Весомой проблемой, о которой редко вспоминают, остаётся утилизация отслуживших свой век лопастей ветряных турбин. Такие лопасти длиной свыше 100 м представляют собой пропитанную эпоксидной смолой стеклоткань, и потому их остаётся только отправлять на свалки, поскольку технологий по переработке сейчас нет. А разлагаться они могут сотни, если не тысячи лет. И это большая проблема, но датские исследователи стали ближе к её решению.

Источник изображения: Vestas Wind Systems A/S

По оценкам экспертов WindEurope, начиная с 2025 года ежегодно будут выбывать около 25 тыс. т лопастей турбин, а к 2030 году этот показатель может увеличиться до 52 тыс. т в год. И если башни, гондолы и компоненты генераторов без особых проблем можно перерабатывать, то материал лопастей пока никто не научился пускать в переработку. Ряд компаний ведут работы в этом направлении, но поиски движутся в сторону создания особых эпоксидных смол, поддающихся растворению, тогда как широко используемые в промышленности смолы остаются за бортом процесса и должны утилизироваться по старинке — на открытую свалку или во рвы.

Напротив, в Дании создано объединение CETEC, которое с 2021 года сочетает усилия компаний Vestas Wind Systems A/S, Olin Corporation, Датского технологического института и Орхусского университета в направлении переработки абсолютно любых лопастей на эпоксидной смоле, даже тех, которые уже отправлены на свалку.

«До сих пор ветровая промышленность считала, что материал лопастей турбин требует нового подхода к проектированию и производству, чтобы по окончании срока службы их можно было либо перерабатывать, либо, более того, использовать по новой, — сказала Лиза Экстранд (Lisa Ekstrand), вице-президент и руководитель отдела устойчивого развития компании Vestas. — В будущем мы можем рассматривать старые лопасти на эпоксидной основе как источник сырья. Как только эта новая технология будет внедрена в масштабе, старый материал лопастей, который в настоящее время находится на свалке, а также материал лопастей на действующих ветряных электростанциях, можно будет разобрать и использовать повторно».

Универсальный химический процесс для растворения и восстановления эпоксидной смолы разрабатывается в Орхусском университете с помощью остальных участников объединения. Процесс использует широко доступные химикаты и обещает оказаться коммерчески выгодным. В настоящий момент компания Vestas работает над расширением масштаба применения процесса и движется в сторону его коммерциализации.

По предварительным прогнозам, в этом году планируется добавить 54,5 ГВт новых электрогенерирующих мощностей в энергосистему США в 2023 году. 54 % этих мощностей будет приходиться на солнечную энергетику. На втором месте с 17 % окажутся системы аккумулирования энергии. И впервые за 30 лет будут введены в строй два новых атомных энергоблока.

Источник изображения: pexels.com

Несмотря на тенденцию к росту за последнее десятилетие, в 2022 году прирост солнечных мощностей коммунальных предприятий снизился на 23 % по сравнению с 2021 годом. Ожидается, что некоторые из отложенных в 2022 году проектов запустятся в 2023 году, когда разработчики планируют установить в США 29,1 ГВт мощностей солнечной генерации, что более чем вдвое превысит текущий рекорд (13,4 ГВт в 2021 году). В 2023 году больше всего новых солнечных энергомощностей, безусловно, будет установлено в Техасе (7,7 ГВт) и Калифорнии (4,2 ГВт), что в совокупности составит 41% запланированных новых солнечных мощностей.

Источник изображения: U.S. Energy Information Administration

Ёмкость систем аккумулирования энергии в США быстро росла за последние пару лет. В 2023 году она, вероятно, увеличится более чем вдвое. Разработчики сообщили о планах добавить 9,4 ГВт аккумуляторных мощностей к существующим 8,8 ГВт. Системы хранения на базе аккумуляторов все чаще устанавливаются в проектах ветровой и солнечной энергетики. Ветер и солнце являются непостоянными источниками генерации, аккумуляторы могут накапливать избыточную электроэнергию от ветряных и солнечных источников для последующего использования. Ожидается, что в 2023 году 71 % новых аккумуляторных батарей будет находиться в Калифорнии и Техасе, штатах со значительными солнечными и ветровыми мощностями.

