АэроГЭС

Электро Гидро Аккумулятор - ЭГА

Одна из главных проблем при использовании ВИЭ (в частности и АэроГЭС) является их метеозависимость, которая приводит к необходимости значительных дополнительных затрат в различные устройства для аккумулирования выработанной энергии. Одним из основных способов на сегодняшний день является использование ГАЭС, где в насосном режиме происходит закачка воды в верхний бьеф за счет избытка энергии в сети, а в турбинном режиме, наоборот, выдача энергии в сеть за счет слива воды в нижний бьеф аналогично любой ГЭС. При этом фактически используется сравнительно слабое гравитационное поле Земли (сила тяготения), что приводит к значительным капитальным затратам при строительстве, большим объемам прокачки и зависимости в локализации такой ГАЭС от возможности рельефа.

Анализ этой проблемы привел к идее создания ГАЭС на основе использования более сильного потенциального поля, а именно на основе электростатического поля, что позволяет сделать такую Электро ГАЭС значительно компактнее и, возможно, дешевле.


Схема одного из возможных вариантов компановки такого Электро Гидро Аккумулятора (ЭГА) показана на рисунке (соответствует как плоской, так и цилиндрической системе). В качестве нижнего бьефа тут используется емкость 1, в которой, например, находится раствор обычной поваренной соли NaCl. Как известно, такой раствор состоит из катионов Na+ и анионов Cl-, окруженных дипольными молекулами воды H2O. Если создать индуцирующее электростатическое поле, например, подав отрицательное напряжение на контакт 2 и положительное — на контакт 3, то в растворе произойдет частичное смещение зарядов и возникнет Двойной Электрический Слой (ДЭС), что связано с попыткой ионов скомпенсировать воздействие этого внешнего поля. (Подробнее это можно посмотреть в данной презентации.) То есть вблизи электрода 2 возникнет так называемый слой Гельмгольца, в котором будут преобладать гидратированные катионы Na+. Этот слой может быть условно локализован с помощью проницаемой сетчатой мембраны 4 так, что значительная его часть может быть откачена в насосном режиме реверсивной гидравлической машиной 5 и перекачена в емкость 6, играющую роль верхнего бьефа такой Электро ГАЭС. Так как катионы Na+ плотно окружены дипольными молекулами воды, частично компенсирующими их электростатическое поле (см. дебаевский радиус экранирования), то вместе с молекулами воды и катионами Na+ в емкость 6 будет частично перенесен и соответствующий положительный заряд. Это создаст за счет работы гидравлической машины 5 запас потенциальной энергии между анионами Cl- в «нижнем бьефе» 1 и катионами Na+ в «верхнем бьефе» 6. В реальности мы получаем как бы ионный конденсатор, только заряженный несколько необычным способом. То, какой потенциал мы можем при этом создать, определяется свойствами изолятора 7, которые определяют емкость этого конденсатора и допустимое напряжение на нем. Важно также и то, что такой ЭГА может отдавать энергию двумя способами: как сравнительно медленно и обратимо (подобно ГАЭС, используя гидравлическую машину 5 в моторном режиме), так и очень быстро и необратимо (подобно конденсатору, используя разряд через электроды 8 и 9).

Легко показать, что теоретически каждый литр воды может растворить до 316 граммов поваренной соли, что может дать огромный суммарный заряд ионов ~ 500000 Кл. Но использовать мы можем только ничтожную часть этого заряда, так как реальные емкости нашего конденсатора слишком малы и напряжение на нем быстро достигнет пробойного.

Энергия такого ЭГА соответствует энергии соответствующего конденсатора

W = 1/2 qU = 1/2 CU2, где C - емкость соответствующего типа конденсатора.


Если ограничением для нас является напряженность поля пробоя Eпр, то легко показать, что максимальная плотность энергии такого конденсатора достигается при максимальном произведении статической диэлектрической проницаемости и Eпр2 для материала изолятора 7.



