Руководство основанной Биллом Гейтсом (Bill Gates) компании TerraPower сообщило, что перспективную АЭС на расплаве солей натрия начнут строить в июне даже в том случае, если разрешение от регулятора не успеют получить. Станция будет строиться рядом с угольной электростанцией Naughton вблизи города Кеммерер в штате Вайоминг, США. Ещё до постройки реактора необходимы значительные инфраструктурные изменения на площадке, а технически лицензия на такие работы не нужна.

Источник изображения: TerraPower

Исполнительный директор TerraPower Крис Левеск (Chris Levesque), сообщил Financial Times, что компания в этом месяце подаст заявку на получение разрешения регулирующих органов США на строительство своего реактора, который охлаждается не водой, а расплавом солей натрия. Подача заявки ожидалась в середине 2023 года, но затем была перенесена, как и сдвинут на два года график ввода объекта в строй. Для TerraPower и других разработчиков инновационных атомных реакторов барьером стало то, что основным поставщиком HALEU-топлива для них была и остаётся Россия.

И всё же, лёд определённо тронулся. По крайней мере, для АЭС TerraPower. Эта компания уже подвергается критике со стороны конкурентов за слишком большую поддержку со стороны федерального бюджета. Так, из бюджета США на строительство объекта будет выделено минимум $2 млрд. Но разве могло быть по-другому, если один из твоих организаторов Билл Гейтс, а партнёр проекта, который будет его эксплуатировать, Уоррен Баффет?

Реактор TerraPower в какой-то мере можно считать малым модульным реактором. Для США важно в этой сфере догнать Россию и Китай, где уже есть работающие объекты, подпадающие под эту категорию. Впереди делёж рынка АЭС в Африке и не только, поэтому проекты перспективных малых реакторов будут конкурировать наиболее остро. В таких обстоятельствах поддержка федеральных властей должна только приветствоваться.

Мощность реактора TerraPower составит 345 МВтэ. Соль натрия будет разогреваться почти до 900 °C, что даст возможность лучше использовать тепло, чем при охлаждении водой. Такой высокий нагрев, кстати, позволит создать буферную зону ёмкостью 500 МВтэ на случай экстренного производства энергии. К тому же, соль не способна создать достаточно энергии для взрыва в случае аварии, что делает солевые реакторы намного безопаснее, а экономия на средствах обеспечения безопасности сделает строительство подобных АЭС в два раза дешевле, чем АЭС с водяным охлаждением.

Если заявленные сроки будут соблюдены, то ввод АЭС на расплаве солей натрия в строй состоится в 2030 году или чуть позже. Это на два года позже первоначальных планов, но такие проекты могут задерживаться и на дольше.

К сожалению, компания не озвучила ожидаемую стоимость электричества, вырабатываемого «натриевым» реактором. Другой перспективный проект малого ядерного реактора компании NuScale в ноябре прошлого года был внезапно свёрнут в США по причине повышения проектной стоимости производимой им энергии на 50 %. Поэтому проекты NuScale будут продвигать в Эстонии, Польше, Румынии, Болгарии и на Украине. Но это уже другая история.

В конце прошлого месяца во время выступления на конференции Bosch ConnectedWorld глава Tesla и SpaceX Илон Маск (Elon Musk) заявил, что уже в следующем году сдерживающим развитие систем искусственного интеллекта станет глобальный дефицит электроэнергии. Система электроснабжения перестанет поспевать за бурным ростом количества центров обработки данных.

Источник изображения: Nvidia

По данным Boston Consulting Group, на которые ссылается Barron’s, центры обработки данных к 2030 году будут потреблять 7,5 % всей электроэнергии, доступной на территории США. Строящиеся для систем ИИ центры обработки данных могут потреблять сотни мегаватт электроэнергии на один объект. Как считают аналитики, с 2022 по 2030 годы энергопотребление ