому это может быть выгодно. Еще легче свалить вину на тупых чиновников, которые мешают работать честным энергетическим стартапам. Но на самом деле все немного сложнее, чем хотелось бы. Даже арабские шейхи с российскими олигархами, которые сейчас купаются в золоте, готовы поддерживать и финансировать проекты альтернативной энергетики, ведь они прекрасно понимают, что нефть скоро закончится и их внукам достанутся голые земли, а богатства разграбят обнищавшие сограждане.

Ниже описаны все популярные технологии получения альтернативной энергии. Я также попытаюсь дать прогнозы относительно востребованных проектов в каждой сфере и их перспектив. Все технологии идут по степени реалистичности и возможности их реализации и внедрения как в Украине, так и во всем мире. Итак, начнем.

Биотопливо. Пожалуй самая реалистичная и легко реализуемая технология. Самые крупные производители и потребители биотоплива на сегодняшний день – это сельскохозяйственные предприятия США и Бразилии. Биотопливо бывает нескольких видов, хотя в быту обычно так называют жидкие соединения (этанол, метанол, биодизель), получаемые из масел рапса, кукурузы, сои и других с/х культур, пиролиза различной биомассы и выделений фитопланктона. Но энергоемкость такого вида топлива куда ниже, чем у нефтепродуктов, стоимость производства пусть и небольшая, но все же сопоставима с производством бензина, а выделение все больших площадей под выращивание технических культур уже (!) привело к дефициту отдельных видов с/х продукции, и соответственно к росту цен на них. Получается мы кормим машину дешевым топливом, чтоб покупать себе продукты по более высокой цене. Так что в государственных и мировых масштабах биотопливо годится только внутри сельхоз-предприятий, где производство топлива на месте из собственного сырья повышает их рентабельность по сравнению с классическими схемами снабжения техники керосином.

Какие проекты могут быть востребованы: производство установок для переработки биомассы в топливо; производство электрогенераторов на биотопливе; переоснащение с/х техники и транспорта, или переделка их двигателей под биотопливо; производство химических катализаторов, увеличивающих энергоемкость биотоплива; производство, собственно, биотоплива

Оптимальные рынки: сельхоз и промышленные предприятия, удаленные фермерские хозяйства в Украине и мире.

Перспективы: весьма неплохие

Топливные пеллеты также относятся к биотопливу. Румынский тренд, подхваченный украинцами. Один лишь недостаток у них, – как ни прессуй, по энергоемкости это те же дрова. Если точнее, то удельная теплота сгорания пеллет составляет 12-13МДж/кг, то есть при той же цене (около 120 евро за тонну), пеллеты имеют в два с лишним раза меньшую энергоемкость, чем самый обыкновенный каменный уголь (в частности антрацит). Единственным рынком сбыта топливных пеллет остаются страны ЕС, где уголь обходится куда дороже, чем у нас, а компании, использующие альтернативные энергоносители, получают немалые субсидии от государства. При безусловном наличии доступа к сырью и выхода на рынки сбыта краткосрочные проекты в этой сфере могут быть вполне рентабельными ровно до тех пор, как европейские экологические ассоциации поймут, что пеллеты давно уже производятся не из отходов, и перестанут субсидировать потребителей.

Какие проекты могут быть востребованы: краткосрочные проекты по снабжению техникой для производства пеллет; краткосрочные проекты по производству отопительных котлов и других тепловых агрегатов под пеллеты; оптимизация поставок сырья для пеллет.

Оптимальные рынки: частные хозяйства и небольшие частные предприятия в странах ЕС и ближнего зарубежья.

Перспективы: нет

Солнечные панели, увы, не для наших широт. И сейчас вы поймете почему. Начнем с того, что предельная мощность, которую может выдать солнечная панель на Земле – 1367 Вт/кв.м. Больше не получится попросту потому, что ровно столько энергии от солнца приходит на квадратный метр поверхности нашей планеты в ясный солнечный день на экваторе без учета потерь в атмосфере. Помножьте на средний КПД реальной серийной солнечной батареи (15-18%), и сопоставьте со средним количеством солнечных дней в году и рассеиванием света в атмосфере наших широт. Выходит 1 квадратный метр солнечной панели будет выдавать мощность около 100-120 Ватт в течении 500-600 часов в год, так что для обеспечения энергией среднего украинского домохозяйства из 4х человек необходимы десятки квадратных метров солнечных панелей и устройства для накопления энергии на ночное и пасмурное время – это даже не тысячи долларов, это сравнимо по стоимости с хорошей иномаркой бизнес-класса. Ну а для обеспечения электроэнергией такого города, как например Харьков, понадобится усеять солнечными панелями все окрестные поля в радиусе 20 километров, – это десятки миллиардов долларов затрат, и на порядок большие расходы на обслуживание, чем расходы на поддержание атомной электростанции. Впрочем, в других широтах солнечные панели могут применяться и в промышленной выработке электроэнергии, есть даже фантастические проекты из ЕС и Японии по застройке всей Сахары солнечными батареями. И если не брать во внимание производство электроэнергии в промышленных масштабах и космическую сферу, солнечные панели нашли свое применение в энергосберегающих компонентах – зарядные для мобильников, ноутбуков, и других устройств, панели на крышах домов для освещения коридоров, подогрева воды и питания кондиционеров и многие другие сферы. Причина проста – у них большой ресурс, легкость монтажа и обслуживания, они практически незаметные, экологичные, и даже по своему стильные.

