Оригинал взят у

nippon_life в Япония откроет первую геотермальную электростанцию в стране

Поскольку Япония продолжает искать альтернативу ядерным реакторам, в стране подготовили к запуску проект первой за 15 лет геотермальной электростанции. Она расположена на острове Кюсю, префектура Кумамото, в регионе, известном своими природными горячими источниками и вулканической активностью. Открытие станции дает «зеленый свет» и другим альтернативным проектам.

Япония является одним из наиболее сейсмически активных регионов в мире, поэтому и изобилует геотермальными источниками. По подсчетам с помощью новой станции страна будет в состоянии генерировать 23 млн кВт энергии, став третьей по величине в мире после США и Индонезии. Не удивительно, что японское правительство под давлением общественности проводит мониторинг потенциальных геотермальных энергетических проектов. СМИ сообщают, что в Японии есть более 60 пригодных для постройки станций мест. «С точки зрения национальной безопасности гораздо лучше для страны иметь свои собственные энергетические ресурсы», — утверждает Масахо Адачи, эксперт по геотермальной энергии и бывший председатель геотермальных разработчиков Японии.

По материалам информационного агентства yaponia.biz

Трибоэлектрическая революция?

Исследователи из Технологического института Джорджии заявили о создании эффективного и надежного устройства, которое может превратить в электричество энергию, которую человечество на протяжении сотен лет тратило впустую.

Речь идет о так называемом трибоэлектрическом генераторе: устройстве, которое вырабатывает электричество в результате трения между двумя поверхностями. С трибоэлектричеством знаком каждый, кто ходил в носках по синтетическому ковру.

До сих пор технологии сбора трибоэлектричества были слишком непредсказуемыми и ненадежными, поэтому большинство электрогенераторов основаны на принципе магнитной индукции. Но в новом исследовании, опубликованном в Nature Communications, ученые и инженеры заявляют о том, что им удалось преодолеть ключевые препятствия на пути к технологии сбора трибоэлектричества. Это означает, что человечеству теперь доступны неиссякаемые источники энергии: движение волн, ходьба (тротуары, лестницы, коридоры), танцполы, дождь, ветер, компьютерные клавиши, городской транспорт и тысячи других мест и вещей.

Трибоэлектрогенератор имеет простую и надежную конструкцию

Прототип трибогенератора представляет собой тонкую шайбу диаметром 10 см. Внутри находятся две круглые пластины: одна отдает электроны, а другая принимает. Пластины разделены диэлектрической воздушной прослойкой, но предусмотрен и третий промежуточный диск с электродами, которые в результате вращения трибогенератора соединяют пластины и забирают электрический заряд. При максимальной скорости вращения 3000 оборотов в минуту устройство генерирует 1,5 Вт и имеет эффективность преобразования 24%, что в 3 раза выше, чем у пьезоэлектрических генераторов и сравнимо с эффективностью традиционных магнитно индукционных генераторов.

Трибоэлектрогенератор вырабатывает электричество, вращаясь на ветру

Единственным серьезным недостатком трибогенератора пока является использование золота для электродов, но разработчики сообщают, что золото можно заменить дешевыми синтетическими материалами. Новый генератор, вращаясь от ветра и других механических сил, способен вырабатывать «дармовую» электроэнергию, причем он может быть дешевле, чем генераторы с магнитами из редкоземельных металлов.

«Вечный» генератор питается излучением Земли

Ученые предложили способ использования простого выпрямителя тока для поглощения и переизлучения инфракрасного света, который испускает наша планета. Расчеты показывают работоспособность идеи, предлагающей новый способ генерации чистой энергии.

Физики из Гарвардской школы инженерных и прикладных наук (SEAS) предложили устройство, которое может превращать энергию ИК-излучения в электричество. Как известно, наша планета нагревается Солнцем, и по сравнению с окружающим космическим пространством она очень горячая. Благодаря последним технологическим достижениям, эта разница температур может быть преобразована в постоянный ток (DC). По-сути, излучение Земли – это огромный неиспользованный источник энергии, и ученые нашли возможность извлечь из него пользу.

«На первый взгляд звучит странно: получать энергию, излучая тепло в космос, но наше устройство работает именно так, - рассказывает изобретатель новой технологии физик Федерико Капассо. – Наш прибор является промежуточным звеном на пути ИК-излучения в космос и превращает часть этого излучения в электроэнергию».

Группа Капассо предполагает два различных вида генератора, работающих на принципе захвата ИК-излучения: один, макроразмерный, является аналогом солнечного коллектора, а второй, наноразмерный, - аналогом фотоэлектрчисекой панели.

Устройство, созданное Федерико Капассо, использует средний ИК-диапазон, который до изобретения квантового каскадного лазера оставался вне внимания ученых. Капассо предлагает использовать это излучение для работы оригинальных фотоэлектрических панелей, которые вырабатывают электроэнергию, не поглощая видимый свет, а излучая инфракрасный.

На первый взгляд – это абсурд, солнечная панель излучающая свет, однако расчеты показывают, что она действительно выдает ток. Суть макроразмерного «эмиссионного комбайна» Федерико Капассо в использовании термоэлектрического эффекта: выработки электричества под воздействием разницы температур. Устройство представляет собой две соединенные пластины: одна («горячая») направлена к земле и поглощает ИК-излучение, а вторая («холодная») направлена вверх и сделана из материала, эффективно отдающего тепло.

Ученые измерили ИК-излучение поверхности Земли в городе Ламонт, штат Оклахома, США, и подсчитали, что разница температуры между пластинами позволит генерировать несколько ватт на квадратный метр. Надо отметить, что удельная мощность солнечного излучения в безоблачный день может доходить до 1400 ватт на кв. м, тогда как современные солнечные панели могут преобразовать в электричество лишь 10-20% этой энергии, причем только днем, в то время, как устройство Капассо выдает электричество днем и ночью и не требует наведения на Солнце.

Электрическая схема устройств Федерико Капассо очень проста, однако требует компонентов с уникальными для современной техники характеристиками. На фото три генераторные цепи с разной входящей температурой. Цепь А в равновесии и не вырабатывает ток; цепь В – обычный выпрямитель тока; цепь С – устройство Капассо, вырабатывающее ток

Федерико Капассо также предложил и второй, более эффективный нанотехнологичный, тип круглосуточной солнечной панели, основанной на принципе диода Ганна, предложенного в 1968 году и используемого в полицейских радарах. Суть термоэлектрического генератора второго типа заключается использовании способности электрической цепи самопроизвольно «толкать» ток в любом направлении. Так, если компонент электросхемы, например простой диод, нагрет больше, чем резистор, цепь создает электрический шум, производя положительное напряжение. Федерико Капассо полагает, что роль резистора может выполнить микроскопическая наноантенна, способная эффективно излучать ИК-лучи. Таким образом диод в сочетании с нанотехнологичными антеннами составят термоэлектрическую пару, вырабатывающую ток.

