АэроГЭС - способ спасти планету

Перед человечеством объективно стоят следующие принципиально важные и глобальные проблемы: энергетическая, нехватка пресной воды, экологическая, спасение климата и жизни на планете.

Покажем, что существующие технологии не позволяют избежать возможной катастрофы в период 2050-2100 годов. Предлагается технология АэроГЭС, возможно единственная, которая позволяет этого избежать.

1. Принципиальная неустойчивость климата планеты

Цитата: "Жизнь может существовать в температурном интервале, соответствующем жидкому состоянию гидросферы. Жидкая гидросфера Земли физически неустойчива по отношению к переходу в состояния полного оледенения планеты или полного испарения океанов. В отсутствие биотического управления окружающая среда и климат Земли в течение короткого времени перейдут в одно из этих двух устойчивых состояний, непригодных для жизни человека."

Таким образом проблема разбалансировки климата - это далеко не просто проблема комфорта человечества. Это проблема самой возможности существования жизни на Земле. У нас в Солнечной системе есть два ближайших соседа - Венера и Марс, которые как раз наглядно показывают, что будет с нами, если мы немедленно не остановимся и свалимся в одно из этих устойчивых состояний. Несмотря на то, что разные климатические модели дают разные временные прогнозы разрушения стабильности экосистемы Земли, мы должны ориентироваться на худшие предсказания, которые дают нам всего несколько десятилетий до начала необратимых последствий.

2. Выделение в атмосферу углекислого газа - главный источник климатической проблемы.

Все, что природа запасала миллионы лет в виде органических видов топлива (угля, нефти, газа), человечество израсходует всего за пару столетий с начала промышленной революции. Сначала мы думали, что главная проблема - энергетическая, что нам просто скоро не хватит ресурсов. Но сейчас понятно, что при нынешних темпах потребления, мы уничтожим Землю даже раньше из-за глобальной климатической катастрофы.

Рекомендую всем посмотреть замечательное выступление Билла Гейтса на TED (там можно включить русские титры).

Цитата: "и вот моё пожелание. Оно очень конкретно: изобрести эту технологию. Если бы я мог загадать лишь одно желание на следующие 50 лет, мог бы загадать, кто будет президентом, загадать открытие новой вакцины, а эту тему я люблю, или загадать изобретение такой штуки, которая даёт энергию за полцены и без СО2, то я бы выбрал последнее. Оно имеет самые мощные последствия."

Билл Гейтс не знает приемлемого решения. От безысходности он предлагает разработку одного из весьма экзотических вариантов в области атомной энергетики - проект Terrapower. Думаю, что он и сам слабо верит в успех, но надо же что-то делать...

По поводу возобновляемых источников Гейтс говорит следующие правильные слова:

"Последние три из пяти направлений я сгруппировал. Это так называемые «возобновляемые источники». Конечно, замечательно, что для них не требуется топлива, но и они обладают недостатками. Первый – плотность энергии, аккумулируемой посредством этих технологий, существенно ниже, чем в электростанции. Это – энергетические угодья, речь идёт о площадях на много квадратных километров, в тысячи раз больше, чем занимает обычная электростанция. Кроме того, источник энергии неустойчив. Солнце светит не целый день, да и не каждый день, равно как и ветер непостоянен. А потому, если мы зависим от этих источников, то надо придумать способ получения энергии за время отсутствия её на источнике. Здесь огромные проблемы с себестоимостью. Проблемы с передачей на расстояние. Например, если источник энергии находится за пределами вашей страны, то вам нужна не только технология, но и защита от риска поступления энергии извне. И, наконец, проблема хранения. Чтобы представить масштабы этой проблемы, я посчитал суммарную ёмкость всех типов производимых сегодня батарей – для автомобилей, компьютеров, телефонов, фонариков, для всего – и сравнил это с мировым объёмом используемой электроэнергии. Выяснилось, что всех производимых сейчас батарей хватит лишь на 10 минут мирового энергопотребления. Значит, здесь нужен революционный прорыв, нечто в сотни раз лучше, чем то, что позволяют нынешние подходы. Это небезнадёжно, но и не так легко. Такая проблема возникает, если мы хотим производить от нестабильного источника на 20-30% больше энергии, чем требуется для текущего потребления. Если мы полностью зависим от источника, то для этого потребуется невероятная чудо-батарея."

3. Проблема существующих энергетических ресурсов.

Есть много исследований, которые рассматривают и отдельно проблему энергетических ресурсов.

В принципе все сводится к следующей вполне понятной диаграмме .

Надежды на быстрое освоение термоядерной энергии, мягко говоря, не оправдались. Миллиарды вложенные в эти исследования привели к убежденности, что в принципе это достижимо, но требует огромных ресурсов, что приводит к экономической несостоятельности этой концепции на ближайшее столетие, по крайней мере. Из остального можно использовать либо атомную энергию (которая после Чернобыля и Фукусимы сильно замедлила свое развитие), либо органическое топливо (которое создает проблему с CO2, экологией и климатом), либо возобновляемые источники (из которых реально по ресурсу проходят только солнечные панели и, возможно, ветрогенераторы). Результат анализа существующих технологий обычно заканчивается пессимистическим выводом, что пока не закончилось органическое топливо (а это примерно пара сотен лет), человечество вынуждено будет использовать его, попутно пытаясь минимизировать проблему накопления CO2 и молясь, чтобы пронесло с проблемой климата. Что будет дальше - Бог весть...

Если не пронесет, то катастрофа может наступить уже в 2050-2100 годах... Если климатическая катастрофа станет очевидной, то возможен только немедленный переход на возобновляемые источники, но даже при самых предельных темпах мы максимально можем рассчитывать только на замещение порядка 50% энергетики к 2050 году. Что будет означать глубочайший коллапс в развитии человечества, сокращение его численности из-за голода и нехватки энергетических и иных ресурсов, и т.д.

4. Фундаментальные ограничения возобновляемой энергетики.

Собственно, основное было сказано и в вышеприведенной цитате Билла Гейтса - рассредоточенность (размерность 2, тогда как в традиционной энергетике - размерность 0) и неравномерность (что эквивалентно дополнительным вложениям в аккумулирование).

При этом по ресурсам, как было написано выше, достаточны только солнце и (возможно) ветер. Традиционная гидроэнергетика, которая также лишь разновидность солнечной энергии, не имеет достаточного ресурса.

Однако использование энергии облаков по технологии АэроГЭС увеличивает этот ресурс почти в 200 раз (см. картинку выше) и кардинально меняет эту оценку.

Принципиально при этом то, что вступает в игру ее величество экономика. Все три способа преобразования (панели, ветер, облака) имеют тот же порядок по плотности энергии (~100 Вт/м2), но только для АэроГЭС всю эту энергию практически без потерь можно слить в одну точку (труба/турбина), сделав часть пропорциональную м2 несравненно дешевле, чем в других альтернативах. А это предполагает на 1-2 порядка меньшие удельные капиталовложения (~10 $/кВт) и низкие сроки окупаемости (~ месяца), которые позволят быстро перестроить энергетику и успешно пройти энергетический и климатический коллапс в районе 2050-2100 годов.

То есть, несмотря на то, что в АэроГЭС улавливание энергии тоже имеет размерность 2 (пропорционально площади сети или кайта, но не площади на земле!), само преобразование энергии (а это и есть самый капиталоемкий элемент любой электростанции) можно осуществлять в одной точке (размерность 0), в отличие от солнечных панелей и ветрогенераторов, где дорогие преобразователи также размножены пропорционально размерности 2. Кроме того, АэроГЭС может сама и сглаживать неравномерность небольшим гидроаккумулированием (например, используя каскадные ГЭС, которые наполняются от АэроГЭС) и куда большим (в 600 раз!) аккумулированием в виде водорода в балонетных аэростатах. При этом аккумулирование (и возможно, доставка) энергии в виде водорода создает возможность постепенного и безболезненного перехода с природного газа на существующих традиционных электростанциях и транспорте на водород.