Шансы на скорейший отказ от ископаемых источников энергии достаточно высоки, завили немецкие климатологи после изучения динамики цен на киловатт возобновляемой энергии и батареи. Об этом сказано в свежей научной публикации Берлинского климатического института Mercator Research Institute on Global Commons and Climate Change (MCC), в которой сообщается о почти 90 % снижении цен за последние 10 лет как на солнечную энергию, так и на её накопители.

Источник изображения: Pixabay

«Некоторые расчеты даже позволяют предположить, что всё мировое энергопотребление в 2050 году может быть полностью и с минимальными затратами покрыто за счёт солнечных технологий и других возобновляемых источников энергии», — сообщает Феликс Кройтциг (Felix Creutzig), руководитель рабочей группы MCC по землепользованию, инфраструктуре и транспорту и ведущий автор исследования.

Учёные уточнили, что за последнее десятилетие стоимость солнечной энергии снизилась на 87 %, а стоимость аккумуляторных батарей — на 85 %. По мнению авторов исследования, такое снижение цен может сделать глобальный энергетический переход гораздо более жизнеспособным и дешёвым, чем предполагалось ранее. По крайней мере, такое будущее возможно, но оно потребует определённых усилий со стороны политиков и общества.

Научно-технический прогресс в технологиях производства возобновляемой энергии — рост КПД солнечной ячеек, увеличение их надёжности и снижение стоимости производства, а также массовое производство литиевых батарей на фоне также их массового производства для электромобилей привело к тому, что «зелёное» энергетическое оборудование стало более доступным для населения и компаний. Этому также способствовали льготы и субсидии со стороны местных властей.

В совокупности создаются условия для более быстрого снижения стоимости фотопанелей и батарей. Например, по сравнению с анализом двухгодичной давности, прогноз сокращения ценовой надбавки на аккумуляторы в 2030 году снижен со 100 % до 28 %.

Всё вместе позволяет строить новые модели для глобального энергетического перехода. Эти модели начнут проявлять себя в ближайшие годы и это может открыть неожиданный и более быстрый путь к углеродной нейтральности, построенной на экономике на основе возобновляемых источников энергии.

«Новые сценарные модели, некоторые из которых уже начинают изучаться, в обозримом будущем, вероятно, продемонстрируют, что глобальный климатический переход может оказаться не таким дорогим, как предполагалось ранее, и даже экономичным — при условии, что им наконец-то займутся», — резюмируют авторы работы, опубликованной в журнале Energy Research & Social Science.

Международное энергетическое агентство (МЭА) опубликовало новые планы для достижения углеродной нейтральности к 2050 году. Агентство больше не делает ставку на непроверенные технологические решения в виде широкого использования водородного топлива и улавливания углекислого газа. Вместо них эксперты рекомендуют умножить усилия по переходу на возобновляемую энергетику и ускорить отказ от сжигания ископаемых ресурсов.

Источник изображения: Hugo Herrera / The Verge

Согласно представленным в 2021 году планам МЭА, чтобы удержать рост средней температуры на Земле на уровне 1,5 °C от доиндустриального уровня, необходимо отказаться от инвестиций в новые проекты по добыче и использованию ископаемого топлива. Среди ряда шагов для достижения углеродной нейтральности к 2050 году, наряду с переходом на возобновляемые источники энергии рекомендовалось переходить на водородное топливо и создавать системы для улавливания углекислого газа в процессах производства.

За прошедшие с момента публикации плана два года планета нагрелась на 1,2 °C и обещает нагреться к 2050 году выше критического уровня в 1,5 °C, установленного Парижским соглашением по климату. За это же время водородные технологии и перспективные решения по улавливанию углерода показали себя малоперспективными и не способными развиться до зрелого уровня. Стало очевидно, что в краткосрочной и среднесрочной перспективе они не смогут спасти Землю от глобального потепления и делать ставку на них больше нельзя. И если до этого МЭА ожидало от новых технологий сокращения выбросов до 50 %, то теперь ожидания снижены до 35 %.

Так, в докладе сказано, что «производство водорода является скорее климатической проблемой, чем решением климатических проблем». Водород, напомним, должен снизить выбросы тяжёлого транспорта, который загрязняет атмосферу наиболее сильно — это авиация, судоходство, железнодорожный транспорт и грузовики. Для производства водорода в основном в мире используется природный газ, что ведёт также к росту выбросов в атмосферу парниковых газов.

Благие намерения уничтожаются современными технологиями производства водорода. Пока это не изменится, экологическая польза водородного топлива достаточно сомнительна и эксперты решили это признать. Поэтому в новых планах МЭА прогноз по доле большегрузного автомобильного транспорта на топливных ячейках на дорогах в 2050 году снижен по сравнению с планами 2021 года на 40 %.

Аналогичным образом на 40 % снижены предсказания по улавливанию выбросов углерода при производстве энергии. «До сих пор история [улавливания углерода] была в основном историей неоправдавшихся ожиданий», — сказано в новом докладе МЭА. Министерство энергетики США (DOE) потратило сотни миллионов долларов на неудачные проекты по улавливанию углерода в основном из-за «факторов, влияющих на их экономическую жизнеспособность», как было сказано в одном из отчётов федерального регулятора.

«Извлечение углерода из атмосферы обходится очень дорого. Мы должны сделать всё возможное для того, чтобы перестать выбрасывать его в атмосферу», — заявил в пресс-релизе исполнительный директор МЭА Фатих Бироль. Эти технологии могут быть использованы лишь в критических случаях, когда не будет другого выхода.

Вместо непроверенных технологий МЭА рекомендует утроить мощности возобновляемых источников энергии в мире, чтобы в первую очередь прекратить генерировать загрязнение, приводящее к потеплению планеты. Расходы на экологически чистую энергетику должны увеличиться более чем в два раза: с $1,8 трлн в этом году до $4,5 трлн к началу следующего десятилетия. Энергоэффективность также должна удвоиться в те же сроки, а наиболее богатые страны мира должны достичь нулевого уровня выбросов за несколько лет до достижения глобальной цели в 2050 году.

Будет ли услышан голос экспертов? В США активно осваивают бюджетные средства на технологии улавливания углекислого газа из атмосферы и газов, сопутствующих производству. В России также готовы следовать этому курсу, и уже оценили потенциал ресурсов для хранения CO₂ из промышленных источников, к чему подталкивает введение климатических налогов на выбросы.

Являясь участником инициативы RE100, тайваньская компания TSMC взяла на себя определённые обязательства по переходу на использование энергии из возобновляемых источников и достижению углеродной нейтральности. Недавно компания объявила о готовности ускорить этот процесс, перейдя на использование энергии только из возобновляемых источников к 2040 году, на десять лет раньше первоначального срока.

Источник изображения: TSMC

Соответственно, подверглась корректировке и цель, привязанная к 2030 году. Теперь к концу текущего десятилетия TSMC рассчитывает использовать 60 % энергии из возобновляемых источников вместо прежних 40 %. При этом цель по переходу к углеродной нейтральности не подвергалась корректировке, компания по-прежнему рассчитывает достичь её только к 2050 году. По словам председателя совета директоров Марка Лю (Mark Liu), «TSMC глубоко осознаёт свою ключевую позицию в мировой полупроводниковой промышленности и собственное влияние на различные отрасли экономики», а потому располагает в основе своей политики управления принцип «зелёного» производства.

Крупнейший клиент TSMC в лице Apple мог оказать влияние на руководство TSMC в ускорении темпов перехода к использованию лишь энергии из возобновляемых источников. Поставщик iPhone все свои изделия намеревается сделать «углеродно нейтральными» к 2030 году, и в достижении этой цели серьёзно зависит от своих подрядчиков, одним из которых как раз является TSMC. Сотни партнёров Apple уже подтвердили свою готовность перейти к 2030 году на использование энергии лишь из возобновляемых источников.

Непосредственно для TSMC движение к этой цели усложняется тем, что основная часть её производственных мощностей сосредоточена на Тайване, который пока не готов предложить компании достаточное количество источников возобновляемой энергии. Входящая в тройку крупнейших производителей полупроводниковой продукции корейская компания Samsung Electronics тоже является участником инициативы RE100, поэтому проблема такой миграции не уникальна для компаний полупроводниковой отрасли.

Компания Panasonic сообщила, что первой в мире начинает долгосрочные демонстрационные испытания фотоэлектрического стекла на основе перовскита в окнах жилого дома. Испытания в «умном» городе Фудзисава продлятся до конца следующего года. Фотоэлектрические стёкла Panasonic будут вырабатывать электроэнергию и при этом оставаться прозрачными либо тонированными.

Источник изображений: Panasonic

Фотоэлектрические окна защитят от перебоев с поставками электричества, что обычно происходит во время частых в Японии стихийных бедствий, а также обеспечат экологически чистое снабжение энергией жилых помещений и офисов. Представленные компанией стёкла с функцией выработки электроэнергии приблизились к этапу массового производства в 2020 году, когда Panasonic анонсировала эту разработку.

По словам Panasonic, её фотоэлектрические стёкла на основе перовскита обладают самым высоким в мире КПД для солнечных фотоэлементов такого рода, который достигает 17,9 % для элементов площадью более 800 см². По показателю КПД тонкие и лёгкие перовскитные стёкла компании приближаются к кремниевым солнечным панелям, но имеют такие преимущества, как прозрачность и очень малый вес.

На практике будет испытано достаточно небольшая площадь остекления. В экспериментальном доме компания застеклит «фотостёклами» одну лоджию с окнами на юго-восток. Размеры остекления составят 3876 мм в ширину и 950 мм в высоту.

Добавим, фотоэлектрические стёкла Panasonic производятся методом струйной печати с использованием лазеров для гравировки. В этом одно из главных преимуществ перовскитных соединений — они легко растворяются до состояния чернил для промышленных струйных принтеров. А струйное производство дешевле, доступнее и чище традиционных техпроцессов с травлением, которое сопровождает обработку кремниевых подложек для обычных фотопанелей.

Немецкий энергетический гигант RWE приступил к демонтажу ряда ветряных генераторов, чтобы очистить место для расширения своего угольного карьера Гарцвайлер. Всего будет демонтировано восемь ветроустановок. Делается это для обеспечения энергетической безопасности Германии, которая продолжает бороться с последствиями кризиса в энергетике, связанного с санкциями в отношении России.

Источник изображения: Alle Dörfer bleiben \ euobserver.com

Расширение карьера по добыче так называемого бурого угля — самого грязного по создаваемым выбросам — согласовано с властями страны и региона. Компании разрешили добыть дополнительно 15-20 млн т угля в этом разрезе в обмен на обещание поэтапно свернуть добычу угля в стране до 2030 года (на 8 лет раньше, чем было оговорено ранее). Министр экономики Германии Роберт Хабек преподнёс эту договорённость как «правильное решение», а политик партии зеленых Оливер Криш описал расширение карьера и более ранний поэтапный отказ как «одно из величайших достижений, которых мы добились за последние годы».

Следует сказать, что демонтируемые ветрогенераторы эксплуатировались около 10 лет. При этом построившая их компания больше не занималась проектом, и поддержание генераторов в рабочем состоянии было сопряжено с трудностями. Поэтому демонтаж объекта был объективно оправданным решением, хотя само по себе расширение добычи бурого угля было встречено резкой критикой со стороны экоактивистов. С ними во многом согласны аналитики. По оценкам специалистов компании Aurora, расширение карьера Гарцвайлер приведёт к тому, что страна превысит свои обязательства по влиянию на изменение климата.

За последние десять лет мощности ветряных турбин выросли во много раз. С одной стороны, это снижает себестоимость получения электричества за счёт силы ветра, но с другой стороны, инфраструктура рискует не выдержать увеличения массы гондол (генераторов), более высоких башен и предельно длинных лопастей. Каждая лопасть современной турбины длиннее футбольного поля, а вес гондол достигает 1000 т, что граничит с предельной нагрузкой на суда и причалы.

Монтаж 18-МВт ветровой турбины. Источник изображений: China Three Gorges Corporation

Прежде всего, рекорды ставят китайцы. В Китае уже подключена к сети ветряная турбина высотой с 50 этажный дом мощностью 16 МВт и лопастями длиной 123 м. На очереди запуск 18-МВт ветрогенератора высотой с 70-этажный дом и ещё более длинными лопастями. Это пока уникальные и единичные проекты, но массовыми они станут нескоро даже при желании вкладывать в них деньги. Точнее, деньги в них вложить можно, но рентабельность может оказаться не очень хорошей.

Гонка и конкуренция заставляют соперников наращивать мощность оффшорных турбин, вот только флот для установки всё более тяжёлых и больших по размеру конструкций для этого не предназначен. Суда для монтажных работ на море должны работать достаточно долго — десятилетиями, чтобы их стоимость и эксплуатация окупилась и, в конечном итоге, чтобы это не сказалось на стоимости ветроэнергетики. Но современный флот и причальная инфраструктура банально не готовы взять на свои плечи новый груз.

Более того, глядя на всё это, компании-подрядчики не хотят вкладывать деньги в постройку судов большей грузоподъёмности. Они намерены делать это только под долгосрочные контракты со всеми необходимыми мерами страховки. Надо ли говорить, что это не делает проекты оффшорных электростанций дешевле?

Эксперты настаивают, что мы всё ещё плохо понимаем плюсы и минусы ветрогенераторов сравнительно небольшой мощности — до нескольких МВт на установку. И в этом есть зерно истины. Недавно компания Siemens Energy AG выяснила, что треть ветроустановок компании имеют неустранимые простым образом дефекты. И это выяснилось без исследований оффшорных ветрогенераторов, инспектировать которые сложнее, чем наземные. Отрасль может ждать очень неприятный сюрприз, если нечто подобное обнаружится в области морской ветроэнергетики. Неудивительно, что специалисты призывают сделать паузу в гонке за мощностью ветрогенераторов.

Паузу можно использовать для стандартизации индустрии производства и использования ветрогенераторов. Стандартизация поможет избежать ошибок и лишних затрат на проекты, которых можно было бы избежать просто изучая накопленный опыт. Также общие стандарты позволят предсказуемым образом зарабатывать всем участникам цепочек поставок и, тем самым, развивать отрасль с прицелом на дальнюю перспективу, а не на сиюминутную выгоду. А если кто-то хочет быть революционером, то никто не будет против. Желаете удивить? Но только за свой счёт.

Компания Antora Energy приступила к полевым испытаниям блока теплового аккумулятора на кирпичах из графита. Токопроводность графита позволяет разогревать кирпичи до 2000 °C простым пропусканием тока через них. На выходе такого аккумулятора можно получить или тепло для промышленности, или электричество, которое получается с помощью встроенных в модуль инфракрасных фотодетекторов.

Источник изображения: Antora Energy

Промышленность и исследователи продолжают искать способы создать чистый и эффективный буфер для хранения энергии от возобновляемых источников. Переменный характер подачи электричества в сеть, который сопровождает выработку электричества силой ветра или лучами Солнца, заставляет использовать буферные аккумуляторы. Наиболее удобный способ — это запасать энергию в аккумуляторах, а именно — в литиевых батареях, требующих минимального обслуживания и обладающих достаточно высокой ёмкостью и плотностью хранения энергии. Но дёшево это точно не будет.

По предыдущим оценкам, стоимость хранения электричества в литиевых батареях достигает $140/КВт·ч. После 2030 года она снизится до более приемлемых $20/КВт·ч, но всё равно будет дороже эксплуатации электростанций на природном газе, у которых стоимость производства электричества находится на уровне $10/КВт·ч. Тепловые аккумуляторы Antora Energy обещают приблизиться к этой нижней отметке при значительно большем уровне экологической чистоты и простоте изготовления и эксплуатации.

В отличие от хранения тепла в солевых расплавах или в обычных кирпичах из глины, хранение тепла в графитовых кирпичах менее опасно и более эффективно. Разогрев кирпичей до 2000 °C (фактически — это графитовые электроды, серийно изготовляемые для нужд металлургии, к примеру, для выпуска алюминия) позволит использовать их тепло для выплавки стали. Если заказчику понадобится электрическая энергия, то модули тепловых аккумуляторов будут оборудованы инфракрасными фотодетекторами по типу солнечных панелей и КПД установки при этом будет не меньше 30 %.

По словам разработчиков, особенно эффективно фотопреобразователи начинают работать после нагрева кирпичей выше температуры 1500 °C. После этой отметки в основном превалирует лучистая энергия. Но это будет на следующем этапе. Первая опытная установка будет разогреваться до 1500 °C и сможет несколько суток отдавать тепло потребителю.

Интересно отметить, что компания Antora Energy частично финансируется из фондов небезызвестного филантропа Билла Гейтса. Также его фонд инвестировал в другую кирпичную компанию — Rondo Energy, которая строит в Таиланде крупнейший завод по производству кирпичей для тепловых аккумуляторов.

Австралийская компания 1414 Degrees ввела в эксплуатацию демонстрационный модуль по хранению тепловой энергии. Установка использует высокие тепловые свойства кремния для обслуживания высокотемпературных отраслей промышленности на основе безуглеродной энергетики. Электричество от возобновляемых источников нагревает воздух и запасает тепло в кирпичах, а при необходимости тепло подаётся в производственные установки.

Ядро накопительной установки из кремниевых кирпичей. Источник изображения: 1414 Degrees

Экспериментальный модуль SiBox мощностью 1 МВт·ч накапливает тепло в запатентованных кирпичах SiBrick. Кремний плавится при температуре 1414 °C и обладает превосходной теплоёмкостью, что позволяет установке оперировать рабочими температурами на уровне 800 °C. Перед вводом в эксплуатацию установка SiBox успешно прошла 32 цикла смены фаз, работая при температурах на выходе от 700 до 850 °C и обеспечивая непрерывную работу от 6 до 12 часов при каждой заданной температуре.

«Данные, полученные в ходе испытаний, полностью совпадают с ожиданиями от разработанных инженерных инструментов и моделей, что дает уверенность в масштабировании технологии SiBox, — говорится в сообщении компании. — Внутри установки кирпичи SiBricks ёмкостью 1 МВт·ч работали надёжно и после визуального осмотра были признаны, как находящиеся в отличном состоянии».

Компания заявила, что демонстрационный блок в настоящее время работает автономно и готов к проведению непрерывных циклических и разрядных испытаний в течение следующих 12 месяцев для завершения этапа валидации.

Внешний вид 1-МВт·ч установки

«В ближайшие месяцы наши инженеры используют результаты работы демонстрационного модуля для разработки SiBox коммерческого масштаба емкостью до 100 МВт·ч», — сообщает пресс-релиз 1414 Degrees.

Разработка демонстрационной установки SiBox была поддержана нефтегазовым гигантом Woodside, который выделил на реализацию проекта до 2 млн австралийских долларов ($1,3 млн). В рамках этой сделки Woodside теперь имеет возможность совместно разрабатывать и коммерциализировать технологию SiBox.

Это не единственный подобный проект. Хранение энергии в кирпичах и расплавах поддержано лидерами инвестиций. Например, Билл Гейтс поддержал деньгами компанию Rondo Energy, которая сейчас строит в Таиланде крупнейший в мире завод по производству теплоаккумулирующих кирпичей.

В черте большинства городов в США осталось огромное количество действующих и остановленных электростанций на ископаемом топливе. В то же время власти ищут возможность обеспечить жителей городов электрической энергией в периоды пиковых нагрузок, для чего хорошо подходят буферные системы хранения энергии в промышленных аккумуляторах. Новые нормы облегчат подключение батарей к энергосетям и, в частности, позволят запустить массовую переделку под эти задачи старых электростанций.

Источник изображения: Pixabay

Некоторое время назад сообщалось, что Федеральная комиссия США по регулированию энергетики (FERC) убрала целый ряд барьеров на пути к практическому использованию возобновляемой энергии. В частности, документ упростил процедуры переквалификации старых объектов энергетической инфраструктуры в банки энергии.

Даже устаревшие электростанции имеют линии электропередач и необходимую инфраструктуру (что особенно важно в черте города), что не потребует новых проектов и дорогостоящих работ. Всем этим можно воспользоваться для создания городских «повербанков», которые помогут сглаживать суточные скачки в потреблении энергии. Кроме того, установка промышленных накопителей энергии согласуется с целями климатических инициатив по переходу на возобновляемую энергетику — они банально будут балансировать нагрузкой от прерывистых возобновляемых источников.

До введения новых правил коммунальные службы могли откладывать закрытие старых электростанций, загрязняющих окружающую среду, до тех пор, пока не были спроектированы и разрешены новые линии электропередач для доставки электроэнергии в пиковые нагрузки. Теперь они во многом освобождены от такого рода подготовительных работ и старые «коптильни» могут закрываться в более короткие сроки.

Швейцарская компания Energy Vault сообщила о завершении строительства и сдаче в эксплуатацию первого в мире коммерческого гравитационного аккумулятора энергии. Установка построена в Китае. Её мощность достигает 25 МВт, а ёмкость — 100 МВт·ч. Она переводит электрическую энергию в кинетическую при поднятии бетонных блоков на высоту и снова высвобождает её при спускании блоков на землю.

Источник изображений: Energy Vault

Построенное в Китае хранилище гравитационной энергии — это первое такое сооружение коммерческих масштабов. До этого в Швейцарии компания Energy Vault построила демонстрационную установку мощностью 5 МВт, но реализованный в Китае проект затмевает её. Более того, на волне успеха Китай требует построить ещё пять подобных накопителей общей ёмкостью 2 ГВт·ч.

Гравитационные накопители по физике процесса напоминают гидроаккумулирующие электростанции, но без насосов и капризного оборудования. Груз в виде монолитных 24-т блоков поднимается на высоту до 100 и более метров и спускается в часы, когда требуется энергия. Это неплохой буфер для источников энергии из возобновляемых ресурсов и, прежде всего, от Солнца и ветра.

КПД гравитационной станции Energy Vault начинается с 75 % и может превышать 80 %. Загрузка блоков (запасание энергии) может продолжаться от 2 до 12 часов и более в зависимости от задач и источников. Вводимая в эксплуатацию система в провинции Цзянсу недалеко от Шанхая будет работать в течение 4 часов. К сети электропередачи она будет подключена в четвёртом квартале текущего года. Местным властям так понравился проект, что они заказали ещё один такой накопитель.

Интересно, что управляет всем этим хозяйством обучаемый алгоритм с функцией машинного зрения. Интересная будет площадка для съёмок очередного «Терминатора»… на фоне снующих вверх и вниз 24-тонных бетонных блоков. Кстати, где-то на просторах США компания Energy Vault тоже строит аналогичную гравитационную установку.

Федеральная комиссия США по регулированию энергетики (FERC) вчера решила пересмотреть процесс утверждения новых энергетических проектов, который стал серьёзным препятствием для роста возобновляемой энергетики в США. Новое правило направлено на то, чтобы сократить время, необходимое для подключения проектов «зелёной» энергетики к энергосети, и устанавливает предельные сроки рассмотрения и штрафы за затягивания решений.

Источник изображения: unsplash.com

Сейчас для подключения нового энергетического проекта к сети требуется в среднем пять лет. Огромное количество проектов производства и хранения чистой энергии, совокупной мощностью более 2 000 гигаватт просто ждут своей очереди на одобрение. Это примерно равно мощности, которую генерируют все действующие электростанции США.

Такие гигантские сроки подключения связаны с тем, что раньше деятельность FERC была сосредоточена на нескольких крупных электростанциях, работающих на ископаемом топливе, и сроки их строительства соответствовали скорости подключения к энергосистеме. В последнее время комиссия столкнулась с тысячами набирающих обороты небольших солнечных, ветряных и аккумуляторных проектов, поскольку стоимость проектов ветровой и солнечной энергетики стала ниже затрат на строительство новых угольных или газовых электростанций.

Задержки могли стать ещё более длительными и, чтобы устранить отставание, новое федеральное правило потребует от управляющих сетями оценивать проекты покластерно, а не по одному. Установлены жёсткие сроки и штрафы за просрочку проверки. Новое правило отдаёт приоритет проектам, наиболее близким к завершению, и предусматривает защитные меры, такие как финансовые депозиты, от утопических нереализуемых прожектов. Председатель FERC Уилли Филлипс (Willie Phillip) назвал принятие нового правила переломным моментом для энергосети всей страны.

Сегодня возобновляемые источники энергии составляют чуть более 20 % электроэнергетического баланса США. Чтобы достичь цели 100-процентной экологически чистой электросети к 2035 году необходимо кардинально ускорить подключение новых источников «зелёной» электроэнергии. Американская ассоциация чистой энергии назвала решение FERC «крайне необходимым действием, которое является ключевым шагом на пути к предсказуемому и экономически эффективному подключению новых источников чистой энергии к электрической сети».

Учёные из Токийского университета разработали технологию для кратного повышения термоэлектрического эффекта при выработке электричества даже при небольших перепадах температуры. Это мусорное тепло можно брать отовсюду. Например, при охлаждении воздуха кондиционером, когда в процессе конденсации влаги выделяется немного энергии. И такие явления происходят везде от изготовления мороженного до выплавки стекла, чем можно будет воспользоваться.

Источник изображения: Pixabay

Предложение японских учёных строится на том, что даже малейшую разницу в температуре можно использовать для значительного усиления термоэлектрического эффекта. Сама разница в температуре вещества (жидкости или газа) возникает в процессе перехода вещества из одного агрегатного состояния в другое — это конденсация или кристаллизация воды и подобные процессы.

При фазовом переходе выделяется энергия (либо поглощается при других условиях). В ограниченном объёме её мало, например, внутри того же кондиционера. Но японцы придумали способ усилить отдачу от этой энергии. Они собрали полимер, который при охлаждении распрямляется в спираль, а при нагреве сворачивается в клубок (глобулу). По-сути полимер либо растворяется в воде при её охлаждении ниже определённого значения, либо «конденсируется» при нагреве выше границы для растворения. С точки зрения химии происходят окислительно-восстановительные реакции, о чём учёные рассказали в статье Advanced Materials.

Опытная установка. Источник изображения: University of Tokyo

Переход клубок-глобула резко освобождает молекулы воды от полимерных цепей — полимер совершает свой фазовый переход. Это как запустить лавину с горы. Небольшая доля энергии «первичного» фазового перехода, например, в процессе конденсации воды в кондиционере запускает лавинообразный процесс конденсации полимера, что умножает выделение тепла и усиливает работу термоэлемента.

Фактически процесс повышает так называемый коэффициент Зеебека — меру эффективности работы термоэлектрического преобразователя — до +2,1 мВ/К. Это более чем в два раза выше, чем для уже исследованных органических растворов. Открытие настолько удачное, говорят учёные, что пора искать производителя для таких систем. И тогда «можно будет вырабатывать электроэнергию, охлаждая серверную комнату или двигатель автомобиля», утверждают участники исследования.

Примерное представление процесса

«Мы впервые подтвердили, что скрытое тепло может быть использовано для термоэлектрического преобразования, — заявил профессор Теппей Ямада с химического факультета Высшей школы наук Токийского университета. — Мы считаем, что для термоэлементов можно использовать различные виды материалов. Каждое вещество при соответствующих условиях может совершать фазовый переход: например, сливки в мороженое, песок в стекло, вода в пар и т.д. В принципе, с помощью этого метода можно извлекать электрическую энергию даже из малейшей разницы температур, что значительно увеличивает число ситуаций, в которых можно использовать термоэлектрическое преобразование».

Американская компания Revkor и немецкая H2 Gemini сообщили о планах в течение года создать в США крупнейшее в мире производство перовскитных солнечных панелей. Первый комплекс мощностью 5 ГВт в год начнёт выпускать продукцию во втором квартале 2024 года. На полную мощность предприятие выйдет к концу 2025 года с объёмом 20 ГВт панелей в год. Это будет самое передовое производство солнечных панелей в мире, что отражает стремление США быть первыми в этой отрасли.

Цех будущего завода в представлении художника. Источник изображения: Revkor

Партнёры уже строят первую производственную площадку площадью около 93 тыс. м². Также начались работы по строительству исследовательского корпуса аналогичной площади. Работы ведутся в штате Юта в окрестностях Солт-Лейк-Сити, что позволяет рассчитывать на финансовые льготы и субсидии от властей города и штата.

Важно отметить, что немецкий производитель оборудования — компания H2 Gemini — передаст американской стороне секреты производства и технологии, что позволит на базе производства продолжить научно-исследовательские работы по совершенствованию перовскитных солнечных панелей, графена и ряда других материалов и процессов.

Сравнение структуры современных солнечных ячеек и HJT

Также компания Revkor приобрела у компании Suzhou Maxwell Technology лицензию на использование в Северной Америке и на Ближнем Востоке техпроцессов производства солнечных панелей с гетеропереходом (HJT). Тем самым новые панели будут сочетать все самые передовые технологии в солнечной фотовольтаике — перовскит и HJT. В теории они будут иметь КПД заметно выше 22 %, на чём остановились массовые кремниевые фотоячейки.

Вклад компании H2 Gemini в совместное предприятие будет сделан технологиями, промышленным оборудованием и в виде управления процессами по установке и запуску производства. Компания Revkor берёт на себя строительство, что также потребует несколько миллиардов долларов вложений. Часть средств Revkor надеется вернуть благодаря новым инфраструктурным инициативам властей США, в частности, по Закону об инфраструктуре и Закону о чипах и науке (CHIPS Act).