Оба устройства Капассо, на базе макропластин и наноантенн, могут быть созданы с помощью новейших достижений в области плазмоники, микроэлектроники и новых материалов, таких как графен. Возможно, уже в ближайшие годы удастся разработать микроскопические диоды, которые могут работать на низких напряжениях и переключаться с частотой 30 трлн раз. В случае успеха, станет возможным создание высокоэффективных нанотехнологичных термоэлектрических панелей Капассо, которые в буквальном слове будут впитывать энергию из окружающей среды.

Оригинал взят у

solar_front в 44 Гвт фотовольтаики поставят в этом году (мировое).

BNEF ожидает в 2014 установки 44,5 ГВт по всему миру.
28.02.2014: Экономическая служба информации Bloomberg New Energy Finance (BNEF) считает, что в течении текущего года установят 44,5 ГВт фотовольтаики. Это на 29,9 % больше по сравнению с 2013. В 2013 рост был 20,3 % и в 2012 - 4,4 %. Китай будет в 2014 будет самым большим в мире солнечным рынком и установит от 12 до 14 ГВт. Увеличение рынков в Японии и США частично компенсирует падение европейского рынка. Япония установит примерно 10,5 ГВт и США примерно 5,3 ГВт согласно BNEF в 2014. Ожидается, что именно производители поликремния и модулей из Азии получат максимальные прибыли.

Для справки: 44 ГВт - это более 10-ти крупных атомных электростанций.

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.

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).

«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.

«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.

http://newscenter.berkeley.edu/2014/01/28/seafloor-carpet-catches-waves-to-harness-energy/

news.nationalgeographic.com/news/energy/2014/02/140220-five-striking-wave-and-tidal-energy-concepts/

Как найти ветер в облаках?

ПО и косметические изменения в аппаратном обеспечении, сделанные General Electric, позволили компании, эксплуатирующей её турбины, поднять прибыль на 20%.

История часто несправедлива к именам. Томас Эдисон родился в сотне километров от Чарльза Браша, они были почти сверстниками, да и их интересы в электробизнесе пресекались, так что в конечном счёте Эдисону пришлось купить компанию Браша... Но сравнить объём наших знаний о первом и последнем невозможно.

Первый автоматизированный ветряк. Не стоит морщиться: с чего-то же надо было начинать! (Здесь и ниже иллюстрации GE.)

Между тем именно Браш в 1887 году построил первый полностью автоматический генератор, который работал от ветряка, спаренного с дюжиной свинцовых аккумуляторов, и следующие двадцать лет именно от этого 12-киловаттного чуда тогдашней техники питалось его поместье. Этот 4-тонный монстр высотой в 18 м, имевший аж 144 (!) лопасти, на многие десятилетия опередил сходные по параметрам установки конкурентов, став первым автономным источником энергии, целиком основывающемся на ветре.

Сегодня General Electric — компания, в которую после слияния с эдисоновской фирмой вошла Brush Electric, — делает ветряки в десять раз выше и в 200 раз мощнее. Однако задачи автоматизации их работы далеко не исчерпаны, и это направление деятельности Чарльза Браша всё ещё серьёзно влияет на энергетику.

В конце XIX столетия задачи такого рода казались простыми: надо лишь автоматически ориентировать лопасти по ветру, чтобы изменение его направления не остановило установку. Решить проблему удалось уже тогда, однако исследования конца XX — начала XXI века показали, что действительно оптимальный угол установки лопастей турбин выбрать очень сложно: слишком от многих факторов он зависит. Нередко алгоритмы казались конструкторам идеальными, а жизнь их или решительно поправляла, или даже опровергала. В принципе, это логично: количество факторов, которые влияют на эффективность ветряков, что называется, зашкаливает, и часть из них ранее не рассматривалась вовсе. Как мы не раз писали, даже взаимодействие ветряков между собой может резко менять их КПД, и при разных направлениях ветра такие коллизии способны то увеличивать, то снижать общую эффективность группы турбин. Одним моделированием тут не справиться...

В общем, GE обратилась к уже навязшей в зубах Big Data и компьютерным облакам, в которых накапливается и хранится информация о погодных условиях, скорости и направлениях ветра на разных высотах, а также о выработке электроэнергии каждой турбиной. Сопоставляя графики такого рода (общее количество учитываемых факторов огромно, так что и графиков очень много), GE-инженеры искали самые выгодные режимы работы как по углам установки лопастей, так и по их динамической корректировке при вариациях скорости ветра...

Одним из частных, но «впечатляющих итогов работы» стало создание ПО PowerUp, которое компания предоставляет потребителям, пользующимся ветротурбинами GE, и которое позволяет в реальном времени отслеживать производительность ветряков и постоянно корректировать их параметры. Кроме установки лопастей, это и угол отклонения гондолы ветряка от направления воздушного потока, и скорость и момент турбины. Скажем, по результатам испытаний, проведённых компанией, общая выработка энергии ветряными фермами, принадлежащими EDP Renewables, при равной скорости ветра выросла на 5% только из-за внедрения нового ПО, которое постоянно обращается к «примерам» производительности ветряков при текущей скорости ветра и подбору оптимальных параметров их работы.

5% увеличения выработки — это не так уж мало, особенно если вспомнить, что для прибыли это может обернуться 20% роста.

Может показаться, что 5% — это крохи. Но если мы вспомним, что норма прибыли в ветроэнергетике (да и вообще в западном бизнесе) — далеко не те 70%, без которых, по уверениям, скажем, наших книготорговцев, они все умрут, станет ясно, что увеличение выручки на 5% просто за счёт нового ПО на уже существующих ветряках и, по сути, без нужды в покупке нового оборудования означает резкий скачок прибыли. Как заявляют разработчики, сразу на 20%.

Но дело не только в деньгах. Эоловые мощности производят сегодня сотни миллиардов киловатт-часов в год, поэтому даже 5-процентый рост генерации может аукнуться увеличением выработки на десятки миллиардов киловатт-часов — то есть на годовой объём энергопотребления небольшой страны. Одна только EDP Renewables в ближайшем будущем планирует установить PowerUp на пяти эоловых фермах в трёх американских штатах, чтобы получить от 402 тамошних турбин дополнительные 420 млн кВт•ч электричества в год (а это энергопотребление десятков тысяч американских домохозяйств). Похоже, у нового ПО и его разработчиков огромное поле для деятельности.

Подготовлено по материалам GE Reports. Изображение на заставке принадлежит Shutterstock.

Александр Березин

В 2013 году суммарная мощность, введённых в эксплуатацию солнечных установок в Китае достигла 12 гигаватт

В прошлом 2013 году в Китае были введены в эксплуатацию солнечные панели, суммарная мощность которых составила 12 гигаватт. Ни одна страна мира в течение года не устанавливала такое количество солнечных батарей. Более того, количество введённых в эксплуатацию в 2013 году солнечных панелей превышает количество панелей, установленных за всю историю Китая. Самое примечательное то, что в 2014 году Китай планирует ввести в эксплуатацию солнечные панели суммарной мощностью 14 гигаватт.

Для сравнения, Германия, которая являлась лидером в солнечной энергетике в 2013 году ввела в эксплуатацию солнечные батареи суммарной мощностью 3,3 гигаватта. На фоне этих цифр успехи Китая в области использования солнечной энергии выглядят особенно впечатляющими.

В 2010 году китайские власти ставили себе цель ввести в эксплуатацию к 2015 году солнечные батареи суммарной мощностью 5 гигаватт. Таким образом, первоначальный план уже был перевыполнен.

"Перевыполнение плана" во многом связано с развитием технологий. Цены на солнечные панели из года в год падают, делая возможным реализацию проектов, о которых было невозможно помыслить в прошлом.

График снижения стоимости кристалического кремния фотоэлектрических преобразователей, происходящего по закону Свансона (эффект Свансона) приведён ниже.

Закон Свансона (эффект Свансона / Swanson effect) снижения стоимости кристаллического кремния фотоэлектрических преобразователей (фотоэлементов): по оси x - года; по оси y - стоимость кристаллического кремния фотоэлементов, $/ватт.

На графике чётко видно, что в 1977 году 1 ватт обходился в $76,67. К 90-му году стоимость кристаллического кремния резко снизилась, затем вплоть до 2008 года его стоимость падала незначительно. После 2008 года цена на "кремний" опять поползла вниз и в 2013 году составила $0,74 на Ватт.

Прогресс продолжается. Будем ждать светлого будущего, когда альтернативная энергетика потеснит традиционную, углеводородную...

Примечание: Закон Свансона (Эффект Свансона) - предположение, высказанное основателем корпорации SunPower, согласно которому стоимость фотоэлектрических преобразователей падает на 20% при каждом удвоении промышленных мощностей солнечной энергетики (Фактически стоимость фотоэлементов снижается наполовину, каждые 3 года).

З.Ы. Для сравнения: мощность одной АЭС 2 - 4 ГВт.

Солнечная станция Айванпа - самая мощная и крупная на сегодняшний день гелиотермальная электростанция

Область экологически чистой энергетики совершила большой скачек вперед с открытием новой гелиотермальной электростанции Айванпа (Ivanpah Solar Electric Generating System), которая на прошлой неделе начала отдавать первые ватты энергии в общую энергосистему Америки. Мощность станции Айванпа, расположенной в пустыне Мохава к юго-западу от Лас-Вегаса составляет 392 МВт, чего достаточно для того, чтобы обеспечить энергией 140 тысяч среднестатистических домов и что позволит сократить ежегодные выбросы углекислого газа в атмосферу на 400 тысяч тонн. Следует заметить, что станция Айванпа сместила с пьедестала почета станцию Shams 1, которая расположена в Объединенных Арабских Эмиратах, которая вступила в строй около года назад и мощность которой составляет 100 МВт.

Проект по строительству станции Айванпа является совместным проектом компаний NRG Energy, Inc., Google и BrightSource Energy. Теперь станция Айванпа является крупнейшей в мире солнечной электростанцией, работающей на принципе концентрации солнечных лучей (concentrated solar power, CSP), и она будет вырабатывать третью часть гелиотермальной энергии, производимой на территории США.

Станция Айванпа занимает площадь около 13 квадратных километра, на которой расположены 350 тысяч зеркал, разбитых на три группы. Каждая из групп зеркал фокусирует отражаемый свет на одной из трех башен, высота которых составляет 140 метров, что соответствует высоте 40-этажного дома. Энергия сфокусированного солнечного света нагревает и заставляет кипеть воду в котлах, установленных на вершине каждой башни, а полученный таким образом перегретый пар вращает турбины, связанные с электрогенераторами.

Несмотря на столь впечатляющее достижение, коим является строительство и запуск станции Айванпа, ее сооружение вызвало волну критики. Во-первых, электрическая энергия, вырабатываемая на станции Айванпа, будет стоить в четыре раза дороже, чем энергия, вырабатываемая на обычных тепловых электростанциях, работающих на природном газе. Во-вторых, борцы за чистоту природы обеспокоены сложившейся ситуацией в районе расположения станции. Помимо ущерба окружающей среде, который нанесло строительство станции, их волнует опасность для птиц, в числе которых есть несколько редких видов, которые уже гибнут, получая ожоги от концентрированного солнечного света в районе башен станции где температура достигает значения более 500 градусов по шкале Цельсия.

http://inhabitat.com/ivanpah-worlds-largest-solar-thermal-plant-officially-goes-in-service-today/

Аккумуляторы будущего изготавливают из ревеня

Исследователи из Гарварда создали новый вид аккумулятора, в котором используется электрохимическая реакция между органическими соединениями вместо металлов. Эта многообещающая технология позволяет надеяться в скором времени на решение проблемы создания дешёвого и высокоэффективного аккумулятора. По словам изобретателей, в их разработке используются хиноны, органические соединения, идентичные тем, что содержатся в ревене

Стоимость добычи хинонов низка, их можно вырабатывать из растений или синтезировать из нефти-сырца. В отличие от батарей с цельным электродом, проточные батареи содержат два химических компонента в виде растворов в отдельных резервуарах. В аккумуляторе гарвардцев используется водный раствор хинонов, что делает его пожаробезопасным. Эти гидрохиноны могут выполнять ту же функцию, что и металлические электрокатализаторы, например, платиновые.

Проточные аккумуляторы хорошо приспособлены для хранения большого объёма энергии, но их главным недостатком является высокая стоимость. По оценкам изобретателей из Гарварда, традиционные проточные батареи имеют стоимость около 700$/кВт*час, в то время как их новинка может понизить стоимость до 27$/кВт*час. Разработчики утверждают, что их аккумулятор сейчас имеет эффективность не хуже большинства современных проточных аккумуляторов на основе ванадия.

По словам одного из разработчиков, Роя Гордона (Roy G. Gordon) использование хинонов может стать прорывной технологией в сфере перезаряжаемых источников энергии.

«Весь мир использует аккумуляторы с ионами металлов в разных состояниях. Но эта технология имеет ряд ограничений и недостатков, в частности низкую ёмкость и высокую стоимость. Предложенные нами органические молекулы открывают огромные возможности.»

Майкл Азиз (Michael J. Aziz), ведущий разработчик, считает, что широкое использование органических проточных аккумуляторов в связке с возобновляемыми источниками энергии (солнечной, ветряной) поможет существенно понизить зависимость человечества от ископаемых источников энергии.

«Проблемой возобновляемых источников является их непостоянство во времени, и это важнейшее препятствие на пути к их широкому внедрению. Я уверен, что мы нашли хорошее решение.»

В отчете Американского Химического Сообщества от 2011 года сообщается, что всемирная выработка ветряной энергии в 2006 году составила 74,3 ГВт, а в 2007 — 94 ГВт. К 2020 году прогнозируется уровень выработки в 474 ГВт. К тому же сроку в США планируется достигнуть уровня выработки солнечной энергии в размере 100 ГВт.

Сейчас исследователи разрабатывают перевозимый проточный аккумулятор, сравнимый по габаритам с прицепом для перевозки лошадей. Подобные аккумуляторы могут быть подключены к солнечным панелям на крышах зданий, что позволит осуществлять бесперебойное энергоснабжение даже в условиях отсутствия солнца.

За три месяца дата-центры Google потратили электричества на $2,25 млрд — и это прогресс

Впервые за последние два года компания Google сумела снизить расходы на свои дата-центры, одновременно увеличив их вычислительную мощность и количество обрабатываемых данных.

Как известно, крупные центры обработки данных потребляют мегаватты. Для них строят отдельные электростанции и разрабатывают сложные системы автономного питания. Вместе с тем оплата электроэнергии составляет лишь часть расходов на дата-центры. Солидные счета выставляются за обслуживание мощных систем охлаждения, замену вышедшего из строя оборудования, круглосуточный мониторинг, охрану и другие работы.

На обработку одного поискового запроса в средним тратится 0,3 Вт•ч, а каждый пользователь Gmail стоит компании более двух киловатт-час в год. Объёмы данных растут быстрее, чем работает закон Мура, поэтому затраты развивающихся компаний на обслуживание серверов становятся больше год от года. Если в начале 2012 года дата-центры обходились Google в $607 млн, то в начале прошлого сумма увеличилась вдвое ($1 203 млн). Тенденцию нетрудно продолжить, умножая ежегодный объём затрат в полтора–два раза.

Динамика ежеквартальных затрат Google на ИТ-инфраструктуру (изображение: Derrick Harris / Infogram).

Однако согласно опубликованному финансовому отчёту, компания Google в последнем квартале неожиданно стала тратить на поддержание и развитие своей ИТ-инфраструктуры меньше, чем в предыдущем.

За последний квартал 2013 года она составила $2,25 млрд. Сумма выглядит огромной: она вдвое превышает все остальные расходы корпорации за целый год. Необычный момент в том, что она на $40 млн ниже той, что потребовалась летом, и эта экономия обусловлена не только меньшей работой систем охлаждения.

За последние три года Google инвестировала миллионы долларов в компании, занимающиеся разработкой и производством возобновляемых источников энергии. Многие дата-центры уже питаются от солнечных электростанций и ветряных генераторов, а суммарная мощность этих установок превышает 2 ГВт. Дальнейшее внедрение «зелёной» энергии позволит снизить затраты ещё сильнее.

Сугробы можно использовать для повышения эффективности солнечных батарей

В Асахикаве, что на Хоккайдо, по японским меркам бывает холодно — изредка до -41 °C. К тому же там периодически идёт снег, и из-за этого нога гелиоэнергетиков долго не ступала на тамошние земли...

...Но глобальная перестройка энергетики этой страны в итоге не оставила выбора, и, о чудо, местным специалистам частично удалось обратить суровый климат себе на пользу.

Казалось бы, с учётом географии этой страны стоило бы застраивать солнечными батареями Рюкю — места много более южные, бесснежные и получающие в полтора раз больше солнечной энергии за год, чем самый северный японский остров. Но, как мы уже писали, в Японии никто не ищет лёгких путей; оттого-то их и не находится.

Отражаясь от снега, лучи ещё несут достаточно энергии, чтобы на 6–10% увеличить выработку электроэнергии солнечными батареями. Будь на Хоккайдо зимой столь же солнечно, как на юге российского Дальнего Востока, эффект мог бы быть даже больше. (Здесь и ниже фото Nikkei BP.)

Чтобы обуздать «снеговой фактор», хоккайдовские энергетики с самого начала решили наклонить солнечные батареи покруче, на 40°, что, с одной стороны, снижает выработку энергии летом, а с другой — повышает зимой, когда в ней больше нужды. А самое главное — это позволяет снегу просто соскальзывать, без необходимости заделки силиконовым герметиком швов между панелями.

Но на небольшой гелиоЭС «Асахикава Хокуто» мощностью 1,25 МВт, запущенной в ноябре 2013 года, пошли дальше и попробовали обратить снег из врага солнечной энергетики в друга. Для этого — впервые для крупных электростанций такого рода — были использованы двусторонние фотоэлементы, у которых вместо непрозрачного подстилающего пластика с обратной стороны находится прозрачный слой, благодаря чему солнечный свет, отражённый от окружающего батарею снега, частично используется ею не с лицевой, а с задней стороны.

При этом общую толщину кремниевого слоя увеличивать нет нужды, что и позволяет производителю фотоэлементов, японской компании PVG Solutions, не задирать цены выше обычных.

Какова эффективность подобного решения? Обычно серийные однослойные кремниевые фотоэлементы дают КПД около 15–16%. А двусторонние солнечные батареи показали в эту зиму 18% — в период, когда поверхность под ними была покрыта снегом, и 16–17% — в бесснежные дни, когда количество света, отражавшегося от поверхности под фотоэлементами, падало. Хотя цифры кажутся пустячными, стоит учесть, что общие мощности солнечной энергетики по всему миру сейчас значительно превышают 100 ГВт, и подобная оптимизация на 6–10% в странах с бореальным климатом (где, вопреки экономической логике, вводят в строй основную часть солнечных батарей) резко подняла бы их отдачу зимой без необходимости применения дорогих многослойных систем.

Важно и то, что подобный двусторонний формфактор можно реализовать не только для кремния, но и практически для любого другого вида полупроводниковых материалов: достаточно сделать покрытие задней части батареи прозрачным.

Несмотря на зиму, солнечные батареи, установленные на высоте 1,8 м, остаются свободными от снега даже после многодневных снегопадов.

Как говорят специалисты «Асахикава Хокуто», результаты эксплуатации двусторонних фотоэлементов наводят их на мысль о целесообразности нанесения некоего недорогого белого покрытия из сравнительно гидрофобного, малопачкающегося материала, что обеспечивало бы повышение КПД солнечных батарей не только зимой, но и на протяжении всего года. После таяния снега гелиоэнергетики намерены провести эксперименты на эту тему, которые могут стать весьма ценным опытом для солнечной отрасли едва ли не любой страны со снежным климатом.

Подготовлено по материалам Tech-On!. Изображение на заставке принадлежит Shutterstock.

Александр Березин

Индия собирается построить самую мощную солнечную электростанцию в мире

India

На настоящий момент около 50 процентов всей энергии, которая вырабатывается в Индии, полагается на уголь. Однако, как стало известно, страна полностью готова и в самое ближайшее время собирается существенно снизить свою зависимость от горючего топлива и сфокусировать свое внимание на сбор энергии возобновляемой. Официальные лица совсем недавно выступили с заявлением о том, что государство собирается построить солнечную электростанцию, которая по своей мощи сможет затмить абсолютно все аналогичные проекты вместе взятые.

