Кто поможет с ураном

Обеспечить рост спроса на ядерное топливо должны будут крупнейшие производители урана:
🇰🇿Казахстан (41% общемировой подземной добычи),
🇦🇺Австралия (13%),
🇳🇦Намибия (11%),
🇨🇦Канада (8%),
🇺🇿Узбекистан (7%),
🇳🇪Нигер (6%),
🇷🇺Россия (6%).

🇺🇸Вплоть до недавнего времени к их числу относились и США, которые входят в четверку крупнейших стран по кумулятивной добыче урана в 1945-2020 гг. (наряду с Канадой, Узбекистаном и Казахстаном). Однако в последние годы добыча урана в США последовательно сокращалась –
↘️с 1 537 т в 2011 г.
↘️до 1 256 т в 2015 г.
↘️и всего лишь 6 т в 2020 г.

Как начиналось освоение подземного жара

Петротермальные ресурсы представляют собой часть тепловой энергии, которая заключена в практически водонепроницаемых сухих горячих горных породах, расположенных на глубинах 3-10 км. Там их температура достигает 250- 350 °С.

🔁Практически все проекты использования петротермальной энергетики предполагают, что по нагнетательной скважине холодная вода поступает в подземный резервуар из горячих сухих пород, нагревается, выходит через добычные скважины на поверхность уже сильно горячей или в виде пара, и попадает на электрическую станцию. Из электростанции вода вновь возвращается в нагнетательную скважину, тем самым создавая замкнутую циркуляционную систему.

🇺🇸Первым таким проектом освоения петротермальной энергии стал проект Лос-Аламосской национальной лаборатории США. Он получил название HDR (Hot Dry Rock). Проект выполнялся в местечке Фентон-Хилл в кальдере Валлес в Нью-Мексико в 1973 — 1996 годах. В рамках проекта с помощью гидроразрыва пласта был создан искусственный коллектор из вертикальных трещин в монолитной породе. Подобные гидроразрывы применяют и при добыче нефти, однако расходы воды в геотермальных скважинах должны быть в десятки раз больше, чем при нефтедобыче.

🤔Проект выявил сразу несколько создания подобных станций. Выяснилось, что стандартный способ гидроразрыва давал недостаточное количество трещин, чтобы достичь нужной проницаемости и хорошего теплообмена. Поэтому в последующем ученые пошли по пути создания обширных резервуаров с множеством трещин и естественных дефектов пород. Такие проекты получили название Enhanced Geothermal Systems (EGS) – усовершенствованные геотермальные системы.

ПЭС - история вопроса

Одной из первых в мире приливных электростанций (ПЭС) стала канадская ПЭС Аннаполис мощностью 20 МВт. Она работала в период с 1985 по 2019 гг. на одноимённой реке, впадающей в знаменитый залив Фанди.

👉Главным элементом этой ПЭС - сейчас станция является туристическим аттракционом - была небольшая дамба, которая ограждала резервуар, приводивший в действие гидротурбину. Подъём шлюзовых ворот, располагавшихся на дамбе, позволял пополнять водохранилище водой во время прилива, а их закрытие – удерживать воду во время отлива. Электричество вырабатывалось во время отливов, которые происходили дважды в день.

В целом, глобальная установленная мощность морских электростанций, расположенных вдали от берега, в 2020 г. составляла 527 МВт: из них большая часть приходилась на Европу (243 МВт), Азию (260 МВт) и Северную Америку (20 МВт).

Грандиозная инфографика - структура переработки и поставок нефти в США и Канаде. Трубопроводы как наиболее надёжный способ перемещения «чёрного золота» тянутся по указанным странам почти на 145 тысяч километров.

Источник

Жидкосолевое ноу-хау

Стартап Flibe Energy, основанный в США исследователем Кирком Соренсеном, спроектировал жидкосолевой реактор, который в качестве топлива будет использовать раствор тория, тяжёлого слаборадиоактивного металла серебристо-белого цвета, и фторида лития – соединения, которое внешне представляет собой белый кристалл.

❗️Отличительной чертой жидкосолевого реактора является использование расплавов солей в качестве топлива или теплоносителя. Первый и пока единственный жидкосолевой реактор был сконструирован в 1960-е гг. в США в Ок-Риджской национальной лаборатории, основанной еще во времена Манхэттенского проекта. Топливом для реактора мощностью 7,4 мегаватт (МВт) являлся фторид урана, растворенный в солях лития, бериллия (щелочноземельного металла светло-серого цвета) и циркония (металла серебристо-серого цвета). Исследования на реакторе проводились в течение пяти лет, после чего он был закрыт из-за низкого коммерческого потенциала.
https://globalenergyprize.org/ru/2022/03/28/amerikanskij-startap-sproektiroval-zhidkosolevoj-reaktor-na-torii-i-ftoride-litiya/

​Последние исследования показывают, что эмиссия СО2, вызванная потреблением первичной энергии, несет ответственность лишь за 6% глобального потепления.

Остальное – это влияние пожаров (13 %), наводнений (15 %), засух (11 %) и темпы роста общей концентрации СО2 (15 %) и СН4 (3 %), которые главным образом и определяют смену климатических циклов.

Солнце для углеродной нейтральности

☀️🏠Тонкоплёночные гибкие солнечные батареи, интегрируемые в здания, – это активно растущий сегмент рынка солнечной энергетики. А ещё - ключевой элемент концепции дома с нулевым углеродным выбросом.

Они увеличивают способность здания генерировать электроэнергию за счёт использования
✔️крыш,
✔️фасадов,
✔️навесов,
✔️окон,
что делает данную технологию в перспективе экономически выгодной.

Параметры для петротермальных упражнений

Всего на сегодняшний день реализовано около двадцати опытных петротермальных систем в США, Японии, Великобритании, Франции, Германии и Австралии, которые подтвердили техническую возможность извлечения глубинного тепла с глубин до 5,1 км.

Эти исследования помогли определить минимальные необходимые требования для создания таких станций:
👉глубина скважин должна превышать 3 км;
👉генерируемая мощность — более 3 – 10 МВт;
👉температура в подземном резервуаре — более 250 °C;
👉расход воды — 50 – 100 кг/с;
👉расстояние между скважинами — 0,5 – 2 км;
👉объём подземного резервуара 0,1 – 0,3 куб. км,
👉срок эксплуатации станции — более 25 лет.

«Рынок продавца» на рынке урана

Одной из причин дефицита урана стали ограничения на уровне отдельных штатов. Так, в 2012 г. в Аризоне был введён запрет на добычу полезных ископаемых на государственных землях. Под его действие попала добыча урана на территории площадью в 1 миллион акров, простирающаяся вокруг национального парка Гранд-Каньон. В результате США стали сильно зависеть от импорта урана, в структуре которого ключевую роль играют
🇨🇦Канада (22%),
🇰🇿Казахстан (22%),
🇷🇺Россия (14%, по данным EIA за 2020 г.).

Сокращение добычи урана в США обострило дефицит сырья на мировом рынке: если в 2015 г. подземная добыча обеспечивала 98% глобального спроса на уран, то в 2020 г. – лишь 74%. Потребителям в результате пришлось искать альтернативные каналы получения сырья, в том числе за счёт
📌использования гражданских запасов урана,
📌вторичного обогащения урановых хвостов,
📌снижения концентрации изотопа U235, используемого для ядерных вооружений, с помощью разбавления обеднённым ураном.

Временный уход любого из крупных мировых поставщиков ударит не только по американским АЭС, для которых импортируемый уран был дешевле сырья местных поставщиков ($38,1 за кг против $45,3 за кг, по данным EIA за 2018 г.), но и по всему мировому рынку.

🇬🇧⛽️Структура стоимости топлива на АЗС в Великобритании

В том числе:
✔️34,9% - топливный сбор
✔️16,7% - НДС
✔️7,5% - торговая наценка.

Плюсы тория

В последние годы - несмотря на раннюю неудачу - в отрасли вновь стал расти интерес к жидкосолевым реакторам. Одной из причин стало глобальное сокращение добычи урана:
▶️если в 2015 г. она составляла 60,3 тыс. т,
↘️то в 2020 г. – лишь 47,7 тыс.
Доля добычи в структуре общемирового спроса на уран для атомных станций (АЭС) за тот же период снизилась с 98% до 74%.

Популярность на этом фоне получили альтернативные способы получения урана, в том числе его извлечение из каменного фосфата или глинистых сланцев. Ещё одним источником является торий, который под воздействием нейтронов высокой интенсивности превращается в изотоп урана U 233. Последний, в свою очередь, при распаде генерирует энергию.

➕Торий, в отличие от урана, не обладает самоподдерживающейся способностью к делению. Поэтому при внештатной ситуации для остановки ториевого реактора достаточно остановить ускоритель протонов, необходимый для получения нейтронов высокой интенсивности, тогда как в случае обычного уранового реактора для этого требуется полная выгрузка топлива.

➕Безопасностью отличаются и жидкосолевые реакторы:
📍с одной стороны, смесь расплавленных солей находится в активной зоне реактора под низким давлением, что исключает возможность взрыва;
📍с другой стороны, любое повышение рабочей температуры приводит к повышению плотности солевой смеси, что, в свою очередь, оборачивается замедлением реакции и падением температуры.

Гидроустановка для низкого перепада воды

🌊Компания Turbulent, основанная в 2012 г. в Бельгии, запускает в массовое производство гидроустановки, которые могут вырабатывать электроэнергию на реке или водоканале с перепадом высот от одного до пяти метров. Гидроагрегат мощностью от 15 до 70 киловатт (КВт) способен ежегодно генерировать от 120 тыс. до 560 тыс. киловатт-часов (КВт*Ч) электричества, что достаточно для обеспечения от 50 до 500 частных домохозяйств.

⚙️Гидроустановка работает за счёт отвода воды в обводной канал, по которому она поступает в турбину, после чего возвращается в основное русло. Основным элементом турбины является механическая крыльчатка, которая вращается с течением потока, создавая вихрь низкого давления. Кинетическая энергия, вырабатываемая с вращением крыльчатки, передается электрическому сердечнику. Внутри ядра турбины расположен редуктор, который передает ее мощность на генератор, где она преобразуется в электричество. Наклон лопастей турбины можно подстраивать под силу потока воды, чтобы максимально повысить производительность. Гидроустановка включает в себя также шлюз для управления потоком, защитную сетку для фильтрации поступающей воды и корзину для сбора подводного мусора.
https://globalenergyprize.org/ru/2022/03/29/gidroustanovka-dlya-nizkogo-perepada-vody/

H2 не для хождения по морю❓

Применение возобновляемых источников энергии на судах на данном этапе развития возможно лишь в качестве отработки пилотных проектов или с целью проведения экспериментов для дальнейшего развития низкоуглеродных технологий. Так, например, в настоящий момент в Японии отрабатывают пилотные проекты по использованию в качестве топлива водорода или аммиака на кораблях.

🗣«Сейчас в качестве эксперимента на морских кораблях отрабатываются технологии по использованию «зелёного» водорода или аммиака. Эти проекты реализуются в рамках борьбы за снижение углеродного следа. Их экономическая эффективность и безопасность также пока под вопросом из-за затрат на выработку самого водорода или аммиака и сравнительно малого опыта практического использования этих технологий. Потребуется значительное время для наработки опыта и совершенствования подходов к таким технологиям. С энергетической точки зрения, хорошая турбина на судовом топливе по КПД не уступает водородной установке», — комментирует заведующий лабораторией новых материалов для солнечной энергетики факультета наук о материалах МГУ имени М.В. Ломоносова Алексей Тарасов.
https://yangx.top/globalenergyprize/2412

Петротермальные недостатки и достоинства

Данные проекты не только помогли определить желаемые технические характеристики петротермальных станций. Также они выявили ряд серьёзных технических проблем использования данной энергетики.

➖Среди них:
📌высокая цена бурения, которая может достигать 60% от общих затрат по проекту,
неопределённость и малое время жизни скважин,
📌падение температуры со временем,
📌низкий КПД извлечения тепла, составляющий пока 1 — 5% от запаса,
📌необходимость больших объёмов воды и её потери в системе,
📌быстрая коррозия оборудования
📌и другие.

➕В то же время данные проекты продемонстрировали и значительные преимущества петроэнрегетики, каких нет у других источников энергии. Среди плюсов:
📌такие электростанции работают непрерывно и не зависят от времени года или погоды,
📌петростанции можно устанавливать практически в любой точке Земли, в том числе в местах потребления без значительных затрат на системы хранения энергии,
📌эти станции не требуют больших площадей,
📌а ещё они работают по системе замкнутого цикла без выбросов парниковых газов.

Плюсы тория. Часть 2

Проект, разработанный Flibe Energy, предполагает ещё один, помимо перечисленных, механизм защиты реактора – замерзшую соляную пробку, установленную на дне корпуса. Алгоритм такой:
➡️при отключении питания она быстро тает;
➡️талая топливная соль стекает в резервуар для хранения,
➡️что приводит к прекращению процесса деления.
Это должно позволить предотвратить риск расплавления активной зоны реактора.

➕Другим преимуществом проекта должен будет стать сравнительно высокий уровень экологической безопасности. По оценке Flibe Energy, реакторы на тории и фториде лития будут генерировать в тысячу раз меньше ядерных отходов, чем легководные реакторы, в которых в качестве теплоносителя используется обычная вода.

❗️Кстати, компания реализует свой проект почти одновременно со швейцарским стартапом Transmutex, который к началу 2030-х гг. собирается создать полноценный коммерческий аналог ториевого реактора. Основой для стартапа стали идеи итальянского учёного Карло Руббиа, нобелевского лауреата и обладателя премии «Глобальная энергия», который ещё в 1980-е гг. предлагал использовать ускоритель протонов для создания источника нейтронов высокой интенсивности.

В продолжение темы американских трубопроводов - крупнейшие НПЗ США. Значительная часть этих предприятий сосредоточена в одном штате.

Петротермальные перспективы

🗓Анализ петротермальных ресурсов и потенциальных возможностей их использования в США показал, что на глубинах до 10 км содержится в 130 тысяч раз больше годового потребления энергии этой страны. Даже при низком КПД извлечения в 1,5% её хватит на 2 000 лет, а для усовершенствованных технологий – на 20 000 лет даже без учёта её возобновления. Мало того, предварительные расчёты показывают, что к 2030 г. возможно достичь нормированной себестоимости электроэнергии (LCOE) таких проектов до 6 центов за кВч. То есть этот показатель является одним из самых низких для энергетического сектора.

🇺🇸Подобные оценки привели к тому, что США в 2019 году запустили специальную программу по развитию петротермальной энергетики – «GeoVision: Harnessing the Heat Beneath Our Feet». Согласно программе, уже к 2050 г. производство электроэнергии петростанциями может достичь 60 ГВт. Это составит 3,7% от общей установленной мощности США в 2050 году, а по производству — 8,5% всей выработки электроэнергии в США. По прямому использованию тепла петроэнрегетика может выйти к 2050 году на уровень 320 ГВт вместо текущих 0,1 ГВт.

👉Более подробно тема использования геотермальной и петротермальной энергии раскрыта в новом докладе «Глобальной энергии» «10 прорывных идей в энергетике на следующие 10 лет».
https://yangx.top/globalenergyprize/2429

География гидроустановки

Перспективную разработку Turbulent можно использовать как в общей сети, так и в автономном режиме (для обеспечения удаленных территорий). Разработка уже нашла применение в пяти странах:
🇫🇷Во Франции она снабжает электричеством завод по очистке сточных вод.
🇪🇪В Эстонии с её помощью обеспечиваются частные домовладения в городе Отепя.
🇮🇩На острове Бали такая гидроустановка питает кампус для школьников и студентов, изучающих вопросы устойчивого развития.
🇨🇱В Чили она подаёт электроэнергию на одну из птицеводческих ферм.
🇵🇹В Португалии такая установка работает в курортном заповеднике Вале-дас-Лобас.

Семь новых установок общей мощностью чуть более 520 КВт сейчас находятся на стадии строительства:
🇬🇧В Великобритании разработка Turbulent будет использоваться для поставок энергии на электрозаправки города Денвер.
🇨🇬В Конго такая установка вместе с электрическими генераторами будет использоваться на местных предприятиях сельского хозяйства.
🇸🇽На Филиппинах она будет снабжать электроэнергией деревни на острове Манданао.

Н2 как драйвер декарбонизации

Процесс потребления водорода не ограничивается лишь его производством. Ведь также существуют процессы
✔️накопления и хранения,
✔️преобразования в электроэнергию или обратно в воду,
которые довольно затратны.

Между тем, достижение цели декарбонизации возможно за счёт водорода, произведённого по методу электролиза воды на основе генерации ВИЭ. Развитие данного направления входит в число 17 взаимосвязанных целей устойчивого развития (ЦУР) ООН, соответствует её седьмой цели — «Недорогая и экологически чистая энергия».

Из доклада «Чистые технологии для устойчивого будущего Евразии»

Буксиры с нулевыми выбросами

🛥Нидерландские компании Value Maritime и Carbon Collectors проведут совместное исследование проекта по созданию углероднонейтральных буксиров. Они будут оснащены дизельными двигателями с системой улавливания выбросов. Для этого компании планируют использовать разработанную Value Maritime систему Filtree, которая позволяет улавливать серу и углекислый газ из выхлопов морских судов.

Эта система предназначена для малых и средних судов (с мощностью двигателя от 3 до 15 мегаватт). Она состоит из нескольких элементов:
📌компактного газоочистительного корпуса для улавливания парниковых газов;
📌переносного резервуара для закачки, хранения и последующей транспортировки CO2;
📌системы для очистки балластной воды, которую используют грузовые суда для обеспечения устойчивости.
Система Filtree уже нашла опытное применение: за прошедший год она была установлена на судах морских грузоперевозчиков
👉JR Shipbuilding,
👉Wijnne Barend,
👉Boomsma Shipping.
https://globalenergyprize.org/ru/2022/03/30/buksiry-s-nulevymi-vybrosami/