Швейцарская компания Energy Vault сообщила о завершении строительства и сдаче в эксплуатацию первого в мире коммерческого гравитационного аккумулятора энергии. Установка построена в Китае. Её мощность достигает 25 МВт, а ёмкость — 100 МВт·ч. Она переводит электрическую энергию в кинетическую при поднятии бетонных блоков на высоту и снова высвобождает её при спускании блоков на землю.

Источник изображений: Energy Vault

Построенное в Китае хранилище гравитационной энергии — это первое такое сооружение коммерческих масштабов. До этого в Швейцарии компания Energy Vault построила демонстрационную установку мощностью 5 МВт, но реализованный в Китае проект затмевает её. Более того, на волне успеха Китай требует построить ещё пять подобных накопителей общей ёмкостью 2 ГВт·ч.

Гравитационные накопители по физике процесса напоминают гидроаккумулирующие электростанции, но без насосов и капризного оборудования. Груз в виде монолитных 24-т блоков поднимается на высоту до 100 и более метров и спускается в часы, когда требуется энергия. Это неплохой буфер для источников энергии из возобновляемых ресурсов и, прежде всего, от Солнца и ветра.

КПД гравитационной станции Energy Vault начинается с 75 % и может превышать 80 %. Загрузка блоков (запасание энергии) может продолжаться от 2 до 12 часов и более в зависимости от задач и источников. Вводимая в эксплуатацию система в провинции Цзянсу недалеко от Шанхая будет работать в течение 4 часов. К сети электропередачи она будет подключена в четвёртом квартале текущего года. Местным властям так понравился проект, что они заказали ещё один такой накопитель.

Интересно, что управляет всем этим хозяйством обучаемый алгоритм с функцией машинного зрения. Интересная будет площадка для съёмок очередного «Терминатора»… на фоне снующих вверх и вниз 24-тонных бетонных блоков. Кстати, где-то на просторах США компания Energy Vault тоже строит аналогичную гравитационную установку.

Федеральная комиссия США по регулированию энергетики (FERC) вчера решила пересмотреть процесс утверждения новых энергетических проектов, который стал серьёзным препятствием для роста возобновляемой энергетики в США. Новое правило направлено на то, чтобы сократить время, необходимое для подключения проектов «зелёной» энергетики к энергосети, и устанавливает предельные сроки рассмотрения и штрафы за затягивания решений.

Источник изображения: unsplash.com

Сейчас для подключения нового энергетического проекта к сети требуется в среднем пять лет. Огромное количество проектов производства и хранения чистой энергии, совокупной мощностью более 2 000 гигаватт просто ждут своей очереди на одобрение. Это примерно равно мощности, которую генерируют все действующие электростанции США.

Такие гигантские сроки подключения связаны с тем, что раньше деятельность FERC была сосредоточена на нескольких крупных электростанциях, работающих на ископаемом топливе, и сроки их строительства соответствовали скорости подключения к энергосистеме. В последнее время комиссия столкнулась с тысячами набирающих обороты небольших солнечных, ветряных и аккумуляторных проектов, поскольку стоимость проектов ветровой и солнечной энергетики стала ниже затрат на строительство новых угольных или газовых электростанций.

Задержки могли стать ещё более длительными и, чтобы устранить отставание, новое федеральное правило потребует от управляющих сетями оценивать проекты покластерно, а не по одному. Установлены жёсткие сроки и штрафы за просрочку проверки. Новое правило отдаёт приоритет проектам, наиболее близким к завершению, и предусматривает защитные меры, такие как финансовые депозиты, от утопических нереализуемых прожектов. Председатель FERC Уилли Филлипс (Willie Phillip) назвал принятие нового правила переломным моментом для энергосети всей страны.

Сегодня возобновляемые источники энергии составляют чуть более 20 % электроэнергетического баланса США. Чтобы достичь цели 100-процентной экологически чистой электросети к 2035 году необходимо кардинально ускорить подключение новых источников «зелёной» электроэнергии. Американская ассоциация чистой энергии назвала решение FERC «крайне необходимым действием, которое является ключевым шагом на пути к предсказуемому и экономически эффективному подключению новых источников чистой энергии к электрической сети».

Учёные из Токийского университета разработали технологию для кратного повышения термоэлектрического эффекта при выработке электричества даже при небольших перепадах температуры. Это мусорное тепло можно брать отовсюду. Например, при охлаждении воздуха кондиционером, когда в процессе конденсации влаги выделяется немного энергии. И такие явления происходят везде от изготовления мороженного до выплавки стекла, чем можно будет воспользоваться.