Девелоперы планируют в 2023 году построить 7,5 ГВт новых мощностей, работающих на природном газе, 83% из которых приходится на парогазовые установки. Ожидается, что в 2023 году будут введены в эксплуатацию две крупнейшие электростанции на природном газе: Guernsey мощностью 1836 МВт в Огайо и энергетический центр CPV Three Rivers мощностью 1214 МВт в Иллинойсе.

Источник изображения: U.S. Energy Information Administration

В 2023 году планируется добавить в энергосистему США 6,0 ГВт ветроэнергетических мощностей. Ежегодный прирост ветроэнергетических мощностей в США начал замедляться после рекордного увеличения более чем на 14 ГВт как в 2020, так и в 2021 году. Наибольший объём ветроэнергетических мощностей будет добавлен в Техасе в 2023 году — 2,0 ГВт. Единственной морской электростанцией, которая, как ожидается, будет введена в эксплуатацию в этом году станет система мощностью 130 МВт в Нью-Йорке под названием South Fork Wind.

Источник изображения: pexels.com

Два новых ядерных реактора на АЭС Vogtle в Джорджии должны быть введены в эксплуатацию в 2023 году, на несколько лет позже, чем планировалось изначально. Реакторы общей мощностью 2,2 ГВт являются первыми новыми ядерными блоками, построенными в США за более чем 30 лет.

Свежий отчёт климатического аналитического центра Ember показал, что в 2022 году солнечная и ветряная энергия впервые в ЕС вышли на первое место по объёмам выработки, обогнав все другие источники. Специалисты расценивают это как стремительное «озеленение» европейской энергетики, что ещё сильнее подчёркнут показатели 2023 года.

Источник изображений: ec.europa.eu

Отчёт раскрывает, что рекордный прирост новых ветровых и солнечных мощностей в 2022 году помог Европе пережить «тройной кризис», вызванный ограничениями на поставки российского газа, спадом гидроэнергетики из-за засухи и неожиданными отключениями в атомной энергетике. В совокупности энергия ветра и солнца обеспечила рекордную пятую часть электроэнергии в ЕС (22,3 %) — этот вклад впервые был больше, чем от атомной (21,9 %) или газовой генерации (19,9 %).

Источник изображений: Ember

«Засуха, случающаяся раз в 500 лет по всей Европе, привела к самому низкому уровню выработки гидроэлектроэнергии, по крайней мере, с 2000 года, а также [произошли] широкомасштабные неожиданные отключения французских атомных электростанций в тот момент, когда закрывались немецкие атомные блоки», — сказано в отчёте.

Сложившаяся ситуация создала дефицит генерации на уровне 7% от общего спроса на электроэнергию в Европе в 2022 году. Около 83 % дефицита было покрыто за счёт ветровой и солнечной генерации. Помогло и падения спроса на электроэнергию. В частности, благодаря мягкой погоде и экономии энергии населением в четвёртом квартале 2022 года спрос на электричество снизился на 8 %. Полностью закрыть дефицит помог уголь, хотя рост электрогенерации с помощью угля оказался намного слабее, чем предсказывали аналитики.

В 2022 году производство солнечной энергии выросло на рекордные 24 %, что, по данным Ember, помогло избежать расходов на газ в размере 10 млрд евро. За это надо благодарить рекордные показатели по новым установкам солнечных панелей в 2022 году общей мощностью 41 ГВт или почти на 50 % больше, чем в 2021 году.

С мая по август солнечная энергетика обеспечивала 12 % электроэнергии в ЕС, впервые в истории превысив показатель 10 %. В 2022 году около 20 стран ЕС получили рекордную долю солнечной энергии. Лидером были Нидерланды, которые производили 14 % электроэнергии за счет Солнца, впервые обогнав уголь, но не отставали и Испания с Германией.

