Пока китайцы лезут под землю в поисках мест для хранения там энергии в сжатом воздухе, французы предпочитают работать на поверхности в комфортных условиях. Так, компания Segula Technologies представила компактные системы воздушного компрессионного хранения энергии, размещённые в стандартных 12-метровых контейнерах, заполненных баллонами и компрессорами. Такие установки можно разместить где угодно для поддержки экологически чистой энергетики.

Источник изображения: Segula Technologies

В часы максимальной выработки энергия солнечных и ветряных электростанций будет направляться на закачку воздуха в баллоны. Для получения электричества в часы пикового потребления воздух будет возвращаться в атмосферу через генераторы, производя электроэнергию. Заявлено, что КПД установки достигает 70 %, что соответствует уровню конкурирующих решений.

Первоначально системы накопления энергии Remora разрабатывались для закачки воздуха в баллоны под водой. Это позволяло сильнее сжать воздух с меньшими затратами энергии. Новые установки Remora Stack (для предприятий) и Remora Home (для частного использования) предназначены для эксплуатации на поверхности. Первые два прототипа мощностью 200 кВт будут построены в Испании — в Эйбаре и Бильбао.

«Срок службы всей системы составляет не менее 30 лет, она не выделяет загрязняющих веществ и, в отличие от аккумуляторов, использует прочные и долговечные материалы», — заявила компания, добавив, что в разработке не используются литий и редкоземельные элементы.

Ёмкость и мощность системы Remora Stack, предназначенной для предприятий, жилых экорайонов, торговых центров, электростанций и объектов общественной инфраструктуры, могут варьироваться в зависимости от требований заказчика. Система Remora Home для жилых помещений, вероятно, будет иметь стандартные параметры.

Проект частично финансируется в рамках программы ЕС Air4NRG. В его реализации участвуют десятки европейских компаний из Франции, Италии, Испании, Португалии и других стран. Пилотная установка будет введена в эксплуатацию в 2026 году, а серийное производство комплектов Remora Stack ожидается в 2027–2028 годах.

Инновационный фонд Европейской комиссии выделил финансирование на начало создания мощнейших в мире подводных приливных турбин. Проект запустила французская компания Normandie Hydroliennes, которая планирует в течение трёх лет установить у берегов Нормандии четыре первых турбины для выработки возобновляемой электроэнергии от приливных процессов в море.

Источник изображения: Normandie Hydroliennes

Проект NH1 стал одним из 85 проектов «Zero-Net» общей стоимостью €4,8 млрд, выделенных в 2023 году на цели зелёной энергетики Европейским союзом. Первая фаза реализации NH1 завершится установкой четырёх подводных приливных генераторов AR3000, каждый из которых будет характеризоваться мощностью 3 МВт. Все вместе генераторы будут вырабатывать 33,9 ГВт·ч в год — этого хватит для обеспечения электроснабжением 15 000 домов.

Для старта работ компания Normandie Hydroliennes получила от властей ЕС €31,3 млн. Грант ускорит реализацию проекта — одного из первых коммерческих решений по использованию приливной энергии во Франции, что будет способствовать развитию морских возобновляемых источников энергии. Это будут турбины с горизонтальной осью, которые к 2028 году начнут вырабатывать электричество для французской энергосистемы.

Разработанные компанией Proteus Marine Renewables турбины AR3000 являются самыми мощными в мире приливными установками. Они полностью конкурентоспособны по стоимости при производстве электроэнергии. Сборка установок на 80 % использует французские комплектующие и материалы, что также позволит в рамках реализации проекта NH1 создать около 400 прямых и косвенных рабочих мест.

Приливная энергетика с потенциалом до 5 ГВт является важнейшим компонентом перехода Франции на возобновляемые источники энергии, утверждают аналитики Ocean Energy Europe. Ожидается, что к 2030 году затраты на её производство будут сопоставимы с затратами на плавучую ветряную энергетику, что сделает приливные электростанции конкурентоспособной частью энергетического баланса будущего. Приливные турбины безопасны для окружающей среды, оказывают незначительное воздействие на морскую среду и легко перерабатываются по окончании срока службы.

Приливные электростанции полностью погружены в воду, что исключает любые визуальные, акустические и морские помехи, в отличие от других источников возобновляемой энергии. Помимо того, что отрасль сохраняет окружающую среду, она укрепляет местную экономику, что особенно полезно для малого и среднего бизнеса.

Ожидается, что к 2030 году приливная энергетика во Франции создаст 6000 новых рабочих мест, укрепив местную экономику и способствуя энергетической независимости страны.

Аккредитованная ООН неправительственная организация Международное общество солнечной энергии (ISES) занимается вопросами возобновляемой энергетики с 1954 года. Имея колоссальный опыт в этой сфере, специалисты ISES видят выгоду там, где другим она кажется невозможной. У Европы есть доступ к неограниченным ресурсам по хранению энергии, уверены в ISES, но даже профильные специалисты закрывают глаза на этот уникальный источник.