Какие проекты могут быть востребованы: производство панелей на экспорт; проекты по увеличению КПД солнечных фотопреобразователей;

Перспективы: весьма неплохие.

Гелиохимические и гелиотермальные станции. Здесь энергия получается также из солнца, однако в отличие от классических кремниевых солнечных панелей сравнительная дешевизна конструкции и давно исследованные технологические процессы делают такие проекты наиболее рентабельными и быстрореализуемыми. Гелиотермальная станция по сути – набор зеркал, который фокусирует солнечный свет с участка в несколько гектар на резервуар с водой или другим рабочим веществом, а дальше все как в классической паровой турбине. В гелиохимических станциях сфокусированное тепло используется для химической реакции разложения воды на кислород и водород с участием катализатора. Полученные водород с кислородом можно использовать как в электрогенераторах, так и в автомобилях и спецтехнике, а можно пускать на получение горючих углеродных соединений. Но, так же как и в случае с солнечными панелями, в наших широтах таким проектам не суждено сбыться по причине малого количества теплых солнечных дней в году. Зато в экваториальной зоне и субтропиках возведение таких станций вполне рентабельно.

Какие проекты могут быть востребованы: удешевление механизмов наведения зеркал и слежения за солнцем; электрогенераторы и тепловые генераторы с высоким КПД; дешевые отражающие материалы и технологии удешевления производства и самоочистки зеркал; технологии производства параболических зеркал с изменяемым фокусом; производство катализаторов, ускоряющих химические реакции разложения воды или образования углеродных соединений; производство водородных ДВС с высоким КПД; производство высокоемких и дешевых электрических аккумуляторов;

Перспективы: высокие

Ветряные электростанции применяются во многих странах мира, а в целом энергию ветра используют уже сотни лет, вспомните ветряные мельницы. В Крыму также есть целые фермы ветрогенераторов, которые обеспечивают сравнительно чистой энергией близлежащие поселки и предприятия. Но такие технологии не годятся для остальной части Украины, им скорее место в Патагонии. Даже в местах, где среднегодовая скорость ветра достигает таких величин, которые при грамотном инженерном подходе позволят окупить оборудование за 20-30 лет, ветряные турбины выработают свой ресурс куда раньше. Что же касается ветряных турбин для персонального использования, то рынком сбыта скорее станут различные удаленные от городов и ЛЭП промышленные, военные объекты и исследовательские станции, чем частные домовладения, ведь стоимость ветрогенераторов пока довольно высока – счета в 100-200 гривен в месяц не заставят семью покупать ветряки за тысячи долларов, и тратить сотни долларов в год на их обслуживание.

Какие проекты могут быть востребованы: проекты по производству высокоэффективных электрогенераторов; проекты по удешевлению стоимости конструкций ветрогенераторов, их монтажа и обслуживания; производство высокоемких и дешевых электрических аккумуляторов;

Оптимальные рынки: страны ЕС и Америки

Перспективы: средние

Гидроэнергетика не редкость даже в Украине. Гидроэлектростанции вырабатывают вполне приличную часть электроэнергии. Спросите, как они попали в статью об альтернативной энергетике? Да потому что это такой же возобновляемый источник энергии, как солнечный свет или энергия ветра. Стоимость энергии, произведенной ГЭС довольно низкая, но вот стоимость возведения самой ГЭС впечатляет. Впрочем, не только классические плотины с генераторами относятся к этой сфере. Существует возможность добычи энергии из речного течения – небольшие турбины опускаются на дно реки. Как это сказывается на экологии пока неизвестно, ведь такие проекты пока экспериментальны. Сюда же относятся приливные электрогенераторы, а также турбины, использующие силу подводных течений. К сожалению в Украине их попросту негде поставить – сила прилива Черного и Азовского морей слишком мала по сравнению с океанскими приливами, а подводная река в Черном море всего одна, и та у побережья Турции. Волновые генераторы (на фото) также рентабельны лишь на океанском побережье, где высота волн достигает десятка метров. В тех регионах мира, где природа позволяет добывать энергию из приливов, течений и волн, такие проекты внедряются полным ходом благодаря своей дешевизне, экологичности и простоте обслуживания. Поэтому производство и экспорт оборудования для таких генераторов могут быть вполне рентабельны.