Диаграмма вариантов производства солнечных ячеек (действующих и перспективных)

Преимущества перовскитных солнечных панелей, напомним, заключается в сравнительно простых процессах изготовления. Например, они могут выпускаться с применением струйных технологий. Технология гетеропереходов, в свою очередь, также упрощает производство за счёт снижения числа технологических операций и благодаря низкотемпературному процессу. Но всё это требует совершенно нового производственного оборудования, что пока крайне затратно и до конца не изучено на практике.

Китайская компания Three Gorges Energy сообщила о подключении к сети первого в мире ветрогенератора мощностью 16 МВт. Высота башни этой морской установки достигает 152 м, что примерно равно высоте типичного 50-этажного жилого дома. Колоссальная установка сможет выдержать порывы ветра со скоростью почти 290 км/ч и обеспечит чистой энергией до 36 тыс. китайских домохозяйств.

Источник изображений: China Three Gorges Corporation

Каждая из лопастей обладает длиной 123 м. Общий вес трёх лопастей равен 54 т. Вес «машинного отделения» с генератором на вершине башни составляет 385 т. За один оборот лопасти очерчивают в воздухе круг площадью около 50 тыс. м². «Урожай» энергии с этой площади составляет 34,2 кВт·ч. Ожидается, что в год объём выработки с этой турбины будет достигать 66 ГВт·ч.

Демонстрационная установка размещена в Фуцзяньском морском ветропарке в Тайваньском проливе, где проявляется эффект естественной аэродинамической трубы. По данным компании Three Gorges Group, в этом месте более 200 дней в году наблюдаются условия «почти шторма» с ветром, превышающим скорость 51 км/ч. Расчётная устойчивость установки к ветру составляет 287 км/ч. Это выше, чем ранее зарегистрированный тайфун рекордной ураганной силы, который случился в 1979 году, когда скорость ветра достигала 260 км/ч.

Самое интересное, что Китай продолжит наращивать размеры ветроустановок, поскольку каждый новый метр лопасти даёт ощутимый прирост к генерируемой мощности. Ближе к концу года может начаться монтаж или даже запуск 18-МВт турбины, высота башни которой превысит 70-этажный дом. А также велика вероятность, что будет объявлено о разработке или даже производстве 20-МВт турбины.

Компания Fervo Energy заявила об успешных 30-дневных испытаниях геотермальной электростанции на новой прорывной технологии. После ввода в эксплуатацию установка позволит получить 3,5 МВт энергии круглосуточно без вредных выбросов в атмосферу. Уникальность объекта заключается в бурении горизонтальных стволов длиной до одного километра на глубине свыше двух километров. Это даст гарантированную мощность почти в любых условиях.

Источник изображений: Fervo Energy

Компании Fervo Energy и Google сообщили о совместной работе над уникальным геотермальным проектом два года назад. Google обязалась покупать у Fervo электроэнергию, добытую при конвертации тепла из геотермальных источников в электричество. Доставкой тепловой энергии из геотермальных источников сегодня никого не удивишь, но эффективного способа получения электричества из таких источников ещё не было.

Проект Fervo Energy основывается на рукотворном создании геотермальных источников едва ли не в любом месте Земли. Причём поставляющие тепло скважины бурятся на целевой глубине горизонтально, что увеличивает площадь теплового обмена и даёт гарантированный поток воды. В проекте в Неваде компания получила стабильный поток воды со скоростью 63 л/с и максимальной температурой 191 °C. На пике мощности это позволит генерировать 3,5 МВт электричества, что хватит для питания 750 домохозяйств.

Если ввод установки в строй окажется успешным и докажет свою эффективность, Fervo Energy намерена реализовать ещё более масштабный проект в штате Юта. Возможности нового проекта позволят подать безуглеродную электроэнергию в 300 тыс. домов, что примерно соответствует четверти домохозяйств в штате.

Чуть подробнее о проекте в Неваде. Для его реализации были пробурены три вертикальные скважины глубиной около 2347 м: скважина для нагнетания воды, рабочая скважина и скважина для мониторинга горизонтального канала. Горизонтальные скважины пробурены диаметром 25 см с установкой обсадных труб диаметром 17,78 см. Длина боковых скважин достигает 990 м. Такие работы требуют значительных затрат, но в компании надеются, что по мере отработки технологий бурения стоимость работ существенно снизится.