Учёные из Калтеха сообщили о первой в мире успешной передаче солнечной энергии из космоса на Землю. Опытная орбитальная платформа передала микроволновое излучение на приёмник на крыше инженерной лаборатории в кампусе Калтеха в Пасадене, что доказало возможность получения чистой энергии из космоса.

Модуль MAPLE изнутри. Разнесённые пустым пространством приёмник и передатчик энергии и светодиод, подтверждающий передачу энерегии. Источник изображения: Caltech

Созданный в Калифорнийском технологическом институте демонстратор SSPD-1 (Space Solar Power Demonstrator) отправлен в космос в январе этого года в пакете запуска полезной нагрузки Transporter-6 компанией SpaceX. Это аппарат весом 50 кг на спутниковом шасси Momentus Vigoride компании бывшего владельца «Техносилы» российского бизнесмена Михаила Кокорича.

Демонстратор SSPD-1 содержит три ключевых узла, каждый из которых призван испытать ту или иную технологию, связанную со сбором и передачей солнечной энергии из космоса на Землю. В настоящий момент Калтех сообщил об успешном испытании модуля MAPLE, который собирает солнечную энергию, преобразует её в микроволновое излучение и с помощью фазированной антенны направляет на приёмник на Земле.

Также беспроводные приёмник и передатчик энергии установлены в самом модуле MAPLE. Это доказало возможность работы технологии в условиях открытого космоса. Собранная солнечными элементами на борту демонстратора энергия передавалась от одной стенки модуля до другой, и это можно было наблюдать по загорающимся внутри модуля светодиодам. Переданный и зафиксированный на Земле сигнал, очевидно, был очень и очень слабым даже для включения светодиода. Но в данном случае это было неважно. Главное, что принцип работы проверен практикой.

Момент установки модуля DOLCE на платформу

Два других модуля демонстратора SSPD-1 не менее важны в дальнейшем изучении технологий передачи солнечной энергии на Землю. Модуль ALBA содержит 22 различных типа фотоэлементов для оценки их работы в открытом космосе, а модуль DOLCE представляет собой конструкцию-оригами для развёртывания огромных массивов солнечных панелей в космосе. Носовая часть ракет-носителей ограничена по пространству для полезной нагрузки, и солнечные массивы до начала их сборки на орбите как-то надо будет очень и очень компактно укладывать. Надеемся, нам также покажут работу такого массива в составе демонстратора SSPD-1.

Возможность передачи солнечной энергии на Землю позволит использовать чистую энергию в отдалённых местах и в зонах бедствий, куда обычная энергетическая инфраструктура либо не дотянется вовсе, либо будет разрушена. Этим направлением заняты все ведущие страны мира — опытных платформ на земле и в космосе будет всё больше и больше, включая российские.

Бельгийский оператор электросетей компания Elia сообщил, что в понедельник 29 мая солнечная и ветровая генерация впервые обеспечили достаточное количество электроэнергии, чтобы покрыть весь спрос на электричество в стране. Рекорд установлен между 13:00 и 13:30. И хотя ночью такое повторить пока невозможно, способность возобновляемой энергетики полностью заменить ископаемую впервые доказана на практике.

Источник изображения: Pixabay

Рекорд прошлого года был установлен 11 мая. Тогда солнечная и ветровая энергетика в сумме выдали 7112 МВт. Уже в этом году 28 мая был зафиксирован новый рекорд в выработке этими источниками — 7695 МВт. Наконец, 29 мая оператор отметил новый абсолютный рекорд генерации — 8303 МВт. Это было больше, чем на тот момент требовалось всем потребителям электроэнергии в Бельгии, отметили в компании.

Источник изображения: Elia

Солнечные панели внесли почти в два раза больше в рекордные показатели, чем ветровая генерация. Так, выработка электричества солнечными панелями составила 5500 МВт против 2803 МВт, полученных от ветрогенераторов.

«Такие моменты, как этот, подчеркивают необходимость новой модели рынка, которая стимулирует гибкое потребление, — отметили в компании-операторе. — При такой модели потребители с гибкими приборами, такими как тепловые насосы и электромобили, смогут заряжать свои приборы, когда есть много дешевой, экологически чистой электроэнергии, одновременно помогая поддерживать баланс сети».