Какие проекты могут быть востребованы: проекты по производству высокоэффективных электрогенераторов; проекты по удешевлению стоимости конструкций колебательных генераторов, их монтажа и обслуживания; производство высокоёмких и дешевых электрических аккумуляторов; производство дешевых и прочных плавучих элементов для волновых и приливных генераторов.

Оптимальные рынки: зарубежные

Перспективы: средние

Геотермальные электростанции актуальны в регионах с высокой вулканической активностью, – в Японии, Индонезии, Гавайях и Исландии. Жители этих стран повсеместно используют энергию геотермальных источников для отопления, выработки электроэнергии, и даже просто готовят еду на вулканах. К сожалению, или к счастью, вулканической активности в Украине и близлежащих регионах нет, а реализация таких проектов в подходящих зонах поставлена на очень строгий государственный контроль. Единственным, что может быть востребовано такими проектами, является импорт недорогих, надежных и высокоэффективных компонентов, для преобразования тепла Земли в электроэнергию.

Какие проекты могут быть востребованы: производство высокоэффективных электро- и термогенераторов; проекты по снижению стоимости конструкций геотермальных электростанций;

Оптимальные рынки: Исландия, Япония, Индонезия

Перспективы: очень слабые

Радиоизотопные генераторы, или РИТЭГи, чистыми уж точно не назовешь, они скорее относятся к ядерной энергетике, но сюда они попали по одной простой причине: в качестве топлива для большинства РИТЭГов используется стронций-90, – отходы ядерных электростанций, то есть идет по сути переработка ядерных отходов с немалой пользой. Сам генератор прост как валенок – это контейнер со стронцием, окруженный термоактивной батареей из слоев меди и алюминия или других термоактивных сплавов. При довольно невысокой мощности он все же обладает рядом качеств – простота, надежность долговечность и предсказуемость, которые крайне важны в космической и военной сферах. И хотя производство таких генераторов может быть вполне рентабельным, ведь достойных и настолько же надежных аналогов до сих пор не существует, все же ядерная энергетика – это прерогатива государства, и частным компаниям вход на эти рынки пока закрыт. Впрочем, производство компонентов никто не запрещал.

Какие проекты могут быть востребованы: производство термоактивных батарей и сплавов, повышающих их эффективность;

Перспективы: очень слабые.

Термоядерный синтез уже давно был реализован. Еще в 1952 году в виде термоядерной бомбы (она же водородная бомба). Однако управляемый термоядерный синтез все еще недостижим, и вряд-ли станет доступным в ближайшее время. Международный проект ITER предполагает построение опытного образца термоядерного реактора, однако ведется он уже целых 26 лет, и будет окончен лет через 30 даже по самым оптимистичным прогнозам. А до промышленного применения еще не менее 50 лет. Впрочем, преимущества у технологии колоссальные – топливо для термоядерного реактора – дейтерий, который легко получить из воды. Самой же воды для обеспечения энергией всей планеты понадобится даже меньше чем одной семье за месяц. А значит, что топливо – почти бесконечное, и ни одна страна мира не сможет монополизировать этот рынок. Но на пути к бесконечной энергии у нас еще слишком много препятствий и одно из них – несовершенство материалов. В мире не существует материала, способного выдержать длительную нейтронную бомбардировку, с интенсивностью в сотни раз выше чем в стенках ядерного реактора. Вариант перехода на другое топливо вместо дейтерия и трития, при котором выделяются протоны, куда сложнее. Это дейтерий+гелий-3, и о нем речь пойдет ниже.

Какие проекты могут быть востребованы: в части классических термоядерных реакторов на дейтерии+тритии наиболее востребованы дешевые материалы, выдерживающие сильную нейтронную бомбардировку, или же дешевые способы и инструменты для восстановления отработавших частей корпуса реактора.

