Круасани виготовляються шляхом пресування і складання тіста для створення
листкової випічки. Дослідники застосували цю техніку до діелектричного
конденсатора, який є пристроєм для накопичення енергії в якості батареї.
Спресовуючи і складаючи конденсатор з полімерної плівки – конденсатор з ізолюючою пластиковою плівкою – вони змогли зберегти в 30 разів більше енергії, ніж це вдавалося найбільш популярному на ринку діелектричному конденсатору з біаксільно-орієнтованої поліпропіленової плівкою (БОПП).
Дане дослідження було опубліковане 18 жовтня 2019 року в журналі Nature
Communications. Воно показує, що це найвища густина енергії з усіх коли-небудь
встановлених у полімерних плівкових конденсаторах.
Поновлювані і стійкі джерела енергії, такі як сонце і вітер, є переривчастими за своєю природою, тому для їх більш широкого практичного застосування необхідно розробити ефективні, недорогі і екологічно чисті системи зберігання електроенергії.
Доктор Еміліано Білотті, провідний дослідник цього проекту з Лондонського
університету королеви Марії, зазначив, що зберігання енергії може виявитись
надзвичайно складним і дорогим, що проблематично для поновлюваних джерел, які
не є постійними і залежать від природи. За допомогою цієї техніки можна
акумулювати велику кількість відновлюваної енергії, що буде використовуватися за
відсутності сонячних променів і вітру.
Сьогодні існує три основні варіанти накопичення енергії: батареї,
електрохімічні конденсатори і діелектричні конденсатори.
Діелектричні конденсатори зазвичай мають надвисоку густину енергії, що
робить їх придатними для технологій з високою та імпульсною потужністю – вони
вимагають накопичення енергії протягом певного періоду часу і подальшого дуже
швидкого її вивільнення. Прикладами цього є моторні приводи, мобільні
енергетичні системи, космічні енергосистеми і електрохімічна зброя.
Однак діелектричні конденсатори обмежені низьким об’ємом енергії, яку вони
можуть зберігати звичайним чином. Дана розробка усуває це обмеження.
Професор Майк Ріс, інший автор дослідження з Лондонського університету королеви Марії, розповів, що отриманий результат може істотно вплинути на сфери застосування імпульсної енергії та призвести до змін в області діелектричних конденсаторів, які поки що обмежені низькою густиною накопичення енергії.
Для досягнення високої гусини енергії в полімерних плівкових конденсаторах зазвичай необхідні дорогі та складні способи синтезу і обробки. Нова технологія обробки, пресування і складання унікальна своєю простотою, рекордно високою ефективністю і потенціалом для застосування в промисловості.
Незважаючи на ігри нової влади з «зеленими» тарифами, про які ми писали раніше, розвиток відновлюваної енергетики залишається важливим і перспективним вектором для України. За даними прес-служби Кабінету міністрів, на сьогоднішній день близько 15000 домогосподарств в нашій країні використовують «екологічно чисту» електроенергію, встановивши сонячні панелі загальною потужністю 350 МВат.
З огляду на зростаючий інтерес вітчизняних споживачів до цього питання, пропонуємо розглянути його під іншим кутом і з’ясувати – з чого ж виробляють сонячні панелі в Україні?
В основі функціонування даних пристроїв лежить фотоелектричний ефект, який перетворює сонячне проміння на електрику. Відбувається цей процес шляхом передачі енергії фотонів електронам речовини, з якої виготовлені панелі. Саме від її характеристик і залежить ефективність роботи всієї установки.
Вчені в усьому світі намагаються знайти нові матеріали і їх поєднання для підвищення продуктивності сонячних панелей. Сьогодні їх створюють із полімерів, селенідів, міді, телуриду кадмію та ін. Але найоптимальнішим варіантом у співвідношенні «ціна-якість» залишаються моделі з кремнію.
Кремнієві сонячні панелі бувають двох видів:
монокристалічні – складаються з тонких пластин кристалів кремнію високого ступеня очищення;
полікристалічні – дешевший, але менш ефективний варіант, для виробництва якого використовують неоднорідні кристали кремнію і усілякі домішки, сплавляючи їх разом.
Полікристалічний кремній є основною сировиною для виготовлення названих пристроїв, він міститься у кварциті. На території України розташоване унікальне родовище з найвищим вмістом діоксиду кремнію в кварциті (більше 99%), яке не має аналогів в Європі – це Баницький кар’єр в Сумській області. Але, оскільки він знаходиться в приватній власності, понад 90% видобутку відправляється на експорт.
За оцінками експертів, в Україні зосереджені значні запаси кварцитів (в Житомирській, Дніпровській, Харківській, Хмельницькій областях). Однак частина родовищ не розробляється, а більшості працюючих вигідніше експортувати сировину, ніж постачати її на внутрішній ринок. Останній, в свою чергу, задовольняється імпортним кремнієм китайського чи турецького виробництва.
Без зміни внутрішньої політики держави в цьому питанні і зовнішньоекономічних показників кремнієвого ринку ситуація навряд чи зміниться в найближчому майбутньому. Але це не стане бар’єром для розвитку альтернативної енергетики в Україні та виробництва на її території сонячних панелей.
У жовтні на півдні Франції була введена в експлуатацію найпотужніша в Європі плавуча установка, що складається з фотоелектричних елементів. Ця подія ознаменувала новий етап у розвитку сонячної енергетики.
Околиці Рони відомі своїми вишуканими винами і чудовою кухнею. Згадана конструкція стане ще однією визначною пам’яткою цього регіону.
Ця сонячна електростанція називається O’MEGA1, її потужність досягає 17
мегават.
Проект унікальний одразу в декількох аспектах. По-перше, це найбільша в Європі технологія, заснована на використанні сонячної енергії на плаву. Дана конструкція розташована на воді, що дозволяє вирішити земельні питання, оскільки вона може монтуватися на резервуарах для питної води, промислових басейнах, заплавах або кар’єрах.
Участь громадян у проекті
Ще одна особливість електростанції полягає в тому, що жителі регіону розміщення установки можуть взяти безпосередню участь в проекті. Власників будинків у Воклюзі або сусідніх департаментах запрошують стати частиною цієї плавучої системи. Таким чином, поряд з відкриттям найбільшої в Європі СЕС на воді, розробники показують, що боротьба зі зміною клімату вимагає колективних зусиль. Про це заявив Ерік Скотто, голова і співзасновник компанії «Akuo Energy». Він також підкреслив, що мета даного підходу полягає в тому, щоб спонукати громадян брати участь у фінансуванні енергетичного переходу з використанням зацікавлених осіб регіону.
«Зелена електрика контрольованого походження»
Інноваційний аспект проекту не зупиняється на досягнутому. «Akuo Energy» також об’єднали свої зусилля з незалежним постачальником електроенергії – компанією «Plüm Energie». Спільно вони розробили унікальне маркування «зелена електрика контрольованого походження», яке не має аналогів у Франції. Це стане гарантією виробництва 100% відновлюваної енергії, виробленої у Франції, створюючи цінність в цій країні.
Ще в 2014 році старий кар’єр на місці нинішньої електростанції перетворили
в озеро, що стало стартом проектних робіт O’MEGA1. Сьогодні установка офіційно
введена в експлуатацію в присутності міністра екології Франції та її державного
секретаря.
За словами розробників, річної потужності цієї плавучої СЕС вистачить для забезпечення електроенергією 4733 будинків, що дозволить уникнути викидів в атмосферу 1096 тонн вуглекислого газу.
«Неосяжний» потенціал
Якщо порівнювати масштаби даного проекту з морською вітровою
електростанцією Hywind в Шотландії, яка виробляє 1500 МВт електроенергії і може
забезпечити нею до 1 мільйона будинків, то вони мізерно малі. Але індустрія
прогнозує появу найближчими роками безлічі подібних проектів.
Про величезний потенціал ринку плавучих СЕС говорить недавнє дослідження
Світового банку. Згідно з його результатами, при використанні лише 1% штучних
поверхонь водосховищ, загальна можлива потужність подібних сонячних батарей
склала б 400 ГВт.
Плаваючі СЕС – це інноваційний і перевірений сектор ринку з швидко зростаючою
висхідною траєкторією розвитку. Вони є ідеальним рішення для країн з обмеженими
земельними ділянками або недостатнім використанням останніх.
У Франції потенціал подібних проектів оцінюється в 20 гігават, розподілених
по перспективним 1300 об’єктам: в основному це старі промислові райони,
гідроелектростанції та водосховища.
Компанія «Akuo Energy» має достатньо можливостей для розробки даної
технології і її тиражування в промислових масштабах. Кілька проектів уже
реалізуються в Європі. У січні уряд Бельгії оголосив про шість плаваючих
фотоелектричних станцій загальною потужністю 11,1 МВт. У Португалії планують
створити гібридні гідро-сонячні проекти, які передбачають установку плаваючих
сонячних панелей на водосховищі, додатково до вже працюючої
гідроелектростанції.
З огляду на існуючі можливості масштабування подібних установок є всі підстави вважати, що найближчими роками багато компаній братимуть приклад з «Akuo Energy».
Останнім часом в інформаційному просторі нерідко можна побачити аналітичні матеріали щодо можливих змін українського законодавства у сфері «зеленої» енергетики. Більшість з них містили песимістичні прогнози і лякали власників сонячних та вітрових генеруючих систем зниженням «зелених» тарифів та встановленням різноманітних обмежень.