Если кратко, Индия собирается реализовать проект солнечной электростанции мощностью аж 4 гигаватта. На минуточку, самая крупная на данный момент подобная электростанция IVANPAH, расположенная в калифорнийской пустыне Мохаве, способна вырабатывать «всего» 392 мегаватта электричества. Когда индийская станция сможет заработать в полную силу, то по сути это станет самой гигантской в мире электростанцией по выработке безопасной энергии.

Портал Business Green пишет, что само индийское правительство, не стесняясь в выражениях, описывает этот проект солнечной электростанции как «ультрамегамассивным». Тот же источник сообщает, что согласно предварительным подсчетам общая стоимость строительства самой большой в мире солнечной электростанции будет составлять внушительные 4,4 миллиарда долларов. Предварительное время строительства этой сверхгигантской солнечной электростанции, которая, к слову, будет расположена в Раджастхане, возле города Джайпур, составит около семи лет и будет проходить в два этапа.

Первый этап подразумевает строительство электростанции, способной генерировать 1 гигаватт солнечной энергии. В рамках второго этапа будет построен дополнительный комплекс, который позволит вырабатывать еще 3 гигаватта электроэнергии. Что интересно, по словам чиновников, общая мощность этой гигантской солнечной электростанции будет сопоставима мощности вырабатываемой энергии четырьмя ядерными реакторами. Согласно опубликованному правительством Индии пресс-релизу, к реализации самого крупнейшего в мире проекта по строительству солнечной электростанции были привлечены силы сразу шести компаний. Именно они помогут государству стать еще на один шаг ближе к реализации плана по обеспечению 20 гигаватт солнечной энергии между 2010 и 2020 годами.

Строительством самой большой солнечной электростанции займутся компании Bharat Heavy Electricals, Solar Energy Corporation of India, Hindustan Salts, Powergrid, Satluj Jal Vidyut Nigam и Rajasthan Electronics and Instruments.

Vestas V164 - самый мощный на сегодняшний день ветряной электрогенератор (видео)

Датская технологическая компания Vestas, специализирующаяся на разработке и производстве турбин ветрогенераторов большой мощности, объявила о том, что на прошлой неделе был введен в строй самый мощный на сегодняшний день в мире ветрогенератор, лопасти которого охватывают площадь, эквивалентную площади трех футбольных полей. Опытный образец генератора V164, мощностью 8 МВт, которой достаточно для снабжения 7500 среднестатистических европейских домашних хозяйств, установленный на датском полигоне для испытаний больших ветряных генераторов Danish National Test Centre for Large Wind Turbines, начал вырабатывать электроэнергию, которая поступает в общую энергетическую сеть Дании.

«Мы ожидаем, что использование ветрогенераторов большой мощности позволит существенно снизить стоимость энергии для наших конечных потребителей» – рассказывает Майкл Зарин (Michael Zarin), представитель компании Vestas, – «Теперь, для получения определенного количества энергии потребуется меньшее число турбин, что, в свою очередь, позволит сократить расходы на создание и обслуживание сопутствующей инфраструктуры, прокладку кабелей и возведение дополнительных подстанций».

Следует отметить, что

разработка и создание опытного образца ветрогенератора V164 производилась специалистами компании Vestas совместно со специалистами компании Mitsubishi Heavy Industries.

И, если на подобные турбины будет соответствующий спрос, то их мелкосерийное производство может быть налажено к 2015 году.

Самым мощным ветряным генератором до этого момента времени являлась турбина E-126, мощностью 7.5 МВт, установленная на побережье Германии, созданная германской компанией Enercon. Самые мощные ветрогенераторы, устанавливаемые на оффшорных электростанциях в море, имеют максимальную мощность в 6 МВт, а их производством занимается германская компания Siemens и французская компания Alstom.

phys.org

dailytechinfo.org

В Висконсине электроэнергию вырабатывают с помощью сыра

Штат Висконсин является крупнейшим производителем сыра в США. Такое производство, разумеется, подразумевает выброс отходов. Но это вовсе не так плохо, как может показаться: вода, оставшаяся после него, используется для выработки электроэнергии (а рассол — для того чтобы растапливать лёд на дорогах).

Сыр

Вода, применяемая для смывания сыворотки и молока с оборудования фабрики, полна питательных веществ. Традиционно её использовали на близлежащих фермах в качестве удобрения, однако это вызывало цветение водорослей в окрестных водоёмах (вода была богата фосфором и азотом). Теперь, вместо того чтобы скармливать эту воду вредным водорослям, ею питают микробов, производящих энергию и возвращающих её в электросеть.

В распоряжении компании GreenWhey Energy находится резервуар объёмом 15 млн литров, полный микробов и сточных вод. Он введён в эксплуатацию в августе прошлого года и в данный момент работает на половине своих возможностей. Система способна перерабатывать 1,9 млн литров воды в день, вырабатывая метан, с помощью сжигания которого получается электроэнергия для 3 тысяч домов.

Но это ещё не всё: помимо метана, от сточных вод остаётся тепло и слизь. Тепло отводится на маслобойни, а слизь сушится и служит в качестве удобрения, которое намного удобнее перевозить, чем сточные воды.

Михаил Карпов

Как улучшить натрий-ионные аккумуляторы

Американские исследователи предложили новую технологию изготовления электродов на основе гибкого материала, состоящего из слоя дисульфида молибдена и покрывающих его графеновых нанолистов.

Натрий-ионные аккумуляторы в будущем могут стать альтернативой широко распространённым сегодня литий-ионным батареям: источники питания нового типа обеспечат значительно бóльшую ёмкость — а значит, и увеличенное время автономной работы потребителей.

Увы, сегодня эта технология требует доработок, несмотря на заметный прогресс. Дело в том, что диаметр иона натрия равен 1,02 Å, а иона лития — 0,59 Å. Поскольку в процессе зарядки-разрядки ионы должны входить и выходить из удерживающих их структур аккумулятора, более крупные ионы провоцируют быструю деградацию батарей.

Об очередных достижениях в создании натрий-ионных элементов отрапортовали исследователи из Университета штата Канзас (США).

Структура нового композитного материала (здесь и ниже изображения Университета штата Канзас).

Доцент кафедры машиностроения и ядерной техники Гарприт Сингх (Gurpreet Singh) впервые показал, что особый композитный материал может служить одновременно эффективным хранилищем атомов натрия и гибким токоприёмником. Разработка представляет собой «бутерброд» из слоя дисульфида молибдена, сверху и снизу которого расположены графеновые нанолисты. Такая «композитная бумага» может играть роль отрицательного электрода в натрий-ионных аккумуляторах.

Обычно катоды в натрий-ионных батареях используют материалы, которые вступают в реакцию «сплавления» с натрием. В результате при зарядке и разрядке их толщина способна возрастать на 400–500%, что может стать причиной механического повреждения элемента и потери электрического контакта.

