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

Источник изображений: ec.europa.eu

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

Источник изображений: Ember

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

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

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

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

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

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

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

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

Евростат сообщил, что в 2021 году доля потребления энергии из возобновляемых источников в странах Европейского союза составила 21,8 %, что на 0,3 % меньше уровня потребления 2020 года. Это первое зарегистрированное в ЕС снижение потребления «зелёной» энергии. Если подобная тенденция продолжится, ЕС не сможет достичь поставленных климатических целей. Властям следует принять меры для недопущения подобного развития событий.

Источник изображений: ec.europa.eu

Сразу отметим, что Евростат призывает не искать в снижении уровня потребления возобновляемой энергии странами Союза каких-либо фундаментальных проблем. Во-первых, в 2021 году начал расти спрос на энергию для промышленности после отмены карантинных ограничений 2020 года, что в полной мере не смогли удовлетворить также растущие мощности по выработке энергии из возобновляемых источников.

Во-вторых, изменился ряд нормативных документов по подсчёту выработки и потребления энергии из возобновляемых источников. Судить о влиянии на потребление той или иной причины Евростат призывает только после тщательного изучения 100-страничного документа с анализом нюансов подсчёта норм в 2020 и 2021 году, а не по причине, например, начавшегося осенью 2021 года энергетического кризиса в Европе.

Но даже скорректированная методика подсчёта намекает на пропасть между целями и реальностью. Так, согласно Директиве Европейского парламента и Союза 2018/2001 от 11 декабря 2018 года о стимулировании использования энергии из возобновляемых источников, в 2030 году доля потребления возобновляемой энергии в ЕС должна достичь 32 %. Показатель 2021 года на уровне 22 % заставляет усомниться в реальности этих целей. Более того, Комиссия Европарламента рекомендует увеличить это показатель до 40 % и даже 45 %, если изучить план REPowerEU на 2022 год. А ведь мы пока даже не знаем статистики за 2022 год, а она на фоне происходящих в Европе и мире глобальных событий обещает удивить во всех отношениях.

Если говорить о станах ЕС по отдельности, то самую высокую долю энергии из возобновляемых источников демонстрирует Швеция (62,2 %). Эта страна — абсолютный лидер, но не благодаря солнцу и ветру, а в основном за счёт биомассы, гидроэнергии, ветра, тепловых насосов и жидкого биотоплива.

На втором и третьем месте в ЕС расположились Финляндия (43,1 %) и Латвия (42,1 %), и тоже за счёт биомассы и гидроэнергии, а не солнца и ветра. Эстония с долей возобновляемой энергии на уровне 37,6 % получает выгоду от биомассы и ветра. Австрия (36,4 %) и Дания (34,7 %) также активно «сжигают» биомассу, хотя первой помогает также гидроэнергетика, а второй — ветер.

Что касается аутсайдеров, то в их число входят более половины стран-членов ЕС, показатели потребления чистой энергии в которых ниже среднего по ЕС. 15 из 27 членов Евросоюза сообщили о долях ниже среднего по ЕС в 2021 году: Бельгия, Болгария, Чехия, Германия, Ирландия, Испания, Франция, Италия, Кипр, Люксембург, Венгрия, Мальта, Нидерланды, Польша и Словакия.

Самая низкая доля возобновляемых источников энергии была зафиксирована в Люксембурге (11,7 %), на Мальте (12,2 %), в Нидерландах (12,3 %), Ирландии (12,5 %) и Бельгии (13,0 %). Ведущие экономики ЕС — Германии и Франции — также оказались в списке аутсайдеров, далеко отстав даже от прибалтийских стран.

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

Источник изображения: World Wide Wind

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

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

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

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

Источник изображений: CSSC Haizhuang

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

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

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

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

Источник изображения: Vestas

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

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

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

Калифорнийский технологический институт сообщил, что сегодня компанией SpaceX в 17:56 мск с площадки SLC-40 на мысе Канаверал (Флорида) будет запущена ракета Falcon 9. В ходе миссии Transporter-6 ракета-носитель выведет в космос ряд полезных нагрузок, включая собранный в Калтехе демонстратор для сбора и передачи солнечной энергии на Землю. Демонстратор поможет проверить работу ряда ключевых элементов будущих орбитальных солнечных электростанций.