Але прийнятий 11 липня цього року закон про
внесення змін до існуючого ЗУ “Про
альтернативні джерела енергії” дозволив до 2030 року встановлювати домашні
сонячні електростанції потужністю до 30 кВт на земельних ділянках і отримувати
“зелений” тариф на електроенергію, відпущену в енергосистему, а також
врегулював коефіцієнти відповідно до курсу євро. Крім того, європейський вектор
розвитку нашої держави передбачає спільний з країнами ЄС розвиток відновлюваної
енергетики та поступове збільшення частки таких енергоресурсів. Нове
керівництво держави та особисто президент Володимир Зеленський неодноразово
наголошували на пріоритетності зазначеного напряму.
Але після засідання «круглого
столу», яке відбулося 27 вересня цього року на базі Комітету з питань
енергетики і житлово-комунальних послуг, сподівання на краще не доводиться.
Зокрема, на ньому обговорювали такі зміни:
– зменшення «зеленого»
тарифу;
– встановлення нових
податків (до місцевого та державного бюджетів)
на вже існуючі станції;
– обмеження термінів Pre-PPA, що
передбачають використання «зеленого» тарифу з 2020 року та його зміну
для нових станцій з цієї ж дати.
У якості додаткового
джерела для фінансування відновлюваної енергетики пропонується ввести
додатковий екологічний податок на викиди СО2.
Звісно, це лише
пропозиції і найближчим часом робоча група Комітету почне напрацьовувати
конкретні законодавчі зміни в цьому напрямку. Але навіть обговорення подібних
нововведень змушує занепокоїтись власників СЕС і ВЕС, а також інвесторів, що
вклали чималі кошти у розвиток української відновлювальної енергетики. Окрім
ризику численних позовів від них, стає цілком зрозуміло, що відповідні зміни у
«зеленому» законодавстві боляче вдарять по інвестиційній привабливості України,
а також загальмують розвиток альтернативних енергоресурсів.
А виграють від таких
змін лише олігархи, які отримають дешеву електроенергію для безперебійної
роботи своїх заводів, фабрик та комбінатів. А й справді – навіщо їм витрачати
чималі кошти та час на переобладнання своїх виробничих потужностей відповідно
до новітніх енергетичних запитів, якщо можна продовжувати працювати у звичному
режимі, ще й зекономити?
Схоже, що численні
закиди на адресу голови вищезазначеного Комітету Андрія Геруса у його зв’язках
з олігархами та лобіюванні інтересів останніх мають підґрунтя.
Відкриття вчених з Уорікського університету ставить під сумнів звичне правило дизайну органічних сонячних елементів. Основні його тези:
• Може сприяти створенню недорогих, гнучких і
стабільних органічних сонячних батарей для використання на транспортних
засобах, вигнутих поверхнях і вікнах.
• Зменшення площі поверхні електродів в органічних
сонячних елементах не знижує їх продуктивність, якщо провідні частини
розташовані близько одна до одної.
• Композити з ізолюючих полімерів і провідних наночастинок мають переваги перед обмеженим діапазоном матеріалів, що використовуються сьогодні.
Завдяки відкриттю, яке кидає виклик традиційному
уявленню про один з ключових компонентів органічних сонячних батарей, їх можна
буде використовувати на різних вигнутих поверхнях, наприклад, на корпусі
автомобіля. Як відомо, вони складаються з суміші органічних молекул для
поглинання сонячного світла і перетворення його в електрику.
Основний елемент пристрою включає в себе тонку
плівку органічних напівпровідників, затиснуту між двома електродами. Вона
виводить в зовнішній ланцюг згенеровані заряди. Прийнято вважати, що 100%
поверхні кожного електрода має бути електропровідною, щоб максимізувати
ефективність отримання заряду.
Але вчені з Уорікського університету виявили, що
насправді для продуктивної роботи подібних конструкцій електроди потребують електропровідності
приблизно на 1% площі їх поверхні. Це відкриває можливості для використання
цілого ряду композитних матеріалів для підвищення продуктивності і зниження
вартості. Про відкриття стало відомо 11 вересня 2019 року з публікації в
журналі «Advanced Functional Materials».
Доктор Р.Хаттон, науковий керівник цього дослідження з факультету хімії Уорікського університету заявив про те, що вони поставили під сумнів поширене твердження щодо необхідності максимального збільшення площі поверхні між електродами і органічними напівпровідниками для оптимізації роботи сонячних елементів.
Вчені розробили модель електрода, де можна
систематично змінювати площу поверхні. В результаті виявилося, що ефективність
роботи системи була однаковою при електропровідності всієї поверхні чи всього
лише одного її відсотка, за умови близького розташування провідних областей.
Високопродуктивні органічні сонячні елементи мають
додаткові прозорі шари між електродами і напівпровідниками, що вловлюють світло.
Вони необхідні для оптимізації розподілу світла в пристрої і підвищення його
стабільності, а також для передачі заряду до електродів. Це непросте завдання і
лише деякі матеріали відповідають усім зазначеним вимогам.
Одна з дослідниць, доктор Дінеша Дабера, пояснює,
що отриманий висновок показує великий потенціал у використанні комбінацій
ізоляторів і провідних наночастинок, таких як вуглецеві нанотрубки, фрагменти
графена або металеві наночастинки, що підвищить продуктивність пристрою і
знизить його вартість.