Изолятор

Диэлектрической проницаемость

Напряженность поля пробоя, МВ/м

Плотность энергии, МДж/л
Дистиллированная вода, 20 °C 81 65-70 0.001756
Слюда 7.5 118 0.000462
Плавленный кварц 3.5-4.5 470-670 0.008939
Алмаз 5.5-10 2000 0.177000
ГАЭС, напор 100 м 0.000978

Много это или мало? Сравните с плотностью энергии других аккумуляторов. Например, даже используя кварц, мы получаем плотность энергии на 2.5 порядка меньше, чем в литий-ионном аккумуляторе, но при этом удельная стоимость может оказаться вполне сравнимой для того же запаса энергии. Сравним, например, с Tesla PowerWall 7 кВтч за $3000. Это соответствует 25.2 МДж, т.е. при использовании кварца ~ 3 м3 такой установки. Кажется, что вполне приемлемо...

А тем более, если мы сравним с ГАЭС. Даже используя дистиллированную воду такой ЭГА может заменить ГАЭС с плотиной высотой 175 м или соответственно уменьшить расход. Используя кварц, мы условно заменяем ГАЭС с напором почти 900 м.

PS: Важно дополнительно сказать, что аналогичные результаты были бы получены и для простых конденсаторов, безо всей этой гидравлики... :)

«Дело Ленина». Дьявольская, нечеловеческая судьба

Десять лет назад, когда у меня было намного больше времени для  журналистики, чем сейчас, аккурат на 140-ю годовщину рождения гражданина  Ульянова (подпольная кличка Ленин), я написал статью «Дело Ленина».  Увидев сегодня краем глаза лениниану-2020, я открыл вечером десятилетней  давности текст и с печалью вижу, что он не устарел. Не могу пожелать  приятного чтения, но полезным оно, надеюсь, остаётся. Дьявольская,  нечеловеческая судьба.

Как нефтяной крах убьет Россию



Если покопаться в моих архивных постах 2011-2016 гг. по тегам #нефть, #экономика, #кризис, #революция, то сценарий происходящего сегодня коллапса РФ описан в общих чертах верно. Можно просто надергать цитат оттуда – и вот вам картина настоящего и будущего. Но, во-первых, мне лень. Во-вторых, к лаврам бабки Ванги я настолько равнодушен, насколько вообще возможно быть равнодушным. Наконец, кое-что следует уточнить, проанализировав ошибки в собственных расчетах.Collapse )

look
  • mi3ch

все по закону



Родина запомнит вас. Вашу глупость, трусость, жадность и холуйство. Всех вас, единогласно голосовавших. Всю Думу и весь Конституционный суд.

Collapse )
АэроГЭС

Новая кампания по воде на Xprize

Меня пригласили участвовать в subject (я участвовал в прошлой - как раз по поводу воды из воздуха - это есть в моей статье по модели). Видимо у них предполагается членский взнос (в прошлый раз было $250). Впрочем, у меня все равно нет шансов, так как там надо продемонстрировать действующую установку, а у меня ее как не было, так и нет. Собственно, то же самое было и в прошлой кампании - я теоретически показал, что могу получать воду на 2 порядка дешевле их условий, но участвовать все равно не смог. Таким образом приз в $1.5M достался команде, которая даже не смогла выполнить эти их условия... :)

Вот, что я там написал в дискуссии:

Collapse )

Как становятся террористами. Дело «Сети».



В предыдущем посте я вскользь коснулся темы пыток в ФСБ-шных застенках. И вот, как по заказу – красноречивая илюстрация моих слов – вчерашний приговор по делу «Сети», все фигуранты которого заявили о пытках. Куча идиотов (это именно идиоты, а не кремлеботы на зарплате) пытается подловить меня на противоречии: мол, сначала автор утверждает, что в Раше нет суда и всякая мразотная судейка бестрепетно вынесет самый фантастический приговор, скопипастив на 90% обвинительный приговор из грубо сфабрикованного дела; после же он заявляет о том, что подозреваемых, обвиняемых и даже свидетелей гестаповцы пытают поточным методом, выбивая признания в терроризме. Нафига напрягаться, если суду это не нужно? Мол, раз пытают – значит это настоящие террористы, и из них хотят выбить некую оперативную информацию.Collapse )