ГАЭС в Испании. Источник изображения: Sirbatch, Wikimedia

Эксперты ISES утверждают, что этим условно бесконечным ресурсом для чистого хранения энергии являются гидроаккумулирующие электростанции (ГАЭС). Разглядеть потенциал ГАЭС мешает целый спектр ошибочных представлений: небольшое число таких станций, необходимость множества плотин на реках, большая площадь затопляемых земель, большой расход воды, ущерб окружающей среде и высокие капитальные затраты на ГАЭС. Всё это неправильное понимание сути и принципов эксплуатации гидроаккумулирующих электростанций, заявляют в организации. Избавившись от этих заблуждений, можно радикально изменить подход к хранению энергии в Европе.

Вопрос хранения энергии в ЕС важен по той причине, что выработка электричества из возобновляемых источников крайне неравномерна по своей географии и носит сезонный характер. На севере обычно доминирует ветер, а на юге — солнечные электростанции. Объём хранения должен быть достаточным, чтобы пережить недели отсутствия солнца и ветра. ГАЭС могут стать идеальным решением для этих целей.

Обычные аккумуляторы способны легко обеспечить краткосрочное хранение энергии — до нескольких часов — с высокой выходной мощностью уровня ГВт. ГАЭС, в свою очередь, могут обеспечить долгосрочное хранение энергии — до нескольких дней, перекрыв потребность в запасаемом объёме до 95 %. Вместе оба этих источника могут стать комплексным решением проблемы с перебоями в возобновляемой энергетике.

Эксперты ISES создали европейский атлас с потенциальными местами для размещения ГАЭС ёмкостью от 2 до 5000 ГВт·ч. Предпочтения отдавались местам с большим перепадом высот и с наиболее короткими участками для сброса воды для выработки электроэнергии. В атласе представлены участки для 820 тыс. объектов ГАЭС с общим объёмом хранения 86 млн ГВт·ч, что эквивалентно 2 трлн аккумуляторов для электромобилей.

Атлас включает в себя участки премиум-класса (стоимостью AAA и AA) и участки более низкого качества (стоимостью A, B, C, D и E). Участки премиум-класса для ГАЭС характеризуются большим напором (более 500 м), небольшими дамбами, короткими напорными туннелями, большим объёмом (более 40 ГВт·ч) и длительным сроком работы (более 100 часов). В атласе свыше 6000 мест для объектов ГАЭС премиум-класса, с общим объёмом хранения около 1100 ТВт·ч, что примерно в 40 раз больше, чем требуется для полностью электрифицированной и декарбонизированной Европы.

Капитальные затраты на высококачественные накопители энергии длительного хранения находятся в диапазоне $8–25 за 1 кВт·ч. Например, накопитель энергии Snowy 2.0 в Австралии (класс AA) стоит около 12 млрд австралийских долларов за 350 ГВт·ч энергии и 2,2 ГВт мощности (срок хранения 160 часов). Это соответствует $22 за 1 кВт·ч, что намного ниже, чем стоимость аккумуляторов для системы, которая прослужит 100 лет.

Согласно расчётам специалистов, 150 ГВт·ч мощностей ГАЭС, расположенных за пределами национальных парков, не требуют строительства новых плотин на реках, а разветвлённая сеть высоковольтных линий передач в ЕС позволит размещать объекты почти в любой местности и не заботиться о необходимости подтягивать издалека энергетическую инфраструктуру.

Требования к земельным участкам для ГАЭС довольно скромны. Общая площадь затопления составит 60 км² (0,6 м² на человека), что в 100 раз меньше площади, занимаемой солнечными электростанциями, которые будут поддерживаться ГАЭС, и в 20 раз меньше площади парковки, занимаемой 100 млн автомобилей. Капитальные затраты на эту систему из пяти мощнейших ГАЭС для покрытия потребностей Европы составляют около €100 млрд и представляют собой огромную возможность для развития местной экономики. Это составляет всего €1000 на человека за возможность 100 лет пользоваться услугами ГАЭС.

Пять подобных участков способны обеспечить электричеством всю Европу на несколько дней

Что касается опасений по поводу расходов воды, то её потребление для ГАЭС невелико, потому что одна и та же вода циркулирует между резервуарами в течение 100 лет. В засушливых районах может потребоваться небольшое количество воды для восполнения потерь при испарении. Количество воды, необходимое для первоначального заполнения и восполнения потерь при испарении, составляет несколько литров на человека в день, что эквивалентно 20-секундному утреннему душу.

Воздействие ГАЭС на окружающую среду незначительно из-за отсутствия новых плотин на крупных реках, небольших требований к земле и воде, отсутствия электрохимических процессов, длительного срока службы (100 лет) и большого выбора мест за пределами рек (что позволяет избежать рискованных сценариев).

Глобальные мощности солнечной и ветряной энергетики в ЕС устанавливаются в шесть раз быстрее, чем всё остальное вместе взятое. Электрификация транспорта, отопления и промышленности удвоит или утроит спрос на электроэнергию. К счастью, для декарбонизации Европы по доступной цене можно использовать готовые решения в области солнечной, ветряной энергетики, включая ГАЭС, на что всем заинтересованным сторонам необходимо обратить особое внимание.