Момент установки модуля DOLCE на спутниковое шасси. Источник изображения: Калтех

Проект родился по инициативе филантропа Дональда Брена (Donald Bren), председателя компании Irvine Company и пожизненного члена попечительского совета Калтеха. Из статьи в журнале Popular Science бизнесмен узнал о потенциале космического производства солнечной энергии. Вскоре он пожертвовал значительную сумму на исследования, которая в конечном итоге превысила $100 млн. Первое пожертвование в 2013 году запустило работу над проектом.

Запускаемый сегодня в космос демонстратор Space Solar Power Demonstrator (SSPD) — это аппарат весом 50 кг на спутниковой платформе Momentus Vigoride компании российского бизнесмена Михаила Кокорича (бывшего владельца «Техносилы»). Демонстратор содержит три ключевых элемента для испытания технологий: это блок развёртывания массива панелей на орбите (DOLCE), набор из 22 различных типов фотоэлементов для оценки эффективности каждого (ALBA) и модуль для передачи микроволновой энергии на Землю (MAPLE). Компьютер демонстратора подключён к компьютеру платформы Momentus Vigoride для создания в космосе условий для поставки экспериментов с узлами демонстратора.

Как считают разработчики, ракете потребуется около 10 мин для достижения заданной высоты. Затем предстоит отделение полезной нагрузки и космический аппарат Momentus будет выведен на рабочую орбиту. Первые эксперименты с демонстратором начнутся через несколько недель после этого. Одни будут проведены быстро — буквально за считаные дни, другие потребуют недель и месяцев сбора данных.

Самым быстрым станет опыт с развёртыванием демонстратора массива батарей DOLCE. На демонстраторе будет только каркас прототипа солнечного массива. За этим процессом будут наблюдать камеры и команда на Земле. В перспективе проект SSPD предполагает, что в космосе из квадратных рам будут собираться километровые массивы, а пока всё будет испытано на раме со сторонами 1,8 м.

Когда-нибудь из запускаемого сегодня демонстратора может родиться технология промышленного производства разворачиваемых в космосе массивов солнечных панелей. В космосе нет преград солнечным лучам в виде атмосферы и облаков, а также отсутствует понятие ночи. Солнечную энергию на орбите можно вырабатывать непрерывно, передавая на Землю чистую энергию, что особенно пригодится для тех уголков Земли, где чистую энергетику развить нельзя по природным или экономическим причинам.

Компания Northrop Grumman сообщила, что успешно испытала ключевой компонент будущей системы передачи солнечной энергии с орбиты на земные приёмники. Энергетический луч был передан с возможностью мгновенной перестройки направления с помощью фазированной антенной решётки. Этот опыт открыл дорогу к созданию прототипа орбитальной солнечной электростанции, которая полетит в космос в 2025 году.

Проект Arachne. Источник изображения: AFRL

«Что касается технологий, мы очень уверены в нашем проекте и доказали его эффективность, — сказала в интервью SpaceNews Тара Терет (Tara Theret), директор программы дополнительных демонстраций и исследований космической солнечной энергетики (SSPIDR) компании Northrop Grumman. — Теперь остается только построить, испытать и интегрировать остальное оборудование в сжатые сроки».

Соответствующий контракт Исследовательская лаборатория ВВС США заключила с компанией Northrop Grumman в 2018 году. Его стоимость составила $100 млн. Компания обязалась разработать демонстратор компонентов прототипа космической солнечной энергосистемы. Орбитальные испытания демонстратора намечены на 2025 год в рамках более широкой программы Arachne. По задумке военных, передача солнечной энергии с орбиты могла бы обеспечить питанием удалённые базы и оперативно решать проблемы подачи питания в районы стихийных бедствий.