Отчёт Управления энергетической информации США (EIA) за первый квартал 2023 года показал, что впервые в истории страны ветровая и солнечная энергетика вместе по выработке опередили угольную. Первые две наращивали генерацию, а последняя её уверенно сокращала. При этом решающий вклад в победу «зелёной» энергетики над углём внесли ветряные фермы и малые солнечные панели на крышах домов и офисов.

Источник изображения: Pixabay

Производство солнечной энергии за первый квартал текущего года в годовом отношении выросло на 7,8 %. Выработка электроэнергии «малыми» фермами выросла на 24 % — заметнее, чем в случае любой другой генерации. Теперь этот вид «зелёного» электричества удерживает почти треть в общей выработке солнечной энергии в США (32,8 %). В то же время к этой цифре надо относиться с осторожностью, поскольку она во многом строится на расчётах, а не на реальных показателях.

В совокупности фотоэлектрические установки в США, с учётом вклада нагревательных солнечных контуров, достигли доли выработки электроэнергии на уровне 4,4 %. Выработка электроэнергии ветроустановками за год выросла на 5,3 % и составила 12,5 % от общего объёма выработки электроэнергии в США. Вместе ветер и солнце в первом квартале 2023 года обеспечили 16,9 % выработки электроэнергии в США.

Производство электричества с помощью угля, напротив, за год упало на 28,6 % и составило всего 15,6 % от общего объёма производства электроэнергии в США за квартал. Только в марте ветряные турбины в США произвели почти столько же электроэнергии (44 355 ГВт·ч), сколько произвёл уголь (49 863 ГВт·ч).

С учётом всех видов возобновляемых источников энергии, включая биомассу, гидроэнергетику и геотермальную энергетику, на долю возобновляемых источников в первые три месяца этого года пришлось 24,9 % от общего объёма выработки. Это выше, чем доля возобновляемой энергии в первом квартале 2022 года (24,2 %), даже с учётом того, что все «дополнительные» к солнцу и ветру виды «зелёной» генерации за год снизили выработку: гидроэнергетика на 15,5 %, древесина/биомасса на 6,2 %, а геотермальная на 3,6 %.

Судя по всему, в этом году совокупно возобновляемая генерация в США произведёт более четверти электрической энергии, что станет знаковым достижением.

Китайские источники сообщили о включении в национальную распределительную сеть Китая первой очереди солнечных электростанций из так называемого «пустынного» кластера. В пустыне Гоби и других засушливых районах страны планируется развернуть до 450 ГВт солнечных и ветряных мощностей. Мощность первой подключенной к сети солнечной станции составила 1 ГВт. Электричество от неё будет передаваться в центральную китайскую провинцию Хунань по линиям повышенного напряжения, и это может иметь последствия.

Где-то в песках Гоби. Источник изображения: CHINA NEWS SERVICE

Проект «пустынных» электростанций предусматривает создание очень и очень протяжённых высоковольтных линий передачи электричества. Для снижения потерь на таких дистанциях было решено повысить передаваемое напряжение с 800 кВ до 1100 кВ. Для сравнения, на высоковольтных линиях передачи в США используется напряжение 500 кВ. Повышение напряжения сопровождается ростом напряжённости электромагнитного поля по маршруту и ведёт к геомагнитным аномалиям.

Это может приводить к более частому возникновению гроз, изменению в картине магнитного поля Земли, сбоям в работе систем позиционирования и к искажению спутниковых данных. Особой ясности в этом вопросе нет. Китай станет первым, кто всё это испытает на практике.

Оператором только что введённой в строй первой очереди электростанций является компания China Energy Investment Corp. Солнечная ферма мощностью 1 ГВт должна будет вырабатывать в год до 1800 ГВт•ч, что эквивалентно потребности в электроэнергии 1,5 млн домашних хозяйств, утверждают в компании. Проект предусматривает общую установленную мощность 13 ГВт и оценивается в 85 млрд юаней ($12,28 млрд).

По данным NEA, установленная мощность возобновляемых источников энергии в Китае в первом квартале продолжала расти, достигнув 47,4 ГВт, что на 86,5 % больше, чем за аналогичный период прошлого года, и составляет 80,3 % от общей вновь добавленной установленной мощности. Новые установленные мощности в ветроэнергетике выросли до 10,4 ГВт, а солнечной энергетики — до 33,66 ГВт, сказано в сообщении.