Ожидается, что в этом году рост ветровой и солнечной энергетики в ЕС продолжится, в то время как гидро- и атомная генерация, скорее всего, восстановится. В результате в 2023 году производство электроэнергии на ископаемом топливе может сократиться на беспрецедентные 20 %, что вдвое больше предыдущего рекорда, наблюдавшегося в 2020 году.

Работа угольных электростанций оказалась менее интенсивной, чем можно было ожидать в сложившейся ситуации. За счёт сжигания угля была компенсирована лишь шестая часть падения атомной и гидроэнергетики в 2022 году. В последние четыре месяца года, когда температура начала снижаться , угольная генерация упала на 6 % по сравнению с тем же периодом 2021 года. Это было вызвано, в первую очередь, падением спроса на электроэнергию, как сказано в отчёте.

Сообщается, что возвращённые в аварийный резерв 26 угольных блоков последние четыре месяца 2022 года работали на мощности всего 18 %. Девять из 26 угольных энергоблоков вообще не обеспечивали выработку электроэнергии и простаивали. В целом, выработка угля в 2022 году выросла на 7 % по сравнению с 2021 годом, что привело к увеличению выбросов в энергетическом секторе ЕС почти на 4 %, что оказалось существенно ниже прогнозов.

«Европейские страны не только по-прежнему привержены постепенному отказу от угля, но теперь они стремятся постепенно отказаться и от газа. Европа стремительно движется к чистой, электрифицированной экономике, и это будет наглядно продемонстрировано в 2023 году. Перемены наступают быстро, и все должны быть к ним готовы», — резюмируют аналитики.

В Китае планируют построить гигантский ветрогенератор высотой с 70-этажный дом. Новая установка компании MingYang Smart Energy под названием MySE 18.X-28X превосходит по мощности и размерам строящийся ветрогенератор MySE 16.0-242, а также представленный в качестве самого крупного в мире H260-18MW мощностью 18 МВт компании CSSC Haizhuang.

Источник изображения: MingYang Smart Energy

Если у H260-18MW лопасти длиной 128 м формируют при вращении окружность площадью около 53 тыс. м², то у ветрогенератора MySE 18.X-28X с мощностью «более 18 МВт» длина лопастей равна 140 м, а площадь формируемой при вращении окружности составляет 66 052 м².

MingYang сообщила, что новый ветрогенератор справится с самыми экстремальными погодными условиями в океане, включая сверхмощные тайфуны уровня 17 баллов со скоростью ветра более 56,1 м/с (202 км/ч). Согласно данным компании, при средней скорости ветра 8,5 м/с (30,6 км/ч), он будет производить 80 ГВт·ч энергии в год. Этого объёма электроэнергии «достаточно для снабжения 96 000 человек».

Тренд на строительство гигантских ветрогенероторов объясняется тем, что большая часть затрат на их установку приходится на обустройство фундамента на морском дне. Чем больше мощность ветрогенератора, тем меньше удельный вес условно-постоянных затрат на единицу производимой им электроэнергии.

Согласно заявлению MingYang, по сравнению с моделями мощностью 13 МВт, более высокая мощность MySE18.X-28X позволит сэкономить на установке 18 агрегатов, необходимых для ветряной электростанции мощностью 1 ГВт, сократив затраты на строительство на $120 000–$150 000 за мегаватт. В итоге экономия на строительстве подобного объекта может составить $120–$150 млн. Впрочем, в общей сумме проекта это составит всего 1–2 %. Для справки, стоимость ветроэлектростанции Hornsea One мощностью 1,2 ГВт с турбинами на 7 МВт оценивается не менее чем в $5,153 млрд.

Норвежские компании Hydro и World Wide Wind совместно создадут прототип плавучей ветряной турбины нового типа. Лопасти турбины будут необычными на вид, и расположатся на вертикально ориентированной оси. Это придаст установке компактный вид и сделает её легче и дешевле вплоть до изготовления из алюминия вместо стали, где алюминий сыграет роль «зелёного» металла, который можно получать с помощью возобновляемой энергии.