Источник изображения: Pixabay

Предложение японских учёных строится на том, что даже малейшую разницу в температуре можно использовать для значительного усиления термоэлектрического эффекта. Сама разница в температуре вещества (жидкости или газа) возникает в процессе перехода вещества из одного агрегатного состояния в другое — это конденсация или кристаллизация воды и подобные процессы.

При фазовом переходе выделяется энергия (либо поглощается при других условиях). В ограниченном объёме её мало, например, внутри того же кондиционера. Но японцы придумали способ усилить отдачу от этой энергии. Они собрали полимер, который при охлаждении распрямляется в спираль, а при нагреве сворачивается в клубок (глобулу). По-сути полимер либо растворяется в воде при её охлаждении ниже определённого значения, либо «конденсируется» при нагреве выше границы для растворения. С точки зрения химии происходят окислительно-восстановительные реакции, о чём учёные рассказали в статье Advanced Materials.

Опытная установка. Источник изображения: University of Tokyo

Переход клубок-глобула резко освобождает молекулы воды от полимерных цепей — полимер совершает свой фазовый переход. Это как запустить лавину с горы. Небольшая доля энергии «первичного» фазового перехода, например, в процессе конденсации воды в кондиционере запускает лавинообразный процесс конденсации полимера, что умножает выделение тепла и усиливает работу термоэлемента.

Фактически процесс повышает так называемый коэффициент Зеебека — меру эффективности работы термоэлектрического преобразователя — до +2,1 мВ/К. Это более чем в два раза выше, чем для уже исследованных органических растворов. Открытие настолько удачное, говорят учёные, что пора искать производителя для таких систем. И тогда «можно будет вырабатывать электроэнергию, охлаждая серверную комнату или двигатель автомобиля», утверждают участники исследования.

Примерное представление процесса

«Мы впервые подтвердили, что скрытое тепло может быть использовано для термоэлектрического преобразования, — заявил профессор Теппей Ямада с химического факультета Высшей школы наук Токийского университета. — Мы считаем, что для термоэлементов можно использовать различные виды материалов. Каждое вещество при соответствующих условиях может совершать фазовый переход: например, сливки в мороженое, песок в стекло, вода в пар и т.д. В принципе, с помощью этого метода можно извлекать электрическую энергию даже из малейшей разницы температур, что значительно увеличивает число ситуаций, в которых можно использовать термоэлектрическое преобразование».

Американская компания Revkor и немецкая H2 Gemini сообщили о планах в течение года создать в США крупнейшее в мире производство перовскитных солнечных панелей. Первый комплекс мощностью 5 ГВт в год начнёт выпускать продукцию во втором квартале 2024 года. На полную мощность предприятие выйдет к концу 2025 года с объёмом 20 ГВт панелей в год. Это будет самое передовое производство солнечных панелей в мире, что отражает стремление США быть первыми в этой отрасли.

Цех будущего завода в представлении художника. Источник изображения: Revkor

Партнёры уже строят первую производственную площадку площадью около 93 тыс. м². Также начались работы по строительству исследовательского корпуса аналогичной площади. Работы ведутся в штате Юта в окрестностях Солт-Лейк-Сити, что позволяет рассчитывать на финансовые льготы и субсидии от властей города и штата.

Важно отметить, что немецкий производитель оборудования — компания H2 Gemini — передаст американской стороне секреты производства и технологии, что позволит на базе производства продолжить научно-исследовательские работы по совершенствованию перовскитных солнечных панелей, графена и ряда других материалов и процессов.

Сравнение структуры современных солнечных ячеек и HJT

Также компания Revkor приобрела у компании Suzhou Maxwell Technology лицензию на использование в Северной Америке и на Ближнем Востоке техпроцессов производства солнечных панелей с гетеропереходом (HJT). Тем самым новые панели будут сочетать все самые передовые технологии в солнечной фотовольтаике — перовскит и HJT. В теории они будут иметь КПД заметно выше 22 %, на чём остановились массовые кремниевые фотоячейки.

Вклад компании H2 Gemini в совместное предприятие будет сделан технологиями, промышленным оборудованием и в виде управления процессами по установке и запуску производства. Компания Revkor берёт на себя строительство, что также потребует несколько миллиардов долларов вложений. Часть средств Revkor надеется вернуть благодаря новым инфраструктурным инициативам властей США, в частности, по Закону об инфраструктуре и Закону о чипах и науке (CHIPS Act).

Диаграмма вариантов производства солнечных ячеек (действующих и перспективных)

Преимущества перовскитных солнечных панелей, напомним, заключается в сравнительно простых процессах изготовления. Например, они могут выпускаться с применением струйных технологий. Технология гетеропереходов, в свою очередь, также упрощает производство за счёт снижения числа технологических операций и благодаря низкотемпературному процессу. Но всё это требует совершенно нового производственного оборудования, что пока крайне затратно и до конца не изучено на практике.

Китайская компания Three Gorges Energy сообщила о подключении к сети первого в мире ветрогенератора мощностью 16 МВт. Высота башни этой морской установки достигает 152 м, что примерно равно высоте типичного 50-этажного жилого дома. Колоссальная установка сможет выдержать порывы ветра со скоростью почти 290 км/ч и обеспечит чистой энергией до 36 тыс. китайских домохозяйств.

Источник изображений: China Three Gorges Corporation

Каждая из лопастей обладает длиной 123 м. Общий вес трёх лопастей равен 54 т. Вес «машинного отделения» с генератором на вершине башни составляет 385 т. За один оборот лопасти очерчивают в воздухе круг площадью около 50 тыс. м². «Урожай» энергии с этой площади составляет 34,2 кВт·ч. Ожидается, что в год объём выработки с этой турбины будет достигать 66 ГВт·ч.

Демонстрационная установка размещена в Фуцзяньском морском ветропарке в Тайваньском проливе, где проявляется эффект естественной аэродинамической трубы. По данным компании Three Gorges Group, в этом месте более 200 дней в году наблюдаются условия «почти шторма» с ветром, превышающим скорость 51 км/ч. Расчётная устойчивость установки к ветру составляет 287 км/ч. Это выше, чем ранее зарегистрированный тайфун рекордной ураганной силы, который случился в 1979 году, когда скорость ветра достигала 260 км/ч.

Самое интересное, что Китай продолжит наращивать размеры ветроустановок, поскольку каждый новый метр лопасти даёт ощутимый прирост к генерируемой мощности. Ближе к концу года может начаться монтаж или даже запуск 18-МВт турбины, высота башни которой превысит 70-этажный дом. А также велика вероятность, что будет объявлено о разработке или даже производстве 20-МВт турбины.

Компания Fervo Energy заявила об успешных 30-дневных испытаниях геотермальной электростанции на новой прорывной технологии. После ввода в эксплуатацию установка позволит получить 3,5 МВт энергии круглосуточно без вредных выбросов в атмосферу. Уникальность объекта заключается в бурении горизонтальных стволов длиной до одного километра на глубине свыше двух километров. Это даст гарантированную мощность почти в любых условиях.

Источник изображений: Fervo Energy

Компании Fervo Energy и Google сообщили о совместной работе над уникальным геотермальным проектом два года назад. Google обязалась покупать у Fervo электроэнергию, добытую при конвертации тепла из геотермальных источников в электричество. Доставкой тепловой энергии из геотермальных источников сегодня никого не удивишь, но эффективного способа получения электричества из таких источников ещё не было.

Проект Fervo Energy основывается на рукотворном создании геотермальных источников едва ли не в любом месте Земли. Причём поставляющие тепло скважины бурятся на целевой глубине горизонтально, что увеличивает площадь теплового обмена и даёт гарантированный поток воды. В проекте в Неваде компания получила стабильный поток воды со скоростью 63 л/с и максимальной температурой 191 °C. На пике мощности это позволит генерировать 3,5 МВт электричества, что хватит для питания 750 домохозяйств.

Если ввод установки в строй окажется успешным и докажет свою эффективность, Fervo Energy намерена реализовать ещё более масштабный проект в штате Юта. Возможности нового проекта позволят подать безуглеродную электроэнергию в 300 тыс. домов, что примерно соответствует четверти домохозяйств в штате.

Чуть подробнее о проекте в Неваде. Для его реализации были пробурены три вертикальные скважины глубиной около 2347 м: скважина для нагнетания воды, рабочая скважина и скважина для мониторинга горизонтального канала. Горизонтальные скважины пробурены диаметром 25 см с установкой обсадных труб диаметром 17,78 см. Длина боковых скважин достигает 990 м. Такие работы требуют значительных затрат, но в компании надеются, что по мере отработки технологий бурения стоимость работ существенно снизится.

