Исследователи из Австралийского центра передовой фотовольтаики (ACAP) при Университете Нового Южного Уэльса (UNSW) бьют тревогу. Свежий анализ ситуации с растущим числом отходов от солнечных электростанций грозит скорой катастрофой. Ситуацию может исправить быстрейшее создание сети перерабатывающих заводов в крупнейших городах континента, но пока на это нет денег и воли властей.

Источник изображения: UNSW

Обновлённый прогноз до конца десятилетия показал, что к 2030 году количество отходов от солнечной энергетики достигнет 100 тыс. т в год, что эквивалентно списанию в утиль 1,2 ГВт панелей в год. Ранее прогнозировалось, что проблема начнёт ощутимо расти после 2030 года, что давало время на раскачку. Больше этого запаса нет. Вопрос создания перерабатывающих центров учёные считают первоочередным и безотлагательным. К 2035 году, как следует из нового анализа, ежегодно будет выбрасываться не менее 1 млн т списанных солнечных панелей.

«По прогнозам, более 80 % выведенных к 2030 году из эксплуатации солнечных панелей будут поступать от небольших распределенных фотоэлектрических систем, что связано с более ранней эволюцией австралийского рынка фотоэлектрических систем для жилых помещений», — уточняют эксперты. По прогнозам, около 892 тыс. т солнечных отходов поступят от систем на крышах, а 265 тыс. т — от крупномасштабных солнечных ферм.

«В ближайшие 12 лет нам нужна чётко определенная структура управления, доступные методы сбора данных и новые технологии, чтобы превратить проблему использования солнечных панелей с истёкшим сроком службы в устойчивые бизнес-возможности с положительными экономическими, экологическими и социальными результатами», — добавляют учёные и настоятельно рекомендуют, что уже к 2027 году в Сиднее, Мельбурне, Брисбене, Перте и Аделаиде должны быть созданы и запущены перерабатывающие предприятия.

Сегодня панели проще отвезти на свалку. Это обходится в $2 за панель, тогда как переработка каждой панели будет стоить до $20. Сегодня никто не хочет брать на себя такие расходы и это приведёт к тому, что стоимость списанных панелей к 2035 году превысит $1 млрд.

Параллельно вскрылся факт чудовищного мошенничества властей Австралии с квотами на выбросы парниковых газов. Власти обязались создать лесной массив на площади в 42 млн га, что больше площади Японии. Спутниковые снимки показали, что только 20 % территории можно считать полезными для заявленных целей, но это не мешало властям страны продать квоты на 27 млн т заинтересованным компаниям. Фактически они наживались на продаже несуществующих объёмов поглощения углекислого газа, и этот факт ещё предстоит осмыслить.

Свежие исследования показывают, что гидроэлектростанции недооценили, когда исследовали их воздействие на окружающую среду. Детальный анализ показал, что ГЭС вырабатывают самый вредный из парниковых газов — метан. Вместе с пресноводными водоёмами электростанции ежегодно выбрасывают в воздух 3 млрд т метана из 51 млрд т всех парниковых выбросов. Это те числа, с которыми необходимо считаться и которые необходимо сокращать, пока климат не перешёл черту.

Источник изображения: ИИ-генерация Кандинский 3.0/3DNews

Всем нам известен эффект газировки, когда в герметично закрытой ёмкости мы видим спокойную жидкость. Но стоит взболтать ёмкость или открыть крышку, внутри всё буквально вскипает от выделяющихся из жидкости пузырьков растворённых газов. Такой же процесс происходит на ГЭС при проходе воды через турбины и во время сброса. Растворённый в речной воде или воде из водохранилища метан начинает интенсивно выделяться в атмосферу, когда агрегаты электростанции входят в контакт с водой.

По данным Международного энергетического агентства, метан ответственен примерно за 30 % глобального потепления со времён промышленной революции. Поэтому метану уделено соответствующее внимание в программах краткосрочных действий по борьбе с изменением климата. Около 150 стран присоединились к Глобальному обязательству по метану, целью которого является сокращение к 2030 году выбросов метана в результате деятельности человека на 30 % по сравнению с уровнем 2020 года.

«Примерно через 12 лет метан может окислиться и превратиться в углекислый газ, поэтому, если вы сократите выбросы метана сегодня, вы сможете повлиять на глобальное потепление в течение своей жизни», — сказала Луиза Парлонс Бентата (Louise Parlons Bentata), исполнительный директор и соучредитель Blue Metane.

Компания Blue Metane одна из тех, кто пытается поставить добычу растворённого в воде метана из разных источников на коммерческие рельсы. Ведь если процесс нельзя устранить, его надо возглавить. Растворённый в воде метан — это неископаемое биотопливо. На ГЭС и в озёрах с мёртвой органикой на дне можно обнаружить места и участки, где метан можно отделять с коммерческой выгодой. Именно на это направлена работа многих стартапов.