Источник изображения: World Wide Wind

Разработкой проекта будет заниматься компания World Wide Wind, а Hydro, как один из крупнейших в мире производителей алюминия, обеспечит выпуск деталей конструкции. В дальнейшем компания Hydro надеется внести алюминиевые ветряные турбины в список фирменных изделий, чтобы быть на пике климатических усилий.

Предложенное решение плавучей турбины опирается на пару вертикально расположенных роторов с противоположно направленным вращением. Лопасти в форме перевёрнутой буквы V по три на каждый ротор. Ось вращения наклоняется по ветру и каждый раз вращается с максимально выгодным для неё наклоном вне зависимости от направления ветра. Такой турбине не нужен фундамент на дне, гондола и редукторы, а это колоссальная экономия средств. Генератор в основании играет роль противовеса, что также упрощает конструкцию установки.

Разработчики делают акцент на то, что нельзя слепо переносить проекты наземных ветряных турбин на проекты морских ветряных установок. Даже для прибрежных зон с мелкой водой необходимо разрабатывать свои адаптированные решения. Посмотрим, как они с этим справятся.

Китайская государственная судостроительная корпорация CSSC Haizhuang сообщила о производстве ветряного генератора H260-18MW мощностью 18 МВт. Три лопасти длиной 128 м каждая формируют диаметр ротора 260 м, а площадь формируемой при вращении окружности равна восьми футбольным полям — около 53 тыс. м². За один оборот лопастей турбина будет генерировать 44,8 кВт·ч электричества. Такого в индустрии ещё не было.

Источник изображений: CSSC Haizhuang

Сегодня самая большая и мощная турбина работает в опытной эксплуатации в Дании. Это ветрогенератор Vestas V236-15 MW мощностью 15 МВт. Длина лопастей агрегата составляет 115 м при диаметре ротора 236 м. Одновременно компания CSSC Haizhuang завершает сборку на месте новой ветряной турбины MySE 16.0-242 мощностью 16 МВт. Ожидается, что эта турбина с лопастями длиной 118 м и ротором диаметром 242 м будет введена в опытную эксплуатацию в середине текущего года. Однако в CSSC решили пойти дальше и начали создавать ещё более мощную установку — 18-МВт H260-18MW.

Смысл подобной гигантомании в том, что значительные объёмы средств на создание морских ветроэлектростанций идут на возведение фундамента на морском дне. И чем мощнее отдельно взятая башня, тем в целом дешевле обходится создание фермы. По словам CSSC, для прибрежной ветроэлектростанции мощностью 1 ГВт при использовании 18-МВт турбин потребуется на 13 % меньше агрегатов, чем при использовании 16-МВт. Тем самым объём работ на морском дне будет сокращён и это позволит сэкономить «сотни миллионов юаней» (десятки миллионов долларов США).

В компании не поделились планами ввода в эксплуатацию новых турбин. Судя по видео и фотографиям, установка готова лишь частично. Кроме этого предстоят ещё нетривиальные строительные и транспортные мероприятия. Впрочем, установка и лопасти создаются на прибрежном заводе корпорации, что очень сильно облегчит доставку лопастей и других компонентов к месту установки ветрогенератора.

Самая мощная в мире ветряная турбина запущена в опытную эксплуатацию. Установка Vestas V236-15 MW собрана для оценки эксплуатационных характеристик на полигоне в Эстерильд в Западной Ютландии. Диаметр ротора установки составляет 236 м при длине лопастей 115,5 м. Вырабатываемая на пике мощность достигает 15 МВт. На основе этой установки разработаны проекты целого ряда морских ветроэлектростанций в Европе и США.

Источник изображения: Vestas

Реализация промышленных объектов с использованием Vestas V236-15 MW начнётся в следующем году. Ветрогенераторы высотой 280 м — самые высокие в мире — дебютируют на датской ветряной электростанции Фредериксхавн. Также эта установка выбрана в качестве основной для проектов морского ветропарка Atlantic Shores в Нью-Джерси и для нью-йоркских проектов Empire Wind 1 и Empire Wind 2.