Вона також зазначила наближення комерціалізації
подібних продуктів, але для цього потрібно знайти методи ще більшого скорочення
витрат і одночасного підвищення продуктивності.
Доктор Хаттон в своєму інтерв’ю пояснює, що їх
розробка продемонструвала правило проектування для такого типу сонячних
батарей, яке відкриває набагато більше можливостей для вибору матеріалів і,
таким чином, допоможе забезпечити їх комерційну реалізацію.
Органічні сонячні елементи є абсолютно безпечними для навколишнього середовища, оскільки вони не містять токсинів і можуть експлуатуватися при невисоких температурах, забезпечуючи низькі вуглецеві показники і короткий період окупності.
Доктор Хаттон відзначає зростаючу потребу в гнучких сонячних батареях, які мають невелику вагу і варіюються за кольорами. Традиційні кремнієві аналоги чудово підходять для масштабного виробництва електроенергії на сонячних станціях і дахах будівель, але вони погано пристосовані до потреб електромобілів і сучасних віконних конструкцій. На противагу їм, органічні сонячні пристрої досить легкі і можуть використовуватися на вигнутих поверхнях.
Це відкриття дозволить розробникам створити доступні та функціональні зразки, надавши більше можливостей для вибору матеріалів.
Якщо сама
тільки думка про перельоти на авіасуднах з акумуляторами викликає у вас хвилювання,
поспішаємо вас заспокоїти. Вчені знайшли можливість перетворювати вуглекислий газ
в рідке паливо, забезпечуючи таким чином живлення навіть масивних видів
транспорту, таких як кораблі, літаки, вантажні потяги.
Повторне
використання СО2 стане альтернативою захоронення вуглекислого газу під землею.
Відповідно до недавньої публікації в спеціалізованому журналі, вчені зі
Стенфордського і Датського технічного університетів змогли за допомогою
електрики і поширеного в природі каталізатора перетворити вуглекислий газ (СО2)
в джерело енергії оксид вуглецю (СО) ефективніше, ніж це вдавалося раніше
іншими методами. У ролі каталізатора використовували оксид церію, який більш
стійкий до впливу.
Така
технологія виробництва СО з СО2 є першим кроком до перетворення вуглекислого
газу не тільки в рідке паливо, а й в інші речовини, наприклад, пластмаси і
штучний газ. А ось приєднання водню до СО дозволить отримати інші види палива –
синтетичного дизельного та аналогу реактивного. Розробники мають намір
застосовувати поновлювану енергію для продукування оксиду вуглецю і подальшої
переробки, що дозволить створити речовини з нульовим рівнем вуглецевих викидів.
Співавтор статті Вільям Чу розповів, що їм вдалося продемонструвати перетворення СО2 в СО за допомогою електрики зі 100%-ою селективністю і без виникнення небажаного побічного продукту у вигляді твердого вуглецю. Знаючи про розробки в цьому напрямку, він запросив двох вчених з Датського технічного університету (ДТУ) для спільної роботи над цим дослідженням – Крістофера Грейвса і Тейса Скафте. Останній з них є провідним автором розробки та докторантом ДТУ. Він зізнався, що кілька років працював з колегами над високотемпературним електролізом вуглекислого газу, але нинішня співпраця принесла успіх, якого б не було без синергії.
Перешкоди на шляху перетворення
Перевагою при використанні рідких видів палива можна назвати експлуатацію наявної інфраструктури – заправок, системи трубопроводів, двигунів. При електрифікації транспортних засобів це неможливо. Значна вагу акумуляторів і довгі маршрути також перешкоджають електрифікації повітряних і водних суден. А ось для вуглецево-нейтрального палива це не стане проблемою.
Зліва направо: Крістофер Грейвс, Міхал Байден і Майкл Мачала перед машиною для імпульсного лазерного напилення, яку Мачала використовував для виготовлення електродів. Фото: Марк Голден
Незважаючи на
те, що рослини природним шляхом зменшують вміст парникового газу, перетворюючи
його в багаті вуглецем сахариди, синтетичний метод отримання СО ще не знайшов широкого
застосування. Основні причини цього: пристрої вимагають істотних електрозатрат,
розщеплюють низький відсоток молекул CO2 або продукують чистий вуглець, здатний
зіпсувати саму установку. Вчені в новому дослідженні спочатку проаналізували
те, як різні пристрої реагували при електролізі CO2.
Після цього
команда почала тестування конверсії за двома напрямками – проводилися досліди з
оксидом церію і звичайними нікелевими каталізаторами. В результаті досліджень
електрод з церію залишався неушкодженим, а ось нікелевий постраждав через
вуглецеві відкладення, що набагато скорочувало термін служби останнього.
К. Грейвс підкреслив величезне значення такої здатності церію для фактичного терміну служби електролізерів вуглекислого газу. Таким чином, заміна нинішнього нікелевого електрода зразком з церію в майбутньому збільшить тривалість роботи пристрою.
На шляху до комерціалізації
Вирішення
проблеми швидкого пошкодження електрода допоможе істотно зменшити виробничі
витрати при отриманні оксиду вуглецю. Пристрій нового типу не накопичує вуглецю,
що дозволяє йому перетворювати більше СО2 в СО (в сучасних девайсах це обмежується
менш ніж 50%-ою концентрацією оксиду вуглецю). Все це призведе до зменшення
загального рівня витрат.
Один з авторів
статті розповідає, що принцип роботи пристрою з церієм заснований на утримуванні
вуглецю в стабільній окисленій формі. Вчені змогли пояснити це за допомогою
обчислювальних моделей відновлення вуглекислого газу при підвищеній
температурі, що потім було підтверджено результатами рентгенівської
фотоелектронної спектроскопії діючої установки.
Висока
вартість утримування СО2 перешкоджала захороненню газу під землею в значній
кількості, а також могла б стати бар’єром для створення на його основі рідкого
палива і різних хімікатів. Але оптимізація ціни продуктів в сукупності з
виплатами за відсутність шкідливих вуглецевих викидів зробить технологію на
основі СО2 вигідною.
Вчені прогнозують, що їх розробки методів електролізу СО2 за допомогою спектроскопії і моделювання стануть поштовхом для вивчення поверхневих властивостей церію та інших оксидів, що призведе до створення більш ефективних процесів переробки вуглекислого газу.
Міжнародна
група науковців навчилася утримувати тепло, яке було б просто втрачено, і
перетворювати його в електрику.
Про це
відкриття нещодавно повідомлялося в журналі Science Advances. З його допомогою
можна було б ефективніше використовувати в якості джерела тепла вихлопні гази
автомобілів, міжпланетні космічні установки і промислові процеси.
За словами
Джозефа Хереманса, одного з авторів дослідження і видатного вченого Державного
університету Огайо, це відкриття дозволить виробляти більше електричної енергії
з тепла, ніж це роблять сьогодні. І в його основі – те, що до сих пір вважалося
неможливим.
Йдеться про
парамагнетики – мікрочастинки, які не є магнітами, але несуть певний магнітний
потік. Це важливо, оскільки магніти при нагріванні втрачають свою магнітну силу
і стають так званими парамагнітними. Магнітний потік створює такий тип енергії,
який раніше не міг використовуватися для отримання електрики при кімнатній
температурі.
Вчені виявили
новий спосіб проектування термоелектричних напівпровідників – матеріалів, що
перетворюють тепло в електрику. Звичайні термоелектрики, які з’явилися 20 і
більше років тому, дуже неефективні і дають мало енергії, тому практично не
використовуються. Відкриття змінює такий підхід.
Магніти є
важливою частиною акумуляції енергії з тепла: коли одна їх сторона
нагрівається, інша – холодна – стає більш магнітною і провокує обертання, яке
штовхає електрони в магніті і створює електрику.
Парадокс
полягає в тому, що при нагріванні магніти втрачають більшу частину своїх
магнітних властивостей, перетворюючись в парамагнетики. Раніше їх ніхто не
використовував для збору тепла, тому що вчені вважали їх нездатними акумулювати
енергію.
Але наразі з’ясувалося, що парамагнетики штовхають електрони тільки на одну мільярдну мільйонну частку секунди – досить довго, щоб зробити їх діючими джерелами енергії.
Дослідницька
група почала тестування парамагнетиків, щоб встановити – чи зможуть вони створити
необхідні обертання за правильних обставин.
Хереманс запевняє, що їм вдалося виявити той тип обертання парамагнетіков, який дійсно штовхає електрони. І це, за його словами, може дозволити акумулювати енергію.
20 вересня в столиці України відбулася акція в рамках Міжнародного маршу за клімат, учасники якої висловили свою позицію щодо забруднення навколишнього середовища і шкідливих викидів, що негативно впливає на екологічну ситуацію і призводить до незворотних змін клімату. Дійсно, цьогорічний липень виявився найспекотнішим місяцем, а останні 5 років перевищили максимальні показники температури за всю історію спостережень за погодою.
В рамках «Маршу за клімат» понад 2000 активістів пройшлися з гаслами по центру Києва і передали в офіс президента лист з основними вимогами. Серед них – перехід на відновлювальні джерела енергії до 2050 року, заборона видобутку викопного палива і використання одноразового пластику, розвиток екоорієнтованого транспорту, припинення дотацій промислового тваринництва з держбюджету.
У цей день
подібні акції пройшли в 160 країнах світу, включаючи Німеччину, Австралію і
США. Громадськість сподівається таким чином привернути увагу до проблеми
напередодні саміту ООН з питань клімату, який заплановано на 23 вересня 2019
року.