Компания Quidnet Energy из США предложила недорогую альтернативу гидроаккумулирующим накопителям энергии. Вместо подъёма воды на высоту для последующего спуска через турбины технология Quidnet предполагает закачку воды под давлением в недра земли — шахты и пещеры. В феврале 2025 года технология была испытана в Техасе в масштабе хранения мегаватт-часов энергии и доказала свою готовность к повсеместному внедрению.

Источник изображения: Quidnet Energy

Компания Quidnet была основана в 2015 году и на сегодняшний день привлекла более 60 млн долларов инвестиций от таких компаний, как Hunt Energy Network, Prime и Breakthrough Energy Билла Гейтса (Bill Gates). Основатель Microsoft в 2020 году передал Quidnet 10 млн долларов на развитие и подготовку демонстрационного проекта в масштабе хранения мегаватт-часов энергии. В конечном итоге эксперимент был проведён на площадке Quidnet в Техасе недалеко от Далласа.

Создание традиционных гидроаккумулирующих мощностей требует организации огромной запруды на значительной высоте. Для хранения достаточного объёма энергии в воде, поднятой на высоту, необходимы поистине циклопические сооружения, которые по определению не могут быть дешёвыми.

Идея Quidnet Energy состоит в том, чтобы закачивать воду в резервуары, расположенные в земле, — естественные или специально созданные. Согласно расчётам, затраты на создание таких подземных накопителей энергии в пересчёте на каждый киловатт будут как минимум в два раза ниже, чем на строительство традиционных гидроаккумулирующих хранилищ.

Как и в случае гидроаккумулирующих накопителей, геомеханический аккумулятор Quidnet использует излишки энергии из возобновляемых источников для закачки воды под землю под давлением. Однако этот процесс значительно проще: вода поступает в шахту под давлением из близлежащего водоёма (пруда). Поскольку вода практически не сжимается, накопление энергии происходит за счёт увеличения механического напряжения в горной породе — в стенках импровизированного резервуара. В идеале резервуар должен иметь линзовидную структуру, но для удешевления проекта подойдёт практически любой.

После закачки воды под землю клапан перекрывают и открывают только при необходимости выработки электроэнергии. Вода проходит через турбины и возвращается в наземный водоём, откуда её можно снова закачать под землю. Благодаря замкнутому циклу потери воды минимальны.

В Quidnet подчёркивают, что создание подобных накопителей уже фактически отлажено буровиками: все процессы и процедуры — от бурения до прокладки труб — стандартизированы и имеют промышленную базу. Это немаловажный фактор для массового внедрения подобных геомеханических аккумуляторов. Вдохновлённые результатами эксперимента, разработчики готовы приступить к масштабному проекту по интеграции системы в национальную электрораспределительную сеть.

Властям Австралии пришлась по душе идея хранения запасов энергии под землёй в сжатом воздухе. Впервые эту технологию реализовали в Германии пятьдесят лет назад, но сегодня абсолютными лидерами в этой области стали китайцы. В Австралии имеется буквально море солнечной энергии, и её излишки становятся головной болью для энергетиков континента. Первый в стране проект по закачке воздуха под землю начнёт реализовываться в этом году и, по всей видимости, не станет последним.

Источник изображения: Hydrostor

Строительством воздушно-компрессионной системы накопления излишков энергии из возобновляемых источников в Австралии займётся канадская компания Hydrostor. Для его реализации выбрана заброшенная шахта недалеко от шахтёрского городка Брокен-Хилл (Broken Hill) в Новом Южном Уэльсе (NSW). Оборудование площадки позволит запасать 1,6 ГВт·ч электричества при совокупной мощности 200 МВт.

Компания Hydrostor уже заключила договор с владельцем местной высоковольтной линии электропередачи, подключающей городок к национальной австралийской электрораспределительной сети, на поставку излишков в национальную сеть. Сам городок сможет питаться от аккумулятора на сжатом воздухе в течение нескольких дней и даже недель.

Компания специально зарезервирует 250 МВт·ч энергии при мощности 50 МВт для питания города в периоды перебоев с электричеством, которые в этом регионе случаются довольно часто из-за ураганов. В настоящее время для этих целей используются два дизельных генератора, которые будут ликвидированы после запуска проекта.

По оценкам подрядчика, строительство объекта займёт три–четыре года. Работы начнутся позже в этом году. После ввода объекта в эксплуатацию воздух будет сжиматься и закачиваться в шахту, используя излишки энергии ветровых и солнечных электростанций региона. При необходимости воздух будет нагреваться и направляться на турбины генераторов, вырабатывающих электричество для потребителей. Инвестиции в проект составят 655 млн австралийских долларов ($415 млн).

Новые методы бурения и прогрессивные технологии извлечения тепла из недр Земли обещают быстро сделать геотермальную энергетику конкурентоспособным игроком на рынке выработки электричества, уверены учёные из США. Это произойдёт стремительно — всего за пару лет. Прогнозы говорят, что уже в 2027 году стоимость генерации электричества с помощью тепла недр планеты сравняется со стоимостью сегодняшнего электричества «из розетки».