В первом квартале общая установленная мощность возобновляемых источников энергии в Китае достигла 1260 ГВт, включая 376 ГВт ветровой энергии и 425 ГВт фотоэлектрической энергии.

Выработка электроэнергии из возобновляемых источников также постоянно увеличивается: национальное производство электроэнергии из возобновляемых источников достигло 594 700 ГВт•ч, что на 11,4 % больше, чем в прошлом году, в том числе 342 200 ГВт•ч ветровой и солнечной энергии, что на 27,8 % больше, чем годом ранее.

Крупнейший в Японии производитель стекла — консорциум Nippon Sheet Glass (NSG) — собирается на практике испытать фотоэлектрические окна. Они будут пропускать видимый свет, но станут улавливать инфракрасные и ультрафиолетовые длины волн, чтобы превращать их в электрический ток. Здание станет получать «зелёное» электричество и в процессе эксплуатации значительно сократит выбросы парниковых газов.

Те самые окна. Источник изображения: Eneos

Фотоэлектрические стёкла компания NSG производит по технологии, разработанной Массачусетским технологическим институтом (MIT) и Университетом штата Мичиган (MSU). В 2011 году для рыночного продвижения разработки была создана компания Ubiquitous Energy. На сегодняшний день на основе фотоэлектрических стёкол Ubiquitous Energy реализовано несколько пилотных проектов. Затеянный NSG проект, возможно, станет самым масштабных из них.

Остекление прозрачными фотоэлектрическими панелями будет сделано на железнодорожной станции Takanawa Gateway Station в Токио. Фотоэлектрические окна будут установлены на два месяца, но если они себя покажут с хорошей стороны, то смогут работать дольше. Окна будут передавать выработанное электричество на аккумуляторы и дальше через интерфейс в раме. Также в окна будут встроены датчики освещённости, температуры и скорости ветра. Это позволит развернуть «умное» регулирование климата в помещении, когда систему фотоэлектрических окон с датчиками подключат к местной системе отопления/кондиционирования.

Проекты по остеклению оконных проёмов зданий и фасадов целиком прозрачными или декоративными фотоэлектрическими панелями пока можно пересчитать по пальцам одной руки. Самым масштабным из них можно считать строительство многоэтажки в Австралии, чей фасад будет целиком покрыт фотоэлектрическими панелями. Проект NSG будет намного скромнее, но его легче будет реализовать и проанализировать.

Швейцарская компания Energy Vault к лету завершит строительство самых масштабных в мире площадок по аккумулированию электрической энергии в гравитационных системах. Один аккумулятор строится в США, а второй — в Китае. Энергия будет запасаться при подъёме 24-тонных блоков на высоту свыше 100 метров. Её выработка будет происходить в процессе контролируемого спуска блоков на уровень земли.

24-т блок для накопления энергии подъёмом на высоту. Источник изображения: Energy Vault

По словам проектировщиков, гравитационные аккумуляторы просты, надёжны, собираются из местных комплектующих, включая блоки, и могут работать в любых климатических условиях без специального контроля и сложного климатического оборудования. В момент избытка электрической энергии 24-т блоки подаются к лифтам и поднимаются на высоту. В США сооружение будет достигать в высоту 140 м, а в Китае — 120 м. Когда выработка электрической энергии падает, что актуально в случае солнечной и ветряной энергетики, блоки спускаются на лифтах вниз, раскручивая роторы генераторов и вырабатывая электричество.

За время спуска блока размерами 3,5 × 2,7 × 1,3 м со скоростью 2 м/с вырабатывается примерно 1 МВт электричества с КПД более 80 %. Здания гравитационного аккумулятора можно строить не только вверх, но и вширь, таким образом наращивая ёмкость хранения энергии. Например, хотя китайский аккумулятор будет ниже строящегося в США, за счёт большей площади сооружения он может хранить до 100 МВт·ч электричества, тогда как американский — всего 36 МВт·ч.

Блоки для запасания энергии изготавливаются на месте из прессованной земли. Добавляются только скрепляющие растворы не более 1 % на вес блока. Система простая и неприхотливая в эксплуатации. Разработчик даёт 35 лет гарантии на работу гравитационной аккумулирующей системы.