Днями в
журналі Joule була опублікована цікава інформація: недорогий термоелектричний
девайс перетворює енергію нічного холоду в електрику, живлячи світлодіод. Вчені
Каліфорнійського університету, що працюють над даним дослідженням, підкреслюють
унікальність роботи системи в той час, коли сонячна енергія відсутня, тобто
вночі. Вони прогнозують подальший розвиток подібного підходу, який особливо
підійде для віддалених територій, де необхідне вироблення електроенергії в
нічний час.
Незважаючи на
те, що сонячна енергія є потужним поновлюваним джерелом енергії, аналога, що
працює за відсутності сонячних променів, до цього часу не існувало. Звичайно, ліхтарі
на сонячних батареях можуть освітлювати простір вночі, але це збільшує витрати.
Пристрій, про який йде мова, не потребує сонячної енергії, а використовує виключно охолодження, під час якого поверхня повертає в атмосферу природне тепло, отримане за день, досягаючи температур нижче навколишнього повітря. Цей феномен пояснює появу заморозків на траві в морозні дні, він також може бути використаний для генерації електроенергії при перепаді температур в денний і нічний час.
Це схема термоелектричного генератора, який використовує різницю температур для виробництва відновлюваної електроенергії без активної подачі тепла
Вчені
протестували свій винахід під ясним грудневим небом Стенфорда. Девайс, що
складається з полістиролу та алюмінію, розмістили на висоті одного метра від
даху будівлі. Коли термоелектричний модуль пристрою був підключений до передавача
підвищення напруги і білого світлодіоду, дослідники помітили, що він пасивно продукував
світло. Вони також виміряли його вихідну потужність протягом шести годин,
виявивши, що він виробляє до 25 міліват енергії на квадратний метр. На думку
А.Рамана, головного автора розробки, вона виводить на перший план нові
можливості для вироблення енергії, використовуючи холод космосу як поновлюваний
енергетичний ресурс.
З огляду на те, що охолоджувач складається з простого алюмінієвого диска, покритого фарбою, і всі інші компоненти можна придбати в будь-якому магазині, А.Раман і команда вважають, що пристрій можна легко масштабувати для практичного використання. Незважаючи на те, що кількість електрики, яку він виробляє на одиницю площі, залишається відносно невеликою, що обмежує його широке застосування на даний момент, дослідники прогнозують ймовірність збільшення потужності в 20 разів. Наприклад, при роботі в більш теплому і сухому кліматі.
Останні дослідження в галузі гідроенергетики, використання енергії зрідженого повітря і потоків вітру обіцяють дешевизну і доступність подібних підходів. Прихильники впевнені в стрімкому розвитку технологій, що дозволяють виробляти електроенергію з відновлюваних джерел, які до того ж є екологічно чистими і безпечними, наприклад – сонця, вітру та інших.
Використання енергії води
вважається одним з найстаріших методів в даній області. Внаслідок перепаду
висот і руху водних мас спеціальні турбіни перетворюють її в електроенергію.
Дослідницька група Австралійського національного університету (АНУ) виявила в
усьому світі не менше 530000 потенційних водосховищ, які можуть
використовуватися в якості недорогих відновлювальних джерел енергії.
Бін Лу, член проектної команди,
кандидат наук в Науково-дослідній школі електротехніки, енергетики і
матеріалознавства при АНУ зазначив, що на сьогоднішній день гідроенергетика є
найдешевшою технологією виробництва електроенергії з відновлювальних джерел у
великих масштабах, адже на насосні гідроелектростанції припадає 97% продукування
такої енергії в усьому світі, а типовий термін служби останніх становить 50
років.
Ще одна багатообіцяюча масштабна
технологія накопичення енергії, про яку недавно повідомляли в новинах,
заснована на фундаментальних принципах ньютонівської фізики. Компанія Energy
Vault пропонує за допомогою кранів спорудити величезну вежу, що складатиметься
з бетонних блоків вагою 35 тонн кожен. Суть методу полягає в тому, що під час
падіння такі блоки вивільняють накопичену енергію, витрачену на їх підйом,
запускаючи в роботу турбогенератори.
У третьому випадку компанія Highview Power прагне довести, що її системи зберігання енергії на основі зрідженого повітря можуть забезпечити дешеве і високоефективне акумулювання енергії в гігават-годинах (ГВт/год) протягом 5-10 годин на день. Фахівці запевняють, що такі ресурси збереження енергії, в поєднанні з її відновлювальними якостями, є еквівалентними і можуть замінити теплові та ядерні джерела, забезпечивши при цьому додаткову безпеку поставок.
Дешеві і надійні сховища гідроенергії
За даними недавніх досліджень
АНУ, в усьому світі існує величезна кількість дешевих і ефективних водосховищ,
які можуть бути пов’язані з системами сонячної або вітрової енергії для
створення гідроелектричних мереж без шкідливих викидів. Такі висновки суперечать
загальноприйнятій думці.
