Download
1 / 16
190 likes | 708 Views
Проект «НаноЭнергетика». Наноэнергетика – это ключ к четырем скрытым источникам электроэнергии России. Россия должна выйти из мирового кризиса с минимальными потерями и прорваться в будущее на базе принципиально новых идей и открытий, особенно в области энергетики и экологии.
E N D
Проект «НаноЭнергетика» Наноэнергетика – это ключ к четырем скрытым источникам электроэнергии России Россия должна выйти из мирового кризиса с минимальными потерями и прорваться в будущее на базе принципиально новых идей и открытий, особенно в области энергетики и экологии. • Энергетика на основе нанотехнологий • Производственный потенциал электроэнергетики Россиивключает: • Электростанции суммарной мощностью 215 ГВт; • Линии электропередач 2,5 млн. км, из которых 159,1 тыс. км составляют высоковольтные линии ВЛ 220 кВ и выше; • Понижающие трансформаторы установленной мощности 578 ГВт. В период до 2020г. энергетическая стратегия России (ЭС-2020) предусматривает рост потребления электроэнергии со среднегодовыми темпами 1,9-3,1% в год до 2010 г. и 1,6-2,8% к 2020 г.
Проект «НаноЭнергетика» • Основные потери в энергетике России связаны: • С передачей электроэнергии на большие расстояния – до 10%; • Потерями в локальных сетях – 10- 20%; • Потерями в генераторах, двигателях, трансформаторах – • 5-20% (в зависимости от мощности); • Суммарные энергетические потери по всему циклу передачи и потребления электроэнергии могут доходить до 30%. • Также потери обусловлены: • Транспортными затратами на доставку энергоносителей, угля и газа, к тепловым электростанциям (ТЭС), которые составляют 68% всех установленных мощностей в РФ. Это связано с тем, что удельный расход условного топлива на перекачку газа составляет 66,5 кг/1000тон/км. Эти гигантские потери приводят к тому, что в общей сложности в России на компрессорных станциях сжигается до 96 ГВт газа в энергетическом эквиваленте. • [Транспорт: Наука, Техника, Управление. Сборник обзорной информации. ВИНИТИ, 1995, №9].
Пути увеличения энергоэффективности в электроэнергетике Существующие ресурсы 1. «Запертые» мощности в ОЭС Сибири составляют 7-10 ГВт – это недоиспользованные мощности уже действующих ГЭС и возможность увеличения мощностей ТЭС на угле в районах Кузбасса и КАТЭК . 2. Экономия до 8 ГВт электроэнергии при ее передаче по Единой энергетической системе России вслед за движением Солнца. Перспективные ресурсы 3. «Запертые» энергетические ресурсы в Сибири в виде попутного газа при нефтедобыче с потенциалом для электроэнергетики составляют 188 ГВт. 4. Потенциальные возможности использования сжигаемого на компрессорных станциях газа при его прокачке по газопроводам составляют 96 ГВт
Проект «НаноЭнергетика» • В соответствии с Указом Президента РФ №889 от 04.06.2008 г. мы предлагаем дополнить энергетическую стратегию России до 2020 г. принципиально новыми технологическими решениями, опирающимися на последние достижения нанотехнологии в области энергетики – НаноЭнергетику. В 1991 году сотрудник японской фирмы NEC Sumio Iijima открыл и запатентовал углеродные нанотрубки. Последние исследования показали, что эти нанотрубки обладают уникальными свойствами – они в 100 раз прочнее и в 4,6 раза легче стали. Одновременно сотрудники нашей фирмы также проводили исследования электрофизических свойств различных нанотрубок. Они сделали открытие, что при определенном диаметре нанотрубок, в том числе и углеродных, резко увеличивается их электрическая проводимость вплоть до сверхпроводимости, при рабочих температурах до 93,5 градусов Цельсия Сверхпроводимость возникает, когда электроны, благодаря особому спариванию при определенных условиях, не взаимодействуют с кристаллической решеткой. В качестве материалов для суперпроводников и «горячих» сверхпроводников могут выступать легированные особым образом полупроводники, нанотрубки и некоторые другие наноструктурированные органические и неорганические материалы.