Один такой генератор способен обеспечить электричеством 20 тыс. домохозяйств. Годовая выработка электроэнергии Vestas V236-15 MW достигает 80 ГВт·ч. Такие объёмы чистой энергии эквивалентны снижению выбросов углекислого газа на 38 тыс. т в год или примерно равны удалению с дорог 25 тыс. легковых автомобилей в год.

До установки Vestas V236-15 MW рекордсменом была ветротурбина Haliade-X компании General Electric мощностью 14 МВт. Но датская установка тоже недолго пробудет рекордсменом. Китайцы завершают создание ветряной турбины MySE 16.0-242 мощностью 16 МВт. Для опытной эксплуатации она будет собрана к середине текущего года, а серийный выпуск начнётся в 2024 году.

«Зелёная» энергетика дотянулась до Марса, но пока только в теории. Учёные показали, что на Красной планете может быть достаточно ветра для круглогодичного снабжения колонистов электрической энергией. Это особенно важно для полярных районов, где солнечная энергетика не эффективна.

Образованные сильным ветрами дюны на северном полюсе Марса. Источник изображения: NASA/JPL-Caltech/ASU

Согласно всем предыдущим планам, космические базы на Луне, Марсе и дальше в космосе энергией должны снабжать портативные ядерные реакторы. Это относительно простое и надёжное устройство, которое люди давно научились делать и использовать. Новая повестка заставляет рассматривать иные альтернативы.

В принципе, в открытом космосе, на Луне, где нет атмосферы и даже на Марсе, где плотность атмосферы составляет всего 1 % от земной, солнечная энергетика отдаёт максимум от возможного. Однако по мере продвижения к полюсам ситуация меняется и падающих на планеты солнечных лучей уже недостаточно для сбора необходимых объёмов электроэнергии. Почему бы в таких районах не использовать ветер, подумали учёные? От него не веет «ядерной опасностью», а установку, теоретически, можно почти полностью собрать на месте из подручных материалов.

Предыдущие программы по изучению силы ветров на Марсе были крайне обрывочным. В основном изучались ветры в районе посадок аппаратов на экваторе и обстановка вокруг горных гряд. Учёные из NASA адаптировали модель атмосферных движений Земли к марсианским условиям, включая географию. В основу расчётов были положены все известные данные о Марсе по наблюдениям за всё время.

Моделирование показало, что в приполярных областях и в других регионах Марса, особенно вдоль крупных кратеров и нагорий, достаточно ветра, чтобы одна мощная турбина круглогодично обеспечивала энергией группу из шести колонистов. В районах с меньшей силой ветра (ближе к экватору) ветер может дополнять солнечную энергетику во время сезона пылевых бурь и в тёмное время суток.

Для ветряных генераторов на Марсе необязательно строить башни с гондолами. Ветряные турбины можно поднимать на воздушных шарах. Но и для башен на Марсе можно найти местный строительный материал, чтобы не везти всё с Земли. Учёные ожидают, что инженерное сообщество подхватит идею и предложит интересные решения. А пока они опубликовали результаты работы в журнале Nature Astronomy.

Ежегодно ветряки убивают до полумиллиона птиц, но ещё больше от них погибает летучих мышей. Губят мышей не только лопасти. Летучие мыши погибают в зонах перепадов давления позади ветрогенераторов. Капилляры мышей быстро расширяются в зонах пониженного давления, и животные погибают от внутреннего кровоизлияния, что не угрожает птицам. Отпугнуть летучих мышей от опасной зоны должны помочь дроны с маячками.

Источник изображения: Tel Aviv University

Специалисты из Израиля разработали светошумовую обвязку для дронов, которая отгоняла бы летучих мышей световыми сигналами и сигналами в ультразвуковом диапазоне, к которому летучие мыши наиболее чувствительны. Просто установить отпугивающее оборудование на мачты генераторов нельзя. Во-первых, летучие мыши к нему привыкают и со временем начинают игнорировать. Во-вторых, таким образом невозможно отпугнуть животных от обширной опасной зоны позади лопастей, которая, к тому же, перемещается по мере смены направления ветра.