Год назад Northrop Grumman продемонстрировала сэндвич-панель, которая могла преобразовывать солнечную энергию в электричество, а электричество в радиочастотный луч для передачи энергии без проводов на расстояние. Панели из такой плитки должны размещаться на спутниках подобно обычным солнечным панелям — ничего особенного для развёртывания и обслуживания они не требуют, как и не нуждаются в механизме для точного наведения на земные приёмники. Точное наведение осуществляется благодаря настройке антенной решётки исключительно силами электроники.

Источник изображения: Northrop Grumman

Именно этот «механизм» наведения компания Northrop Grumman успешно испытала в безэховой лаборатории на Земле. «Это была очень захватывающая демонстрация, которая позволила нам показать кульминацию различных технологических этапов, которые мы разрабатывали с самого начала этого проекта», — заявил один из участников эксперимента. Дальше компания начнёт собирать демонстрационную установку на спутниковом шасси собственной разработки, чтобы вывести испытания технологии в космос.

Вопросами передачи солнечной энергии с орбиты на земные приёмники занимаются также другие компании и лаборатории в США, создаются проекты в России и готовятся эксперименты в Китае. Великобритания год назад потратила внушительный грант на технико-экономическое обоснование подобного проекта. Земле нужна чистая и бесконечная энергия. Осталось только создать мостик, по которому она из космоса потечёт на Землю.

Команда учёных Берлинского центра материалов и энергии имени Гельмгольца (HZB) сообщила, что получила международный сертификат на самую эффективную в мире тандемную солнечную ячейку. Разработка HZB внесена в международный рейтинг и установила новую планку значения КПД для таких солнечных элементов, а именно 32,5 %.

Источник изображений: Eike Köhnen/HZB

Примечательно, что значение КПД на уровне знаковых 30 % впервые было преодолено летом этого года учёными из Швейцарии. Исследователи из Лозанны создали из перовскита и кремния тандемную солнечную ячейку с эффективностью 31,3 %.

В тандемных элементах каждый из двух расположенных один поверх другого слоёв — один из кремния, а другой из перовскита — поглощают свой спектр падающего света, делая это максимально эффективно в своём диапазоне фоточувствительности. Суммарная чувствительность не удваивается, но ощутимо выше, чем если бы использовался только один из материалов. Тем самым с одной и той же площади собирается больше энергии.

Новая тандемная фотоячейка HZB оптимизирована по «интерфейсу» и слоям. Учёные путём анализа структур подбирали как чередование фоточувствительных слоёв, так и их состав и состояние поверхностных слоёв. В каждом случае искали максимальный отклик материала. Слой из перовскита поглощал синюю составляющую спектра, а слой кремния — красную и инфракрасную составляющую в ближнем диапазоне.

Тонкая настройка элемента помогла добиться рекорда, на который теперь будут равняться учёные из других лабораторий. Ранее подобное значение КПД было достижимо только с использованием дорогих полупроводников из III/V групп таблицы Менделеева. Теперь в эту область ворвались дешёвые кремний и перовскит.

Сегодня солнечными панелями на крышах зданий в Токио оснащено 4 % строений. Согласно новым правилам, с 2025 года большинство новых зданий сразу получат солнечные батареи. Это снизит вредные выбросы и уменьшит стоимость жизни столичных жителей. Необходимые для этого поправки были приняты Токийской столичной ассамблеей в конце прошлой недели.

Источник изображения: Asia Chang/Unsplash

Разговоры о новой программе пошли ещё в сентябре. Власти намеревались обязать «крупных столичных застройщиков» принять практику обязательной установки солнечных панелей на всех или почти на всех новых зданиях. Подобная инициатива привела бы к увеличению стоимости проектов и более длительной окупаемости, за что, прежде всего, обязаны были бы заплатить покупатели жилья.