Проект «НаноЭнергетика» • Конкуренты • Экспериментально получена комнатная суперпроводимость на перекисленных полипропиленах в кластерах 10-50 мкм • [US Patent № 5777292] • В декабре 2004 года учеными калифорнийского университета экспериментально была найдена комнатная суперпроводимость на углеродных нанотрубочках диаметром 12±2 нм • [http://superconductors.org/roomnano.htm] • NASA выделило грант Rice University’s Carbon Nanotechnology Laboratory для производства прототипа силового кабеля из углеродных нанотрубок, который будет обладать удельным сопротивлением в 10 раз лучше, чем у меди • [http://nanotechwire.com/news.asp?nid=1852] Все технические разработки конкурентов попадают под действие наших патентов. Сейчас мы можем гарантировано получить эффекты горячей сверхпроводимости только на образцах длиной несколько мкм. Это вполне хватает для создания проводников для интегральных схем, но не достаточно для энергетики.
Цели проекта • Целью проекта «НаноЭнергетика» является: • Создание на первом этапе технологии производства электрических кабелей неограниченной длины, которые будут обладать удельной проводимостью, по крайней мере, в 10 раз лучшей проводимости медных или алюминиевых кабелей – «суперпроводников». • На втором этапе будут предприняты усилия для создания технологии производства сверхпроводящих кабелей, сохраняющих свою сверхпроводимость до 93,5 градусов Цельсия –«горячих сверхпроводников». • Прогнозируемые параметры кабелей: • критическая плотность тока – до 3,4 104 А/см2, • критическая напряженность магнитного поля – до 12,5 Тл.
Проект «НаноЭнергетика» • Выполнение только первого этапа проекта уже позволит РФ на равных участвовать в гонке передовых технологий в мировой энергетике. • Реализация первого этапа позволит решить следующий ряд задач: • Снижение потерь при передаче электроэнергии – минимум в 10 раз; • Снижение электрических потерь при преобразовании электроэнергии в трансформаторах, электрогенераторах, электродвигателях – минимум в 10 раз; • Уменьшение транспортных затрат в электроэнергетике за счет переноса генерирующих мощностей к сырьевым источникам с последующей передачей электроэнергии – до 96 ГВт в эквиваленте; • Снижение потерь, связанных с неравномерностью потребления электроэнергии в течение суток за счет передачи ее по Единой энергетической системе России вслед за движением Солнца – до 8 ГВт в эквиваленте; • Уменьшение стратегических угроз энергетической безопасности России за счет распараллеливания электрических сетей.
Проект «НаноЭнергетика» • Использование суперпроводников и «горячих» сверхпроводников приведет к настоящей революции в энергетике. • Это, в первую очередь, замена воздушных высоковольтных линий на кабельные подземные линии. • Отметим, что рабочая плотность тока в алюминиевых проводах равна 102 А/см2, при удельном весе провода в 2 раза выше, чем удельный вес углеродных нанотрубок. Для передачи одной и той же энергии потребуется, по крайней мере, в 340 раз больше алюминиевого провода по массе. Дешевые суперпроводники и «горячие» сверхпроводящие материалы можно изготовить на основе углерода, органических или кремниевых полимеров.
Проект «НаноЭнергетика» • Используя физические принципы, заложенные в суперпроводниках и «горячих» сверхпроводниках, можно создать новые накопители энергии – квантовые суперконденсаторы (биэлектронные аккумуляторы). • В них энергия будет накапливаться в виде спаренных электронов или их цепочек с плотностью накапливаемой энергии до 1,6 МДж/кг, что как минимум в 10 раз лучше существующих аккумуляторов. (Наши патенты США 7,193,261 и Евразийский патент 003852, идет параллельное патентование в странах Евросоюза). • Ресурс работы накопителей энергии на «горячих» сверхпроводниках практически не ограничен.
Экологический аспект проекта Получение электроэнергии, нефти, цветных металлов и транспортировка энергоносителей создают значительную экологическую нагрузку. Например, только в 2004 г. количество загрязняющих веществ, выброшенных в атмосферу тепловой электроэнергетикой, составило 3258 тысяч тон, нефтедобывающей промышленностью – 4195 тыс. тон, транспортом, в том числе трубопроводным – 2137 тыс. тон, цветной металлургией – 3287 тыс. тон. [Энергетика России: проблемы и перспективы: тр. Науч. сессии РАН. М.: Наука, 2006, стр.393]. • Выполнение проекта «НаноЭнергетика» позволит одновременно с решением энергетических проблем решить целый ряд экологических проблем: • Уменьшение генерирующих мощностей ТЭС даст пропорциональное уменьшение выбросов загрязняющих веществ; • Уменьшение затрат на транспортировку энергоносителей даст уменьшение экологической нагрузки за счет уменьшения количества сжигаемого топлива, затрачиваемого на транспортировку газа и угля – с потенциалом для электроэнергетики до 96 ГВт только по газу; • Утилизация попутного газа при нефтедобыче и использование малоэффективных газовых месторождений – с потенциалом для электроэнергетики до 188 ГВт и уменьшением загрязняющих выбросов в атмосферу до 4195 тыс. тон в год; • Замена высоко энергозатратных и экологически грязных производств медных и алюминиевых проводов на проводники из углеродных нановолокон – с потенциалом уменьшения загрязняющих выбросов в атмосферу до 3287 тыс. тон в год; • Уменьшение карбонизации атмосферы путем связывания углерода в нановолокно, используемое в кабельной промышленности и смежных областях, что полностью согласуется с Киотским протоколом.