Сегодня это в основном эксперименты. К сожалению, спутниковая система наблюдения за очагами выделения метана плохо работает, а проводить замеры на месте — это очень дорого. Поэтому пока приходится полагаться на математические модели и искать возможность более точно определять наиболее сильные источники выброса метана. В этом надежда молодых компаний. Борьба с потеплением и возможность использовать метан в качестве биотоплива позволяют рассчитывать на поток инвестиций и, в конечном итоге, на появление зрелой и коммерчески выгодной технологии извлечения метана из воды.

Более того, метана в окружающей нас воде может оказаться ещё больше. Заметные концентрации метана есть в питьевой воде, в водах очистных сооружений (его там оказалось в два раза больше, чем ожидали), в воде рисовых плантаций и везде, где присутствует органика и микробная деятельность без доступа кислорода. Во всех случаях есть участки, где концентрация растворённого метана в воде наивысшая. Пока начались работы по попыткам получать значительные объёмы метана на ГЭС как наиболее простое и лежащее на виду решение. Но это только первый шаг. В борьбе с выбросами метана нельзя останавливаться.

Немецкое коммунальное предприятие Westfalen Weser сообщило о планах построить аккумуляторное хранилище энергии мощностью 120 МВт и ёмкостью 280 МВт·ч. Местом для создания хранилища выбрана бывшая атомная электростанция в Вюргассене в земле Северный Рейн-Вестфалия. Ранее для этих целей использовались в основном бывшие угольные электростанции. Об использование АЭС как площадки для размещения массивов аккумуляторов заявлено впервые.

Источник изображения: ИИ-генерация Кандинский 3.0/3DNews

Бывшие электростанции — угольные, атомные или другие — это практически идеальное место для создания аккумуляторных хранилищ энергии. Для этого есть уже созданная инфраструктура, подведены ЛЭП, имеются все основные лицензии. Уникальным для Германии стало сочетание таких факторов, как массовая остановка и вывод из эксплуатации АЭС в совокупности с развёртыванием электростанций на возобновляемой энергии. И было бы странно не воспользоваться открывающимися возможностями.

Атомная электростанция в Вюргассене мощностью 1912 МВт была остановлена в 1994 году. Её коммерческая эксплуатация стартовала в 1975 году. Реактору было всего 19 лет, когда его заглушили. Он не проработал и половины положенного срока. Топливные сборки и другое радиоактивное оборудование давно демонтированы. Землю под аккумуляторный проект компания Westfalen Weser получила от местных органов самоуправления на этой неделе.

Завершение строительства запланировано на вторую половину 2026 года, а общий объем инвестиций составит около €92 млн ($99,6 млн). «Мы инвестируем в накопление энергии, чтобы обеспечить безопасное и эффективное электроснабжение, поскольку производство энергии из возобновляемых источников продолжает расти», — сказал Юрген Нох (Jürgen Noch), управляющий директор муниципального предприятия.

Согласно представлениям компании, спрос на возобновляемую энергию, а также системы её хранения и распределения будет неуклонно расти. В частности, ожидается, что ёмкость аккумуляторных батарей в регионе Оствестфален-Липпе увеличится более чем в 12 раз и составит около 1 ГВт·ч, поскольку страна продолжает наращивать аккумуляторный парк.

Недавний анализ Института солнечной энергетики Фраунгофера показывает, что установленная база аккумуляторных батарей почти удвоилась в прошлом году, увеличившись с 4,4 ГВт / 6,5 ГВт·ч к концу 2022 года до 7,6 ГВт / 11,2 ГВт·ч к концу 2023 года. Институт заявил, что потребности в хранении энергии в Германии возрастут к 2030 году до более чем 130 ГВт·ч.

Ещё одна крупномасштабная система хранения планируется на площадке бывшей атомной электростанции в немецкой земле Шлезвиг-Гольштейн. PreussenElektra и её материнская компания E.ON намерены в конечном итоге разработать хранилище на 800 МВт / 1600 МВт·ч, что сделает его крупнейшим в Европе хранилищем энергии на аккумуляторных батареях. Заявка на создание хранилища на АЭС в Брокдорфе была подана в 2017 году. Электростанция прекратила работу 31 декабря 2021 года.

Процесс испарения влаги на нашей планете никогда не прекращается, что делает идею производства электричества с помощью этого процесса весьма ценной. Вода везде: в водоёмах, растениях и в воздухе. Осталось только изучить процесс во всех тонкостях и использовать полученные знания. Первый шаг в этом направлении сделали учёные из Лозанны. Они создали экспериментальную платформу для изучения «гидровольтаики».

Источник изображения: scitechdaily.com

Платформа представляет собой наноразмерные вертикально расположенные кремниевые стержни. Между стержнями образуются каналы, по которым жидкость, подчиняясь капиллярному эффекту и испарению, пассивно поднимается к поверхности. На поверхности — на границе раздела фаз, где происходит испарение — образуется поверхностный заряд, который обеспечивает ионную проводимость в каналах.