Солнечная энергетика США на 90 % зависит от импорта фотоэлектрических панелей, преимущественно из Китая. Это расценивается как угроза национальной безопасности и исправление ситуации требует повышенного бюджетного стимулирования. Принятие нового закона об инфраструктуре предусматривает выделение $45 млн на целый спектр проектов в области возобновляемой солнечной энергетики от исследований до демонстраций и производства.

Источник изображения: Panasonic

От нового раунда финансирования законодатели ожидают помощи в дальнейшем снижении стоимости солнечной энергии, надеются увидеть разработку солнечных технологий следующего поколения и мечтают получить развитое производство солнечной энергии в США.

Исследовательские и демонстрационные проекты, запущенные в результате нового пакета финансирования, должны помочь в создании отечественного производства доступного оборудования для солнечной энергетики, увеличить долю компаний из США в стоимости этого оборудования, а также стимулировать отечественные технологические разработки, финансируемые налогоплательщиками.

Особое внимание должно уделяться инновационным продуктам или решениям, которые могут увеличить производство кремниевых фотоэлектрических элементов во всей цепочке поставок. Другие проекты ускорят разработку аппаратного обеспечения для фотоэлектрических систем «двойного назначения» в области совместного размещения солнечных ферм на сельскохозяйственных землях, создание плавучих фотоэлектрических систем, а также систем, интегрированных в транспортные средства и в здания.

Всего предусмотрено от 5 до 12 грантов на сумму от 1 до 10 млн долларов США. Отдельно будет приветствоваться совместная работа коммерческих структур и институтов. Система поощрений разделена на две большие области. Одна из них предусматривает финансирование 3–4 проектов стоимостью $1–10 млн каждый. В эту область включены проекты по увеличению производства фотоэлектрического кремния в стране и продукции на его основе по всей цепочке поставок. Сфера включает как работу с сырьём, так и разработку специального оборудования.

Вторая область относится к перспективным и «двойным» проектам, куда входит «сельскохозяйственная», плавающая, транспортная и фасадная фотовольтаика. В этой области министерство готово профинансировать 2–8 проектов стоимостью $1–1,6 млн каждый.

Чешские учёные опубликовали работу, в которой сообщили о значительной переоценке срока эксплуатации солнечных панелей. Вместо обещанных 20–25 лет работы десятки солнечных ферм в стране показали резкую деградацию и повреждения уже на 11-м году эксплуатации. Инвесторы в солнечные проекты должны учитывать эти данные, иначе они окажутся обманутыми в своих ожиданиях рентабельности в сфере солнечной энергетики.

Источник изображения: Pixabay

Как сообщает источник, данные мониторинга 85 солнечных электростанций, построенных в Чехии в 2009–2010 годах, показали, что главной причиной деградации фотопанелей стало расслоение. Проектировщики с самого начала не имели точных представлений о «технических возможностях» солнечных панелей, которые закупались для проектов, и давали завышенные обещания. Кроме того, ситуацию усугубило стремление получить больше прибыли на фоне экономии на строительстве.

«Срок службы электростанций, построенных в 2009–2010 годах, сегодня подошёл к концу, — сообщают исследователи. — В 2009–2010 годах ожидаемый срок службы фотоэлектрических электростанций в Чешской Республике составлял 20–25 лет. Сегодня, спустя примерно 12 лет, выяснилось, что эта оценка была слишком оптимистичной, а реальный срок службы составляет около половины [заявленного]».

В процессе анализа состояния фотопанелей на солнечных фермах учёные использовали одну и ту же систему мониторинга — Solarmon-2.0. По всем объектам получены очень похожие результаты. Информацию о производителях панелей они не раскрывают, но говорят, что закупки были осуществлены у компаний первого звена. Все изученные панели устанавливались под углом 35 градусов, и большинство их них было покрыто ламинатом EVA TPT.

К сокращению срока службы фотопанелей привела также экономия на рамах — они были ослаблены, как и сокращено расстояние между рамами и фотопанелями. Также панели соединяли последовательно для повышения напряжения, что внесло свой вклад в процессы деградации.

«После 11-го года производительность панели без обновления силоксанового покрытия (или другого ремонтного средства) снижается настолько, что её необходимо полностью заменить», — сказано в статье. Первые 10 лет, тем не менее, работа фотопанелей соответствовала заявленным характеристикам.