Геотермальная электростанция Google. Источник изображения: Google

Доклад о перспективах геотермальной энергетики (EGS) представил ведущий специалист в отрасли Роланд Хорн (Roland Horne), профессор энергетики и инженерии Стэнфордского университета (Stanford University). Он начал с того, что исторически доступ к геотермальной энергии был связан исключительно с географическими факторами. Для обычных геотермальных электростанций требуются горячие, проницаемые породы и большое количество подземных жидкостей, что характерно для мест с недавней вулканической активностью, таких как Япония, Новая Зеландия, Филиппины, Кения, Сальвадор, Исландия и западная часть Соединённых Штатов.

Но это было в прошлом. За последние 50 лет придуманные нефтяниками методы бурения и разрыва пластов открыли возможность доступа к теплу недр на большей части планеты, а не только рядом с вулканами. Пока новыми технологиями воспользовались лишь единичные компании, но в них скрыт огромный потенциал для производства электрической энергии в больших масштабах. Сегодня в глобальном масштабе доля геотермальной энергетики по-прежнему составляет менее половины процента. Доля солнечной и ветряной энергии более чем в 25 раз выше, что можно исправить в обозримые сроки.

Для доступа к подземному теплу следует использовать методы бурения, разработанные для добычи сланцевого газа, включая горизонтальное бурение и гидроразрыв пластов. Закачивая в скважины жидкость под большим давлением, нефтяники расширяют существующие в породе трещины и создают новые, за счёт чего происходит приток нефти и других жидкостей к поверхности. В геотермальных системах с улучшенными характеристиками жидкость представляет собой просто горячую воду из естественных подземных резервуаров.

Другие адаптированные методы включают бурение нескольких скважин с одной площадки для повышения эффективности и снижения затрат. Синтетические алмазные буровые коронки, которые могут эффективно проходить через твёрдые породы, также оказались критически важными, позволяя завершить строительство новой геотермальной скважины за несколько недель, а не месяцев. «Ускорение бурения оказывает огромное влияние на экономику EGS в целом», — пояснил учёный.

Согласно проведённым расчётам, более высокая скорость бурения может уже к 2027 году сделать геотермальные системы конкурентоспособными по отношению к системам «наземной» выработки электричества на большей части территории США, что сегодня примерно равно $80 за МВт·ч.

В Калифорнии, которая в настоящее время получает около 5 % электроэнергии из геотермальных источников, авторы подсчитали, что с помощью EGS геотермальная мощность может увеличиться в десять раз и к 2045 году достичь 40 ГВт, что позволит заменить ископаемое топливо в качестве базовой генерации. Таким образом, EGS дополнит нестабильные возобновляемые источники энергии, такие как ветер и солнце, и повысит стабильность безуглеродной энергосистемы.

Но есть один момент, который обязательно нужно учитывать. Как и при гидроразрыве пластов для добычи нефти и газа, дробление глубинных пород для доступа к геотермальным резервуарам может вызвать землетрясения. Для снижения риска катастроф профессор рекомендует не бурить там, где риск землетрясений высокий и где проходят разломы земной коры. Также следует бурить с осторожностью и прекращать работы каждый раз, как только сейсмические события превысят определённый уровень. Если тряска будет не сильной, работы можно не останавливать.

Ещё одним способом избежать землетрясений в местах бурения может быть мягкое нагнетание воды для гидроразрыва — не под высоким давлением, а намного более слабым. «Постепенное закачивание жидкости вместо использования напора под давлением может значительно снизить риск и масштабы индуцированной сейсмической активности», — сказал Хорн.

Учёный и его коллеги надеются, что новое исследование послужит стимулом для дальнейших исследований и разработок EGS как устойчивого и надёжного источника энергии. «EGS может изменить правила игры в производстве экологически чистой энергии не только в Калифорнии, но и по всей территории США и во всём мире, — сказал Хорн. — Безопасное использование внутреннего тепла Земли может существенно повлиять на энергетику нашего будущего».

Испытанный ещё в Германии 70-х проект хранения энергии в сжатом воздухе получил второе дыхание в эру возобновляемых источников энергии. Их прерывистый характер выработки требует аккумулирующих мощностей, чтобы ночью и в безветренную погоду подача электричества не прерывалась. В Китае активно подхватили идею закачки воздуха в подземные пещеры, чтобы затем использовать сжатый газ для выработки энергии. Однако естественные пещеры заканчиваются, а спрос на них остаётся.

Источник изображения: China Energy Storage

Нехватка пещер для хранения энергии в сжатом воздухе заставила китайцев бурить искусственные подземные резервуары, а это требует разработки целого ряда технологий для надёжности циклопических подземных конструкций и предотвращения утечек. К тому же, под землёй можно создать условия для хранения воздуха с более высоким давлением, чем в естественных пещерах.

Как сообщают источники, в Китае стартовал первый крупномасштабный проект по хранению энергии сжатого воздуха (CAES) с использованием полностью искусственной подземной пещеры, что является важным шагом на пути к коммерциализации этой технологии.

Проект разработан государственным консорциумом и реализуется при поддержке местного государственного предприятия Xinyang Construction Investment Group, специалиста по технологиям CAES China Energy Storage National Engineering Research Center (China Energy Storage) и двух других государственных инвестиционных компаний.