Данный способ получения электричества предстал для исследователей с неожиданной стороны. До этого считалось, что вырабатывать энергию можно только с использованием чистой, предварительно подготовленной воды. В ходе экспериментов выяснилось, что вода может быть с любой концентрацией солей. Необходимо лишь расширять каналы по мере увеличения концентрации соли, и система будет вырабатывать энергию. Тем самым процесс будет идти как на пресной воде, так и на морской. «Генератор» можно будет без особых переделок создать для воды любой солёности.

Заслугой учёных из Федеральной политехнической школы Лозанны (EPFL) стало более детальное определение физических явлений и процессов в ходе моделирования и определения характеристик потоков жидкости, ионных потоков и электростатических эффектов, обусловленных взаимодействием твердого тела и жидкости, чтобы в конечном итоге создать оптимально работающее устройство для гидровольтаики.

Вид сверху на массив кремниевых наностолбов. Источник изображения: Tarique Anwar, LNET EPFL, CC BY SA

«Благодаря нашей новой платформе с высоким уровнем контроля, это первое исследование, которое даёт количественную оценку этим гидровольтаическим явлениям, подчёркивая важность различных межфазных взаимодействий. Но в процессе мы также сделали важное открытие: гидровольтаические устройства могут работать в широком диапазоне солёности, что противоречит предыдущему пониманию того, что для достижения наилучшей производительности требовалась высокоочищенная вода», — говорят учёные.

Предложенное решение сможет также помочь с утилизацией мусорного тепла. Тепло ускоряет испарение и будет способствовать лучшей выработке электричества. Кроме того, процесс испарения часто используется для опреснения воды в жарком климате. В дальнейшем процесс опреснения можно будет совместить в одной установке с выработкой электричества. Перспективы у разработки впечатляющие, но их ещё предстоит развить.

Финский стартап Polar Night Energy объединился с местной компанией централизованного теплоснабжения для строительства на юге Финляндии системы хранения тепловой энергии промышленного масштаба. В системе на основе песка в качестве накопителя будет использоваться мыльный камень — побочный продукт производителя каминов и печей отопления.

Демонстратор мощностью 100 кВт ёмкостью 8 МВт·ч. Источник изображения: Polar Night Energy

Ранее компания Polar Night Energy уже создала и запустила подобную тепловую установку мощностью 100 кВт и ёмкостью 8 МВт·ч тепловой энергии, так что опыт у неё есть и рабочие технологии тоже. Прошлый демонстратор представлял собой вертикальное хранилище тепла высотой 7 м и диаметром 4 м на основе обычного, только очищенного от грязи песка. Новая установка будет высотой 13 м и шириной 15 м. На пике она будет отдавать 1 МВт тепловой мощности и хранить до 100 МВт·ч тепловой энергии.

Есть и другие отличия по проектам. Демонстратор накапливал излишки тепловой энергии из системы отопления и от работы серверов. Теплообменник был погружён в песок в центре ёмкости, и других источников тепла не было. В новом проекте теплоёмкий накопитель будет нагреваться излишками электроэнергии от солнечной или ветровой электростанции. Запасённой тепловой энергии должно хватить на нужды общины Порнайнен на юге Финляндии на месяц летом и на неделю зимой, обслуживая, тем самым, около 5 тыс. человек населения.

Вместо песка решено использовать чуть более теплоёмкое решение — измельчённые отходы местного производителя облицовки из такого теплоёмкого материала, как талькохлорит или мыльный камень. На реализацию проекта отводится 13 месяцев. Переход на «песчаное отопление» позволит на 70 % снизить выбросы парниковых газов в общине, связанных с отоплением.

Швейцарская компания Energy Vault сообщила, что первый в мире коммерческий гравитационный аккумулятор подключён к энергосистеме, что произошло в Китае. Мощность установки составляет 25 МВт. Энергия запасается в процессе подъёма 24-тонных блоков спрессованной земли на высоту свыше 100 м. В случае нужды накопленные таким образом 100 МВт·ч можно будет отдавать в сеть до 4 часов, опуская блоки на уровень земли. Проект признан успешным и будет расширяться в Китае.

Источник изображения: Energy Vault

Принцип работы гравитационного аккумулятора тот же, что и у гидроаккумулирующей электростанции. Но вода и всё, что с ней связано — это стихия, которая требует осторожного подхода и есть далеко не везде, особенно в засушливых районах. Блоки для перевода электрической энергии в кинетическую и обратно можно изготовить на месте практически без ограничений, добавив в раствор до 1 % связующих веществ, например, цемент. Обслуживание и ремонт гравитационного аккумулятора, а также его строительство, обойдутся намного дешевле создания гидроаккумулятора.

Установка Rudong EVx в Рудуне (китайская провинция Цзянсу) была спроектирована в 2022 году, начала строиться в первом квартале 2023 года и была закончена в августе. В декабре её приняли в эксплуатацию и подключили к национальной энергосистеме Китая. Сейчас обслуживающее установку коммунальное предприятие ждёт разрешения от местных властей на начало работы. Электричество будет запасаться от ранее построенной рядом ветроэлектростанции. В случае избытка энергии от ветрогенераторов она будет передаваться на систему гравитационного аккумулятора и затем использоваться в затишье или по необходимости.