Исследователи также провели экономический анализ результатов, полученных с помощью данных мониторинга, и обнаружили, что установки по-прежнему прибыльны, хотя и с гораздо меньшей маржой, чем планировалось изначально.

«При нынешних относительно высоких ценах на электроэнергию (конец 2022 года) срок окупаемости электростанций опускается значительно ниже 10 лет, что в нынешней ситуации было бы достаточно для покрытия инвестиционных затрат, — сказано в заявлении. — Однако любое сокращение срока службы панелей приводит к снижению окупаемости этих инвестиций».

Эти выводы перекликаются с недавним исследованием учёных из Ганы, которые тоже нашли заявленные производителями сроки эксплуатации солнечных панелей заметно завышенными.

Управление энергетической информации США (EIA) сообщило, что по мере роста внедрения солнечной энергетики в Калифорнии углубляется так называемая «утиная кривая», что говорит об увеличении разрыва между пиковой выработкой в полуденные часы и пиковым потреблением в вечерние и ночные часы. Это создаёт критическую нагрузку на энергосистему и требует скорейшего решения.

«Утиная кривая» — отношение выработки солнечной энергетики к потреблению электричества в течение суток. Источник изображения: EIA

Растущий дисбаланс усложняет задачу оператора (Калифорнийского независимого системного оператора, CAISO) по балансировке энергосистемы, что грозит авариями, отключениями и убытками для поставщиков электрической энергии. Всем очевидно, что с этим что-то надо делать. От возобновляемой и солнечной энергии в частности никто не собирается отказываться, а мощности на ископаемом топливе, как минимум, не планируют расширять. Выход из этой ситуации может быть только один — это массовая, если не повсеместная, установка резервных хранилищ для электричества. Энергия запасается в пик выработки, а в пик потребления, когда цены на электричество самые высокие, подаётся в сети.

В настоящее время дисбаланс устраняется за счёт регулярного оперативного вмешательства поставщиков энергии от мощностей на ископаемом топливе. Но в этом есть свои проблемы — это не даёт операторам время для согласования предложения и спроса. По крайней мере, в режиме реального времени это очень и очень сложно делать. Как итог операторы и поставщики несут убытки, а потребители рискуют оказаться без электричества.

Другим следствием разрыва между пиковой выработкой солнечной энергии в полуденные часы и пиковым вечерним потреблением стала практика отключения невостребованных мощностей. Так, по данным EIA, в 2020 году Калифорнийский независимый системный оператор (CAISO) ограничил выработку солнечной энергии коммунальными предприятиями на 1,5 млн. МВт·ч, что составило 5 % от общего объёма производства. И это происходило регулярно, отчего солнечная энергетика стала наиболее распространенным источником энергии в штате, который подвергался отключениям. По данным EIA, 94 % отключений мощностей в 2020 году связаны с солнечной энергетикой.

Своего пика отключения достигают в весенние месяцы, когда спрос относительно низок, а солнечная активность относительно высока. Например, в марте 2021 года в первые послеполуденные часы в среднем отключались мощности солнечной энергетики в объёме 15 %, о чём говорят цифры, предоставленные Министерство энергетики США.

Традиционные мощности по выработке электроэнергии также страдают, поскольку их круглосуточная работа становится нерентабельной и это может привести к их закрытию без замены на мощности на возобновляемой энергии.

Всё вместе взятое «открывает двери» для накопителей энергии, что станет дорогим удовольствием, но так необходимым для поддержки баланса энергосетей. Мощность аккумуляторных накопителей энергии в Калифорнии быстро выросла с 200 МВт в 2018 году до почти 5 ГВт сегодня. Согласно данным EIA, операторы планируют развернуть еще 4,5 ГВт накопителей в штате к концу текущего года, что говорит о том, что бум солнечной энергетики с батареями только начался. В то же время аналитики предупреждают, что подобные проекты станут окупаемыми не раньше 2038 года.

По данным аналитиков DNV, через 10 лет около 20 % солнечных проектов в мире будут строиться с использованием специальных накопителей, а к середине века таких проектов будет около 50 %. Это вынужденная мера и она сработает, хотя гражданам, как всегда, придётся заплатить за это из своего кармана. Да, и это касается не только Калифорнии. Такое происходит и будет происходить везде, где солнечной энергетике создают режим максимального благоприятствования не задумываясь о последствиях.