Дисульфид молибдена ведёт себя в натрий-ионных аккумуляторах иначе: многослойная и пористая структура обеспечивает эффективные диффузные каналы для ионов натрия во время быстрого накопления и отдачи заряда ячейками. Кроме того, отпадает необходимость в использовании полимерного связующего вещества и медной фольги, которые являются частью традиционных электродов. При этом электроды нового типа дают стабильную зарядную ёмкость в 230 мА•ч/г.

В ходе исследований команда г-на Сингха сформировала листы «композитной бумаги» довольно большой площади, состоящие из обработанного кислотой слоя дисульфида молибдена и химически модернизированных слоёв графена. При этом впервые удалось продемонстрировать работоспособность электродов на основе этого материала при комнатных температурах.

Предполагается, что в перспективе достижение приведёт к разработке эффективной технологии производства недорогих натрий-ионных батарей высокой ёмкости. Исследователи уже ведут переговоры о коммерциализации методики.

Результаты работы опубликованы в журнале ACS-NANO.

Подготовлено по материалам Университета штата Канзас.
Владимир Парамонов

В Европе готовятся испытания первого грузового автомобиля с двигателем, работающем на жидком воздухе

В начале лета этого года британская компания Dearman Engine Company планирует начать серию испытаний грузового автомобиля Dearman, который будет приводиться в действие тепловым двигателем, топливом для которого будет выступать жидкий воздух, точнее один из основных компонентов воздуха - азот. Двигатели такого типа будут использоваться на грузовиках-рефрижераторах, в которых жидкий азот будет также использоваться для охлаждения перевозимого груза.

Если испытания двигателей Dearman пройдут успешно, то массовое производство транспортных средств с этими двигателями может начаться уже через два года. Эксплуатация таких автомобилей позволит сократить потребление на 1.3 миллиарда литров дизельного топлива и уменьшить выбросы углекислого газа в атмосферу более чем на миллион тон за срок до 2025 года, конечного срока, к которому согласно планам европейского правительства на дорогах Европы вообще не должно остаться транспортных средств работающих на традиционных видах топлива.

Кроме того, чтобы стать частичным решением экологической проблемы, использование жидкого воздуха в качестве топлива является выходом из еще одной затруднительной ситуации. Все дело в том, что в Великобритании и во всех других странах существуют промышленные предприятия, добывающие кислород, углекислый газ, аргон и другие газы методом сжижения воздуха. В качестве побочного продукта этих видов производства получается огромное количество жидкого азота, избытки которого предприятия попросту сбрасывают в окружающую среду, нанося ей огромный ущерб и выбрасывая буквально на ветер большое количество энергии, затраченной на охлаждение воздуха до жидкого состояния.

Двигатель, работающий на жидком азоте, был разработан совместными усилиями специалистов компании Dearman, специалистов британского проектно-технологического бюро Риккардо, университетов Лидса, Бирмингема, Лафборо и Брайтона. Программа испытаний будет проходить под наблюдением специалистов Ассоциации исследований автомобильной промышленности (Motor Industry Research Association, MIRA), а финансирует проведение всех работ правительство Великобритании и Европейского Союза.

"Специалисты MIRA рады возглавить проект, демонстрирующий первый в мире двигатель, работающий на жидком воздухе" - рассказывает Крис Ривз (Chris Reeves), один из менеджеров MIRA в области новых и интеллектуальных технологий в транспорте, - "Жидкий воздух - это абсолютно новый вектор развития транспортной техники, он имеет огромный потенциал способствовать решению проблемы вредных выбросов, которые в огромных количествах производятся армией транспортных средств".

http://www.dearmanengine.com/
http://inhabitat.com/worlds-first-zero-emission-liquid-air-engine-on-track-for-testing-this-summer/

Первая геотермальная электростанция, использующая энергию магмы заработала в Исландии

Из альтернативных источников энергии использование геотермальной энергии пока обходится дороже, чем использование энергии солнца и ветра, но в ближайшем будущем ситуация может измениться.

Исландские специалисты совершили прорыв в области геотермальной энергетики. Новое предприятие в этой сфере работает на магме. ГеоЭС расположилась у подножия одного из крупнейших вулканов в стране

На сегодняшний день геотермальная энергетика является одним из самых перспективных ВИЭ. Все больше регионов начинают развивать эту отрасль. Большая активность в этом направлении наблюдается в Исландии. Небольшое государство уже успело прославиться весьма необычными решениями в области альтернативной энергетики.

В декабре прошлого года в новостях проходила информация об инициативе исландской компании, намеревавшейся начать производство возобновляемого топлива из вулканических выбросов. Похоже исландцы решили на всю использовать эти природные дары. Недавно в Исландии была запущена первая в мире геотермальная электростанция, работающая на магме. По словам специалистов, данное открытие поможет сделать энергию, добываемую таким способом, более дешевой, в следствии чего геотермальная энергетика сможет составить серьезную конкуренцию солнечной и ветряной отраслям.

У подножия вулкана Крафла, который сегодня является одним из самых больших зон вулканической активности в Исландии, была пробурена скважина, глубина которой достигает 2 100 метров. На такой глубине скважина попала в зону расплавленной породы — магмы. К слову, ранее что-то пододное в современной истории случалось единожды на Гавайях в 2005 году. Температура на дне скважины достигает 900 — 1000 градусов по Цельсию. Из скважины бьет столб перегретого пара, который можно использовать для производства чистой энергии.

Я уверен, что в будущем данное открытие сможет привести к революции в области повышения энергоэффективности высокотемпературных геотермальных районов по всему миру. По сути, исландская буровая установка создала первую в мире геотермальную систему, работающую на магме. Это поистине уникальная разработка, с помощью которой можно добывать тепло непосредственно из расплавленной породы, — Уилфред Элдерс, профессор геологии в Калифорнийском университете

Примечательно, что буровая установка IDDP-1, работающая в рамках международного исследовательского проекта Iceland Deep Drilling Project, добралась до природного источника еще несколько лет назад, однако все это время скважина была закрыта, и лишь совсем недавно уникальное месторождение заработало в полную мощь, позволяя вырабатывать чистую недорогую энергию.

http://iddp.is/

Натрий-ионные аккумуляторы нового типа пошли в серию

Стартап Aquion Energy запустил производство соответствующих батарей, кои считает ключом к повсеместной победе возобновляемой энергетики.

Нет, мы не будем снова объяснять, почему без решения проблемы хранения энергии возобновляемая энергетика не победит тепловую: устали. Вариант «исцеления», предложенный Aquion Energy, которую основали выходцы из научной среды, весьма заинтересовал инвесторов, включая Билла Гейтса (всего на $55 млн) — и вот пожалуйста: компания запустила в Пенсильвании линию по производству своих натрий-ионных аккумуляторов.
При КПД в 85–90% эти аккумуляторы можно полностью зарядить за час–два. Одна секция батареи на 1,5 кВт•ч по габаритам и весу напоминает чемодан, а их стопка, укладывающаяся на стандартный поддон, хранит в себе до 180 кВт•ч. Комплект размером со стандартный контейнер накапливает до 2,9 МВт•ч, так что подобное хранилище действительно может быть интересным даже для энергетиков. Поэтому уже сейчас завод Aquion Energy «настраивают» на производство 200 Мвт•ч накопителей в год — и при повышенном спросе эта цифра может быть «значительно увеличена».