Установка Rudong EVx и ещё одна в Джан Цзюе (Zhangye EVx) — это пилотные проекты, на основании работы которых должно быть принято решение о расширении практики гравитационных аккумуляторов на весь Китай. Дело в том, что национальный регулятор требует, чтобы 20 % вырабатываемой возобновляемыми источниками электроэнергии накапливалось тем или иным способом. Гравитационные аккумуляторы, как было подтверждено, неплохо справляются с такой задачей.

Ранее сообщалось о планах создать в Китае до пяти гравитационных аккумуляторов общей ёмкостью 2 ГВт·ч. На днях компании China Tianying (CNTY) и Atlas Renewable Energy — местные партнёры швейцарской Energy Vault — заявили о строительстве трёх новых аккумуляторных установок. Согласно обновлённым планам, уже есть договорённость о расширении программы до девяти установок мощностью 3,7 ГВт·ч.

Кроме того, в феврале компания Energy Vault подписала 10-летнее соглашение о внедрении своей технологии хранения энергии в 16 странах региона Сообщества по развитию Юга Африки. Интересно, что одна установка более года назад начала строиться в США, однако об этом проекте никаких новостей нет.

Шведская компания CorPower заявила о прорыве в разработке плавучих генераторов электроэнергии, использующих энергию волн. Генератор-буй компании прошёл 6-месячные испытания в море и показал высочайшую эффективность. По сравнению с обычными генераторами, которые используют волны, выработка устройства CorPower оказалась на 300 % выше. Секрет кроется в подстройке фазы колебания генератора по отношению к фазе волны.

Источник изображений: CorPower

Генератор приводят в движение колебания корпуса буя вверх и вниз гребнем волны. Генератор движется линейно по направляющим, которые закреплены на дне (как вариант, на подводном балласте). Направляющие имеют нарезку, которая через шестерёночную передачу вращает ротор генератора. Система амортизаторов может придерживать амплитуду прыжков буя-генератора на волне. Тем самым колебания буя немного отстают от скорости подъёма уровня воды (волны) и это придаёт ему дополнительную энергию, когда уровень начинает спадать. Подскок получается на большую высоту, чем допускает текущее волнение. Благодаря этому генератор взлетает выше даже на слабой волне, которая в среднем случается чаще.

Автоматика генератора сама выбирает фазу колебаний в зависимости от уровня волнения, и в сильную волну блокирует движение, чтобы не допустить аварии. Так, генератор модели C4 успешно прошёл испытания в шторм, когда высота волн достигала 18,5 м. Размеры самого генератора-буя составляют 19 м в высоту и 9 м в диаметре.

Компания CorPower изготовила только один экземпляр генератора, и теперь вернула его в порт для изучения после 6 месяцев в море. В этом, кстати, преимущество подобных разработок. Генератор всегда можно отбуксировать на обслуживание или ремонт, тогда как с плавучими ветряными электростанциями и, тем более, со стационарными ветрогенераторами на мелководье такое не провернёшь.

Во время испытаний пиковая выработка генератора C4 достигала 600 кВт. Его мощность была искусственно ограничена, говорят в компании, а во время штатной работы генератор сможет вырабатывать в пике до 850 кВт. Если развернуть в море или океане свыше 20 тыс. таких генераторов, то такая электростанция сможет вырабатывать до 20 ГВт электроэнергии. В таком случае стоимость каждого выработанного ею МВт·ч электричества снизится до конкурентного уровня $33–44 LCoE (нормированной стоимости электроэнергии).

Также стоит отметить, что буи-генераторы можно будет располагать намного плотнее в море, чем ветрогенераторы, и тем самым кратно увеличить сбор энергии с каждого квадратного километра морской глади.

Согласно годовому отчёту Международного энергетического агентства (IEA), в 2023 году выбросы парниковых газов достигли рекордно высокого уровня, несмотря на подъём чистой энергетики. Развитые страны показали экономический рост на фоне снижения выбросов, но страны с развивающейся экономикой не смогли отойти от модели роста за счёт наращивания выбросов от сжигания ископаемых ресурсов.

Источник изображения: ИИ-генерация Кандинский 3.0/3DNews

Анализ показал, что годовой прирост выбросов в 2023 году составил 1,1 % или 410 млн т, что в сумме дало новое рекордное значение на уровне 37,4 млрд т. Главными причинами произошедшего назвали засухи и растущую потребность стран в энергии. Очевидно, что всё это идёт вразрез с климатическими планами сократить к 2030 году выбросы на 45 %. В данный момент повышение средней температуры Земли по сравнению с доиндустриальным периодом составило 1,1 °C, тогда как Парижское соглашение по климату предписывает удержать этот рост на уровне не выше 1,5 °C.