Сдать в эксплуатацию комплекс планируется в 2026 году. Он будет обладать мощностью 300 МВт и хранить 1200 МВт·ч энергии. Стоимость проекта оценивается в 2,15 млрд юаней ($300 млн). Подземные работы предусматривают вскрытие и обустройство пещеры диаметром 15 м и длиной 1800 м. Это ёмкость объёмом 318 тыс. м³. В сжатом состоянии туда поместится намного больше воздуха. Заявленное рабочее давление искусственной пещеры будет на уровне 14 МПа, что позволит закачать в неё более 50 млн м³ атмосферы. Страхи Александра Беляева о появлении «продавцов воздуха» становятся реальнее.

Для удержания воздуха под землёй под давлением и без утечек разработаны технологии усиления конструкции, бетонной облицовки и герметичного стального слоя. По состоянию на декабрь 2024 года было построено около 400 метров транспортного туннеля, что составляет почти 80 % от запланированного объёма работ. Также в хранилище уже ведутся земляные работы.

Ожидается, что после ввода в эксплуатацию эффективность преобразования энергии составит 72,1 %, а мощность — 420 млн кВт·ч в год, что достаточно для обеспечения электроэнергией 350 000 домохозяйств. Система включает в себя многоступенчатые компрессоры, выдерживающие высокую нагрузку турбины и усовершенствованные теплообменники. Последние позволили отказаться от нагрева воздуха с использованием ископаемого топлива, забирая тепло в процессе рекуперации, что сделает проект экологически чистым. Успех мероприятия откроет дорогу для строительства подобных объектов повсеместно.

В энергетический баланс Техаса добавился уникальный и единственный такой в мире источник энергии — модульная ветряная турбина JetWind для выработки электричества от реактивных струй взлетающих самолётов. С ноября 2024 года электричеством от модулей JetWind в аэропорту воспользовались свыше 10 000 раз, включая подзарядку электромобилей. Ряд мировых аэропортов заинтересовались установкой и хотят такие же.

Источник изображения: JetWind

«Основная цель нашего проекта — использовать постоянный ветер, создаваемый реактивными самолётами, и преобразовать его в экологически чистый источник энергии, — пояснили разработчики установки. — То, что когда-то считалось потраченной впустую энергией, теперь может принести пользу энергетическим сетям, в конечном итоге способствуя развитию более разумной и устойчивой инфраструктуры по всему миру».

Первые пять модулей ECP (Energy Capturing Pods) из заказанных 13 установили и подключили в аэропорту Love Field в Далласе. Внедрение началось после трёх лет испытаний в период с 2021 по 2024 год, когда прототипы оценивались на предмет их эффективности улавливания реактивных выхлопных газов от двигателей самолётов. Решение понравилось руководству аэропорта, и оно заказало 13 установок, пять из которых изготовили минувшим летом и ещё восемь произведут и установят в течение следующих трёх лет.

Каких-либо подробностей о проекте источник не приводит, однако отмечает, что публичное представление технологии JetWind вызвало значительный международный резонанс. Такие страны, как Австралия, Бразилия, Эквадор, Швейцария, Великобритания и Франция выразили восторг по поводу потенциального применения этой инновационной системы и хотели бы иметь подобные у себя. Представители JetWind сообщили, что переговоры на эту тему уже проводятся.

Исследователи из Ланьчжоуского института химической физики (Lanzhou Institute of Chemical Physics) в китайской провинции Ганьсу предложили и проверили на практике метод укрепления дорожного полотна и строительных конструкций добавками из материала отработавших лопастей ветряных турбин. Опыт удался: спустя пять месяцев после укладки дороги асфальтом с «лопастной» присадкой на участке не образовалось ни одной трещины.

Источник изображения: unsplash/Karsten Würth

Для Китая необходимость утилизации закончивших срок эксплуатации ветряных турбин — это не пустой звук. Эта страна является лидером в развёртывании электростанций на возобновляемых ресурсах, включая ветряную генерацию. Она также первой столкнётся с огромной волной отходов, которые трудно переработать, среди которых основную массу составят лопасти от ветряных турбин.

Основной состав лопастей — стеклоткань, углеволокно и эпоксидная смола для пропитки. Сегодня лопасти либо складируются в специально отведённых для этого местах (по сути, на свалках), либо закапываются в рвах как мусор. Археологи будущего смогут по этим останкам восстановить картину развития производства лопастей в Поднебесной, если какой-нибудь астероид внезапно разорвёт цепь развития земной цивилизации.

Если серьёзно, то проблема утилизации лопастей не имеет простого решения. Учёные из Китая предложили их измельчать, обрабатывать по специальной технологии и добавлять в асфальт и бетон как присадки при укладке дорог и строительстве зданий и сооружений.

В сентябре 2024 года в качестве эксперимента асфальт с присадкой из лопастей был использован для покрытия участка дороги в провинции Ганьсу. Спустя пять месяцев дорога выглядит как новая, не имея ни единой трещины в полотне, если верить источнику. Учёные вместе с подрядчиком надеются расширить эксперимент, укладывая «чудо-асфальт» на других участках дорог и в строительстве, обещая эффективность утилизации лопастей ветряков.

