Создание системы электроснабжения с учетом возможности масштабных диверсий
Диверсии на газопроводах Северный поток и Северный поток-2 показали, что крайне важные любые инфраструктурные объекты подвержены опасности и могут быть уничтожены. Критичность подобной ситуации видится в особенности в том, что такая террористическая атака проведена спецслужбами одной из стран. Взятие на вооружение государственной террористической практики – это новый этап в противостоянии государств, причем пострадавшей стороной наряду с Россией стал целый континент.
Европа с напряжением ожидает прихода зимы, исходя из сегодняшней ситуации ожидается стремительное повышение цен на электроэнергию, тепло и газ, а промышленности Европы грозит возможность стать неконкурентоспособной, что может повлечь за собой перемещение энергоёмкой промышленности из Германии, в первую очередь, в другие страны. Вероятнее всего, дальнейшая дестабилизация политической ситуации и была возможной целью организаторов диверсии, которые игнорировали и катастрофический экологический ущерб из-за выброса метана.
Утечки на газопроводах «Северный поток» и «Северный поток – 2» приведут к эмиссии примерно 7,5 млн тонн эквивалента углекислого газа, что соответствует почти одному проценту ежегодного объема выброса CO2 в Германии, сообщается в пресс-релизе, обнародованном Федеральным ведомством по охране окружающей среды (Umweltbundschutz – UBA).
Данное происшествие показало в итоге уязвимость и незащищённость энергетической инфраструктуры любого государства. Разрушение же нескольких наиболее крупных электростанций моментально приведёт к разбалансировке энергосистемы и полному отключению электроэнергии, а длительное её отключение - это неизбежный хаос, особенно в городах - миллионниках.
В данном контексте необходимо отметить, что создание распределённой системы электрогенерации несет не только экономический и экологический эффект, но и имеет защитную функцию для государственной экономики. Создание распределённой системы электрогенерации не может опираться только на разукрупнение, например, ТЭС, т.к. для их отключения достаточно вывести из работы газопровод, как это произошло в ситуации с Северными потоками. Трансформирование системы электроснабжения должно объединять решение несколько задач одновременно: создание распределённой системы, отказ от сжигания ископаемого топлива, достижение нулевого уровня выбросов парниковых газов в атмосферу.
Почему для России жизненно необходимо создавать систему электроснабжения без сжигания ископаемого топлива? По сути на этот вопрос ответил руководитель Роснедр России Евгений Петров, который в своём интервью оценил, что по состоянию на 1.01.22 г. технологически извлекаемых запасов нефти хватит на 39 лет, а рентабельно извлекаемых запасов - на 33 года. Обеспеченность технологически извлекаемыми запасами природного газа - 62 года. Конечно, разведываются новые запасы, улучшаются технологии добычи, но месторасположения новых месторождений сдвигаются далеко на север и в море, что ставит вопрос об экономической целесообразности и экологической безопасности добычи нефти и газа. Учитывая цифры, приводимые г-ном Петровым, над созданием распределённой системы электроснабжения необходимо начинать работать уже сейчас, т.к. инвестиции в энергетику рассчитываются на длительный период и имеют долгий срок окупаемости вложенных средств.
Какие технологии электрогенерации, исключающие сжигание ископаемого топлива, экономически целесообразны для трансформирования системы электроснабжения России?
Основные потребители электроэнергии и подавляющая часть населения находятся в европейской части России, где возможности увеличения гидрогенерации практически исчерпаны. Замена электрогенерации от сжигания ископаемого топлива возможна путем строительства дополнительных блоков АЭС, работающих в маневренном режиме, хотя оптимальным условием является всё же работа в базовом режиме. Однако следует отметить, что последствия аварии на Чернобыльской АЭС и на АЭС Фукусима-1 оказали сильное влияние на раскол общественного мнения. Сегодня, например, Германия выступает категорически против АЭС и выводит действующие блоки из эксплуатации, в то время как Китай наращивает темпы строительства атомных энергоблоков. Одновременно роль играют возрастающие требования по защите от терроризма и военных атак ядерных объектов, что не способствует снижению себестоимости строительства новых блоков.
Солнечная энергетика и ветрогенерация могут развиваться в тех локациях, где погодные условия способствуют рентабельности их размещения. Таких мест в России очень немного.
В ближайшие годы в России компанией «Progressus Neutrino» планируется строительство завода по выпуску Neutrinovoltaic источников электроэнергии. Neutrinovoltaic технология, разработанная компанией Neutrino Energy Group, использует в качестве рабочего элемента многослойный материал из чередующихся слоев графена и легированного кремния, позволяющий генерировать электрический ток под воздействием теплового броуновского движения атомов графена, а также кинетической энергии частиц окружающих полей излучений невидимого спектра, включая нейтрино. В конце 2023-начале 2024 года в Швейцарии также планируется начать промышленный лицензионный выпуск Neutrino Power Cubes источников тока минимальной нетто-мощностью 5-10 кВт. Такой источник будет иметь разъёмы 220 В и 380 В переменного тока, а также разъём для подключения оборудования с постоянным током. Источник нетто-мощностью 5-6 кВт имеет 6 электрогенерирующих модулей, источник нетто-мощностью 10-12 кВт имеет 12 электрогенерирующих модулей. Конструкционные особенности Neutrino Power Cubes позволяют нарастить необходимую мощность за счёт подключения дополнительных электрогенерирующих модулей, каждый из которых состоит из набора плотноупакованных пластин металлической фольги с нанесённым на одну сторону многослойным наноматериалом.
Способность созданного наноматериала генерировать электроэнергию определяется свойствами графена, массовая доля которого в наноматериале около 75%. Графен, относясь к 2D материалам, проявляет свойства 3D материала. Holger Thorsten Schubart, научный руководитель проекта и президент холдинга Neutrino Energy Group так комментирует это свойство графена, - «Тандемные вибрации вызывают появление графеновой волны, возникающей из-за комбинации небольших спонтанных движений и приводящей к появлению более крупных спонтанных движений, которые наблюдаются в микроскоп с сильным разрешением. Эти вибрации, переходящие в резонанс, позволяют извлечь энергию из окружающего пространства, используя новейшие нанотехнологии».
Плёнки графена исключительно прочны и упруги. Графен имеет очень высокую теплопроводность, что в сочетании с высокой электропроводностью обеспечивает возможность прохождения электрического тока в миллион раз превосходящего максимально возможный ток в пленках меди. При повышенных температурах согласно распределению Ферми–Дирака некоторая часть электронов переходит в зону проводимости, а в валентной зоне остаются "дырки". Это и предопределяет достаточно высокую электропроводность графена при комнатных температурах. Электроны проводимости, и "дырки" в графене имеют нулевую эффективную массу, т.е. они не могут быть неподвижными, а всё время перемещаются со "скоростью Ферми", которая в графене составляет примерно 106 м/с, то есть является уже релятивистской. Этим обусловлена очень высокая подвижность носителей электрического заряда в графене, минимум на 2 порядка превышающая их подвижность в кремнии, и "баллистический" характер их движения вдоль пленки. Длина свободного пробега электронов проводимости и дырок в графене при комнатных температурах превышает 1 мкм.
«Применение чередующихся слоёв графена с легированным кремнием, а также использование графена практически без примесей, ведёт к тому, что электроны в графене искажают свое движение в одном направлении, т.е. возникает постоянный электрический ток», - так объясняет эффект появления электрического тока Holger Thorsten Schubart.
Применение широко распространённых и недорогих материалов позволит формировать конкурентные цены на Neutrinovoltaic источники электроэнергии, что особенно важно сегодня, учитывая растущий уровень цен на электроэнергию в мире. Значимость этого изобретения будет расти год от года по мере истощения запаса ископаемого топлива и повышения цен на него.
コメント