США и страны ЕС сократили выбросы в прошлом году, но Индия и Китая с лихвой компенсировали их старания. При этом нельзя сказать, что Китай и Индия не занимаются вопросами перехода на чистую энергетику. Однако экономика этих стран растёт быстрее и обгоняет возможности ввода в строй мощностей с чистой основой. Впрочем, в МЭА считают, что в долгосрочной перспективе всё не так плохо. По мнению специалистов агентства, связанные с энергетикой выбросы благодаря росту использования чистых источников энергии, таких как ветряные турбины и солнечные батареи, «структурно замедлились».

Более того, если бы последние пять лет мир не занимался вводом чистых источников энергии, выбросов было бы примерно в три раза больше, чем регистрируется в настоящее время.

Общий уровень выбросов включает выбросы от сжигания ископаемого топлива для получения энергии, а также выбросы от промышленных процессов, таких как производство цемента и сжигание нефти и попутного газа в факелах. К тому же на уровень выбросов оказала серьёзное влияние погода, а именно — засухи, которая резко сократила выработку гидроэлектростанций в США, ЕС, Индии и Китае. Взамен этих чистых источников энергии пришлось жечь уголь, газ и нефть, что привело к увеличению выбросов углекислого газа примерно на 170 млн т или примерно на 40 % от общего увеличения выбросов в прошлом году.

Только в Китае по причине засухи пришлось увеличить выбросы от сжигания ископаемых ресурсов на 5,2 % в год. Тем не менее в стране быстро развивались более чистые источники энергии. На долю Китая, например, пришлось около 60 % созданных во всём мире новых мощностей солнечных и ветряных электростанций. Однако этого оказалось недостаточно, чтобы покрыть увеличение на 6,1 % спроса на энергию, поскольку экономика Китая росла за счёт множества секторов, включая строительство.

В США, напротив, выбросы от производства энергии от сжигания ископаемого топлива сократились на 4,1 %, несмотря на рост экономики на 2,5 %, поскольку низкие цены на газ помогли стране выработать больше электроэнергии из газа, а не угля. Выбросы от производства энергии в ЕС сократились почти на 9 %, тогда как экономический рост составил 0,7 %. Прирост выработки энергии в Европе произошёл преимущественно благодаря силе ветра.

Производство электроэнергии из угля и газа в ЕС упало на 27 % и 15 % соответственно, сообщили в МЭА, добавив, что впервые их обогнала энергия ветра.

«Пандемия, энергетический кризис и геополитическая нестабильность — всё это потенциально могло подорвать усилия по созданию более чистых и безопасных энергетических систем, — резюмировали в агентстве. — Вместо этого мы наблюдаем обратное во многих экономиках». Но расслабляться рано — это факт.

В минувшую пятницу в Дании к одной из местных электросетей подключили необычную приливную электростанцию. Она выглядит как воздушный змей, только «парит» она в подводных течениях. Восходящие потоки воздуха и воды ускоряют движение «змея», и он всегда летает быстрее встречных потоков, что позволит вырабатывать достаточную мощность даже в условиях слабых приливов.

Источник изображений: Minesto

Манёвренную приливную электростанцию Dragon 12 спроектировала и построила компания Minesto. «Дракон 12» способен вырабатывать 1,2 МВт электричества. Его вес достигает 28 т, а размах «крыльев» — 12 м. Внешне он похож на военный беспилотник из будущего, что, впрочем, обусловлено банальными законами гидродинамики. Электростанция крепится ко дну на длинном тросе и это даёт ей возможность перемещаться в воде с относительной свободой. Установленная на борту электроника следит за безопасностью движения, предотвращая рискованные манёвры.

Согласно расчётам Minesto, для первой сотни установок нормированная стоимость вырабатываемой ими электроэнергии составит $108 за 1 МВт·ч. После этого нормированная стоимость снизится до $54 за 1 МВт·ч. Пару лет назад Министерство энергетики США сделало заключение, что морские электростанции с якорным (мёртвым) креплением ко дну, включая приливные, в среднем будут вырабатывать электроэнергию стоимостью $89 за МВт·ч. Нетрудно увидеть, что в таком случае у проекта «морских змеев» Minesto хорошие перспективы.

Первая из электростанций Dragon 12 установлена в проливе в районе Фарерских островов, где течения всегда сильные. Её подключили к электросети одного из островов, где проживает 55 тыс. человек.

Компания Google сообщила о новой крупной сделке по приобретению электричества, получаемого из возобновляемых источников. Конечной целью компании остаётся переход к 2030 году на питание исключительно от возобновляемых источников. Новый договор приближает этот момент и стимулирует развитие «зелёной» энергетики в Нидерландах, где Google увеличила закупку электричества у местных ветропарков.

ЦОД Google в Эмсхавене, Нидерланды. Источник изображения: Google

Согласно договору, Google добавила к своему потреблению в Нидерландах ещё 700 МВт чистой энергии. В этой стране у компании два центра обработки данных из 24, разбросанных по всему свету. Соглашения о покупке электроэнергии заключены с консорциумами CrossWind и Ecowende, которые являются совместными предприятиями энергетических компаний Shell и Eneco.