Выглядит интересно, но до тех пор, пока не станет известно об обнаружении микропластика в живых тканях животных и человека. Эти опасения не решат проблему утилизации лопастей, но, возможно, заставят задуматься о поиске других методов.

Аммиак — это не только удобрение для спасения сельского хозяйства. Это соединение азота и водорода содержит в себе в 20 раз больше энергии по отношению к весу, чем литиевые аккумуляторы. Огорчают лишь современные «грязные» методы производства аммиака, с чем решили побороться учёные из США. У них получилось.

Художественное представление установки по естественному производству аммиака. Источник изображения: Iwnetim Abate and Yifan Gao

Традиционное производство аммиака, 80 % которого потребляет сельское хозяйство, требует высоких температур и сопровождается выбросами парниковых газов. На каждую тонну этого соединения в атмосферу выбрасывается 2,4 т углекислого газа. В целом эта ниша химической промышленности ответственна за 1 % вклада нашей цивилизации в ежегодные выбросы антропогенных газов. Поэтому предпринимаются попытки производить аммиак с использованием возобновляемых источников энергии, что делает его чистым во всех смыслах.

В августе прошлого года в Дании был запущен первый в мире завод по производству аммиака с использованием солнечной и ветровой энергии. Производство может выпускать до 5000 т аммиака в год. Если говорить об аммиаке как о зелёном топливе, то уже разработаны двигатели внутреннего сгорания на аммиаке. Есть ряд моделей транспортных средств на этом топливе, а также планируется спуск на воду в 2026 году в Норвегии первого в мире контейнеровоза на аммиаке.

Учёные из Массачусетского технологического института (MIT) нашли способ практически естественного воспроизводства аммиака без привлечения любых искусственных источников энергии. К открытию подтолкнуло обнаруженное ещё в 80-х годах явление, когда одна из скважин в Мали начала выдавать чистый водород. Учёные заключили, что глубоко под землёй, с привлечением горных пород и температуры недр, идут процессы, которые естественным образом производят водород из воды в породах.

«Это был отличный момент, — говорят исследователи. — Возможно, мы сможем использовать Землю как фабрику, используя её тепло и давление для производства ценных химических веществ, таких как аммиак, более чистым способом».

На основе сделанного предположения учёные построили модельную систему для ввода обогащённой азотом воды в богатые железом синтетические минералы, имитируя породы, которые находятся под поверхностью земли. В результате процесса был получен аммиак без образования какого-либо CO₂ и без необходимости какой-либо дополнительной внешней энергии для активизации химического процесса.

На втором этапе исследователи заменили синтетическую породу оливином, который в природе встречается повсеместно и также богат железом. Также был добавлен медный катализатор и произведён нагрев до 300 °C. Примерно такая температура будет на глубине нескольких километров под поверхностью земли. Было обнаружено, что азот в воде вступает в реакцию с железом в породе с образованием чистого водорода, который, в свою очередь, вступает в реакцию с азотом с образованием аммиака. В результате процесса на тонну оливина было получено 1,8 кг аммиака.

Подобный метод можно реализовать в любой точке мира, ведь оливин есть везде. Более того, под землю можно даже закачивать обычные сточные воды, обычно насыщенные аммиаком. Это буквально неисчерпаемый источник чистой энергии. Учёные рассказали об открытии в журнале Joule и подали заявку на патент. На практике они надеются провести эксперимент в течение следующего года или двух.

В Европе рост генерации из возобновляемых источников в совокупности с другими факторами привёл к тому, что в 2024 году количество периодов с предложением нулевой и даже отрицательной стоимости электроэнергии за год удвоилось. Но успех праздновать рано. Цены на энергию обвалило увядание промышленности в ЕС и отсутствие линий электропередач между странами с зелёной генерацией.

Источник изображения: ИИ-генерация Кандинский 3.1/3DNews

Статистику по ценам на электрическую энергию в Европе собрало агентство Montel Analytics. Оно отмечает, что в 2024 году в разных странах Европы было зафиксировано 4838 случаев падения цен на электроэнергию до нуля или ниже на сутки вперед, что является рекордно высоким показателем, обусловленным ростом мощностей возобновляемой генерации, вялым спросом и ограниченной гибкостью электросетей. Тем самым общее количество случаев падения цен до нуля и ниже почти вдвое превысило 2442 случаев, которые были зарегистрированы в 2023 году.

Финляндия лидировала по отрицательным ценам в течение 721 часа, в основном из-за высокой генерации ветровыми электростанциями и невозможности поделиться излишками со Швецией и Эстонией, с которыми имеет кое-какие общие линии электропередачи, но недостаточные по пропускной способности. В это же время в Нидерландах был переизбыток солнечной электроэнергии, в Швеции — ветряной и, впервые, переизбыток был зафиксирован на Пиренейском полуострове.

В совокупности в 2024 году на возобновляемые источники энергии пришлось 50,4 % от общего энергобаланса Европы, что стало рекордно высоким показателем. Тем временем ископаемое топливо упало до доли менее чем 25 % от общего объёма генерации на континенте, а атомная энергетика выросла до 24,7 %, чему способствовало восстановление парка АЭС Франции.