Это всё замечательно, скажете вы, но как быть с малым жизненным циклом таких батарей, что долгое время мешало их внедрению? Разработчики отвечают так: живучести действительно есть куда расти: она всего вдвое лучше автомобильных аккумуляторов на свинце, то есть выше 1 000–1 500 циклов. А на сайте компании говорится и о 5 000 циклов зарядки-разрядки «без существенной потери качества», что фантастично для большинства натриевых аккумуляторов нашего времени. Опять же по стоимости на единицу ёмкости «натрий-ионники» примерно равны свинцово-кислотным батареям (правда, другие представители компании говорят даже о $250 за кВт•ч ёмкости), но при этом примерно впятеро превосходят их в скорости реакции на изменение нагрузки.

Общая схема батареи (здесь и ниже иллюстрации Aquion Energy).

Основатель компании Джей Уитакр (Jay Whitacre) подчёркивает ещё одно различие: свинцовые АКБ токсичны, как и серная кислота в них, в то время как натриевую вы может буквально есть — правда, предупреждает он, вкус отвратительный. Мы же добавим, что оксид марганца, также имеющийся в новых батареях, тоже не назовёшь дико полезным для здоровья.

И всё же несколько экономических преимуществ налицо. Электролитом, по сути, может быть солёная вода, которая натурально не горит и не взрывается, как электролиты литиевых аналогов; нет нужды и в охлаждении. В то же время, поскольку ёмкость новинок на единицу веса и объёма не столь хороша, как у литиевых, то для использования в электромобилях и гибридах, и так страдающих от громоздкости и тяжести батарей, натриевые накопители не годятся. И то же самое, увы, пока относится к портативной электронике.

Но для большой энергетики это не проблема, поскольку её интересует именно цена накопления и хранения энергии, и как раз поэтому GE два года назад запустила идеологически сходное производство натрий-никелевых батарей, нацеленных на тот же сегмент, хотя и чуть отличающихся технологически. Вопросом жизни и смерти для новых технологий Aquion Energy является то, удастся ли ей поддерживать цены на приемлемом уровне, около обещанных $250 за киловатт-час при массовом производстве. В этом случае она вполне может «откусить» довольно большую долю рынка энергонакопительных мощностей, который в ближайшие годы испытает сильнейший бум как Европе, так и в США.

Напомним: почти все страны западного мира не имеют действительно скоординированных крупномасштабных сетей, способных перебросить энергию на несколько тысяч километров без огромных потерь. А ещё им свойственна психологически обусловленная неприязнь к гидроаккумулирующим электростанциям и вообще любым крупным плотинам. С учётом бурного развития солнечной и ветровой энергетики в последние годы всё это делает вышеупомянутый бум неизбежным — правда, какая именно технология победит на этом быстроразвивающемся рынке, станет ясно далеко не сразу.

По мнению разработчиков, натриевые батареи перспективны и для ночного энергообеспечения дома, отрезанного от ЛЭП, и для выравнивания скачков внутри единой энергосистемы.

Тем не менее кто бы это ни был — Aquion Energy, GE или один из их конкурентов, — нам, сторонним наблюдателям очередного технологического прорыва, от этого будет только польза. Да, строго с экономических позиций ГАЭС пока не менее эффективны, чем батареи-накопители, а в некоторых местах даже превосходят их. Но непрерывный рост потребностей в мощных и компактных химических накопителях обязательно выведет на рынок изделия, что по размерам, массе и стоимости запросто могут быть использованы и для аварийного питания серверов, и для ночной подпитки целых домовладений с солнечными батареями на крыше. А судя по истории с Aquion Energy, это уже происходит.

Подготовлено по материалам Technology Review.

Александр Березин

Технологии, которые уже сейчас меняют мир

Сидней

Мы живем в эпоху стремительных перемен. Технологии меняются быстрее, чем многие из нас — и многие из нас с этим не справляются. В то же время можно настолько погрузиться в блестящие видения будущего, что легко не заметить поразительных вещей, которые уже происходят сегодня в области науки и техники. К счастью, мы держим вас в курсе. Ниже вы найдете девять недооцененных или полузабытых технологий, которые могут до неузнаваемости изменить мир, к которому вы так привыкли.

1. Быстрое и недорогое секвенирование ДНК

Геном

Большинство из нас знают о секвенировании ДНК, но едва ли вы представляете, каким быстрым и недорогим оно становится. Некоторые эксперты считают, что секвенирование следует своему собственному закону Мура. Как отмечал Эдриан Бурке, скорость секвенирования генома увеличивается более чем в два раза каждые два года с 2003 года. Тогда процедура стоила 3,8 миллиарда долларов. Сегодня, благодаря достижениям в химии нуклеиновых кислот, компания вроде Life Technologies может обрабатывать ДНК на полупроводниковом чипе всего за 1000 долларов. Другие компании могут секвенировать последовательность генома за один день. Последствия могут быть колоссальны, вплоть до создания лекарства специально для вашего генома.

2. Цифровая валюта

Биткоин

Идея цифровой валюты понемногу сходит на нет и сбавляет обороты, в том числе и Bitcoin, но чего многие из нас не понимают, так это того, что это всерьез и надолго. Конечно, как и всегда, первый блин комом. Однако, когда она будет создана и распространена, электронная валюта позволит создать удобные и эффективные онлайн-биржи — и все это без необходимости существования надоевших банков. Несмотря на очевидную необходимость распространенного протокола цифровой валюты, уровень принятия довольно низок. Входные барьеры включают доступность (пока она ограничена в поддержке), проблемы с криптографией (публике все еще нужно убедиться, что это безопасно), создание признанной и надежной системы торгов и доверие пользователей (когда впервые появились бумажные деньги, это также было проблемой).

3. Мемристоры

Мемристор

В 1971 году профессор Калифорнийского университета в Беркли Леон Чуа предсказал революцию электрических цепей, и его прогноз наконец осуществился. Традиционные схемы строятся с конденсаторами, резисторами и катушками индуктивности. Но Чуа предположил, что может быть и четвертый компонент — мемристор (сокращенно от «мемори резистора»). В переводе на русский язык это называется также пизастором — сокращенно от резистора потока и заряда. Отличие этой инновационной технологии в том, что резистор может «запоминать» заряд даже после того, как отключается энергия. В результате это позволяет мемристору или пизастору хранить информацию. Появились предположения, что мемристор может стать частью компьютерной памяти — в том числе энергонезависимой твердотельной памяти, которая значительно плотнее, чем традиционные жесткие накопители. Первый мемристор был разработан в мае 2008 года силами HP, которые планируют выпустить коммерческий вариант в конце 2014 года. И в отличие от накопителей данных мемристоры могут быть полезными в обработке сигналов, нейронных сетей и мозг-компьютерных интерфейсов.