Проект «НаноЭнергетика» Производство кабелей из суперпроводников и «горячих» сверхпроводников К настоящему времени уже созданы технологии производства нановолокон из нанотрубок длиной несколько мкм. Микрофотография каната, сотканного из 1010-1012 нанотрубок по японской технологии. Наши исследования показывают, что можно создать дешевые суперпроводящие и «горячие» сверхпроводящие материалы на основе углерода, органических или кремниевых полимеров. Кабель из такого материала будет иметь следующий вид: внутри волокно из калиброванных нанотрубок заданного диаметра и покрытие из гибкого стекла.
Проект «НаноЭнергетика» Наша технология формирования длинных волокон из углеродных нанотрубок базируется на методе глубокого плазменного пиролиза природного газа с побочным выделением водорода. Получаемый водород годен для технологического и энергетического применения в «водородной» экономике. Волокно из нанотрубок формируется внутри камеры образования нанотрубок под действием сильных магнитного и электрического полей. Схематически плазмохимический реактор может выглядеть как модифицированный магнитогидродинамический генератор. Плазмохимический реактор для производства углеродных нанотрубок и водорода.
Проект «НаноЭнергетика» • Полученное углеродное нановолокно может использоваться в разных областях экономики: • В электротехнике для создания суперпроводящих и сверхпроводящих электрических кабелей; • Как легкий и сверхпрочный армирующий наполнитель композитных материалов, например, бетона, алюминия, сверхпрочных сталей и т.п.; • Создание сверхпрочных тканей для гражданского и военного применения; • Стеклоуглеродные композиты для замены конструкционных сталей в автомобилестроении и строительстве.
Устойчивой развитие России на основе «углеродной» экономики • Теплотворность полученного водорода сравнима с теплотворностью метана, но при этом мы производим нанотрубки, цена которых составляет от 10 тыс. долл. США до 1 миллиона долл. США за одну тону в зависимости от свойств нанотрубок. Кроме того, сам процесс получения тепловой энергии из метана становится экологически чистым, так как из процесса исключается углекислый газ, что полностью согласуется с Киотским протоколом по декарбонизации атмосферы. • В результате реализации проекта «Наноэнергетика» станут доступны «запертые» электрические мощности Сибири объемом до 18 ГВт и задействована часть потенциальных «запертых» энергетических ресурсов в Сибири объемом вплоть до 284 ГВт. Проект «НаноЭнергетика» легко адаптируется под мировые рынки электроэнергетики. • Реализация проекта «НаноЭнергетика» даст новый импульс в развитие «водородной» экономики и сформирует основы для развития «углеродной» экономики, что позволит России стать монополистом в этой области на время действия патентов и получить сверхприбыль. Массовое использование углеродных нановолокон значительно расширит рынки технического углерода, что позволит говорить о переходе России к «углеродной» экономике по аналогии с принятой на Западе концепцией «водородной» экономики.
Сравнение рынков старой экономики, базирующейся на цветной металлургии и рынков «углеродной» экономики • Мировое производство в год: • никеля (1,4 млн. тон) – 50 млрд.; • меди (16 млн. тон) – 100 млрд.; • алюминия (37 млн. тон) – 80 млрд.; • серебра (16 тыс. тон) – 8 млрд.; • технического углерода (10 млн. тон) – 16 млрд.; • чугуна (860 млн. тон) – 200 млрд. долл. США. Мировой потенциал «углеродной» экономики при производстве только 10 млн. тон в год углеродных нанотрубок составит 100 млрд. – 10 трлн. долл. США в зависимости от свойств нанотрубок. В перспективе рынок «углеродной» экономики может минимум в 10 раз превысить рынок первичной металлургии в целом, который составляет порядка 450 млрд. долл. США.Отметим, что мировой ВВП составляет 65 трлн. долл. США, ВВП США – 13,1 трлн. долл. США, ВВП РФ – только 2,1трлн. долл. США. Россия просто обязана прорваться в будущее на базе принципиально новых идей и открытий в области нанотехнологий Генеральный директор ООО «Netwise NanoRus» проф. А.М. Ильянок