Провідний дослідник, доктор філософії і науковий співробітник Коледжу інженерії та комп’ютерних наук АНУ Метью Стокс стверджує, що їм вдалося виявити по всьому світу сотні тисяч потенційних місць для зберігання і виробництва гідроенергії і достатньо буде лише невеликої їх частини для підтримки глобальної системи електроенергії, причому повністю відновлюваної.
Знімок карти світу з перспективними ділянками короткострокового зберігання гідроенергії
На думку вчених з АНУ, місця зберігання гідроенергії не обов’язково повинні розташовуватися поблизу річок або інших водойм. Місцевий рельєф можна пристосувати для розміщення нижніх і верхніх резервуарів для води, які згодом будуть з’єднані з трубопроводами для відкачування води в потрібному напрямку і запуску в рух агрегатів для вироблення електроенергії за потребою.
Енергія сонця і вітру, в свою
чергу, може використовуватися для перекачування води між резервуарами, що
значно здешевить вартість і підвищить ефективність системи. Згідно з висновками
дослідницької групи, для транспортування електроенергії можуть бути побудовані
високовольтні лінії електропередач, утворюючи таким чином мережі з нульовим
рівнем викидів.
Створення зон відновлюваної енергії та електричних мереж з нульовим рівнем викидів
Ендрю Блейкерс, член
дослідницької групи і директор Центру стійких енергетичних систем АНУ, заявив,
що існує безліч можливостей для створення зон відновлюваної енергії по всьому
світу, де є відповідні умови для використання вітру, сонця і води. До них
відносяться окремі території штатів США, таких як Арізона, Колорадо і Техас, а також
близько 3000 інших областей по всій Австралії.
Він пояснив, що в такому випадку
вартість транспортування розподіляється між вітряною, сонячною та
гідроелектростанціями. Також водосховище гарантує безперебійну роботу системи
цілодобово, що знижує витрати на передачу енергії і робить її більш ефективною.
Вчений зауважив, що екологічні, геологічні та інші фактори приведуть до виключення багатьох запропонованих об’єктів, але при такій кількості потенційних місць для підтримки 100% відновлюваних джерел енергії необхідно розробити менш 1% із загального переліку. До того ж, витрати на транспортування і побудова інфраструктури є незначними для більшості об’єктів, а зі збільшенням їх площі – і зовсім втрачають значимість.
Потенціал накопичення енергії, ГВт/годин на мільйон людей
Ендрю Блейкерс стверджує, що запропоновані місця розташування гідроустановок зможуть забезпечувати максимальну потужність протягом 5-25 годин в залежності від розмірів резервуарів. Методи будівництва подібних споруд добре відомі і перевірені, а насос з гідропідсилювачем забезпечує швидкий потік енергії всього за кілька хвилин. До того ж, кількість спожитої води, необхідна для генерації електроенергії в поєднанні з сонцем і вітром, буде значно меншою, ніж у електростанцій, що працюють на паливі, яке потрібно додатково охолоджувати водою.
За посиланням доступні додаткові відомості про проведений аналіз, а також карти з місцезнаходженням потенційних місць зберігання електроенергії: http://re100.eng.anu.edu.au/global/
Підняття плит для будівництва енергоакумулятора
Що стосується кінетичної енергетичної системи Energy Vault, то за своєю природою вона надзвичайно економічна. Обсяг накопиченої енергії безпосередньо залежить від кількості і маси блоків, а також висоти, на яку вони піднімаються, а потім опускаються.
Згідно з інформацією з новин,
вартість зберігання енергії протягом терміну служби такої «вежі потужності»
може становити приблизно кілька центів США за кіловат-годину (кВт/год), що
приблизно в 7 разів нижче, ніж для еквівалентних систем з іонно-літієвими
батареями.
Однак, незважаючи на різке
скорочення використання літій-іонних акумуляторів, сучасним системам
накопичення енергії поки складно конкурувати з традиційними електростанціями на
сировинному паливі, особливо, якщо мова йде про довготривалі і великомасштабні
проекти. Про це заявив співзасновник і генеральний директор компанії Energy
Vault Роберт Пікон. Він підкреслює екологічну безпеку інноваційної технології,
а також можливість поєднати з нею сонячну та вітрову енергію для повної заміни сировинного
палива відновлюваними джерелами енергії.
Нагадаємо, що даний проект Energy Vault переміг серед ідей, що змінюють світ, в номінації «Енергія» на думку видання Fast Company в 2019 році.
Технологія накопичення кріогенної енергії від Highview Power
Британська компанія Highview
Power, яка базується в США, бачить перспективу в своїй технології зберігання
енергії у вигляді зрідженого повітря. Нещодавно її керівництво оголосило про
створення спільного підприємства з багатонаціональною компанією TSK, яка
займається проектуванням, закупівлями і будівництвом. Співпраця передбачає
розробку великомасштабних проектів у згаданій сфері енергетики в Європі
(Німеччина, Італія і Іспанія), Великобританії і США, а також в Нігерії та інших
східноафриканських країн, таких як Мавританія і Сенегал. Про це виданню Solar
Magazine розповів генеральний директор компанії Хав’єр Кавада.
