Зелёная или альтернативная энергетика развивается стремительными темпами и стала доступна даже для частных лиц. Ей предрекают большое развитие и даже пытаются представить как альтернативу для замены теплоэлектростанций, которые загрязняют окружающую среду выбросами углекислого газа и других продуктов горения. Да, производство электричества при помощи солнца и ветра, как основных и распространённых источников для замены угля, мазута и даже менее вредного для окружающей среды природного газа, действительно сегодня стало конкурентно способным и выгодным. Но так ли это на самом деле?
Давайте отложим в сторону розовые очки, которые нам бережно одели на уши и проанализируем ситуацию с альтернативной энергетикой.
Допустим вы захотели установить у себя на территории и на своём доме солнечные панели, что для этого нужно? Начнем с того, что сами панели, как и ветрогенераторы лишь часть системы, в которую также входят:
- линии проводов
- контроллер заряда для аккумуляторов
- блоки аккумуляторных батарей
- инвертор преобразующий постоянный ток в переменный
Во всех видах зелёной энергетики, получающих сразу электричество, есть одно серьёзное слабой звено — аккумуляторные батареи. Немногие задумываются что делать с вышедшими из строя элементами и сколько на земле запасов самого распространенного для их производства лития.
Начнём с того, что при попытке создать независимые от природных ископаемых системы добычи электричества, люди опять упёрлись в добычу других полезных ископаемых — никеля, кобальта и различных сплавов лития совместно с другими металлами. Все по всему миру твердят что нефть, газ и уголь уже на исходе, но мало кто задумывался об литии. Правда в том, что это редкоземельный металл, которого в мире немного. Но потребительский бум и помешательство на зелёной энергетике уменьшают его запасы с огромной скоростью, что сильно начало сказываться на его цене.
Как пример возьмём 2021 год. К концу года стоимость карбоната лития по сравнению с 2020 годом подскочила на 300% и составила 28600 долларов за тонну, гексафторфосфат лития подскочил на 273% и составил 14,4 тыс за тонну. И тут возникает один вопрос: сколько будет стоить этот редкоземельный металл через 5-10 лет?
Такие европейские страны, как Великобритания пытаются как можно быстрее избавиться на своей территории от бензиновых, дизельных двигателей, пересадив всех на электрокары. Весь этот бум с электробусами, электромобилями и грузовиками кажется полным бредом.
Откуда взять столько сплавов лития, если его и так мало?
У многих людей, так же как и у меня возник вопрос по поводу всего этого бума. Идея с экологически чистой энергией очень востребована, но это похоже на массовое помешательство или чей-то хорошо продуманный план по обогащению. Всё это напоминает финансовую пирамиду, где самые первые в неё вошедшие сидят как можно ближе к вершине и получают все плюшки, а кто присоседится до краха пирамиды в последних рядах, потеряет всё что вложил. Через несколько лет купленные зелёные электростанции могут стать нерентабельны, потому что у аккумуляторных батарей небольшой срок службы и придётся покупать новые, но уже по новой цене.
Вторым недостатком является утилизация и дальнейшая переработка этих батарей, которая сегодня является энерго и экономически затратной и убыточной. Кроме того вещества, выделяющиеся при разложении токсичны и представляют угрозу окружающей среде, по этому для обычной утилизации на полигонах с общим строительным и бытовым мусором они не подходят. По этому начали появляться по всему миру новые могильники или захоронения для литиевых сплавов и соединений. Так же не стоит забывать о том сколько нефти, газа и других ставших сегодня вредными полезных ископаемых с произведенным и выброшенным в атмосферу углекислым газом пришлось потратить на производство не только аккумуляторов, но и всех других составляющих, зеленых электростанций: солнечных панелей, лопастей ветрогенераторов и т.д.
После вышесказанного возникает ещё больше вопросов: действительно ли так называемая зелёная энергетика такая чистая и выгодная, чем классические источники, а также есть ли альтернатива на замену не таким уж чистым и "зелёным" аккумуляторным батареям?
Ответ на первый вопрос уже многим известен — классические источники с их идеальным свойством служить уже готовым аккумулятором энергии, который можно дозировано использовать в нужный момент, являются пока самыми распространёнными, а вся мировая промышленность и энергетика построены на них, в том числе и производство всех составляющих альтернативных источников.
На данный момент на лицо замкнутый круг, где одно не может появиться без другого, по этому процесс перехода от более грязному производству энергии к более чистому должен быть плавным и продуманным. На второй вопрос также есть немало ответов и их вариантов, давайте рассмотрим самые эффективные и развитые из них.
Аккумуляторные батареи проточного типа
Их устройство довольно простое: 2 резервуара с разными электролитами; главный резервуар, разделённый по полам мембраной, делящей резервуар на 2 бака с помещёнными в них электродами. С помощью насосов происходит прокачка электролитов из больших резервуаров через маленькие с положительным и отрицательным электродами, а также ионным обменом и генерацией электричества в ходе окислительно-восстановительных реакций. Недостатками данной технологии являются большие габариты всей конструкции, обязательное горизонтальное расположение, что не допускает на сегодня его использование автомобилестроении.
Главным недостатком является использование ванадия, который довольно дорогой и токсичный. Но сегодня разработаны и проходят испытания батареи, где вместо ванадия используют хинон, который является безвредным органическим соединением и к тому же более дешёвым.