Строительство гравитационного аккумулятора в Китае

В Швейцарии компания Energy Vault с 2020 года эксплуатирует опытный аккумулятор ёмкостью 5 МВт·ч. Он подключён к местной электросети и является не просто демонстратором, а рабочим инструментом. Но это маленький по своим масштабам проект. Два новых проекта — один в США в Снайдере (штат Техас) и второй в Китае к северу от Шанхая — станут доказательством хорошего и надёжного масштабирования платформы.

Свежий отчёт BloombergNEF говорит, что ветроэнергетика демонстрирует признаки восстановления после тревожного спада в 2022 году. В прошлом году по множеству причин было создано на 15 % меньше мощностей на энергии ветра, чем годом ранее, а в число морских установок и вовсе упало на 46 %. Впервые дающая надежды на обильную и чистую энергетику отрасль дала сбой, что заставляет задуматься о новых путях, усилиях и возможностях для расширения области ветроэнергетики.

Источник изображения: Pixabay

Согласно собранным источником данным, в 2022 году в эксплуатацию во всём мире были введены ветротурбины общей мощностью 86 ГВт. Годом и двумя годами ранее, например, каждый год вводилось примерно по 100 ГВт мощностей ветрогенераторов.

«Это, безусловно, тревожный знак для правительств по всему миру, — заметил Оливер Меткалф (Oliver Metcalfe), руководитель отдела исследований ветровой энергетики в BloombergNEF (BNEF). — Даже когда стремления правительств [в продвижении ветроэнергетики] растут, мы видим, что новые проекты медленно продвигаются по Земле <..> одних лишь стремлений недостаточно».

Аналитики поясняют, что в 2022 году по производителям и разработчикам ветроустановок сильно ударила инфляция. Проекты стали дороже с подорожанием доставки и ростом цен на основные материалы, включая смолы, используемые при создании лопастей. Кто-то пытался перезаключить договора на новых условиях, кто-то нёс убытки и выполнял договор, а кто-то отменил контракты или отложил планы.

К концу года ценовое давление на компоненты начало спадать, но возникло новое опасение, что правительства отменят льготы для ветроэнергетики. Особенно опасно это было для Китая и США, как для крупнейших рынков ветроэнергетики. К счастью для отрасли, в США льготы были продлены Законом об инфляции. В Китае этого не произошло и субсидирование, в частности, морских проектов прекращено с 2021 года.

В настоящее время в США и в Европе заключаются многочисленные договора на развёртывание новых ветряных мощностей. В Европе к ветроэнергетике всерьёз собирается подключиться Франция (известная своей любовью к АЭС). Начинает активизироваться на новом для себя поприще Тайвань. В США запущены крупнейшие аукционы на аренду площадей под ветропарки у берегов Нью-Йорка, Нью-Джерси, Северной и Южной Каролины и Калифорнии. Это даёт надежду, что в этом году произойдет оживление в установке морских ветряных установок, и даже может быть достигнут рекордный рост.

В то же время остаётся множество проблем. Судов для установки ветряных турбин в прибрежной зоне скоро будет не хватать для выполнения растущего объёма работ. Рыболовецкие общины активнее протестуют против установки турбин в море, если это грозит рыболовству или местной культуре. Наконец, в развитых странах развитию морской ветроэнергетики мешает местная бюрократия. Это и другие причины удерживают ветрогенерацию на уровне 7 % в мировой выработке электроэнергии и не очень понятно, когда же ждать изобилия.

Сегодня власти Германии в лице федерального министра экономики Роберта Хабека (Robert Habeck) представили стратегию ускоренного развития солнечной энергетики в стране. В основе стратегии лежит снижение бюрократических барьеров, и смягчение правил, ограничивающих самостоятельную установку солнечных панелей и их подключение рядовыми гражданами. Задачей властей является увеличение к 2030 году потребления электроэнергии из возобновляемых источников до 80 %.

Источник изображения: Pixabay

Наиболее значимыми направлениями в новой стратегии станут расширение наземных систем выработки электроэнергии солнечными панелями и упрощение установки фотоэлектрических систем на крышах. В связи с этим будут упрощены правила снабжения электроэнергией арендаторов и коммунальных зданий. Под эти цели уже принят ряд законодательных мер для ускорения внедрения солнечной энергетики, хотя в целом этого пока недостаточно, признают сами же власти.