Він вважає, що вартість такої
енергії буде наполовину меншою в порівнянні з аналогічними системами
накопичення енергії на іонно-літієвих батареях. Останні можуть чудово
справлятися із завданням швидкого створення та високоефективного накопичення
енергії, але тільки на термін до чотирьох годин. Однак витрати на експлуатацію
та технічне обслуговування систем швидко ростуть, роблячи їх занадто
витратними.
Хав’єр Кавада вважає, що системи
зберігання енергії у вигляді зрідженого повітря від Highview здатні вирішити
дві великі проблеми, що стримують швидке зростання використання енергії сонця,
вітру та інших енергоресурсів без викидів. А саме – дати їм більше можливостей
для розвитку. Сьогодні відновлювані джерела енергії забезпечують близько 17%
світових потужностей з виробництва електроенергії. Щоб отримати 50%, необхідно
збільшити їх кількість в 3 рази. Надійне, масштабне і тривале зберігання –
відсутній шматочок такого пазла, вважає Кавада.
Стандартна система Highview забезпечує 50 мегават-годин (МВт/год) ємності зберігання енергії протягом 8 годин на день. Вона можуть працювати протягом 10 або 20 років, керуючись здебільшого дистанційно і вимагаючи відносно невеликих витрат на експлуатацію та обслуговування.
Деталізація системи зберігання енергії у вигляді зрідженого повітря від
Highview
За словами Кавади, збільшення
робочої потужності з 0 до 100% відбувається менш ніж за 10 секунд, що було
продемонстровано в Манчестері. На найбільш швидкозростаючих ринках
електроенергії Highview може легко поєднати свої системи з літій-іонними
акумуляторами, щоб досягти блискавичної швидкості.
До того ж, методика і технологія перетворення
повітря в рідку форму добре відома і широко використовуються в промисловості і
торгівлі, зазначає Кавада. Це спрощує і прискорює розвиток та інтеграцію
систем, що, в свою чергу, знижує загальні витрати. Сьогодні існує безліч
установ, де використовують зріджене повітря в аналогічному температурному
діапазоні (кисень або азот). Причому, охолоджуючись, повітря додатково очищається,
оскільки видаляється вуглекислий газ CO2, температура скраплення якого вище,
ніж у кисню.
Цей газ можна використовувати і
продавати в якості побічного продукту, наприклад, для виробництва газованої
води та інших подібних напоїв. Наразі Highview працює з британською пивоварною
компанією в Південному Уельсі, щоб робити це в рамках одного з проектів, який
перебуває на етапі розробки, додав Кавада.
Компанія вбачає безліч варіантів
застосування своєї технологи. В Італії вона розробляє кілька проектів, щоб
зробити енергію сонця або вітру повністю керованою (24 години, 7 днів на
тиждень, 365 днів на рік), для чого потрібно достатньо місця для зберігання.
Цінність системи зберігання
енергії у вигляді зрідженого повітря відрізняється в країнах, що розвиваються
або менш розвинених країнах. Там технологія Highview може істотно підтримати
національні та місцеві ініціативи по електрифікації, а також зробити істотний
внесок в досягнення національних і міжнародних цілей в галузі відновлюваної
енергії та зміни клімату.
На шляху до переходу на відновлювальні джерела енергії без викидів
Система зберігання енергії у
вигляді зрідженого повітря здатна збільшити використання природного газу або
вугільних електростанцій, сприяючи їх діяльності та переходу на енергію з
нульовим викидом вуглецю. Технологія може бути синхронізована з газовими
електростанціями, наприклад. В такому випадку природний газ буде
використовуватися тільки тоді, коли в цьому виникає гостра потреба, пояснив
Кавада.
Але такий підхід суперечить місії
і стратегії компанії, адже її головне завдання – прискорити зростання відновлюваних
джерел енергії і повністю замінити ядерне і видобувне паливо. Багато нафтогазових
компаній знають про це і Highview співпрацює з ними, щоб досягти своєї мети.
Кавада повідомив про майбутню
зустріч керівників компаній Highview і TSK з корпораціями Shell і Total для обговорення
необхідності збільшення кількості відновлюваних джерел енергії та надання допомоги
цим компаніям у здійсненні такої переорієнтації.
Державні органи та комунальні
служби в різних країнах виявляють великий інтерес до технології Highview. З
метою техніко-економічного обґрунтування ефективності компанія розробила в США
установку потужністю 50 МВт/400мВт/ч, з’єднану з вітряної електростанцією, а
також підписала угоду зі споживачем комунальних послуг, плануючи незабаром
оголосити про укладення угоди.
Запустивши дві невеликі установки
в Великобританії, компанія Highview також працює над розробкою системи
потужністю 50 МВт/250МВт, ємність зберігання якої можна буде збільшити з 8 до
10 годин.