Установка солнечной батареи мощностью 4 кВт на жильё площадью менее 2000 м² (как требуют новые правила) ведёт к наценке в размере примерно $7200. Эти затраты могут окупиться в течение десяти лет или шести лет в случае получения государственных субсидий ($728 за кВт). Владелец жилья с солнечной батареей на крыше может как сам пользоваться солнечной энергией, так и продавать её в сеть. При желании можно будет установить аккумуляторы дома и, тем самым, защитить себя от перебоев с энергией. Тогда сработают сразу два фактора: чистая энергетика и повышение комфорта.

Считается, что в Токио главным источником углеродных выбросов являются жилые постройки. Программа по перестройке старого жилого фонда в новый уже утверждена и реализуется. С 2025 года солнечными панелями начнут оснащать даже небольшие жилища площадью менее 2000 м², что раньше делать не заставляли. Работами будут заниматься около 50 застройщиков, каждый из которых в год вводит в эксплуатацию в среднем 20 000 м² жилья. Если всё пойдёт по плану, к 2050 году Токио выйдет на нулевой выброс углекислого газа.

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

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

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

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

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

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

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

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

Источник изображения: Tel Aviv University

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

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

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

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

Морская вода является бесконечным источником металлов, минералов, питьевой воды, кислорода и водорода. Учёные всех стран десятилетиями ищут возможность добывать эти богатства из морских и океанских глубин. Главная задача — делать работы экономически выгодно, но именно с этим связаны все барьеры на пути разработчиков. В Китае решили одну из этих проблем — научились простой добыче водорода без лишних затрат.

Источник изображений: Nature

Водород извлекается из воды в процессе электролиза. Это простая и понятная операция, но только если добывать этот газ из чистой воды. Добыча водорода непосредственно из морской воды требует предварительного опреснения или очень сложных установок. Растворённые в морской воде соли (ионы) металлов и минералов разрушают катализаторы электролизёров и другие узлы устройств, как и требуют работы насосов для прокачки морской воды.

Учёные из Нанкинского технического университета в Китае в журнале Nature рассказали об уникальной установке, которая лишена всех указанных выше недостатков. Без насосов и быстрого износа катализаторов она способна длительное время добывать водород и кислород прямо из морской воды.

«Наша стратегия реализует эффективный, гибкий по размеру и масштабируемый прямой электролиз морской воды, аналогичный расщеплению пресной воды, без заметного увеличения эксплуатационных расходов», — сказал Цзунпин Шао (Zongping Shao), профессор химической инженерии из Нанкинского технического университета в Китае.

Для защиты катализаторов от воздействия морской воды — солей и ионов — предложено интересное решение. Покрытые катализатором электроды, на которых вырабатывается водород и кислород (один на катоде, а другой на аноде), никогда не контактируют с морской водой. От этого их защищает насыщенный электролит в виде гидроксида калия, в который эти электроды погружены. Как же туда попадает вода?

Электролит с обеих сторон электродов защищён мембраной. Богатая фтором мембрана пропускает водяной пар, но не жидкость. Через мембрану в электролит попадает только водяной пар, оставляя соли в морской воде. В электролите пар снова превращается в воду и расщепляется на водород и кислород как опреснённая вода без негативных последствий для катализаторов. Подкачка пара в электролит идёт за счёт внешнего избыточного давления и не требует насосов.

Насосы нужны разве что для прокачки морской воды, но в случае электролиза с пресной водой они тоже будут нужны, так что это не увеличивает накладные расходы. Более того, из воды с повышенной концентрацией солей удобно и выгодно добывать минералы и металлы, например, тот же литий или уран.

Исследователи на практике доказали работу инновационной установки. Демонстратор из 11 электролизных ячеек опустили в воды залива Шэньчжэнь, где он проработал без остановки 130 дней. Каждый час установка вырабатывала 386 л водорода. Затраты электричества шли только на подкачку свежей морской воды и на сам процесс электролиза. Система отлично себя показала в испытаниях, хотя о коммерческом внедрении говорить пока рано. Учёные планируют значительно повысить её эффективность, для чего необходимы эксперименты с разными составами электролита и катализаторов.

Не секрет, что в клетках растений во время фотосинтеза и жизнедеятельности протекают химических реакции с высвобождением электронов. Очевидно, что расположив электроды в теле растений можно сформировать из электронов поток электрического тока. И теперь группа учёных провела детальное исследование явления, выяснив, что растения можно применять в энергетике.

Источник изображения: Pixabay

Для экспериментов было выбрано растение Corpuscularia lehmannii из группы суккулентов. Эта группа растений отличается способностью запасать в клетках значительные объёмы воды, поскольку в основном произрастает в засушливых районах. Тем самым такие растения богаты электролитом естественного происхождения, баланс которого поддерживается жизнедеятельностью растений, включая фазу фотосинтеза.

Источник изображений: ACS Applied Materials & Interfaces

Как сообщают учёные в статье в журнале ACS Applied Materials & Interfaces, один лист Corpuscularia lehmannii с воткнутыми электродами из железного анода и платинового катода показал напряжение 0,28 В и ток до 20 мкА/см² в цепи. Ток начинал течь под воздействием света на растение и мог вырабатываться в течение суток. Последовательное соединение нескольких листьев обещает увеличить напряжение, доведя его почти до возможностей «обычной щелочной батарейки».

Исследование было направлено на поиск таких режимов работы живого солнечного элемента, чтобы протоны во внутреннем растворе листьев объединялись с образованием газообразного водорода на катоде, и этот водород можно было собирать и использовать для других задач. Тем самым суккуленты могут обеспечить одновременно выработку электрической энергии и быть источником водорода. Интересно, доведут ли это исследование до практической пользы?

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

Источник изображений: Eolink

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

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

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

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

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

Инженеры Массачусетского технологического института разработали ультратонкие солнечные батареи на тканевой основе, которые могут быстро и легко превратить любую поверхность в источник энергии. Новинка обладает способностью вырабатывать в 18 раз больше энергии на каждый килограмм своего веса, чем обычные солнечной панели. Для крыш, палаток первой помощи и даже плащей спасателей — это возможность получать энергию без существенных физических нагрузок.

Источник изображений: Melanie Gonick, MIT

Около шести лет назад команда исследований из США разработала технологию производства легчайших солнечных элементов. Например, такие элементы могли свободно удерживаться на вершине мыльного пузыря. Впрочем, технология производства таких панелей была довольно сложной, поскольку сопровождалась процессами осаждения вещества в вакууме. Команда MIT взялась усовершенствовать процесс производства легчайших солнечных элементов, чтобы со временем довести его до масштабного коммерческого производства.

Многолетние эксперименты позволили приблизиться к лабораторному производству тончайших солнечных элементов довольно простым способом — с помощью «электронных» красок, наносимых через трафарет и штампами. Краски и электроды послойно наносятся на подложку толщиной всего 3 мкм. Затем готовая солнечная панель толщиной меньше волоса человека отделяется от подложки и дальше закрепляется на подложке из синтетической ткани.

Учёные специально отделили процесс производства элемента от закрепления на ткань, поскольку так они могут предложить широкий выбор основы, не учитывая её влияния на техпроцесс производства ячеек (химическую, температурную и другую совместимость). После нанесения ячейки на ткань её предложено ламинировать — помещать в герметичную среду, поскольку на открытом воздухе ячейки из «электронной» краски быстро деградируют.

Ячейка без тканевой основы и упаковки генерирует до 730 Вт на кг. На синтетической ткани Dyneema, выбранной учёными за свою удивительную прочность и лёгкий вес (всего 13 г на м²), тонкая ячейка вырабатывает 370 Вт на кг, что примерно в 18 раз больше мощности на кг, чем у обычных солнечных батарей.

«Типичная солнечная установка на крыше в Массачусетсе выдаёт около 8 000 Вт. Чтобы генерировать такое же количество энергии, наши тканевые фотоэлектрические элементы добавят на крышу дома всего около 20 кг (44 фунта)», — сказал один из авторов работы.

Учёные пока не готовы передавать разработку в коммерческое производство. Предстоит ещё много исследований и работы по улучшению характеристик тончайших панелей.