Пока для полного внедрения остался только ещё один недостаток — коррозия самой мембраны при эксплуатации. Но даже сегодня по количеству циклов заряда-разряда она не уступает литиевым аккумуляторам. Альтернативные электростанции с батареями проточного типа активно строятся сегодня в Японии.
Теплоаккумуляторы и резервуары
В их основе лежит получение и собирание тепловой энергии в одном месте с последующим её извлечением для производства электроэнергии. Для этого существует несколько видов электростанций: башенные, тарельчатые, параболоцелендрические и гибридные. Все они имеют довольно большие объёмы по сравнению с солнечными панелями и эффективны в больших количествах. Башенные имеют на своей вершине резервуар, в котором содержится специальный солевой раствор, впитывающий в себя большое количество тепла и способен перенести и отдать из башни к специальному накопительному тепловому резервуару, из которого после оно передается на теплоэлектростанцию.
Параболоцилиндрические устройства основаны на таком же принципе, но занимают меньше места и могут устанавливаться на небольшой территории.
У тарельчатых и гибридных есть одно инновационное решение — теплоаккумулятор, способный собирать и удерживать в себе большие температуры и количество тепла. Само устройство очень простое: круглая цилиндрическая чугунная болванка с отверстием посередине, сужающимся к задней стенке, змеевик обмотанный снаружи вокруг болванки, кожух с утеплителем и раздвижные ворота с двух сторон отверстия. Тарелка вогнутой формы с разменными внутри зеркалами концентрирует солнечный луч на отверстии, от чего болванка из чугуна начинает впитывать тепло и сохранять его.
Но, как и у всех видов электростанций, у них есть один недостаток — это расположение. Они наиболее эффективны в местах и широтах с большим числом солнечных дней и высокой температурой, подходят для таких стран Индия, Китай, пустыни в Мексике, США, в азиатских и африканских странах. Для большей части территории России и стран СНГ эффективность маленькая. Но главным преимуществом является действительно экологичное и безотходное производство электроэнергии из тепла, не требующее значительных расходов на эксплуатацию.
Использование водородных станций вместо аккумуляторных батарей
Вся электроэнергия, произведённая за время работы ветровых и солнечных электростанций направляется на создание водорода путём электролиза и других вариантов. Полученный водород накапливается в специальных резервуарах и выполняет роль обычного природного газа, который можно сжигать для получения тепла и электроэнергии, а можно заправлять автотранспорт, работающий на нём. На сегодня разработаны новые станции, способные получать водород при меньших затратах электроэнергии. В Австралии и других странах, где есть острова, на которых появляются все больше экспериментальных поселений, сделавших главным источником для всех нужд именно водород.
Термоэлектрогенератор
На территории советского союза данный прибор впервые появился во время 2 мировой войны и служил для подзарядки коротковолновых радиостанций, работающих автономно, за счёт батарей сухого типа. Данный прибор получил название ТГ1 или "партизанский котелок".
Принцип действия основывался на свойстве термопары генерировать электрический ток за счёт разности температур. Одна часть термопары была установлена на дне походного котелка и нагревалась от пламени костра, а вторая помещалась внутрь и охлаждалась водой. После войны данное устройство продолжало модифицироваться и стало доступно для обычного населения. Последний советский вариант ГТУ-12-12, мог выдавать 12 вольт с током 1 ампер, представляя собой большую кастрюлю с установленой на ней колодкой на два вывода.
Современные варианты вместо термопары используют элемент Пельтье. Советская армия в свою очередь на основе партизанского создало так называемый "ядерный котелок" — РИТЭГ. В качестве нагревательного элемента выступал плутоний 238 или другие радиоактивные элементы в виде картриджа. КПД такой системы был низкий и вырабатывал 24 вольта с мощностью 30-40 ватт, но работал круглые сутки.
Особым спросом данный термоэлектрогенератор сегодня пользуется в газодобывающих компаниях и Газпроме. Вдоль большинства газопроводов обязательно с определённым интервалом размещаются станции катодной защиты, узлы с автоматикой и задвижками. Что бы к каждой из них не тянуть ЛЭП, возле трубы устанавливаются будки с данным генератором, которые получают нагрев в виде сгораемого газа из врезки. Данный способ экономит приличные средства на строительстве и дальнейшем обслуживании линий электропередачи.
Ещё одним направлением применения данного генератора служит газовый или дровяной котёл и печь.
Серьёзной проблемой и даже ЧП может явиться внезапное отключение электроэнергии для автономных систем отопления, в состав которых входят циркуляционные насосы, вентиляторы поддува и вытяжки. Без них отопление не сможет работать.
Тут опять пришли на помощь проточные термоэлектрогераторы, врезаемые в трубу подачи и другие модели ввиде корпусов, монтируемых на самую горячую часть котла или на печь.
При помощи подключённого инвертора их выдваемой мощности вполне хватает для работы всех узлов автономного отопления. В случае осутствия электричества котёл можно временно запустить при помощи инвертора от аккумулятора, а после получения достаточной температуры переключить на термоэлектрогенератор. Вот это по настоящему можно назвать автономным отоплением.
Вот все наиболее распространённые способы замены аккумуляторных батарей или солнечной и ветровой электростанций на другие, такие же эффективные варианты. Надеюсь что производители и крупные кампании гараздо внимательнее присмотрятся к этим аналогам ради недолгосрочной прибыли от аккумуляторных батарей, а люди пусть более внимательно относятся к окружающей среде, которая итак уже загажена дальше некуда и ищут другие варианты.