Учёные из Технологического института Карлсруэ (KIT) вместе с коллегами из Канады разработали фотопанель для выработки водорода с помощью одного только солнечного света. Панели стоимостью до $22 за квадратный метр можно будет располагать на крышах домов или в виде солнечных ферм, но на выходе будет не электричество, а водород, синтетическое топливо или даже чистая вода, что будет зависеть от выбора фотокатализатора.

Источник изображения: KIT

Перед учёными стояло две задачи. Во-первых, они должны были придумать самый оптимальный для поглощения света фотореактор, ведь эффективность реакции в нём будет определяться количеством падающего солнечного света в течение суток. Кроме того, реактор должен быть из простых материалов и удобен для массового производства и эксплуатации. Проще говоря, учёные взялись решить сложную конструкторскую задачу, с чем они успешно справились.

Лабораторная установка

Во-вторых, необходимо было разработать эффективный фотокатализатор для проведения соответствующей химической реакции. Эта часть проекта пока не завершена. Кроме того, химические реакции могут быть разными, например, позволяя синтезировать в реакторе под воздействием света искусственное углеродное топливо, воздействуя на углекислый газ и воду. Наконец, можно получать в таких реакторах чистую воду, что найдёт поддержку в странах с засушливым климатом.

О результатах своего исследования учёные рассказали в журнале Joule. Статья свободно доступна для прочтения. Там же представлен чертёж фотореактора, который может служить отправной точкой для разработки коммерческих установок.

Конструкция фотореактора

В общем случае фотореактор производится из полимерных материалов, но для лучшего переотражения света к фотокатализатору в рабочую зону его поверхность покрывают алюминиевой фольгой или напылением. Согласно предварительным оценкам, стоимость каждого квадратного метра такой панели не будет превышать $22. Представители института изучают вопрос массового производства подобных фотопанелей.

Чего только не придумаешь, когда в стране официально запрещена ядерная энергетика.

Американская компания Rondo Energy сообщила, что совместно с таиландской компанией Siam Cement Group кратно расширит мощности завода по производству тепловых батарей. Фактически речь идёт о производстве огнеупорных кирпичей, но на современный лад. Собранные в тепловую аккумулирующую установку «кирпичи» позволяют хранить до 1 МВт·ч энергии на 1 м², чего достаточно даже для сталелитейного производства. Это нужно для отказа от ископаемого топлива.

Источник изображений: Rondo Energy

Сегодня компания Siam Cement Group выпускает для Rondo Energy тепловые аккумуляторы в объёме 2,4 ГВт·ч в год. Анонсированное расширение завода в Таиланде доведёт объём производства тепловых аккумуляторов до 90 ГВт·ч в год, что в 2,5 раза больше, чем выпускает литиевых батарей одна гигафабрика компании Tesla. Судя по этим числам, у молодой компании Rondo Energy, которую одним из первых поддержал миллиардер и филантроп Билл Гейтс, впечатляющий портфель клиентов.

Тепловые батареи Rondo Energy представляют собой наборы из огнеупорных блоков, изготовленных из смеси цемента, кремния, алюминия и железа. Блоки хорошо теплоизолированы и нагреваются энергией от солнечных и ветряных установок до температур выше 1000 °C. Для потребления запасённой тепловой энергии через блоки прогоняется воздух, который нагревается сам и затем нагревает воду в другом контуре. Вода превращается в перегретый пар и тепло передаётся на промышленные установки от сталелитейных и химических до пищевого производства.

Принцип работы тепловых аккумуляторов Rondo Energy

Поскольку тепло передаётся без трансформации в электричество, КПД подобных тепловых аккумуляторов достигает 98 %. Считается, что в мире будущего без вредных выбросов подобные установки будут снабжать теплом все энергоёмкие производства. Судя по масштабу запланированного производства «кирпичей», это будущее наступит скорее раньше, чем позже.

Учёные из Национального университета Сингапура (NUS) сообщили о взятии очередной планки в эффективности солнечных ячеек из перовскита. Одиночный элемент площадью 1 см² показал КПД на уровне 24,35 %. Рекорд подтверждён независимыми экспертами и зафиксирован изданием Progress in Photovoltaics Research and Applications.

Источник изображения: NUS

Предыдущий рекорд для одиночных перовскитных фотоэлементов площадью 1 см² составил 23,7 % КПД. Новая работа продвинула ячейку вперёд на неполный процент, но она оказалась намного интереснее по другому параметру — по надёжности работы в реальных, а не в лабораторных условиях. По крайней мере, так заявили разработчики. И дело вот в чём.

Солнечные ячейки и перовскитные в частности создаются по двум основным схемам: обычной и инвертированной. Конструктивно они отличаются порядком чередования полупроводниковых слоёв. В случае обычной схемы сразу после стекла идёт электронно-проводящий слой, затем слой перовскита и сверху дырочно-проводящий слой. В инвертированной схеме дырочно-проводящий слой первым лежит на пути света, а электронный — последним.

Источник изображения: OSSILA

Самый высокий КПД показывали обычные ячейки, а самыми стабильными в работе были инвертированные. Сингапурские учёные смогли создать инвертированную перовскитную солнечную ячейку с КПД выше, чем у обычной. Тем самым они представили не только элемент повышенной эффективности преобразования света в электричество, но также обещают более долговечную его работу.

Впрочем, исследователи из NUS пока разрабатывают технологию ускоренного старения своей ячейки, чтобы доказать гарантированную возможность её работы свыше 25 лет, без чего массовое производство даже не стоит затевать. Также учёные будут продумывать перенос технологии на производство ячеек большой площади.

Два дня назад компания Siemens Energy AG сообщила буквально о катастрофе. Аудит показал «существенное увеличение частоты отказов компонентов ветряных турбин». В брак может уйти до 30 % уже развёрнутых по всему миру ветрогенераторов компании, а это до 30 ГВт установленных мощностей, что эквивалентно работе 30 атомных электростанций. Это невообразимый удар по всей ветроэнергетике и сектору возобновляемой энергии.

Источник изображения: Pixabay

По данным Reuters, проблема затрагивает от 15 % до 30 % турбин производства Siemens Gamesa Renewable Energy SA — дочерней компании Siemens Energy AG. В основном это дефекты в подшипниках и лопастях — от полного разрушения до трещин. На устранение дефектов понадобится не менее $1,1 млрд. Угроза подобной дыры моментально сказалась на акциях Siemens Energy, которые вчера обрушились на 37 %. Провал потянул за собой падение акций европейских производителей ветроустановок — компаний Nordex и Vestas, которые были клиентами Siemens Gamesa.

Уточняется, что проблема в основном затронула наземные ветроустановки. Но может так статься, что до морских просто не дошли руки, поскольку их сложнее инспектировать. К тому же, разрушение ветроустановок намного опаснее на суше, поскольку угрожает жизни и здоровью людей.

Сегодня во всём мире установлено свыше 132 ГВт ветрогенераторов с компонентами производства Siemens Gamesa. Это эквивалентно работе 132 атомных электростанций. Потерять до трети этого парка, а может даже больше, это будет очень и очень обидно.

Генеральный директор Siemens Gamesa Йохен Айкхольт (Jochen Eickholt) сказал журналистам: «Результат нынешнего обзора оказался гораздо хуже, чем я мог предположить. Проблемы с качеством выходят далеко за рамки того, что было известно до сих пор, особенно на суше. Мы занимаемся этой темой, но это отнимает много времени и требует определенных затрат. Хотя это должно быть понятно всем, я хотел бы еще раз подчеркнуть, насколько это горько для всех нас».

На этой неделе Глобальный совет по ветроэнергетике (GWEC) сообщил, что в июне 2023 года глобальная установленная мощность в ветроэнергетике достигла знаковой величины 1 ТВт. К этой отметке мир шёл примерно 40 лет, но рубеж 2 ТВт будет преодолён намного быстрее. Тем не менее, это только начало пути, и идти по нему надо быстрее и быстрее.

Источник изображения: Pixabay

С конструкциями ветроустановок и генераторами первыми серьёзно начали экспериментировать датские инженеры, что началось в 70-е годы прошлого века. По крайней мере, сегодняшние ветряные установки во многом опираются на разработки скандинавских исследователей. Точка отсчёта мировой ветроэнергетики выбрана советом GWEC именно из этих соображений.

Достижение рекорда обнародовали в Твиттере представители Рамочной конвенции ООН по изменению климата (UNFCCC, РКИКООН): «Хорошие новости. Спустя 40 лет глобальная установленная мощность ветроэнергетики в этом месяце достигла 1 тераватта. И трансформация к возобновляемой энергии ускоряется. Согласно оценкам, рубеж в 2 ТВт будет пройден до конца десятилетия».

В GWEC прогнозируют, что 2 ТВт установленной мощности в ветроэнергетике будут достигнуты менее чем через 7 лет. Но глобально задача ставится так, чтобы к 2050 году развернуть не менее 8 ТВт ветряных электростанций, без чего не получится достичь поставленных ранее климатических целей. «Нет времени и нет необходимости медлить», — заявил председатель GWEC Джонатан Коул (Jonathan Cole). Иначе мир, по его словам, постигнет экологическая катастрофа.

Британская компания Cheesecake Energy договорилась создать в английском городе Колчестер комплекс для демонстрации технологии накопления и хранения возобновляемой энергии в сжатом воздухе и нагретом песке. Аккумулирующая установка собирается в стандартных 6-м грузовых контейнерах из подручных материалов и может служить примером малобюджетной альтернативы хранению энергии в литиевых батареях.

Источник изображения: Cheesecake Energy

«У нас есть реальные проблемы в Великобритании, где застройщики хотят построить жилые комплексы или новые коммерческие объекты, а им в основном говорят: "Вы сможете получить достаточно [зелёной] энергии для этого в 2030 году", — рассказал соучредитель компании Cheesecake Energy Майкл Симпсон (Michael Simpson). — Для них распределительные сети развиваются недостаточно быстро».

Предложение Cheesecake Energy отличается простотой и дешевизной. В составе комплекса присутствует солнечная электростанция (в проекте Колчестера она будет 8-МВт). Днём избыток электричества подаётся на аккумулирующее устройство. В его состав входят переделанные двигатели от грузовиков Volvo, генераторы, компрессоры, ёмкости с песком и баки для хранения воздуха под давлением.

С помощью излишков энергии система закачивает воздух в баки, а выделяемое в процессе сжатия тепло отводит в бункеры с песком и гравием. Чтобы отдать энергию ночью или при повышенном потреблении, система запускается в обратном порядке. Воздух стравливается и нагревается, после чего в процессе расширения раскручивает валы генераторов и вырабатывает энергию. По словам разработчиков, на номинальной мощности установка способна работать от 5 до 12 часов. Цена вопроса — всего 500 тыс. фунтов стерлингов ($630 тыс.). Количество контейнеров можно масштабировать.

В Колчестере система Cheesecake Energy будет запущена в 2024 году. Если она себя зарекомендует, последуют другие заказы. Производителю не нужны будут дорогие компоненты и дорогой литий. Сырьё для накопления энергии буквально лежит под ногами.

Если речь идёт об аккумулировании тепла без перевода его в электрическую энергию, то решение может быть ещё эффективнее. В знаменитой своими разработками Окриджской национальной лаборатории (ORNL) в прошлом году даже создали специальную группу для поиска подобных решений применительно к архитектуре. Группа разрабатывает методы аккумулирования тепла в зданиях, чтобы перевести их на частичное самообеспечение энергией. Это непростой вопрос, и он требует государственной поддержки, поскольку инвестиции будут очень и очень долгосрочными. Бизнес на такое вряд ли будет готов.

Другая компания — нидерландская Kyoto Group — предлагает установки для хранения тепла и отдачи его по запросу. Подобная услуга может быть востребована в энергоёмкой промышленности, например, сталелитейной или при производстве картона. Установка Kyoto Group хранит тепло в расплаве солей при температуре до 400 °C — оно получается либо напрямую от источника тепла, либо при использовании для нагрева излишков электричества. На выходе установка выдаёт водяной пар нужной температуры. Опытная установка уже обслуживает производство бумаги под Копенгагеном, выдавая в нагрузку разогретый до 180 °C пар.

Источник изображения: Kyoto Group

Нетрудно представить, что выгоду из подобных систем можно извлечь только при строжайшей оптимизации. Следить за меняющимися ценами, прогнозом погоды, режимами работы установок и многим другим лучше доверить компьютеру, а не живому оператору. Этим заняты разработчики соответствующих программ, например, компания Maplewell Energy из Колорадо. Компания помогла одному из продуктовых магазинов таким образом автоматизировать работу холодильников, что они сами выходили на повышенную мощность в моменты самых низких цен на электричество, набирая несколько резервных градусов для отключения на время, когда цены на электричество повышались.

«Получение на 100 % декарбонизированной распределительной энергосети — это не что иное, как проблема оптимизации», — утверждает глава Maplewell Мэтью Ирвин (Matthew Irvin).