4. Роботы, которые творят невероятные вещи

Сегодня у нас есть роботы, которые могут пересобираться, менять форму, создавать рой, исчезать и появляться, строить других роботов, ползать змеей, запрыгивать на здания, служить мулами, делать хирургические операции и работать быстрее людей. У них даже есть свой собственный интернет. Соберите все это вместе, приплюсуйте недавние покупки Google и поймете, что мы находимся в разгаре робототехнической революции, которая изменит практически все.

5. Биотопливо

Биотопливо

Представьте себе возможность превратить весь наш мусор во что-нибудь полезное вроде топлива. А нет, погодите, мы уже можем сделать это. Это называется «рекуперация энергии из отходов» — процесс, который, как правило, включает производство электричества или биотоплива (метана, метанола, этанола или синтетического топлива) путем сжигания. Такие города, как Эдмонтон, уже делают это и увеличивают масштабы. В следующем году фабрика по переработке отходов Эдмонтона превратит 100 000 тонн муниципального мусора в 38 миллионов литров биотоплива за год. Более того, их затея может сократить выбросы парниковых газов более чем на 60 % по сравнению с бензином. Это в значительной мере пахнет революцией. Кстати, Швеция импортирует отходы из соседних европейских стран, чтобы питать ими свои энергетические каналы.

6. Генная терапия

Геном

Хотя мы находимся в разгаре биотехнологической революции, наше внимание по-прежнему сосредоточено на таких вещах, как стволовые клетки, тканевая инженерия, картирование генома и новые лекарства. В дискуссиях часто упускают то, что у нас есть возможность залезть в свою собственную ДНК и поменять гены, например. Или добавить лишнюю хромосому — если очень хочется (надеюсь, шутка будет понята). Мы можем заменить плохие гены на хорошие, что позволит нам превентивно лечить заболевания (вроде мышечной дистрофии и кистозного фиброза) без лекарств и скальпеля. В конечном счете, генная терапия может привести к генетическим усовершенствованиям (например, к увеличению объема памяти или интеллекта) и продлению срока жизни.

7. РНК-интерференция

РНК

Открытие РНК-интерференции (RNAi) показалось настолько существенным, что благодаря ему Эндрю Файр и Крэйг К. Мелло выиграли Нобелевскую премию в 2006 году. Подобно генной терапии, РНК-интерференция позволяет биологам манипулировать функциями генов. Сегодня РНК-интерференция используется в тысячах лабораторий. Она стала незаменимым инструментом исследования (для создания культуры новых клеток), вдохновила на создание новых алгоритмов в вычислительной биологии и обладает огромным потенциалом для лечения таких болезней, как рак и Лу Герига.

8. Органическая электроника

Органическая электроника

Обычно мы считаем киборгами тех, у кого природные органические части заменены механическими устройствами или протезами. Понятие получеловека-полумашины прочно укоренилось в нашем мышлении, но по большей части некорректно. Благодаря расцвету зарождающейся области органической электроники, более вероятно, что мы будем переделывать биологическую систему организма и вводить новые органические компоненты. Уже сегодня ученые разработали кибернетическую ткань, которая может чувствовать окружающую среду. Другие исследователи изобрели химические схемы, которые могут передавать нейротрансмиттеры вместо электрических зарядов. И как предположил Марк Ченгизи, люди будущего будут все также использовать все полномочия своего биологического строения.

9. Концентрированный солнечный свет

Концентрированный солнечный свет

Одна из последних инноваций в сфере технологии солнечной энергии берет мир штурмом, хотя мало кто о ней знает вообще. Называется она концентрированной солнечной энергией (concentrated solar power, CSP) и представляет собой крупную систему для извлечения солнечной энергии с зеркал и линз. Она работает путем фокусировки входящего солнечного света в одной области. Результатом является хорошо масштабируемый и эффективный источник энергии. Самое любопытное, что в теории такие системы вполне могли бы решить большую часть мировых проблем с энергией.

продолжение следует...

Топливная батарея на сахарах показала невиданную эффективность

Водородные топливные батареи нуждаются в платине, да и водород для них не слишком дёшев и распространён. Могут ли их энзимные аналоги, использующие вместо газа сахара, оказаться более практичным источником энергии?

Группа исследователей под руководством Персиваля Чжана (Y.H. Percival Zhang) из Политехнического университета Виргинии (США) разработала перезаряжаемую батарею на основе сахаров, по удельной ёмкости во много раз превосходящую современные литий-ионные аналоги.

«Сахар — отличное средство хранение энергии в природе, — поясняет г-н Чжан. — Вполне логично попробовать использовать его возможности, чтобы создать экодружелюбные батареи».

Персиваль Чжан (справа) и Чжигуан Чжу показывают свои «сахарные» батареи. (Здесь и ниже иллюстрации Virginia Tech College of Agriculture and Life Sciences.)

Учёные использовали каскадный набор энзимов, смешанный в комбинации, не встречающейся в природе, одновременно недорогой и эффективной.

По сути, конечная система весьма близка к водородному или прямометанольному топливному элементу. За несколькими важными отличиями: «топливом» в новой сахарной батарее служит мальтодекстрин — полисахарид, получаемый частичным гидролизом крахмала (если пожевать крахмал, вы ощутите именно его вкус). Окислителем выступает атмосферный воздух, а «выхлопом» — обычная вода. И никакой нужды в платине как катализаторе, так как её роль играют дешёвые энзимы.

Новая энзимная батарея, равно как и её топливо, невзрывоопасна, не горит, а материалы, из которых она сделана, вполне биоразлагаемы. Батарея легко перезаряжается при помощи операции, по сложности не превосходящей замену картриджа в принтере.

Энзимные топливные элементы, подчёркивают исследователи, не новость, но до сих пор их эффективность была не слишком высокой. Окисление сахаров в них управлялось одним или несколькими энзимами, что не позволяло полностью использовать материал в качестве топлива. В новой же установке удаётся получить гораздо больше электронов, что резко увеличивает отдачу энергии на единицу массы сахаров, хотя для этого и приходится использовать последовательно 13 видов энзимов.

Энзимные топливные батареи с 15-процентным раствором мальтодекстрина (патоки) имеют плотность накопления энергии в 596 А•ч/кг — на порядок больше, чем у перезаряжаемых литиевых батарей, применяемых сегодня. И это не удивляет, благо и полисахариды не литий по числу электронов, и окислитель новым батареям нести не приходится, потому что они берут его прямо из воздуха.

Сравнение нового источника энергии (EFC) с традиционными впечатляет, хотя напряжение одиночного элемента питания не слишком велико.

Наилучшие перспективы для таких систем их авторам видятся в портативной электронике, где они могут обеспечить куда более длительную работу на одной зарядке.

Отчёт об исследовании опубликован в журнале Nature Communications.

Подготовлено по материалам Виргинского политехнического университета.
Александр Березин