Чтобы граждане активнее устанавливали на балконах и фасадах солнечные электростанции, строгую процедуру отчётности планируется или смягчить, или даже отменить. Подключить станцию к домашней электросети должно быть так же просто, как воткнуть вилку в розетку. Кстати, «евровилку» Schuko для этого утвердят в качестве базового решения для «энергетических подключаемых устройств». Также «подключаемые солнечные батареи» будут внесены в перечень привилегированных мер в немецком законе о кондоминиумах (WEG), а также в немецком гражданском кодексе (BGB), что не позволит игнорировать фотовольтаику при эксплуатации и строительстве новых жилых зданий.

Кроме того, будет поднят максимально разрешённый для использования солнечных панелей «на балконе» порог в 600 Вт мощности. Временно, до замены электрического счётчика, будут допускаться счётчики с обратным отсчётом. При этом сроки замены счётчиков должны быть сокращены.

Правительство Германии хочет сделать сектор электроэнергетики нейтральным по выбросам парниковых газов к 2035 году. Закон о возобновляемых источниках энергии (EEG) устанавливает промежуточную цель в 215 ГВт установленных фотоэлектрических мощностей к 2030 году. Для этого ежегодное расширение фотоэлектрических мощностей должно утроиться до 22 ГВт в 2026 году. Снижение бюрократических преград позволит сделать нормой размещение солнечных панелей на крышах зданий, а расширение льгот для граждан, самостоятельно обеспечивающих себя солнечной электроэнергией, придаст движению массовый характер.

Компания Tesla на этой неделе провела мероприятие для инвесторов, а генеральный директор Илон Маск (Elon Musk) воспользовался этой возможностью, чтобы рассказать о генеральном плане по реформированию мировой энергетической системы. В конечном итоге человечество должно отказаться от потребления ископаемых видов топлива и перейти на использование возобновляемых источников энергии ещё при жизни нынешнего поколения землян, как считает Илон Маск.

Источник изображения: Tesla

Помимо уже предлагаемых четырёх моделей электромобилей Tesla, а также грузовика Semi и пикапа Cybertruck, компания Tesla рассчитывает предложить более компактный легковой электромобиль, который по объёмам производства окажется самым массовым из выпускаемых моделей, а также некий электромобиль с высокой крышей, напоминающий своими очертаниями либо коммерческий фургон, либо минивэн для автономных такси. Впрочем, ориентироваться на эту иллюстрацию можно лишь с оговорками, ведь тот же Tesla Roadster второго поколения на слайде почему-то не представлен, хотя при его скромных объёмах производства он вряд ли сможет существенно влиять на экологическую обстановку в масштабах планеты.

Компания рассчитывает добиться увеличения ёмкостей по стационарному хранению электроэнергии до 240 ТВт‧ч. По словам руководства Tesla, для этого не потребуется существенно увеличивать потребление рудных ископаемых. На достижение этой цели уйдут не более 30 % мировых запасов никеля, а железной руды на планете и так в избытке, как заявил Илон Маск. Чтобы увеличить ёмкость систем стационарного хранения электроэнергии до указанного уровня, нужно будет занять ветряными турбинами и солнечными панелями менее 0,2 % земной поверхности.

Переход на использование электромобилей потребует от человечества увеличения ёмкости тяговых батарей и стационарных систем хранения до 115 ТВт‧ч, для подзарядки транспортной инфраструктуры потребуются генерирующие мощности на 4 ТВт и инвестиции в производство в размере $7 трлн. Дома необходимо оснащать тепловыми насосами для обогрева с использованием геотермальной энергии, а в промышленной сфере Маск допускает использование водородного топлива, применение которого в автопроме ранее неоднократно критиковал. Морские суда и летательные аппараты тоже будет необходимо перевести на использование возобновляемых источников энергии.

В общей сложности этот план потребует для своей реализации $10 трлн инвестиций — не такие большие средства в масштабах мировой экономики, как убеждён Маск. Он не потребует разрушения естественной среды обитания или какого-то радикального аскетизма. Жить в холоде или отказаться от использования электричества людей никто заставлять не будет. Более подробный план перехода к возобновляемым источникам энергии Илон Маск пообещал изложить в письменном виде позднее.

На этой неделе в Сандийской национальной лаборатории Министерства энергетики США заложили фундамент гелиоконцентратора нового типа. Установка в виде комплекса отражателей и башни с рабочим веществом и генератором должна быть введена в строй осенью 2024 года. Запас тепловой энергии в установке позволит хранить до 1 ГВт•ч электрической энергии.

Источник изображения: Sandia Labs

На установке будут испытаны новейшие способы накопления, хранения и выработки электричества, получаемого от Солнца. Это будет демонстратор, который позволит оценить возможность масштабирования установки для коммерческого использования. Построенный в Sandia Labs демонстратор будет использовать генератор мощностью 1 МВт. Будущие коммерческие гелиоконцентраторы будут оборудованы 100-МВт турбинами, что в перспективе, как рассчитывают в Министерстве энергетики, позволит снизить стоимость электрической энергии до 5 центов за кВт•ч к 2030 году.

Современные гелиоконцентраторы греют воду или расплавы солей сфокусированными лучами солнца и вращают турбины перегретым водяным паром. Но проблема кроется в другом. Когда солнце не светит, вода сравнительно быстро теряет накопленное тепло даже при наличии тепловой изоляции. Учёные Сандийской лаборатории потратили около пяти лет на поиск наиболее эффективного материала для поглощения и накопления тепловой энергии, а также на разработку системы превращения тепла в электричество.

На выходе научной работы с привлечением компьютерного моделирования появился проект гелиоконцентратора с использованием твёрдого, похожего на песок материала, состоящего из керамических частиц бокситов. Сыпучий материал поднимается на верх башни и сыплется сквозь приёмник падающих частиц (FPR). В приёмнике частицы разогреваются сфокусированными лучами солнца до температуры свыше 800 °C. Упав в накопительный контейнер внизу башни, разогретые частицы либо сразу используются для выработки электричества, либо хранятся до начала использования, например, в ночное время суток.

Превращение тепла в электричество также будет осуществляться по-новому. Для этого пришлось переделать систему подачи теплоносителя и блок турбины. Поскольку в современных гелиоконцентраторах температура теплоносителя не поднимается выше 560 °C, для передачи тепла с температурами выше 800 °C потребовались отличные от обычных металлов и сплавов материалы, которые бы не размягчались. Выбор был сделан в пользу карбида циркония и вольфрама — сплавов, используемых в дюзах твердотопливных ракетных ускорителей.

Более высокая температура аккумуляции и теплоносителя также заставила отказаться от воды и водяного пара как от механизма для вращения лопаток турбин. В опытной установке Generation 3 Particle Pilot Plant (G3P3) в качестве рабочей жидкости используется сверхкритический диоксид углерода в цикле Брейтона. Углекислый газ можно нагревать до температур более 700 °C. Чем выше температура аккумуляции и теплоносителя, тем эффективнее в итоге процессы и установка. Осталось подождать полтора года до запуска демонстратора G3P3 и несколько больше для оценки эффективности его работы.

Единство стран Европейского союза разошлось в вопросе считать ли атомную энергетику и всё, что с ней связано полезным для климата Земли или нет? Оспорить использование мирного атома пытается Германия и ряд поддержавших её стран, тогда как возглавляемая Францией коалиция шаг за шагом продавливает идею озеленения энергетики с помощью атомной энергии. По крайней мере, власти ЕС разрешили Франции производить «зелёный» водород энергией с АЭС.

Источник изображения: Pixabay

Производство водорода с помощью атомной энергетики — это лишь часть глобальной водородной Директивы ЕС. Европейский союз вслед за США принимает меры для снижения зависимости от ископаемых источников топлива и, в первую очередь, от природного газа. В этих планах водороду отводится главная роль. Пакет мер по водородной Директиве был представлен в декабре 2021 года, а заключительное голосование по нему прошло 9 февраля.

Комитет по промышленности, исследованиям и энергетике ЕС поддержал полное соглашение 62 голосами за и двумя против. Против ряда нормативных актов Директивы голосовали 17 человек, а 54 отдали голоса в их поддержку. На следующем этапе пакет мер в рамках водородной Директивы должен быть утверждён полным составом Европейского парламента, что произойдёт в марте. После этого последуют переговоры с 27 странами участницами ЕС.