Поставщики разрабатывают участок номер V в зоне ветропарков Hollandse Kust Noord (HKN) и участок номер VI парка Hollandse Kust West (HKW), которые, как ожидается, будут обеспечивать около 6 % годового потребления электроэнергии в Нидерландах. Это ветроэлектростанции в прибрежной зоне на мелководье. Ветропарк HKN начал производить электроэнергию в прошлом году, в то время как запуск HKW VI запланирован на 2026 год.

Если учесть предыдущие соглашения Google о покупке электроэнергии, то в этом году её голландские дата-центры смогут использовать экологически чистую энергию на 90 %. Google также объявила о более мелких сделках по закупке возобновляемой энергии у прибрежных ветряных и солнечных электростанций в Италии, Польше и Бельгии. Сами Нидерланды обеспечивают себя возобновляемой энергией примерно на 40 %.

Следует сказать, что далеко не вся покупаемая Google в Нидерландах электрическая энергия будет произведена из возобновляемых источников. Поэтому слова компании о переходе на 90 % возобновляемую энергию следует воспринимать с осторожностью. Часто речь идёт о покупке сертификатов REC (Renewable Energy Certificate), что по факту означает дотации в эту сферу генерации. В последние годы с этим возникли проблемы. Спекуляция сертификатами обесценила определённую их часть, и они перестали быть надёжным стимулом развивать зелёную энергетику. Поэтому Google и другие компании, например, Microsoft, стремятся покупать сертификаты на электроэнергию из возобновляемых источников непосредственно там, где она производится.

Подобная практика даёт средства в руки компаний, заинтересованных в увеличении выработки. Новое соглашение Google именно такого рода. Она покупает электричество у операторов ветроэлектростанций, которые за счёт этого постепенно расширяют производство электроэнергии.

Учёные Национальной лаборатории возобновляемых источников энергии (NREL) в США провели исследования почти на 2500 объектах по выработке электричества от солнечного света. Несмотря на опасения, большинство фотоэлектрических систем за годы работы испытали минимальный ущерб от кратковременных экстремальных погодных условий и показали скромную деградацию, что обещает приблизить переход на возобновляемые источники энергии.

Контроль качества солнечных панелей. Источник изображения: PVEL

Изучению подверглись коммерческие и коммунальные солнечные электростанции по всей территории Соединенных Штатов, развёрнутые в период с 2008 по 2022 год. Были получены данные от 25 тыс. инверторов из 37 штатов. Исследования охватили почти 8 ГВт фотоэлектрических мощностей со средним временем эксплуатации 5 лет. С учётом того, что в 2022 году в США было чуть больше 100 ГВт установленной мощности солнечных электростанций, учёные изучили определённо меньше 10 % от работающих систем. Однако для качественной статистики этого вполне достаточно.

Исследователи выяснили, что в среднем производительность фотопанелей снижается на 0,75 % в год, что соответствует аналогичным значениям, о которых сообщалось в предыдущих исследованиях. Анализ показал, что системы в зонах с более высокой температурой демонстрируют вдвое большую потерю производительности, чем системы в более прохладном климате: на 0,88 % в год и 0,48 % в год соответственно. В целом, в 90 % исследованных систем потери производительности составляли менее 2 % в год.

«Во-первых, это показывает, что наш парк фотоэлектрических систем в целом не выходит из строя катастрофически, а, скорее, деградирует скромными темпами в пределах ожиданий, — сообщили учёные. — Важно, чтобы мы как можно точнее определили этот показатель, потому что это небольшое, но ощутимое число используется почти во всех финансовых соглашениях, которые финансируют солнечные проекты, и обеспечивает важнейшие рекомендации для отрасли».

Краткосрочное воздействие экстремальных погодных условий, таких как наводнения, сильные ветры, град, лесные пожары и молнии, в большинстве исследованных фотоэлектрических систем было минимальным. Средняя продолжительность отключения после экстремального погодного явления составила два–четыре дня, что привело к снижению среднегодовых показателей выработки на 1 %.

В общей сложности в 12 системах из 6400 произошли отключения на две недели и более. Большинство отключений произошло из-за наводнений и дождей, за которыми последовали порывы ветра. В большинстве систем из набора данных произошел только один сбой, связанный с погодой.

Критическими для выживания солнечных электростанций погодные условия возникли бы в случае увеличения градин свыше 25 мм, скорости ветра более 90 км/ч и снежного покрова более 1 м. При таких условиях солнечные панели чаще бы выходили из строя, на что должны обратить внимание производители фотопанелей, если они хотят повысить надёжность своей продукции.