Исследователи из Тель-Авивского университета и Университета Хайфы предложили систему, которая может решить обе проблемы: яркие мигающие огни и ультразвуковые импульсы, подаваемые с дронов, которые летают перед турбинами. В ходе первых экспериментов дрон со светошумовыми маячками поднимался на высоту гондолы ветряка — это примерно 100 м, и затем совершал полёты по прямой в обе стороны на отрезке 100 м.

Наблюдения с помощью камер, радаров и лазерных LIDAR’ов подтвердили, что дрон с маячками способен отпугивать летучих мышей. Около 40 % животных начинали избегать полётов на высоте дрона, облетая его заметно выше. На следующем этапе учёные испытают систему отпугивания непосредственно с ветряными турбинами.

Возможно, они смогут подобрать комбинацию света и шума, чтобы отпугнуть ещё больше мышей от полётов вблизи ветряных турбин. Летучие мыши имеют большое значение для уничтожения насекомых-вредителей сельскохозяйственных растений. Без них выращивать овощи, фрукты и злаковые будет вреднее и сложнее.

Французская компания Eolink получила финансовую поддержку для строительства первого в мире демонстратора плавучей ветряной турбины необычной конструкции. Вместо «пропеллера на палочке» предложено построить что-то типа «колеса обозрения» — стойки в виде пирамиды с пропеллером посередине. Разработчик утверждает, что пирамидальное шасси обеспечит значительную экономию материала и недорогое обслуживание — слабое место всех морских ветряков.

Источник изображений: Eolink

Наиболее сильные ветры регистрируются в открытом море, а не на шельфе с малыми глубинами. Если распространять на открытое море привычную для суши и шельфа конструкцию ветряка — длинный шест с горизонтально расположенным ротором, то стоимость материалов для башни, гондолы и противовеса станет заоблачной, и тем стремительнее она будет расти, чем длиннее лопасти и выше башня.

Пирамидальный каркас, напротив, исключает необходимость в большой гондоле-противовесе пропеллера, а две точки опоры повысят износостойкость подшипников. На саму башню даже из четырёх опор, собранных в пирамиду, понадобится меньше материала, чем на одну стойку, к прочности которой будут предъявляться намного большие требования. Наконец, башне из четырёх стоек на квадратной раме с поплавками в четырёх точках потребуется намного меньше подводного балласта для удержания равновесия на водной глади.

Если балласта будет меньше и он не упрётся в мелкое дно, то такую стойку удобно будет обслуживать в доке, а не в открытом море с огромной почасовой арендной платой за морской кран. Отсутствие балласта и хорошая плавучесть также позволит упростить систему ориентации ветрогенераторов по ветру. Повороты башни больше будут не нужны, что дополнительно упростит и удешевит всю конструкцию. Плавучая «трапеция» сама будет поворачиваться для работы под оптимальным к ветру углом чисто в силу законов физики, воле морского течения и силе ветра — тут главное будет правильно закрепить её на дне, чтобы она свободно вращалась вокруг якорного троса.

Некоторое время назад компания Eolink получила гарантии на инвестиции на сумму около $23 млн от испанской компании Acciona Energy и фирмы по управлению проектами Valorem. На эти деньги будет построен 5-МВт прототип, который к 2024 году будет проверен на испытательном полигоне SEM-REV в французских водах Атлантического океана.

Вес прототипа достигнет 1100 т. Диаметр лопастей составит 143 м, а каждая сторона квадратного основания стойки-пирамиды будет достигать 52 м. После испытания компания обещает собрать достаточно данных, чтобы приступить к следующему этапу проекта — созданию 20-МВт «пирамидальной» плавучей морской турбины. Экономия на материалах и обслуживании обещает сделать электрическую энергию, добываемую такими ветряными турбинами, на 20–25 % дешевле, чем у «ветряков на палочках».