Активно против принятых мер и актов голосует Германия и возглавляемая ею коалиция. У Германии нет собственной атомной энергетики, и она пытается заблокировать любые льготы для этого сектора. Представители Германии, например, заблокировали очередной раунд переговоров по Директиве о возобновляемых источниках энергии, которая охватывает более широкий круг проблем, чем Директива о водороде. Германия утверждает, что пока нет полной ясности в отношении происхождения возобновляемого водорода, атомную энергетику нельзя считать «зелёной».

Тем не менее, Франция получила разрешение на производство именно «зелёного» или возобновляемого водорода с применением энергии от атомных электростанций. В дальнейшем такой водород будет использоваться в ЕС как источник энергии для энергетически ёмких отраслей, например для выплавки стали. Примечательно, что водород в ЕС не планируют использовать для отопления жилищ граждан. Принято, что этот сектор обеспечат тепловые насосы и возобновляемые источники энергии.

Поскольку газотранспортная система масштаба прокачки природного газа будет больше не нужна (раз она не потребуется для нужд отопления), почти вся сегодняшняя инфраструктура будет уничтожена либо сведена до минимума, лишь бы обеспечить промышленных потребителей. По этому поводу у стран ЕС есть разногласия. Зелёные считают, что газотранспортную систему необходимо полностью уничтожить, чтобы нефтегазовые компании не получили преимущества. Иначе это будет, как пустить лису в курятник. Только созданная с нуля система распределения водорода обеспечит равные конкурентные условия для развития зелёной энергетики.

Согласно принятым нормативам, на каждый килограмм выработанного с помощью АЭС водорода H₂ производится 2,77 кг CO₂e (эквивалента CO₂). Примерно столько же углекислого газа производится при выработке водорода с помощью ветровой и солнечной энергетики. В принципе, любой водород с выработкой менее 3,38 кг CO₂ на 1 кг H₂ принято считать низкоуглеродным, поэтому атомная энергетика легко помещается в зелёный диапазон. Но бюрократическая борьба ещё не окончена и Германия надеется хоть в чём-то взять реванш.

Норвежская компания Wind Catching Systems приблизилась к завершению проектирования гигантской плавучей стены ветряных турбин, высота которой сравнима с Эйфелевой башней. Вместо одной большой турбины с лопастями максимальной длины проект WCS выглядит как сплошная стена из 150 турбин с роторами диаметром до 30 м каждый. Одно компактное изделие сможет генерировать уйму энергии, обещая эффективное и удобное обслуживание.

Изображение: Wind Catching Systems

Первый транш от норвежской государственной компании ENOVA на сумму 22 млн норвежских крон ($2,1 млн) проект Wind Catching Systems получил в октябре 2022 года. На этой неделе был выделен второй транш «на предпроектные работы» на сумму 9,3 млн крон ($900 тыс.). Ожидается, что пилотный проект плавучей электростанции с множеством турбин будет запущен до конца нынешнего года в ветропарке Mehuken у западного побережья Норвегии.

О серьёзности намерений Wind Catching Systems говорит тот факт, что в эту молодую компанию инвестировали крупные фонды: венчурное подразделение General Motors (GM Ventures), крупнейшая частная инвестиционная компания Норвегии Ferd и North Energy ASA, норвежская энергетическая инвестиционная компания с публичным капиталом.

Надводная высота балочной конструкции плавучей ветряной электростанции Wind Catching Systems достигнет 320 м. Благодаря такой высоте сплошной стены из 150 турбин и 30-м роторов можно собрать максимум энергии с небольшой площади. Производство, сборка и обслуживание секционной установки обещает оказаться дешевле обслуживания одной гигантской ветряной башни. Утилизация объекта также обещает оказаться проще и полнее, в отличие от 100-м лопастей современных ветряков, которые приходится целиком закапывать в землю.

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.

Свежий анализ Международного энергетического агентства (МЭА) раскрывает, что к 2025 году в мировом энергетическом секторе произойдёт переломный момент. К этому времени энергия из возобновляемых источников начнёт доминировать в мировой генерации, что подчеркнёт закат ископаемой энергетики. К этому подталкивает сама природа, которая беспощадна к людям за последствия загрязнений.

Источник изображения: Pixabay

Данные последних лет показывают, что рост поставок возобновляемой энергии опережает рост генерации с помощью ископаемого топлива. В ближайшие несколько лет почти все новые поставки электроэнергии в мире будут осуществляться за счет возобновляемой и ядерной энергии, что благоприятно скажется на климате — ограничит выбросы и загрязнение.

В частности, до 2025 года безуглеродная энергетика удовлетворит во всём мире свыше 90 % нового спроса на электроэнергию. И большая часть этой энергии будет поступать из возобновляемых источников, включая солнечную, ветровую и гидроэнергетику. Также свой вклад внесёт ядерная энергетика, временно признанная чистой, но ядерный ренессанс будет сравнительно скромный, считают аналитики. Тем не менее, всё вместе приведёт к переломному моменту в энергетике и к её решающему «озеленению».

В 2022 году выбросы углекислого газа достигли пика, находят в МЭА, но дальше эти показатели выйдут на плато и начнут снижаться. «Мы близки к переломному моменту для выбросов в энергетическом секторе», — заявил сегодня в пресс-релизе исполнительный директор МЭА Фатих Бироль (Fatih Birol).

Если говорить предметно, то к 2025 году аналитики МЭА ожидают, что на долю возобновляемых источников придётся 35 % мирового производства электроэнергии. Доля угля в генерации снизится до 33 %. Природный газ сохранит вклад в выработку электричества на уровне 20 %, а атомная энергетика увеличит свою долю до 10 %.

Специалисты подчёркивают, что глобальное изменение климата уже негативно сказывается на выработке электроэнергии, заставляя снижать поставки ветряной и гидроэнергетики, а также тормозя работу атомной генерации за счёт обмеления водных ресурсов. Всё это указывает на усиление зависимости от природы и заставляет серьёзнее относиться к сокращению генерации за счёт ископаемого топлива. Мировой системе электрогенерации жизненно важно становиться устойчивее и чище, тут двух мнений быть не может, уверены в МЭА.

Группа китайских инженеров представила интересный проект орбитальной солнечной электростанции для передачи энергии на Землю. Изюминкой разработки стала «бионическая» система охлаждения, вдохновлённая крыльями бабочек. Тонкие и ажурные радиаторы с циркулирующей в них жидкостью будут сочетать малый вес и высокую эффективность, что сделает китайскую установку одной из самых удачных в мире.

Источник изображений: Xidian University

Космическая солнечная электростанция проекта OMEGA-2.0 (Orb-shaped Membrane Energy Gathering Array) представляет собой половину шара диаметром 1 км со светоотражающим покрытием внутри. Предыдущий проект OMEGA предусматривал полностью сферическую форму с полупрозрачным покрытием, но от этого отказались, как от сверхсложного решения.

Чаша зеркала OMEGA-2.0 будет всегда обращена к Cолнцу, а вся попавшая в него лучистая энергия будет фокусироваться на фотопанелях, размещённых на центральном стержне. Главной проблемой будет охлаждение панелей и, в целом, блока генерации электричества. Радиаторы в форме крыльев бабочек, для которых проблема охлаждения крыльев также стоит на первом месте в борьбе за выживание в природе, обеспечат высокую эффективность охлаждения и будут удерживать температуру центрального стержня не выше 50 °C.

Передача энергии на Землю в проекте OMEGA-2.0 планируется в виде микроволнового излучения с помощью двух дискообразных фазированных антенных решёток. Это позволит избежать использования движущихся механизмов и не проиграть в точности и скорости фокусирования. Грубой ориентацией чаши и удержанием её на орбите высотой свыше 30 тыс. км будут заниматься мощные электрические ракетные двигатели (на ионной тяге), разработкой которых также занимаются в Китае.

По словам разработчиков, проект OMEGA-2.0 обеспечит выработку 8,4 кВт электроэнергии на килограмм своего веса, что намного лучше альтернативных предложений. А такие проекты есть у всех космических стран, включая Россию, хотя дальше всех в экспериментах пошли американцы. Ряд их ранних прототипов солнечных электростанций на орбите уже проходят испытания, тогда как те же китайцы приступят к космическим испытаниям соответствующих технологий не раньше, чем через пару лет, а то и позже.