«Мы не считаем, что какой-либо из этих анализов свидетельствует о том, что фотоэлектрические системы ненадежны или особенно уязвимы к экстремальным погодным условиям. Фотоэлектрические системы продемонстрировали, что они могут обеспечивать резервное питание и спасать жизни, когда окружающая инфраструктура повреждена экстремальными погодными явлениями, — сказал исследователь NREL Дирк Джордан. — Тем не менее, есть дальнейшие меры, которые мы можем предпринять для улучшения качества оборудования и особенно передовых методов установки для повышения устойчивости к этим погодным явлениям».

В целом исследование показало, что при переходе к возобновляемой энергетике на солнечные панели можно положиться. Однако хотелось бы обратить внимание на такой факт, как ускоренная деградация солнечных панелей после 10 лет эксплуатации, что не отражено в работе учёных из США, но фиксируется исследователями в других странах.

Отказоустойчивость интернета как сетевой инфраструктуры поражает, если не знать, что она разрабатывалась для сохранения связи в зонах ведения боевых действий. Нечто подобное американские учёные решили создать для сетей электроснабжения с упором на микросети на возобновляемых источниках энергии и системы накопления.

Источник изображения: ИИ-генерация Кандинский 3.0/3DNews

Выбор микросетей на возобновляемых источниках энергии был очевиден — они не зависят от внешних поставок энергоресурсов для производства электрической энергии и даже в случае каких-либо аварий смогут работать локально. Поэтому главной задачей было создание архитектуры и протоколов для обхода или изоляции повреждений на линии и балансировки выдаваемой и потребляемой мощности. Также важным моментом стала защита от кибернетических атак, что сегодня вообще не должно вызывать вопросов.

Сообщается, что поставленная задача в основном была решена группой исследователей из Сандийских национальных лабораторий (Sandia National Laboratories) — одной из 16 национальных лабораторий под управлением Министерства энергетики США. Они разработали протоколы и алгоритмы для управления микросетями, включая работу программируемых сетевых реле.

Платформа по обеспечению отказоустойчивого энергоснабжения сама оценивает повреждения на линиях или оборудовании, а также вырабатываемую и потребляемую мощность. Она также может подключаться к общей сети электроснабжения, но в случае перегрузки будет управлять не возможностями инвертора, а начнёт отключать менее важных потребителей, например, частные домохозяйства, отдавая предпочтение больницам и другим критически важным структурам. Кроме того, протокол предусматривает разрывы нежелательных закольцовок, которые могут появиться при обрывах и восстановлении энергоснабжения.

Интересно отметить, что разработать алгоритм реконфигурации сети электроснабжения помогло программное обеспечение для сферы автоматизированного проектирования. Представленные учёными алгоритмы на примере трёх небольших взаимосвязанных микросетей позволили локализовать неполадки, в том числе повреждённые поваленными деревьями линии электропередач и повреждения на электростанции, а затем восстановить электроснабжение основных объектов инфраструктуры.

В 2008 году учёные предприняли попытку бурения скважины к карману с магмой под вулканом Крафла в Исландии. Камера с магмой оказалась ближе ожидаемого, поэтому она вскрылась и разрушила скважину. Но главное, что катастрофы в виде спровоцированного бурением извержения не произошло, что доказало возможность контролируемого доступа к магме и позволило надеяться на приручение в будущем энергии вулкана.

Источник изображения: ИИ-генерация Кандинский 3.0/3DNews

С учётом полученного опыта учёные предпримут ещё ряд попыток подобраться как можно ближе к магматическим камерам под Крафлой. Следующее бурение запланировано на 2026 год. Проектом занимается специально созданная для этого организация Krafla Magma Testband (KMT).

«Возможность проникнуть в кору и взять пробы магмы дала бы нам огромные знания, — заявляют исследователи. — Мы надеемся, что сможем провести хотя бы прямое измерение температуры, чего никогда раньше не делалось».

Проект очень амбициозен. Предстоит разработать жаропрочные инструменты и измерительную аппаратуру, чтобы добраться до нужной глубины и контролировать условия вблизи карманов с магмой и внутри них. При этом следует понимать, что обнаружение магматических карманов и определение глубины их залегания — это нетривиальная задача. Как правило, учёные бурят почти вслепую, надеясь, что соседство с вулканом с большой вероятностью позволит рано или поздно добраться до камеры с магмой.

Пример площадки для добычи энергии от тепла магмы. Источник изображения: Krafla Magma Testband

В случае удачи проект привнесёт много нового в наши знания о вулканах и причинах извержений. Но учёные ожидают от работ также практической ценности. В 2028 году будет предпринято ещё одно бурение на склонах Крафлы, но уже с прицелом на геотермальные технологии. С помощью перегретой воды под высоким давлением, разогреваемой магмой в кармане или вблизи камеры, планируется запустить вырабатывающую электрический ток турбину. По мнению исследователей, такие мощные источники энергии как вулканы следует постепенно приручить, чтобы получить доступ к их неограниченной чистой энергии.

Институт систем солнечной энергетики им. Фраунгофера (Fraunhofer ISE) подсчитал, что почти 60 % электричества в прошлом году Германия получила из возобновляемых источников энергии. Для страны, сознательно отказавшейся от атомной энергетики, это важный рубеж, позволяющий надеяться на достаточно быстрое сокращение зависимости от ископаемых источников энергии.

Источник изображения: ИИ-генерация Кандинский 3.0/3DNews

Рекордные показатели были достигнуты практически во всех областях выработки и хранения энергии за счёт возобновляемых источников. Так, были зафиксированы новые максимумы по добыче энергии с помощью силы ветра. Собственно, ветер — на земле и в прибрежных водах — внёс наибольший вклад в энергоснабжения страны. Ветроустановки в Германии в сумме выработали 139,8 ТВт·ч или 32 % от общего объёма. Это было на 14 % больше, чем в 2022 году.

Фотоэлектрические установки в Германии выработали в 2023 году 59,9 ТВт·ч электроэнергии. Из этого объёма 6,4 ТВт·ч было использовано домохозяйствами. За год в стране установили рекордное количество солнечных панелей общей мощностью 14 ГВт. И это при том, что власти ставили цель развернуть 9 ГВт мощностей. Только в июне фотоэлектрические системы в Германии выработали около 9 ТВт·ч электроэнергии, что стало новым месячным рекордом для страны.

Гидроэнергетика также увеличила показатели, но практически без изменений в объёме производства. Доля ГЭС в производстве электроэнергии для населения составила 20,5 ТВт·ч, или на 3 ТВт·ч больше, чем в 2022 году. Выработка электричества из биомассы осталась неизменной — на уровне 42,3 ТВт·ч.

В общей сложности возобновляемые источники энергии выработали в Германии около 260 ТВт·ч, что на 7 % больше, чем в 2022 году.

Установленная мощность аккумуляторных батарей почти удвоилась с 4,4 ГВт в 2022 году до 7,6 ГВт в прошлом году. Ёмкость накопителей увеличилась с 6,5 ГВт·ч до 11,2 ГВт·ч. Мощность немецких гидроаккумулирующих станций достигла 6 ГВт.

Проведённый компанией Wood Mackenzie анализ мирового рынка производства солнечных панелей показал, что стоимость производства фотоэлементов в Китае рекордно снизилась. В совокупности с другими особенностями китайской экономики низкая цена на фотопанели привела к тому, что производители в США и в Европе перестали быть для Китая конкурентами на этом рынке и вряд ли станут ими в будущем.

Источник изображения: ИИ-генерация Кандинский 3.0/3DNews

«Китай является производителем самых дешёвых солнечных модулей в мире. Подсчёты цен на солнечные модули в долларах за ватт, сделанные в декабре, показывают, что удельная стоимость солнечных модулей в Китае составляет $0,15, что значительно ниже производственных показателей Индии ($0,22), Европы ($0,30) и США ($0,40)», — сказал Стивен Нелл (Steven Knell), вице-президент Wood Mackenzie и эксперт по энергетике и возобновляемым источникам энергии.

В 2023 году стоимость производства солнечных модулей в Китае снизилась на 42 %. Цена в $0,15 за ватт стала настолько низкой на рынке, что никто в мире больше не может составить конкуренцию китайским производителям фотопанелей. За год китайские компании удвоили выпуск солнечных панелей по сравнению с совокупными показателями производства фотопанелей в США и Европе. Тем самым в Китае сегодня сосредоточено 80 % мировых мощностей по выпуску этой продукции.

«Огромное преимущество Китая подразумевает, что усилия международных конкурентов по вытеснению китайских компаний из цепочек поставок [в сфере энергетики] из возобновляемых источников вполне могут оказаться тщетными. Перспективы появления доступных компонентов на рынке обнадёживают, учитывая текущую гонку мощностей, но конкуренты Китая вряд ли выиграют в ценовой войне. Китай уже выиграл гонку мощностей в области зелёных технологий», — заявил Кнелл в интервью DW.

Самое интересное, что анализ показал незначительную зависимость стоимости производства фотопанелей в Китае от стоимости рабочей силы.

«Исследование фотоэлектрической промышленности в США и Китае показывает, что доминирование Китая в производстве солнечных панелей обусловлено не столько более дешёвой рабочей силой и государственной поддержкой, сколько более масштабным производством и вытекающими из этого преимуществами для цепочки поставок», — сказал Кнелл.

Это же подтвердило исследование, проведённое учёными NREL и MIT. Доминирующим фактором стали масштабы производства солнечных панелей в Китае, дополнительно обеспеченные доступом к инвестиционному капиталу и менее строгой деловой и нормативной средой. Теоретически многое из этого можно воспроизвести в США и в Европе. За одним исключением — достичь «китайских» масштабов производства солнечных панелей в Европе и США представляется маловероятным, что заставляет прийти к заключению, что Китай никто из них уже не догонит.

Похоже, заключают эксперты, централизованный государственный капитализм в Китае даёт определенные преимущества для развития того или иного сектора экономики и промышленности.