«Доступность атомной энергии во Франции постепенно восстановилась в течение 2023 года и в начале 2024 года после исторического минимума в 2022 году, — сказал директор Montel Analytics Жан-Поль Харреман (Jean-Paul Harreman) в своём комментарии к публикации. Более того, Франция экспортировала самый большой за 22 года объём электроэнергии в 2024 году, за что, похоже, надо благодарить власти Германии, которые остановили все свои АЭС.

Снижение цен на электроэнергию не привело к снижению цен на газ. Цена газовой генерации выросла за год на 5,6 % (до 43 евро за 1 МВт·ч). К началу года хранилища были заполнены на 76 %, что при средних условиях зимы считается достаточным.

При всей кажущейся дешевизне и обилии солнечной генерации в Европе ещё сильнее увеличился разрыв между дешёвой энергией в часы пика выработки и дорогой в вечернее время, когда электричество необходимо гражданам в максимальном объёме. Возобновляемая энергетика вытесняет традиционную и в вечернее и ночное время дешёвого электричества больше нет.

Промышленный спрос в Европе на электричество в 2024 году оставался ниже «доковидного» уровня, а солнечные панели на крышах продолжали компенсировать потребление электроэнергии в домашних хозяйствах. Сообщается, что общий спрос на электроэнергию в Европе упал на 7,7 % в годовом исчислении до 2678 ТВт·ч, что подчёркивает ослабление промышленности, особенно в Германии.

31 декабря 2024 года в работу вступил последний из 12 энергоблоков гидроаккумулирующей электростанции Фэннин (Fengning), расположенной в одноимённом уезде в Китае. Это крупнейший в мире объект такого рода, накапливающий избытки возобновляемой энергии путём закачки воды в искусственный водоём, расположенный на возвышении. Общая мощность электростанции составляет 3,6 ГВт, а запасённой воды хватает на работу в течение 10,8 часа.

Источник изображений: State Grid Corporation of China

Гидроаккумулирующая электростанция в Фэннин строилась 11 лет, а её реализация обошлась в $2,6 млрд (19,24 млрд юаней). Объём верхнего резервуара, служащего аккумулятором, достигает 45,04 млн м³, а нижнего — 71,56 млн м³. На полной мощности электростанция может работать 10,8 часа, аккумулируя почти 40 ГВт·ч электричества. Избытки энергии для подъёма воды на высоту поступают от ветряных и солнечных электростанций соседнего уезда. Электросеть гидроаккумулирующей электростанции подключена к тому же сегменту и сглаживает пики выработки, поставляя энергию в ночное время и в периоды безветрия.

Аппаратный зал электростанции также поражает воображение, особенно учитывая, что он полностью скрыт под землёй. Его длина составляет 414 м, высота — 54,5 м, ширина — 25 м. Вспомогательная инфраструктура включает 190 тоннелей общей протяжённостью 50 км.

Перекачку воды и выработку энергии обеспечивают 12 реверсивных турбин, каждая из которых имеет мощность 300 МВт. Две из них отличаются переменной скоростью вращения, что необходимо для более гибкой выработки и стабилизации частоты. Для закачки полного объёма воды в верхний резервуар требуется 8,71 ТВт·ч электроэнергии в год. Чистая выработка при спуске воды составляет 6,61 ТВт·ч в год, что означает потери на уровне около 2 ТВт·ч. Эти потери являются платой за использование восполняемых ресурсов.

Проект гидроаккумулирующей электростанции разработан компанией State Grid Xinyuan Group, дочерним подразделением Государственной сетевой корпорации Китая. Это далеко не единственная гидроаккумулирующая электростанция в стране. К концу 2024 года Государственная сетевая корпорация Китая управляла гидроаккумулирующими мощностями общей мощностью 40,56 ГВт, а ещё 53,48 ГВт находились в стадии строительства. С учётом активного создания электростанций на возобновляемых источниках энергии, Китай нуждается в аккумулирующих и гидроаккумулирующих мощностях для формирования устойчивой энергосистемы.

Федеральное сетевое агентство Германии (Bundesnetzagentur) сообщило, что в 2024 году был установлен рекорд по выработке электроэнергии с отрицательными ценами. Если в 2023 году на оптовом рынке отрицательные цены сохранялись в течение 301 часа, то в 2024 году цены на электроэнергию оставались отрицательными уже 457 часов.

Источник изображения: ИИ-генерация Кандинский 3.1/3DNews

Также в минувшем году биржевая цена на электроэнергию реже пересекала критическую отметку в €0,10 за 1 кВт·ч. Превышение фиксировалось в течение 2296 часов, тогда как годом ранее такое наблюдалось в течение 4106 часов. Таким образом, средняя оптовая цена на рынке «на сутки вперёд» в годовом исчислении снизилась на 17,5 % — до €0,07851 за 1 кВт·ч.

Агентство также сообщило, что в 2024 году на возобновляемые источники энергии пришлось 59 % чистой выработки электроэнергии, что на 3 % больше, чем в 2023 году. Аналитики Fraunhofer ISE определили долю солнечной энергетики в Германии чуть выше — на уровне 62,7 %. При этом Bundesnetzagentur учитывает только ту электроэнергию, которая поступила в сеть, исключая собственное потребление владельцами генераторов.

В 2024 году общий объём выработки электроэнергии в Германии снизился на 4,2 %, составив 431,7 ТВт·ч. Возобновляемые источники энергии произвели 254,9 ТВт·ч, из которых на ветровую энергетику пришлось 111,9 ТВт·ч, а на солнечную — 63,3 ТВт·ч (по сравнению с 55,7 ТВт·ч в 2023 году). Доля солнечных систем составила 14,7 % выработки, а ветровых установок — почти 26 %.

Выработка электроэнергии из ископаемых ресурсов сократилась примерно на 11 %, составив 176,8 ТВт·ч. Производство электроэнергии на основе каменного угля уменьшилось на 31,2 %, бурого угля — на 8,8 %, тогда как выработка на газе увеличилась на 8,6 %.

В Китае успех первой очереди системы по хранению излишков возобновляемой энергии в сжатом воздухе в пещере вдохновил на 10-кратное увеличение мощности установки. Проект Jintan в Чанчжоу (провинция Цзянсу) получит два 350-МВт генератора, которые смогут вырабатывать 2,8 ГВт·ч электричества в год. Энергия будет накапливаться в соляной пещере объёмом 1,2 млн м³, что сделает этот проект крупнейшим в мире решением в данной области

Источник изображения: CNSIG

Первая в мире установка по хранению излишков энергии в сжатом воздухе в подземных условиях была создана в Германии в 1978 году (электростанция Huntorf). Она способна вырабатывать 290 МВт в течение двух часов ежедневно. В 1991 году подобная станция была построена в США — McIntosh Power Plant, её мощность составляет 110 МВт. В Китае сегодня работают от девяти до десяти таких станций с общей мощностью около 700 МВт, где сжатый воздух преимущественно хранится в контейнерах.

Проект Jintan, запущенный совместно с Китайской национальной группой соляной промышленности (CNSIG), Huaneng International Power Jiangsu Energy Development (дочерней компанией Huaneng Group — главного инвестора проекта), а также учёными из Университета Цинхуа, основан на использовании соляной шахты, выведенной из эксплуатации. Первая фаза проекта включала запуск 60-МВт установки по выработке энергии. Успешная реализация проекта подтвердила его эффективность, и теперь площадка будет дополнена двумя турбинами мощностью по 350 МВт каждая.

Система рассчитана на 330 циклов заряда и разряда в год. Днём она будет накапливать излишки солнечной энергии, закачивая воздух в пещеру, а ночью — вырабатывать электричество, используя сжатый воздух для вращения турбин. Для повышения КПД воздух будет предварительно подогреваться. Энергия для подогрева будет браться из предыдущего цикла: тепло, выделяемое при сжатии воздуха компрессором, будет сохраняться для использования в процессе генерации.

Эти технологии позволили поднять КПД установки до 60 %. Для сравнения: КПД аналогичной установки в США достигает 54 %, а в Германии — 40 %. После модернизации система автоматики позволяет запустить генерацию энергии за пять минут нажатием одной кнопки, тогда как ранее для этого требовалось 20 минут и последовательное выполнение операций специально обученным персоналом.

В конце октября финский стартап Polar Night Energy завершил наполнение ёмкости теплового аккумулятора 2000 тонн измельчённого мыльного камня. Аккумулятор будет хранить до 100 МВт·ч тепловой энергии с пиковой отдачей мощности 1 МВт. Этой ёмкости хватит на отопление небольшого городка неделю зимой и на месяц нагрева воды летом. Ввод в эксплуатацию состоится в 2025 году. Испытания начнутся через месяц или чуть позже.

Источник изображений: Polar Night Energy

О начале строительства масштабного накопителя тепла от избыточной выработки энергии солнечными и ветряными установками в регионе было сообщено в начале 2024 года. Ранее компания Polar Night Energy на примере пилотной установки мощностью 100 кВт и ёмкостью 8 МВт·ч показала, что идея хранить тепло в нагретом песке для последующего использования вполне рабочая и достаточно эффективная.

Для реализации масштабного проекта был заключён договор с общиной Порнайнен на юге Финляндии. Проект предусматривал наполнение бункера теплового аккумулятора диаметром 15 м и высотой 13 м 2000 тоннами песка. Точнее, песок использовался в пилотном проекте. Для масштабного проекта был выбран более теплоёмкий материал и по совместительству отходы производства одной из местных компаний — талькохлорит, который ещё называют мыльным камнем. Этот материал используется компанией Tulikivi для облицовки каминов и печей для саун. Использование для теплоаккумулятора отходов производства — это высший пилотаж в сфере безотходной экономики, и финны оказались в этом вопросе на высоте.

Поскольку основная часть работы завершена и остался только монтаж внешних узлов, работы вскоре перейдут в область проверки накопителя в условиях зимней эксплуатации. Ожидается, что полностью заряженный тепловой аккумулятор сможет неделю снабжать теплом дома граждан округа Lämpö. Накопитель будет подключёна к системе централизованного отопления и сможет обогревать до 5 тысяч граждан. Сдача объекта в эксплуатацию ожидается позже в 2025 году по результатам испытаний.