Перспективы: далекие

Гелий-3. Предполагается, что это самое оптимальное топливо для термоядерных реакторов, ведь при реакции дейтерий+гелий-3 выделяются гелий-4 и протон, который легче улавливать чем нейтроны, и следовательно постройка и обслуживание реакторов выйдет значительно дешевле. Этот изотоп гелия был открыт еще в 30х годах прошлого века, и повсеместно используется в науке и медицине. Запасы гелия-3 есть как на Земле в небольших количествах, так и в гораздо большем количестве на нашем естественном спутнике – Луне. Поговаривают, будто США посылали экспедиции на Луну именно для определения жизнеспособности проектов по добыче гелия-3 из лунного грунта и свернули программу из-за несовершенства технологий того времени. Но это всего лишь слухи. Реальность же такова: гелий-3 и сейчас производится на Земле в небольших масштабах, обходясь на порядки дешевле обогащенного урана, а проекты по его добыче из лунного грунта до сих пор существуют и развиваются, причем не только на бумаге. Запасов этого вещества на Луне хватит человечеству на тысячи лет с учетом роста потребления. Но от производства энергии из гелия-3 нас отделяют высочайшие температуры, необходимые для запуска термоядерной реакции с его участием, – сотни миллионов градусов, – это в десятки раз больше, чем в центре солнца. Создать такие условия можно пока только в теории, и это единственная причина, по которой двигатели и электростанции на гелии-3 пока еще фантастика.

Какие проекты могут быть востребованы: поддержка научной базы; программные и аппаратные разработки, связанные с моделированием и исследованием лунных условий; программные и аппаратные разработки связанные с моделированием и контролем термоядерных реакций.

Перспективы: очень далекие

Антиматерия. Удивлены? На самом деле антивещество еще с прошлого века – реальность, а реализация проектов получения энергии из аннигиляции материи и антиматерии идет наравне с проектами по управляемому ядерному синтезу. Атомы антиводорода были получены еще 16 лет назад, а в последнее время удавалось получить и удержать стабильными десятки атомов антивещества. Подсчитано, что при аннигиляции 1 кг вещества и 1 кг антивещества выделяется энергия, сравнимая со взрывом самой мощной термоядерной бомбы, когда-либо созданной человечеством. Так что даже несмотря на то, что большая часть энергии выделяется в виде нейтрино, которые никак не взаимодействуют с материей, и использовать её нельзя, оставшейся энергии все равно достаточно, чтобы обеспечивать Европу в течении многих лет. Правда стоимость производства даже одного грамма антивещества, все еще превышает все разумные пределы – это десятки триллионов долларов, и до первых электростанций на антиматерии все еще далеко. Фантастикой здесь является не сам факт существования антивещества и получения из него энергии, а краткосрочные рентабельные проекты в этой сфере – построить сейчас электростанцию на антиматерии не смогут даже все развитые страны мира вместе взятые, но вот поддержать развитие технологии в состоянии практически каждый.

Какие проекты могут быть востребованы: поддержка научной базы; любые теоретические и практические изыскания, позволяющие оптимизировать производство антивещества; любые математические модели и программные продукты, моделирующие поведение антивещества; любые теоретические и практические модели, позволяющие рассчитывать и реализовывать способы удержания антивещества.

Перспективы: радужные, но далекие.

И наконец – холодный синтез. В науке и бизнесе он приобрел славу вечного двигателя – эдакий фантастический процесс синтеза с выделением гигантского количества энергии при температурах в сотни или тысячи градусов цельсия. Холодным он называется, потому что для ядерного синтеза такие температуры – февральский мороз. Суровая реальность: организации, исследовательские институты и даже частные умельцы из года в год выбивают деньги инвесторов под создание очередного проекта холодного ядерного сиснтеза, который вскоре оказывается нежизнеспособным по каким-то, ведомым одним лишь исследователям, причинам. Холодный синтез существует лишь в теории, и то потому, что современное научное сообщество не может опровергнуть существование такого процесса. Другими словами – по бумаге все сходится. Значит можно. Что ж, как говорится, поживем – увидим. Без мечтателей мы бы не летали в космос, не говорили бы с друзями по скайпу, да и вообще жили бы до сих пор в пещерах, обгладывая кости мамонтов у костра.

Какие проекты могут быть востребованы: трудно предположить

Перспективы: трудно предположить

Как видите, не все так гладко. Особенно в нашей стране, где почти все технологии альтернативной энергетики оказываются неэффективными, и оттого экономически нецелесообразными. Однако выбор для стартапов в области альтернативной энергетики широк и часть проектов можно реализовать даже в Украине, без привлечения крупных вложений и дорогих специалистов. Кроме того многие сферы не освоены вовсе, и хотя для них требуется не серийная штамповка или организация поставок, а наукоемкие процессы, исследования и высокотехнологичные производства, вход на них открыт всем желающим независимо от географического положения. Даже Вам. Нужно только побороть в себе барыгу и ставить перед собой высокие цели, а не попытки спекуляции, тогда всё у вас получится и мир станет чуточку лучше.

Комментариев нет: