Заархивировано

Эта тема находится в архиве и закрыта для дальнейших ответов.

Насон Грядущий

Альтернативные источники энергии

Рекомендуемые сообщения

КПД новой солнечной батареи достиг рекордных 44,7%!

 
Лучший представитель мира фотоэлементов — рекордсмен мая 2013-го — только что потерял свою уникальность, став вторым и уступив сентябрьской новинке. Не кажется ли вам, что такие темпы чреваты скорым продвижением солнечной энергетики «в народ»?
     

Исследователи во главе с Франком Димротом (Frank Dimroth) из Института гелиоэнергетических систем Общества им. Фраунгофера (ФРГ) создали новый многослойный фотоэлемент, показавший рекордный на сегодня коэффициент полезного действия. Запоминаем его: 44,7%.

 

00a2eca3f3fe12f47b7dfadfb45ab909_resized

Каждый отдельный фотоэлемент нового типа весьма и весьма мал. Мы вот, например, его почти не видим :-). (Здесь и ниже иллюстрации ISE / Soitec.)

Несмотря на то что конечная цель немецких учёных — круглые 50%, нынешний показатель тоже не лыком шит. То есть исключительно высок: 44,7% всего солнечного излучения, от инфракрасного до ультрафиолетового, — это поистине Показатель. И хотя сэндвич из полупроводников, использованный для его достижения, значительно дороже обычных однослойных кремниевых батарей, такой фотоэлемент может трудиться при концентрации солнечного света зеркалами, до 297 раз превосходящей обычную освещённость летнего полудня.

 

Напомним: предшествующий рекорд был поставлен той же научно-технологической группой в мае 2013 года. И это были 43,6%.

 

Нынешний результат достигнут при помощи солнечных батарей с четырьмя p-n-переходами, когда квартет разных фотоэлементных подъячеек поглощает излучение определённой длины.

 

В норме полупроводники, составляющие каждую подъячейку, не могут быть выращены друг на друге. Для того чтобы реализовать такую солнечную батарею, её конструкторы применили сращивание подложек, на которых рос кристалл каждого из полупроводниковых слоёв. Этот процесс заметно сложнее используемого для создания обычных батарей, но и итоговая эффективность вдвое выше. При этом площадь новых фотоэлементов может быть в сотни раз меньше, что компенсирует высокую стоимость производства многослойных структур.

 

Стоимость же зеркальных поверхностей, применяемых для концентрации света на центральном фотоэлементе, намного ниже, чем у привычных солнечных батарей. К тому же технологически они не бог весть что, то есть могут быть произведены на месте, что снижает транспортные издержки.

 

f2d828f69e453ed2e515866d725df912_resized

Установка Soitec, преобразующая концентрированный солнечный свет в электроэнергию.

А теперь коротко о том, зачем нам с вами это надо. Вспомним для примера космос. Там многослойные солнечные батареи применяются довольно давно, ибо в этих горних высях приоритетна не цена, а качество и лёгкость энергоисточника. Коммерциализацией же подобных многослойных технологий на Земле с 2005 года занимается Soitec — стартап, сотрудники которого начинали в Институте гелиоэнергетических систем Общества Фраунгофера. Нынче установки по использованию концентрированного солнечного света эксплуатируются уже в 18 странах, в первую очередь в Италии, Франции, Южной Африке и штате Калифорния (США). По мере дальнейшего роста КПД компания, безусловно, значительно расширит географию своего бизнеса за счёт меньших цен, напрямую конкурируя с кремниевыми аналогами, у которых сейчас больше рынка.

 

И если немцы всё-таки сумеют подобраться к чистым 50%, всё это легко может стать реальностью.

 

Подготовлено по материалам Института гелиоэнергетических систем Общества Фраунгофера. Изображение на заставке принадлежит Shutterstock.

Поделиться сообщением


Ссылка на сообщение
Поделиться на другие сайты

АЛЬТЕРНАТИВНАЯ ЭНЕРГЕТИКА ПЕРЕЖИВАЕТ ПАТЕНТНЫЙ БУМ

 

За последнее десятилетие резко увеличилось количество патентов, касающихся технологий получения энергии из возобновляемых источников. Несмотря на то что географически этот рост был очень неравномерным, он демонстрирует очевидное наращивание вложений в этот сектор по всему миру.

 

Специалисты Массачусетского технологического института (США) были удивлены итогом автоматической обработки патентов из баз данных официальных патентных ведомств. Используя вместо стандартной классификации поиск по тексту самих изобретений, они пришли к выводу, что в 1970–2009 годах появилось более 73 тысяч новых патентов, имеющих отношение к получению энергии из разнообразных источников.

a86b10b03541df40aeb972368039b843_resized

Хорошо видно, что «возобновляемые источники» по темпам роста числа выданных патентов обгоняют всё другие виды энергетики. Обратите внимание на плоскую линию «мирного атома»: при таких темпах инноваций остаться конкурентным ему будет тяжело. (Здесь и ниже иллюстрации Jessika Trancik.)

При этом патенты по ядерной энергетике за названный период демонстрировали довольно плоский график, а разработки, связанные с тепловой энергетикой, численно росли умеренно. Несмотря на то что внедряются, мягко говоря, далеко не все запатентованные изобретения, само их количество в той или иной отрасли красноречиво свидетельствует об общем направлении развития. В частности, в 2004–2009-м количество гелиоэнергетических патентов росло на 13% в год, а изобретений, касающихся ветровой энергетики, — на 19%, обгоняя даже такие области, как производство полупроводников и связь.

 

Сходная тенденция заметна и на бóльших временных отрезках. К примеру, в 1975–2000 годах возобновляемые источники энергии имели лишь 200 патентов в год, а в последующие девять лет — свыше тысячи. Для тепловой энергетики этот показатель вырос со 100 до 300, указывая, вероятно, на куда бóльшую технологическую зрелость этой отрасли — и вместе с тем на меньшую скорость её развития.

 

Особенно интересна статистика по странам. Скажем, привычка обвинять китайцев в копировании технологий, похоже, не совсем оправдана. Патентов с международным признанием КНР в области возобновляемых источников энергии выдаётся не просто много, а очень много: по новым патентам, касающимся солнечной энергетики, Китай находится на третьем месте в мире, сразу за США, где объёмы инвестиций в этот сегмент, по всей видимости, даже выше. Причём в последние годы количество таких патентов увеличилось особенно сильно. «Китай... сорвался с места», — формулирует возглавлявшая исследование Джессика Транцик (Jessika Trancik).

 

Количественно больше всего патентов у Японии, показатель которой превосходит суммарные результаты США и КНР вместе взятых. И этот итог предсказать было не очень трудно. Страна взяла курс на замещение сначала атомной энергетики, а затем и тепловой на солнечную генерацию, намереваясь добиться результата в кратчайшие сроки. 

 

Интересен и список «аутсайдеров». Так, «альтернативно-энергетические» патенты выдаются в России, Австралии и Франции с примерно одинаковой частотой. Но если учесть драматически разную численность населения этих государств, то Россия резко отстаёт. Впереди этой группы и сразу за троицей Япония, США, КНР следуют Германия и Великобритания. В остальных же евространах, а также в Индии и ЮАР соответствующая патентная активность ещё меньше.

 

В принципе, количество патентов теснейшим образом перекликается с реальным освоением возобновляемой энергетики, и даже сравнительное отставание Германии по патентам при текущем лидерстве в практическом внедрении не должно обманывать: ФРГ строит свои гелиостанции в большой степени за счёт импорта из той же КНР, а США не столь энергично внедряют солнечную энергетику как из-за более дешёвого (американского, а не российского) газа, так и в силу более сдержанного госвмешательства в энергосектор в целом (хотя без такого вмешательства никакие прорывные технологии в энергетике нынче «не идут»).

 

Несомненно, Япония, сочетающая как мощнейшее госвмешательство, так и интенсивность исследований, и близкий ей (в этом смысле) Китай — главные претенденты на развитие гелиоэнергетического сектора на основе собственного производства.

 

bc05c3884803f686158aa2ceb2ef0f89_resized

Количество патентов в области фотоэлементных разработок говорит само за себя. Особенно непонятна относительно высокая цифра по России. Много ли вы знаете солнечных электростанций в нашей стране? А если нет, то кто столь интенсивно работает «в стол»?

Любопытна ситуация с Россией, которая, как оказалось, всё же что-то патентует, однако ничего не внедряет, ибо систематическое госвмешательство в возобновляемой энергетике просто отсутствует. И если в стране случайным образом существуют государственные вливания в разработку таких технологий, они представляются абсолютно бессмысленными, ибо внедрение им решительно не грозит (при нынешней экономической «политике»). Даже Украина, отстающая по количеству патентов, резко обгоняет РФ по реальному внедрению: за семь первых месяцев 2013 года там введено солнечных электростанций на 275 МВт установленной мощности.

 

Отчёт об исследовании опубликован в интернет-журнале PLoS ONE.

 

Подготовлено по материалам MIT News. Изображения на заставках принадлежат Shutterstock (1 и 2.)

Поделиться сообщением


Ссылка на сообщение
Поделиться на другие сайты

В Астрахани открыта первая из 16 многотопливных АЗС

 

mnogotoplivnaya-azs2-300x225.png

 

В Астрахани запущена уникальная АЗС, позволяющая заправлять автомобили как традиционными видами топлива, так и компримированным природным газом.

Компания «Эктоойл» открыла первую из запланированых 16 в регионе многотопливных заправочных станций. Новая АЗС уникальна тем, что заправить автомобиль можно как бензином и дизелем, так и компримированным природным газом.

Заправленный метаном автомобиль может эксплуатироваться в самых экстремальных климатических условиях. В два раза увеличивается срок эксплуатации двигателя. Новое топливо экологичное и безопасное, даже в случае утечки не создает взрывоопасной концентрации. Учитывая, что уровень вредных выбросов при его использовании в несколько раз ниже, чем у бензина.

Генеральный директор компании «Эктоойл» Сергей Боловин рассказал, что в планах компании в ближайшее время создание сервисных центров и центров по переоборудованию автотранспорта. Также он сообщил, что планируется открытие таких АЗС не только в черте города, но и в области.

На торжественном открытии АЗС присутствовал губернатор Астраханской области Александр Жилкин.

В Астраханской области с открытием первой многопрофильной АЗС начинается формирование инфраструктуры заправочных станций с использованием компримированного газа.

http://runews24.ru/society/29112013-pervaya-mnogotoplivnaya-azs.html

Поделиться сообщением


Ссылка на сообщение
Поделиться на другие сайты

ИТОГИ-2013: КОНЕЦ АЛЬТЕРНАТИВНОЙ ЭНЕРГЕТИКИ

 

Есть две точки зрения на происходящее в мировой энергетике, и обе они неправильные, это понятно. Но что в этом бедламе разноречивых экспертных оценок делать нам, обывателям?

 

Почему у нас не делают комбайнов? 

Нет нужды говорить о роли цены киловатт-часа в экономике. Впрочем, простите, нужда есть: с советских времён детальная оценка издержек производственного сектора как-то ушла из массового сознания. Поэтому коротко напомним: когда наш текущий автократор в сентябре этого года созывал производителей сельхозтехники, чтобы выяснить, «почему у нас не делают комбайнов», глава «Росагромаша» представил монарху объяснительную записку. Её содержание можно резюмировать так: трактора в России производить экономически нецелесообразно, а в Канаде — целесообразно. Текст авторства вышеупомянутого К. Бабкина выдаёт, разумеется, полное незнание канадских реалий или, того хуже, прямой обман государя. Так, бизнесмен считает, что в Виннипеге квалифицированному рабочему можно платить много нижевиннипегского же МРОТ. Что сказать: ещё Юрий Самарин, знаток русской деревни XIX века, отмечал: «Умный крестьянин в присутствии своего господина притворяется дураком, правдивый бессовестно лжёт ему прямо в глаза, честный обкрадывает его, и все трое называют его своим отцом». Само собой, записки барину с просьбой о мерах господдержки отечественного сельхозмашиностроения только глупый крестьянин будет составлять вполне честно.

 

d9361795db1afa7a923904d128b59ba7_resized

Несмотря на сланцевый газ, США строят всё меньше метановых ТЭС (голубые) и всё больше ветряков (зелёные) и гелиоэлектростанций, хотя график почти не включает частные солнечные батареи на крышах. В Европе новая тепловая генерация вообще не покрывает выбытия старой, то есть сектор ТЭС сокращается на фоне буйного роста эолового и солнечного. (Илл. EIA, DOE.)

И всё же ни в одной дезинформации не может быть только дезинформация: для убедительности туда добавляют правду. И действительно, замечает г-н Бабкин, хотя газ в России много дешевле, чем в Канаде, электричество для предприятий, из него получаемое, почему-то куда дороже: 12 центов за кВт•ч против 5,5 цента. Однако в машиностроении роль сжигаемого газа всё же ниже, чем электричества: от метана не работают станки. «Таким образом, издержки тракторного завода на электроэнергию при переносе в Российскую Федерацию вырастут на... млн долларов США, что значительно превосходит экономию на газоснабжении», — резюмирует предприимчивый г-н. 

 

Всё это относится не только к машиностроению: распространённое заблуждение, что в Китае «делается всё» только из-за малой оплаты труда, не соответствует реальности. Во множестве стран народ не менее трудолюбив, готов работать за копейки, но без компартии у власти и соответствующих четырёх центов за киловатт-час они не станут мастерской мира, ведь промышленность нуждается в энергии не меньше, чем в труде. Увы, КНР для достижения этого статуса использует тот же источник, что и Англия XIX века: уголь. Спутниковые фотографии чёрных туч над китайскими городами, огромное количество заболеваний, спровоцированных всеми этими вкусностями... В общем, стремление многих получить одновременно чистую и дешёвую электроэнергию более чем понятно.

 

Почему в России нет альтернативной энергетики, или «У богатых свои причуды» 

 

Почему Россия так и рвётся остаться в стороне от этого процесса? И российские энергоспецы, и простые интеллектуалы почти единодушны: «Из всего, что в мире сегодня развивается в части альтернативной энергетики... всерьёз можно говорить только об использовании солнечной энергии в странах, расположенных значительно южнее нас»; «Солнечная батарея за весь срок службы выработаетнемногим больше энергии, чем уйдёт на её производство. Прочие виды новомодной альтернативной... энергетики столь же катастрофически нерентабельны» (фактически на тот момент EROI фотоэлементов уже превысил 6); «Альтернативная энергетика никакой альтернативы не даёт». Вот, например, что говорит нам один вице-президент одной российской энергокомпании Александр Полушкин : «У богатых свои причуды... не являются источниками, на которые можно рассчитывать... В баланс энергогенерации... не входят — национальный энергобаланс рассчитывается без них».

 

e3d378e0f699dceb6d771e1a242db1b9_resized

Ветряки пока остаются становым хребтом новой энергетики. Обогнать их солнечные батареи смогут лишь к концу этого десятилетия — началу следующего. (Фото Reuters.)

Секунду, как же это «без них»? Что, прямо вот так и считают национальный энергобаланс какой-нибудь Дании — просто выкидывают треть генерации и считают? Не спрашивайте нас о таких вещах: бизнесмен этот российский, а русская душа — потёмки.

 

А что зарубежные товарищи? Здесь нам ситуация более понятна, о ней и поговорим. Множество наблюдателей замечают, что 2013-й стал последним годом существования так называемой альтернативной энергетики. Термин явно изжил себя: ветер, солнце и прочее производят слишком много энергии, чтобы говорить о них как об альтернативе традиционным источникам. Что ещё более важно, в Европе они уже составляют основную часть вводимых в строй мощностей электростанций, к тому же движется и ситуация в США. По сути, это уже мейнстримные виды энергетики, которые честнее всего назвать просто возобновляемыми. 

 

Кто-то нашёл ветер в поле, причём сразу на $40 млрд в год 

 

И их прогресс впечатляет. В 2013 году общая мощность ветряков впервые превысила 300 ГВт (более 5% от общемировых энергомощностей), а произвели они более 500 млрд кВт•ч, то есть половину от общероссийской годовой генерации и столько же электричества, сколько за год тратит Германия — шестая страна по его потреблению. Эти полушкинские «У богатых свои причуды» расцвечиваются особыми оттенками на фоне того, что крупнейшей по эоловым мощностям страной является Китай — держава, богатство жителей которой действительно трудноописуемо. Режет глаз и роскошь четвёртой по ветромощностям Индии и, безусловно, зажравшейся Никарагуа, получающей от ветра каждый четвёртый киловатт-час.

 

Дело в том, что средняя стоимость энергии ветра хотя и резко колеблется в зависимости от места установки, составляет сейчас около 8 центов/кВт•ч — то есть в полтора раза меньше, чем вы, читатель, платите за дешёвую электроэнергию из газа. Да, пока так вырабатывается лишь каждый сороковой киловатт-час на Земле, но десять лет назад этот показатель был ровно в десять раз ниже, так что уже до конца этого десятилетия мы можем ожидать серьёзного изменения доли ветра в мировом энергобалансе. Новые ветряки всё выше и мощнее, что снижает цену производимой ими энергии, и именно ветроэнергетика по итогам 2013 года продолжила уверенный рост (несмотря на свёртывание субсидий для неё в тех же США) и ещё несколько лет будет крупнейшим видом возобновляемой электрогенерации после больших ГЭС. 

 

Но всё ли безоблачно над ветряными мельницами? Увы, нет. Наземные ветряки хороши всем, кроме а) ограниченности количества тех мест, где ветер над землёй быстр, и б) непостоянства. Над морем ветра куда стабильнее и приличную скорость имеют в большинстве мировых прибрежных зон. Казалось бы, за чем дело стало! Офшорные ветряки в этом году даже поставили рекорд, впервые превысив общую мощность в 7,1 ГВт. 

 

Но дело не только в том, что это лишь сороковая часть общемировых мощностей ветряков. Как и все «офшорники», они имеют фундаменты, покоящиеся на морском дне, часто в десятках метрах от поверхности. Такие циклопические сооружения дόроги, и морская эоловая энергия сейчас в 2–3 накладнее наземной, да и располагают их, как показывает ряд исследований, неправильно. Есть выход: ветряки могут быть плавучими, и в Японии уже работает первый образец такой установки мощностью в пару мегаватт. Увы, действительно мощного всплеска «офшорников» нам придётся ждать ещё несколько лет, благо до обретения плавучести производимое ими электричество не может конкурировать с наземным ветровым.

 

Равнение на Солнце 

 

Солнечная энергетика в 2013 году росла не так интенсивно, как в 2012-м, и это ожидалось: по мере роста конкурентоспособности субсидии на неё падают, а в ряде стран уже вплотную подошли к рубежу, когда гелиоэнергетика требует перестройки сетевого хозяйства и создания накопительных мощностей вроде гидроаккумулирующих электростанций. И всё же рост есть, и особенно радует в нём то, что это рост, основанный на экономической целесообразности, а не на абстрактном желании «чего-нибудь зелёного», как это было несколько лет назад.

 

Самым верным признаком настоящего расцвета солнечной энергетики следует считать то, что с ней наконец-то стали бороться. В США Hawaiian Electric Co. недавно разослала своим вассалам (или, как их называют некоторые энергокомпании, «клиентам») письма, в которых сообщила, что более не собирается бесплатно подключать их солнечные батареи к сети, постольку «это может привести к чрезмерному росту напряжения». Хотите продавать сетевой компании электричество от своих батарей днём, чтобы потом брать у неё энергию вечером? Платите, причём так, что смысла в покупке батарей и их установке на крышу уже не будет.

 

956231c6680d41c5cd9afa0fafd0b2e6_resized

Отслеживающие положение солнца панели не просто вырабатывают в полтора раз больше энергии, но и делают это куда равномернее, без резких провалов утром, вечером и зимой. (Фото Qbotix.)

Аргументы гавайской компании кажутся странными: она производит электричество, сжигая нефтепродукты. Такие станции сравнительно быстро запускаются и быстро же останавливаются: это ведь не атомный реактор. Следовательно, бороться с перепроизводством солнечной энергии в полдень ей просто, достаточно лишь отключить мазутные чудовища, электричество от которых обходится гавайцам в 6–7 рублей за киловатт-час. Ситуациюкомментирует энергетик Чарльз Вонг (Charles Wang): «Вот смотрите: я из будущего, а эта энергокомпания — 360-килограммовая горилла. Если вы загоните её в угол, она бросится на вас. Именно это сейчас и происходит». Он прав: Hawaiian Electric Co. — частная компания. И она хочет не покупать электричество у простых гавайцев, а, напротив, продавать им его. А как это сделать, когда уже 10% всех домохозяйств Оаху, в которых проживают три четверти гавайцев, имеют на крышах солнечные батареи, а множество остальных намерены купить их в ближайшее время?

 

Мы можем лишь посочувствовать гавайцам, в то же время отмечая, что они уже начали загонять традиционную энергетику в угол — иначе бы горилла не бросилась. К счастью, не все штаты островные. Те сбытовые компании, что расположены на континенте, не настолько монополизировали свои энергорынки, чтобы выкидывать подобные трюки. Обратим взоры на Калифорнию — двенадцатую экономику мира, будь она независимым государством. Ещё в середине прошлого года там было всего 1 897 МВт солнечных батарей (2% от общемирового), сегодня — уже 2 800 МВт. В сутки, несмотря на то что на дворе отнюдь не май, они производят 17,5 млн кВт•ч, что вчетверо больше, чем все ветряки штата. Вы скажете: эка невидаль, эти калифорнийские яппи в год тратят столько же энергии, как половина Германии, и все эти ваши миллионы лишь 2,6% от общей генерации. 

 

Верно — правда, с поправкой на то, что с декабря 2012 года по декабрь 2013-го мощности гелиоэнергетики там выросли в 2,15 раза. Если в следующем году мы увидим то же самое, то уже в 2014-м Калифорния догонит Германию по доле солнца в общей генерации. К сожалению, это Америка: названные цифры относятся лишь к крупным солнечным электростанциям, надёжная статистика по домовладениям отсутствует, хотя их солнечные мощности и оцениваются на декабрь этого года примерно в 1 900 МВт, а растут они ещё быстрее, чем у не столь расторопных крупных компаний. С их учётом общая доля гелиогенерации в этом штате, по всей видимости, приближается к 4%. 

 

Причины бума очевидны: пятикратное удешевление солнечных батарей за пять последних лет привело к тому, что сейчас один киловатт-час они вырабатывают за 0,05 евро (7 центов/кВт•ч), подчёркивается в докладе Европейской комиссии. Так что в 2013 году, несмотря на некоторое снижение вложений, ожидается ввод примерно тех же 35 гигаватт установленной мощности, что и в 2012-м. Как видим, хотя инвестиции в новые солнечные электростанции второй год подряд падают, ввод их не снижается. Ещё больше (около 40 ГВт) он будет в 2014-м: Китай намечает ввести в строй сразу несколько собственных электростанций на солнечных батареях и в том же году, наверное, сместит Германию с первого места в мире по этому показателю.

 

В Европе всё не так весело: в той же Германии, несмотря на то что солнечная энергетика уже производит 5,6 % всего электричества, а в отдельные часы покрывает и вовсе более половины всех потребностей страны, рост ввода новых мощностей приостановился, не в последнюю очередь из-за сокращения правительственных субсидий. Нарастает и тревожность по поводу отсутствия накопительных мощностей: немцы уже сейчас в полдень экспортируют свою энергию соседям, однако и у тех энергорынок, что называется, не резиновый, и со временем этот вариант будет исчерпан самой жизнью.

 

Идеальным выходом было бы строительство ГЭС и ГАЭС, способных накапливать энергию в полдень и отдавать её ночью, но в ФРГ, как и вообще в демократических странах, такой вариант в принципе непопулярен. Поэтому наиболее перспективным решением проблемы там считают модификации вводимых в строй солнечных батарей. Уже сейчас четверть из 35 ГВт установленных мощностей фотоэлементов в Германии оснащены автоматическими выключателями, перекрывающими ток, идущий в сеть, если частота в ней превысит 50,2 Гц (перепроизводство энергии). Целый ряд компаний в отрасли нацелены на ввод в строй новых солнечных батарей, которые непрерывно меняли бы угол наклона в течение дня, увеличивая утреннюю, вечернюю и зимнюю генерацию, когда солнце стоит в небе не слишком высоко. Это не только в полтора раз поднимет общую выработку новых фотоэлементов на квадратный метр, но и снизит необходимость в использовании теплоэлектростанций утром и вечером.

 

Ещё более привлекательные перспективы несут нам вести не с гелиополей, а из лабораторий: в 2013 году наконец-то удалось найти теоретическое решение, позволяющее обойти предел Шокли — Квайсера, из-за которого эффективность солнечных батарей не может быть выше 33%. Причём решение это основано наперовскитах, дешёвых и малоэнергоёмких материалах. До созревания подобной технологии ещё годы лабораторного труда, однако и обещает она немало: 50% КПД вместо нынешних 20% кремниевых батарей, причём по весьма низким ценам.

 

Закономерный итог «сланцевого пузыря»: США отобрали у России и Аравии первое место по производству и газа, и нефти 

 

Третьей по важности новостью энергетики-2013, на наш взгляд, стало венчание на царство нового нефтяного короля. Если в 2012 году из-за резкого увеличения добычи сланцевого газа США столкнули Россию с первого места по добыче газа, то в 2013-м благодаря добыче нефти из нетрадиционных источников (в нашей прессе это часто называют «сланцевой нефтью») США сбросили не только Россию, но и Саудовскую Аравию с первого места по производству нефти. Более того, впервые почти за два десятилетия Америка стала производить больше нефти, чем потребляет, превратившись, по сути, в нетто-экспортёра. Причём перед нами явно не предел развития этой отрасли: новое исследование указывает на огромный потенциал получения нефти из керогена (компонент сланца) при помощи неиспользуемого тепла АЭС (а то и ТЭС), которых в США хватает. 

 

a1fec59135d0a19d78049e7f380a22fe_resized

Северная Дакота, газовый факел над типичным месторождением «трудной нефти». Она сделала США первым производителем нефти в мире, но какой экоценой? (Фото Eugene Richards.)

Но и достигнутый на сегодня уровень чрезвычайно важен, поскольку США сжигают больше нефтепродуктов, чем, например, Китай, Япония и Россия вместе взятые, то есть едва ли не четверть от общемирового потребления. Фактическая нефтяная самодостаточность этого крупнейшего в мире рынка должна значительно снизить возможности стран, экспортирующих нефть, и дальше повышать цены на неё. Не обойдётся этот сценарий и без минусов: на добычу нефти из таких источников тратится лишь в несколько раз меньше энергии, чем от неё можно получить, так что триумф «трудной нефти» в США заставит страну и дальше наращивать электрогенерацию.

 

Как понимает российский читатель, всё это серьёзно отразится на нашей экономике уже в ближайшие годы. Тем более что Штаты намерены и впредь наращивать добычу как газа, так и нефти изо всех новых источников. Как на это реагирует Россия? Ну, ожидаемо. «Нам не известен ни один проект в настоящее время, где рентабельность на скважинах, в которых добывается сланцевый газ, имела бы положительное значение. Абсолютно все скважины имеют отрицательное значение. Есть такое мнение, что это вообще пузырь, который всё равно в ближайшее время лопнет». Так считает Алексей Миллер, глава «Газпрома». Здесь всё прекрасно — и предположение, что первым в мире производителем газа можно стать за счёт нерентабельных скважин, и мысль о пузыре, который скоро лопнет.

 

f849ea43f464991ae1a122c8a01188b5_resized

Выращивание водорослей в пустыне? Но туда надо везти воду и удобрения, да и температуру регулировать. Сточные же воды в пластиковых трубах у крупных портов бесплатны, а морская вода за их стенками не даст растениям перегреться. (Илл. Sapphire Energy.)

Что ж, г-н Миллер, постоянство — признак мастерства. Ещё в 2011 году тот же персонаж на вопрос журналиста «В США и Европе всё чаще пытаются добывать газ. Ваши конкуренты становятся всё более самостоятельными. Не теряет ли Россия своего преимущества?», не моргнув глазом, молвил: «Россия уверенно занимает первое место в мире по добыче газа. И, на наш взгляд, в этой позиции мало что изменится. Так называемая революция сланцевого газа — это американский Голливуд». К чести работников «Газпрома», не все они не заметили, что г-н Миллер говорил этот как раз в тот момент, когда Россияуверенно теряла первое место в мире по добыче газа. Поэтому интервью всё же было втихую удалёно с сайта «Газпрома», показывая тем самым, что и там работают сравнительно вменяемые люди.

 

И всё же нельзя сказать, что все наши руководители высшего звена совсем уж яростно некомпетентны. Нынешний местоблюститель трона ещё в прошлом октябре заметил: «В США новые технологии... позволяют рентабельно добывать сланцевый газ. Есть там, правда, и проблемы, причём огромные, связанные с экологией, но... даже при низких внутренних ценах в США это становится выгодным». Как видим, при любой вертикали власти в нашей стране по-прежнему жив советский принцип: «Начальник лает — караван идёт». Наличие у госменеджеров высшего звена своего взгляда на вещи, радикально расходящегося с мнением руководства страны, — это несомненный признак того, что слухи об авторитарной сплочённости и даже якобы какой-то там дисциплине в нашем славном госаппарате, как всегда, преувеличены.

 

Бионефть на марше? 

 

Пожалуй, четвёртым во важности энергособытием года — хотя пока и не вырвавшимся за пределы лабораторий — следует назвать тихую биотопливную революцию. Сейчас это крайне сомнительное в экономическом и нравственном отношении мероприятие позволяет получать сжиганием биодизеля лишь в 1,3 раза больше энергии, чем тратится на выращивание растений, из которого его добывают. Группа учёных из лабораторий Министерства энергетики США в 2013 году смогла продемонстрировать, что эта ситуация может быстро измениться. Сначала исследователи показали, что микроводоросли можно выращивать в дешёвых прозрачных пластиковых трубах, плескающихся в воде у крупного портового города. Затем выяснилось, что получить из них нефть и немного топочного газа можно буквально за несколько десятков минут, причём нефть выходит отличная, и хотя конкретных цифр по энергорентабельности пока нет, следует ожидать, что они будут много выше, чем для биодизеля.

 

Это особенно важно на фоне роста добычи «трудной нефти»: её энергорентабельность так блика к биотопливу, что выращивание микроводорослей типа хлореллы может оказаться настоящей альтернативой экологически грязной тяжёлой нефти, добыча которой требует множества неприятных с «зелёной» точки зрения действий. Учитывая, что удобрениями для микроводорослей учёные предлагают сделать сточные воды больших городов (бесплатный в энергетическом смысле ресурс почти неограниченных размеров), затраты на их выращивание в принципе могут сравняться с ценой обычной нефти. Если это случится, окружающий нас ландшафт ждут некоторые перемены.

 

Подытожим: несмотря на уверенные шаги возобновляемой энергетики, ставшей наконец-то конкурентоспособной с тепловой по цене, проблемы накопления и хранения вырабатываемой ею энергии пока не решены. А значит, проникновение солнечной и ветряной электроэнергии в энергосистемы крупных стран всё ещё ограничено считанными десятками процентов. Отчасти именно поэтому мы и наблюдаем победное шествие таких сомнительных технологий, как «сланцевые» нефть и газ. Однако налицо и подвижки: более совершенные солнечные батареи, новые методы хранения энергии и экономически осмысленное водорослевое биотопливо могут заметно улучшить ситуацию с мировым энергобалансом без роста цен на электричество.

Поделиться сообщением


Ссылка на сообщение
Поделиться на другие сайты

ЗАЧЕМ ДЕЛАТЬ ФОТОЭЛЕМЕНТЫ СКОЛЬЗКИМИ И ТОНКИМИ?

 

В реальной жизни фотоэлементы сталкиваются с проблемами часто неожиданного характера, от решения которых тем не менее зависит сам факт их выживания на энергорынке. Справятся ли они с этими «вызовами повседневности»?

 

Все развитые страны, располагающие таким атавизмом, как производство солнечных батарей, находятся под колоссальным прессингом со стороны развивающегося мира. Называя вещи своими именами — в основном под давлением КНР. Европейцы уже запретили китайцам ввозить в ЕС такую продукцию дешевле чем по €560 за киловатт установленной мощности, а японцы недавно узнали, что в среднем импортные чайна-фотоэлементы обходятся островным потребителям на $480 за кВт дешевле, чем собственно японские. Но иначе и быть не могло, хотя здесь, конечно, интереснее другое: под бурным напором экспорта из Поднебесной задыхающаяся японская индустрия пытается хоть как-то оторваться от преследователя, и поэтому у неё получается кое-что весьма интересное.

Лёгкий шаг по раскалённым крышам 

 

80c9f060d986e3ac9552b2ba8854abf7_resized

Такасагский завод летом, по сути, стал энергопродавцом, не говоря уже о снижении температуры крыши. (Фото Asahi Glass.)

Asahi Glass Co Ltd. в этом году решила оснастить крыши своего производственного комплекса в Такасаго солнечными батареями общей мощностью 5 МВт. Но вот беда: несущая способность значительной части крыш оказалась лишь 10 кг/м², а удельный вес стандартной солнечной батареи (благодаря защитному слою из стекла) равен 12,5 кг/м². Впрочем, это частая ситуация; в таких случаях батареи ставят реже, что снижает мощность «электростанции на крыше». В описываемом случае было решено пойти по другому пути, применив новые фотоэлементы Fujipream Corp, использовавшей стеклянное покрытие Leoflex производства той же Asahi Glass. Толщина такого стеклопокрытия при равной прочности равна всего 0,8 мм против 3,2 мм у нынешних кремниевых батарей. В итоге их удельная масса падает до 6,4 кг/м², и их смело можно монтировать почти на любой крыше, собранной даже из тонких листовых материалов. 

 

Что не менее важно, теперь при креплении можно обойтись лёгкой рельсовой направляющей и зажимами, без необходимости дырявить крышу болтами, а сам процесс установки по времени сократился вдвое. Учитывая, что именно стоимость монтажа сегодня достигает трети цены фотоэлементных мощностей, это очень значимо для удешевления — настолько, что на этом фоне меркнет даже более высокая цена Leoflex. Впрочем, Asahi Glass утверждает, что массовое производство позволит серьёзно сбросить цену на Leoflex, ведь до сих пор продукт, по сути, был экспериментальным. С большой долей уверенности можно утверждать, что подобные облегчённые покрытия скоро начнут своё шествие и по остальном миру, удешевляя гелиомощности и повышая скорость их ввода. 

 

В ряде областей лёгким фотоэлементам вообще нет адекватной замены: лёгкие средства транспорта, использующие энергию фотоэлементов для движения,часто весят считанные десятки килограммов. Солнечные батареи для них действительно полезны, благо покрывают до 60% энергопотребления, позволяя проехать много больше обычного. Но даже один квадратный метр фотоэлементов означает рост массы на 20% — а новые Fujipream-устройства снизят этот прирост вдвое. 

 

Лёгкие батареи заняли значительную часть из 70 000 м² цеховых крыш. Это вызвало опасения производственников, ведь изготовление стекла — процесс, в котором выделяется огромное количество тепла, и для охлаждения помещений ранее использовались мощные разбрызгиватели водных капель, «поливавшие» крыши. Испарение жидкости охлаждало крышу, и вкупе с недешёвым кондиционированием воздуха помещений это снимало проблему. Предполагалось, что после установки фотоэлементов, из-за которых разбрызгиватели обессмыслились, затраты на охлаждение подскочат. Но на деле они уменьшились. Значительная часть энергии солнечных лучей преобразовывалась в электрическую, а другая часть переизлучалась в атмосферу в ИК-диапазоне, и в итоге температура в цехах даже упала, что позволило снизить затраты на кондиционирование: по сути, фотоэлементы как охладители оказались даже эффективнее былых разбрызгивателей!

 

Несколько неожиданная ситуация сложилась с эффективностью фотоэлементов в целом. При общей мощности в 5 МВт они генерируют в год 5,3 млн кВт, причём накопление пыли никак не влияет на эти цифры: панели установлены под углом 2°, из-за чего обычная дождевая вода смывает с них всё. Реальная энергоотдача оказалась даже несколько выше обещаний производителей, временами превышая потребности самой компании, особенно в летний полдень. Пользуясь ранее подключённой высоковольтной ЛЭП, Asahi Glass вынуждена продавать в сеть до 2 МВт выработки, по сути, из потребителя превратившись в одного из игроков энергорынка.

 

Рухнет ли солнечная энергетика под тяжестью снега? 

 

Не менее интересные новинки можно увидеть на севере Японии. Климат там похолоднее, чем на юге европейской части России, то есть со снегом, который не даёт работать солнечным батареям, в тех местах всё в полном порядке. Для борьбы с ним можно увеличить угол установки батарей, однако пока в Японии не принято использовать фотоэлементы, отслеживающее положение солнца и постоянно меняющие угол наклона. Если же постоянный угол установки фотоэлементной панели сделать бóльшим (к примеру, 45°), то она покажет себя во всю силу даже зимой (солнце ходит низко). Правда, летом, когда светило стоит прямо над панелями, солнечные лучи, будут, так сказать, недоиспользованы. А уже при 35° снег с панелей почему-то сам не падает, что ставит энергобезопасность того же Хоккайдо под угрозу. 

 

a7f4b51d46484abaaba81b433c846a83_resized

Обычно солнечным батареям под таким углом свобода от снега может только сниться. А секрет прост: силиконовая затирка в щелях между панелями (внизу), которые играют ключевую роль в удержании снега. (Фото Wakkanai City.)

Из-за этого 5-мегаваттная вакканайская гелиоэлектростанция провела ряд опытов с обычными солнечными батареями, и оказалось, что снег можно заставить соскальзывать даже с батарей под углом 30° — оптимальным для неподвижных панелей. Рецепт «модификации» до смешного прост: достаточно было затереть щели между стеклянными поверхностями панелей силиконовой затиркой из ближайшего строймагазина. Как подчёркивается, в заводских условиях это можно сделать гораздо быстрее и дешевле (хотя операция и так вышла недорогой), однако производители, по всей видимости, просто не задумывались над эксплуатацией фотоэлементов в условиях снежной зимы. В то же время опыт показал, что даже при таких «скользких» панелях «снежная» проблема не исчезает, а лишь из краткосрочной угрозы становится долгосрочной: по мере выпадения осадков снег, скатывающийся с панели, скапливается под ней, со временем закрывая её уже в качестве сугроба. Впрочем, подняв панель на тонких стальных опорах на 2-метровую высоту, о снеге можно забыть.

 

В итоге, рапортует мэрия Вакканая, этот самый северный японский город показывает коэффициент использования установленных мощностей гелиоЭС в 10,1–11,8%, при общенациональном в 12%. Для сравнения можно сказать, что вышеупомянутая такасагская ЭС при мощности 5 МВт вырабатывает за год почти столько же, сколько вакканайская. Иными словами, солнечные электростанции вполне совместимы со снегом, и он довольно слабо влияет на их работу в целом — если, конечно, установка проводилась осмысленно и с учётом местных особенностей. Значимость этого вывода трудно переоценить, в том числе и для России: Вакканай — место похолоднее, скажем, Саратова или Воронежа, не говоря уже о более тёплых российских регионах, и при этом куда более облачное. 

 

Подготовлено по материалам Tech-On!.

Поделиться сообщением


Ссылка на сообщение
Поделиться на другие сайты

ПРОТОЧНАЯ БАТАРЕЯ НА ОРГАНИЧЕСКИХ КОМПОНЕНТАХ И ДЕШЕВЛЕ, И ЛУЧШЕ ВАНАДИЕВОЙ

 

Непостоянство солнечной и ветровой генерации ограничивает их роль в энергобалансе буквально двумя–тремя десятками процентов. Кажется, новые батареи решительно изменят эту грустную ситуацию!

 

В Гарвардском университете (США) усилиями Майкла Азиза (Michael J. Aziz) и его сотрудников создан новый тип так называемой проточной батареи из весьма дешёвых материалов. Авторы разработки полагают, что она исключительно важна для триумфа возобновляемой энергетики. Попробуем разобраться, так ли это...

f5d9a4a69e46ce34938ede25ef83e15f_resized

Ночью новая батарея сможет снабжать одно домовладение запасённым днём гелиоэлектричеством уже при ёмкости в 2 000 л. Не идеал, но реальнее литиевой или свинцово-кислотной альтернативы. (Здесь и ниже илл. Eliza Grinnell / Harvard School of Engineering and Applied Sciences.)

Проточные аккумуляторы весьма надёжны, долговечны (более 10 000 циклов зарядки–разрядки) и, что особенно важно, дешевле литий-ионных на киловатт-час запасаемой энергии. Самый успешный из них — ванадиевый редокс-аккумулятор, основанный на изменении степени окисления ванадия в рабочем растворе. Всего состояний окисления используется четыре: в батарее есть две ёмкости с электролитом, насосы и центральная камера, в которой две жидкости разделены протонообменной мембраной. Одна ёмкость содержит ионы V5+, вторая — V2+. Когда аккумулятор заряжается/разряжается, электролиты закачиваются в камеру, где идут химические реакции, сдвигающие заряд ионов в ту или иную сторону. 

 

Из этой схемы очевидно, что в ней задействовано сравнительно немного ванадия, нет лития, а потому стоимость киловатт-часа ёмкости батареи может быть ниже $500 — той самой магической цифры, что до сих пор не позволяет электромобилям вытеснить своих вековых конкурентов. Что с ёмкостью? Она равна 20–30 кВт•ч/кг, что чуть ниже, чем у свинцовой батареи вашего авто, и в несколько раз меньше, чем у литиевой батареи вашего ноутбука. 

 

Тем не менее для крупномасштабных накопителей энергии, используемых в энергосетях для компенсации колебаний выработки энергии солнцем и ветром, ёмкость на килограмм не так важна, как ёмкость на доллар. Опять же долговечность даже лучших литиевых аккумуляторов сегодня всё ещё в несколько раз меньше, чем у проточных аналогов. Именно поэтому на японском острове Хоккайдо строится первая крупная накопительная станция на ванадиевых редокс-аккумуляторах ёмкостью в несколько мегаватт-часов. 

 

Увы, кроме японцев, пока охотников идти в этом направлении мало: по расчётам Министерства энергетики США, даже самые дешёвые ванадиевые батареи стоят нынче не менее $350 на кВт•ч ёмкости, в то время как для широкого внедрения цена должна упасть до $100 за кВт•ч. Улучшение технологии производства собственно ванадиевых батарей вряд ли поможет: только сам их ванадий стоит $81 на кВт•ч, то есть, как ни совершенствуй технологию, аккумулятор в комплекте будет всего на четверть дороже.

 

Именно поэтому группа Майкла Азиза взялась заменить ванадий на хиноны — органические соединения, используемые в животном и растительном мире для переноса электронов и протонов в процессе дыхания. В одной ёмкости своей экспериментальной батареи учёные разместили водный раствор хинона, а в другой — жидкий бром. При работе батареи каждая молекула хинона отдаёт через протонообменную мембрану пару протонов, а ещё два электрона — через отдельную цепь. В итоге в ёмкости с бромом из одной молекулы брома образуются две молекулы бромистого водорода. При зарядке к бромистому водороду просто подают электроны, и протоны от него переходят обратно к хинону. Кроме изменения направления работы насосов, ничего переделывать не нужно — и, что особенно важно, конвертеры и прочая электротехника, отвечающие за пиковую нагрузку, могут быть любой мощности и никак не связаны с общей ёмкостью батарей, определяемой объёмом накопителей с бромом и хиноном.

 

Что это значит? Если вы захотите «нарастить», скажем, литиевую батарею, вам придётся купить и накопительную ёмкость, и всю сопутствующую «электротехнику», поскольку функционально это единое целое. С проточными аккумуляторами таких ограничений нет, а потому стоимость накопления огромного количества энергии может быть очень умеренной — особенно если вам нужна не слишком большая пиковая мощность, как при хранении энергии, вырабатываемой фотоэлементами, которые стоят на вашей крыше.

 

От ванадиевых батарей новую хиноновую проточную отличает дешевизна компонентов: хинон накопителя почти идентичен хинону ревеня и распространён как в живой природе, так и в сырой нефти, отчего дешевле ванадия. На сам хинон приходится лишь $27 на киловатт-час ёмкости батареи, что ровно втрое меньше, чем для основного компонента ванадиевого редокс-аккумулятора. Следовательно, у такой или подобной батареи есть все шансы уложиться в прокрустовы $100 за киловатт-час, установленные в качестве ориентира Минэнерго США (кстати, спонсировавшим разработку).

 

Что не менее важно, хинон-гидрохиноновая реакция протекает примерно в тысячу раз быстрее, чем процессы восстановления и окисления ванадия. А это позволяет заряжать и разряжать такую батарею куда оперативнее ванадиевого варианта и в конечном счёте добиться много более стабильных параметров работы сети при той же номинальной ёмкости накопителей. «Я думаю, — говорит Майкл Азиз, — что химия, которой мы уже достигли, может быть лучшей из тех, что пригодны для стационарного накопления и хранения энергии. Вполне возможно, что она ещё и достаточно дёшева, чтобы пробиться на рынок. Но у нас ещё есть идеи, которые в огромной степени улучшат положение дел». 

 

18a6e4a768352de493c60b78e15e0175_resized

В ближайшее время Майкл Азиз собирается заменить ядовитый бром на ещё одну разновидность хинона.

Учёный намекает на то, что бром, вообще говоря, довольно дрянное вещество, в жидком виде весьма опасное для человека и весьма коррозионноактивное, к тому же ещё и замерзающее при -7,2 °C (хотя в работающей батарее замерзание ему вряд ли грозит). Идеальная проточная батарея в глазах исследователя будет иметь во второй ёмкости не его, а другую разновидность хинона — благо живые организмы всё же обходятся без брома в своих дыхательных процессах. Именно над такой заменой и корпит сейчас г-н Азиз. 

 

Впрочем, коммерциализация даже текущей технологии вполне вероятна уже в ближайшее время. Частная Sustainable Innovations, LLC намерена в срок, не превышающий трёх лет, представить на рынке демонстрационную версию такой батареи, пригодной для широкого использования. Среди первых потенциальных потребителей авторы разработки видят домовладельцев и коммерсантов, имеющих солнечные батареи на крышах принадлежащих им зданий. Похоже, с такими накопительными ёмкостями можно будет отказаться от покупки электричества у энергосетей!

 

Отчёт об исследовании опубликован в журнале Nature.

 

Подготовлено по материалам Harvard Gazette.

Поделиться сообщением


Ссылка на сообщение
Поделиться на другие сайты

ЭНЕРГИЯ МОРЯ: БУИ, МОРСКАЯ ЗМЕЯ И «ВОЛШЕБНЫЙ КОВЁР»

 

Не одними приливными электростанциями жива эксплуатация Мирового океана в энергетических целях. Но какой из способов окажется самым практичным?

 

Приливные электростанции (ПЭС) — это хорошо, что видно хотя бы из полувекового французского и не менее интересного (правда, не такого длительного) корейского опыта. Но у них есть фундаментальные ограничения: они работают только в прилив или отлив (последний, кстати, эксплуатируют далеко не все станции). В итоге КИУМ для них равен 24–26%, а пик выработки часто приходится на ночной минимум сетевого потребления. Другая деталь: ПЭС есть смысл ставить только там, где приливы и отливы особенно высоки. (Богатейшая в этом смысле страна — сами понимаете, какая — в развитии такого вида энергетики не спешит перешагнуть даже 2-мегаваттный рубеж.) Что ещё важнее, ПЭС могут работать только в составе больших энергосистем, а в реальном мире обеспечивать энергией надо и изолированные острова, и прочие места, лишённые доступа к сети.

859fe26dceb8125b6f35c3ac77e82d8a_resized

Oyster соединён с морским дном, поэтому его установка далеко в открытом море невозможна. (Иллюстрация Aquamarine Power.)

Буи Oyster 2

 

Один из концептов, пытающих избежать названных недостатков, — Oyster 2, разрабатываемый британской Aquamarine Power и использующий энергию волн в береговой полосе. На первый взгляд, это три буя, устанавливаемые поблизости от берега, обычно на глубине 10–16 м, но при этом соединённые с намертво заякоренным на дне грузом. При раскачивании буёв волнами рычажное соединение между ними и дном сокращается, нагнетая воду по трубе, ведущей на берег. Труба выходит на береговую полосу и подаёт воду в гидротурбину, имеющую мощность 2,4 МВт — как у приличного ветряка. Учитывая, что каждый буй предполагается длиной в 26 м, ясно, что это довольно материалоёмкая установка. Именно поэтому, чтобы проверить концепцию, в 2009 году разработчик начал с установки менее масштабных 315-киловаттных систем, которые действуют у Оркнейских островов вот уже пять лет, подавая электричество в общую сеть.

 

Очевидно, что это решение довольно громоздко, а установка требует ещё и огромной баржи. Тем не менее, несмотря на стоимость в $5 000–7 000 за киловатт-час установленной мощности, разработчики системы уверены в её экономической целесообразности. Да, говорят они, это недёшево, однако КИУМ электростанций довольно высок, ведь волны в полосе прибоя есть всегда (впрочем, это относится не ко всем побережьям), то есть генерация на каждый киловатт установленной мощности значительно выше, чем от фотоэлементов в умеренном климате или даже от ветряка. 

 

Кроме того, замечают в Aquamarine Power, острова, являющиеся главной целью их технологии, сейчас платят вдвое–втрое дороже за киловатт-час, чем потребители в крупных сетях. Это и впрямь крупная проблема островных экономик, причём её не удаётся побороть даже на таких немаленьких архипелагах, как Гавайский: вроде бы возможности для крупных инвестиций в энергетику там есть, а киловатт-час всё равно стоит 7–8 рублей. В таких местах системы наподобие Oyster 2 будут идеальны, уверены в компании.

 

В то же время у технологии есть два заметных невооружённым глазом недостатка. Первый — место. Западная Ирландия, многие участки побережья островов Тихого океана и тому подобные места действительно характерны сильным систематическим волнением у берега. А вот, скажем, на Балтике с береговыми волнами не всегда хорошо. Вторая проблема — механическая прочность. Чем сильнее воздействие волн, тем выше вероятность поломок. И хотя сама турбина вынесена на берег, соединение буя с дном при очень сильном волнении может серьёзно пострадать, что вынуждает компанию периодически ремонтировать свои экспериментальные установки. Нельзя сказать, что это дорого или долго, но возникновение перебоев в любом случае не является плюсом для системы круглосуточного автономного энергоснабжения. Кроме того, в сильные штормы наблюдается пиковая генерация, которую, вообще говоря, некуда девать. Сейчас проблема компенсируется недовнедрённостью технологии, делающей лишь первые шаги, но что будет потом?

 

«Морская змея» Pelamis Wave Power Converter

 

Совсем другие идеи лежат в основе проектов британской же Pelamis Wave Power. Представители этой компании считают, что полоса сильного прибоя есть не везде, а механические поломки в ней вероятнее, чем в открытом море. Они используют соединённые в цепь («морская змея») плавучие полупогружённые цистерны, которые самостоятельно плавают на поверхности, не имея связи с дном, кроме банального якоря. Кстати, даже он необязателен, поскольку установка может использовать плавучий якорь, не требующий контакта с дном.

 

Глубина, на которой работает установка, в идеале должна превышать 50 м, а устанавливают её в 5–10 км от берега, где хорошее волнение. Электричество вырабатывается в силу взаимного колебания отдельных секций, из-за чего гидравлические насосы закачивают воду под давлением внутрь секций. Стандартный Pelamis Wave Power Converter состоит из пяти таких устройств, каждое из которых имеет отдельную турбину, работающую от поступающей воды. С увеличением волнения жёсткость соединения секций «змеи» автоматически корректируется, и генерация электричества меняется с большей плавностью, чем сила волн. Несмотря на то что волны в море часто меняют высоту сильнее, чем в полосе прибоя, выработка установки не скачкообразна, так как её мгновенная мощность зависит не от высоты волны, а от её крутизны (с ростом волны увеличивается и её длина, так что кривизна в целом меняется не очень сильно).

 

efa7faf8795ecc791d131e8a474bd6c2_resized

«Змея» (Pelamis Wave Energy Converter) при мощности 1 МВт имеет длину 180 м. Чтобы не стать угрозой судоходству, она окрашена кричаще яркие цвета. (Иллюстрация Pelamis Wave Power.)

Компания уже создала несколько полуэкспериментальных установок мощностью 750 кВт и пару более крупных — на 1 МВт, показав их высокою живучесть. Чтобы противостоять волнам высотой до 30 м (заявленный безопасный максимум), «змея» самоориентируется по направлению волнения, что исключает боковые удары. Если волна обрушивается прямо над погружёнными звеньями «змеи», то последняя как бы подныривает под неё без серьёзных повреждений. Несмотря на высокую живучесть, предусмотрено быстрое (15 мин) сворачивание плавучего или обычного якоря «змеи» и буксировка последней в док. Коэффициент использования установленный мощности системы равен, в зависимости от характера моря, 25–40% — то есть он в несколько раз больше, чем для фотоэлементов, и даже чуть выше среднего для мировой энергетики.

 

Сейчас Pelamis Wave Power разрабатывает мегаваттную версию своей установки и планирует на 2017 год создание первой крупной электростанции мощностью 10 МВт. Кстати, такой гигант, как E. ON, и меньшая по размерам ScottishPower Renewables уже имеют по одному устройству Pelamis, проводя их долгосрочные испытания. В ближайшие годы они собираются построить несколько волновых электростанций на этой основе, с общей мощностью более 50 МВт.

 

Это начинание выглядит очень перспективно, хотя нельзя не заметить, что пока не вполне ясна окончательная цена киловатт-часа установленной мощности. Кроме прочего, причина в том, что каждая группа установок требует подсоединения к материку подводным кабелем, и от удалённости от берега и количества установок в группе этот компонент может резко меняться. Понятно, что чем больше «морских змей» в каждой волновой ферме, тем ниже удельная стоимость, но до начала массового развертывания таких систем сделать корректную оценку довольно сложно.

 

Водоизмещение 1-мегаваттной системы равно 1 350 т, длина — до 180 м, а диаметр — 4 м. С такими размерами очевидно, что стоимость вырабатываемой энергии будет зависеть ещё и от массовости производства подобной системы.

 

ef00ae9cc1522cc13f066805310b49ed_resized

«Волшебный ковёр» обещает извлекать с одного метра прибрежного калифорнийского дна столько же энергии, сколько фотоэлементы получают с 64 м² тамошней суши. (Иллюстрация UCB.)

«Волшебный ковёр» Резы Алама

 

Наконец, третий подход, авторства Резы Алама (Reza Alam) из Калифорнийского университета в Беркли (США). Он основывается на эксплуатации волн в прибрежной полосе, однако с самого начала нацелен на полное исключение повреждения системы волнами. Ради этого установку помещают на дно близ берега (до глубин в 18 м), где она под ударами волн колеблется, благо её верхняя часть сделана из полимерного «коврика». Под ковриком находятся насосы, которые от колебаний нагнетают воду по трубопроводу малого сечения на берег. Там эта вода под давлением может быть использована либо в турбине, либо в установке обратного осмоса для опреснения морской воды.

 

Последнее весьма важно, поскольку в малых энергосистемах спрос на электричество есть не всегда. И тогда невостребованную волновую энергию можно тратить на опреснение или запасать с помощью пневматического аккумулятора. Недавние испытания системы в опытных резервуарах показали, что, несмотря на придонное расположение, так можно извлечь до 90% энергии волн, причём вне зависимости от их высоты и амплитуды.

Среди недостатков этой технологии главным пока является отсутствие реальной проверки морем: первая опытная волновая станция такого типа будет построена лишь в 2016 году.

В то же время «волшебный ковёр» Резы Алама выглядит довольно здравой альтернативой другим методам использования волновой энергии, не в последнюю очередь благодаря способности к ослаблению волн над собой и, следовательно, неповреждаемости. По словам конструктора, результаты лабораторных экспериментов в условиях усреднённого калифорнийского побережья показали, что 100 м² его «ковра» дадут столько киловатт-часов, сколько 6 400 м² солнечных батарей, расположенных в той же местности. И, разумеется, работает «ковёр» не только днём. 

Поделиться сообщением


Ссылка на сообщение
Поделиться на другие сайты

ДОЛЯ ВЕТРЯКОВ И CОЛНЦА В МИРОВОЙ ГЕНЕРАЦИИ МОЖЕТ БЕЗБОЛЕЗНЕННО ДОСТИЧЬ 40%

 

Международное энергетическое агентство ревизовало традиционные представления о пределах роста возобновляемой энергетики в современном мире, заметно отодвинув их в будущее. Ну а среди выводов выделяется такой: проще всего такой рост удастся не развитым, а развивающимся странам.

 

Солнечная и ветровая энергетика выдают электричество не по потребностям, а по способностям. Из-за этого граница безопасной для энергосистемы доли возобновляемой энергии обычно оценивается в 20%. Конечно, в отдельных регионах, таких как Крым, или небольших странах типа Дании этот уровень может быть равным даже трети энергобаланса — но только за счёт переброски дневных излишков соседям и заимствования у них ночью.

Однако Международное энергетическое агентство (МЭА) решило задаться вопросом: а точно ли граница проходит именно по 20%?

 

На первый взгляд, идея странная: в США и ЕС (в 2013 году) уже случались моменты, когда стоимость фотоэлементной или ветряной энергии уходила «в минус»; по сути, продавцы доплачивали любому, кто забирал у них пиковую энергию. Как в таких условиях можно говорить о наращивании доли «зелёной» генерации выше 20%?

 

74793750270bf36d8df272fa8e29142b_resized

Лучшей на сегодня системой перераспределения возобновляемой энергии и её с использования в одной упряжке с тепловой обладает Техас, а вот остальные американские штаты тут существенно отстают. (Фото USFWS Mountain Prairie.)

Авторы доклада, подготовленного агентством, подчёркивают, что здесь всё дело в том, как именно эта варьирующаяся генерация организована. В качестве лучшего в мире примера они указывают на Electric Reliability Council of Texas (ERCOT) — орган, регулирующий взаимоотношения сетей в Техасе (США). Он сводит воедино прогнозы по ветру и облачности по всему штату и учитывает их в выработках среднесрочных и краткосрочных планов, касающихся возобновляемой энергии, после чего выдаёт нужные предупреждения генераторам энергии тепловой, заставляя их сократить или увеличить производство в зависимости от ситуации с солнцем и ветром в районах тех или иных «зелёных» электростанций.

 

Специалисты МЭА провели расчёты и пришли к выводу, что на подобной модели организации взаимодействия можно не только достичь 20-процентной доли выработки возобновляемой энергии, но и добиться дальнейшего перехода от 20 к 40% без серьёзного увеличения доли возобновляемой энергии. Правда, это будет возможным лишь в довольно крупных сетях.

 

В то же время быстрое повышение доли до 45% (и тем более до 50%) сейчас возможно только тогда, когда владельцы солнечных и ветряных электростанций согласятся отключать свои генерирующие мощности в полдень и при сильных устойчивых ветрах. Иначе говоря, если часть времени такие электростанции не будут работать и только если такая возможность будет заранее заложена в их материальную часть.

 

Более того, даже при наличии доброй воли владельцев экономические последствия таких шагов будут тяжелы. Быстрое внедрение возобновляемой энергетики приведёт к хроническому недоиспользованию основных фондов и снижению отдачи на единицу вложенных инвестиций. Пострадают и ТЭС: их оборудование зачастую создавалось для длительной работы под высокой нагрузкой, а не для старт-стопового режима, нацеленного на «прикрытие» временных спадов «зелёной» генерации. Чтобы компенсировать потери и тепловой, и возобновляемой генерации, цены на электричество придётся поднять примерно на 40%.

 

Здесь мы сделаем небольшое отступление: как показывает опыт, на этот шаг многие правительства не пойдут. Та же КНР стала мировой фабрикой не потому, что там хорошие институты, прозрачная правовая система, низкая коррупция и пр. Doing Business сегодня ставит КНР (96-е место) на четыре позиции ниже России (92-е) и на тридцать три ступени ниже Белоруссии (63-е) в том, что касается лёгкости ведения бизнеса. В то же время ставить на одну доску гражданскую промышленность России и КНР может только больной. Почему? Причины китайских успехов очевидны: страна, в экономике которой бόльшая часть приходится на госкомпании, лидирует в мировом производстве из-за сравнительно дешёвых капиталов, рабочей силы (пока что) и энергии. Ни Индия, ни Бразилия, ни другие государства, желающие выбраться из бедности, не пойдут на такой рост цен на электричество, поскольку это лишит их КНР-подобного будущего, о котором они тайно мечтают. 

 

Но сценарий нереалистичен ещё и потому, что быстрое занятие солнцем и ветром половины выработки в крупной энергетике потребует многих лет возведения электростанций и кропотливой перестройки сетей. И это хорошо, полагает МЭА. Потому что за это время и операторы сетей, и генерирующие компании смогут принять меры, которые резко снизят стоимость перехода на новые энергоосновы.

 

Ключевыми направлениями такой постепенной перестройки должны стать новые станции — особенно ТЭС, которые способны мгновенно и безболезненно варьировать выработку, реагируя на быстрые изменения в генерации «соседей» по энергосистеме — фотоэлементов и ветряков. При этом часть существующих ТЭС, действующих в режиме постоянных нагрузок, по всей видимости, придётся законсервировать. Правда, доклад МЭА отмечает, что государствам в этом случае придётся определять, кто именно заплатит за этот шаг, ибо в рамках свободных экономических отношений этот вопрос не решить.

 

Другой стороной развития сетей должна стать их первоочередная ориентация на районы, где выгоднее всего размещать солнечные и эоловые электростанции, одновременно с выработкой комплекса повседневных мероприятий по сокращению общесетевого потребления в бессолнечные и безветренные зимние дни.

 

Хотя всё это звучит довольно неприятно, оценка МЭА говорит, что при постепенном внедрении крупномасштабной возобновляемой энергетики цены на электричество повысятся лишь на 10% — и то лишь при условии, что солнечно-ветровые мощности будут разворачиваться по цене, равной сегодняшней. С учётом технического прогресса тех же солнечных батарей это условие будет очень трудно выполнить. А значит, стоимость перехода к более здоровой энергетике может упасть даже ниже 10-процентного повышения цен.

 

f55ca39f3037bf178b29bdddab171742_resized

Переход к 40–50% генерации от возобновляемых источников потребует создания сети энергонакопителей разной ёмкости на всех ступенях энергосистемы. Это позволит сохранить устойчивость сети, но вот цена... (Иллюстрация IEA.)

Для развивающихся экономик, которые, на первый взгляд, и на 10% не согласятся, картина ещё лучше, чем для развитых. У них обычно нет достойной тепловой генерации больших масштабов, а потребление энергии растёт, что позволяет вводить большие объёмы новых электростанций, по сути, избегая консервации имеющихся мощностей и соответствующего омертвления основных фондов. Более того, поскольку их сеть вынуждена постоянно расширяться, ей будет просто учесть рост новой выработки, всего лишь несколько меняя выбранные районы строительства, без нужды в дополнительном создании тысяч километров ЛЭП — ведь их пришлось бы построить всё равно, даже если бы возобновляемой энергетики не существовало. Упростится и регуляция собственного ценового рынка: можно будет быстро менять цены на электричество в зависимости от избытка «зелёной» энергии в сети (у развивающихся стран часто больше возможностей для установления своих правил на домашних рынках).

 

На наш взгляд, неплохим примером таких мероприятий, проводимых уже сегодня и при этом сравнительно эффективных, может стать та же КНР: общие мощности ветряков (более 90 ГВт) и фотоэлементов (более 20 ГВт) там уже сейчас превысили 110 ГВт, что примерно равно всем мощностям бразильской, к примеру, энергетики. То есть каждый двенадцатый киловатт там уже сегодня является солнечно-ветровым. А поскольку эта страна ещё и текущий мировой лидер по установке новых солнечных батарей, этот параметр в ближайшие годы будет только расти.

 

Но не всё так радужно: по сути, доклад обещает мягкий переход только к 50-процентной доле возобновляемой энергии в общем балансе крупных стран. Этого недостаточно для достижения поставленных рядом государств Запада целей по быстрой фиксации объёмов выбросов парниковых газов, и тем более мало для их последующего быстрого сокращения. Эти задачи, при текущих темпах энергетического перехода, просто не решить: очевидно, к ним нужно искать совершенно новые подходы.

Поделиться сообщением


Ссылка на сообщение
Поделиться на другие сайты

Уверен, что дешевые источники энергии существуют, но получить мировое "признание" они смогут лишь тогда, когда истощаться запасы углеводородного топлива на планете.

Солнечные батареи: сейчас сильно подешевели и возросли мощности. Только где купить? Все безумно дороги.

Наиболее реальны для малых хозяйств в дельте Волги, на мой взгляд ветряки и наплавные ГЭС, мощностью 5-7кВт. 

Был случай в Волгограде, когда налоговая наехала на человека во дворе которого стоял 5кВт ветряк-не платите налог на использование природных ресурсов!(слухи)

А что случиться с экономикой нашей страны, если внедрят дешевый способ получения водорода из воды? Цена на нефть и т.д....

Так что мой прогноз такой: когда нефть кончится, тогда мы и получим альтернативную энергетику в полном объеме! А до этого будут сотни "самоделкиных" , режим будет их уничтожать и до энергетического кризиса все будет ровно, без водорода, Теслы и проч.....

Поделиться сообщением


Ссылка на сообщение
Поделиться на другие сайты

Теперь жители американского города Портленда в штате Орегон получили возможность получать электроэнергию на основе безвредных для окружающей среды технологий, просто открыв кран подачи воды в ванной или нажав кнопку смыва в туалете. Как сообщает издание Fast Company, в городе установлена система, разработанная по последнему слову науки и техники, позволяющая получать энергию с помощью воды, протекающей по городским трубопроводам.

http://gearmix.ru/archives/25086

Поделиться сообщением


Ссылка на сообщение
Поделиться на другие сайты

кстати... неплохая штуковина! Скорее всего позволит питать все компьютеры в водоснабжающей компании!!! А если поставить такие турбины по всей длинне водопровода, то .... можно запитать ближайшее казино. Правда вот...стоимость оборудования, проводов, перемонтажа труб, затраты на отключение от водоснабжения... но, с другой стоны, амерам не привыкать?

Поделиться сообщением


Ссылка на сообщение
Поделиться на другие сайты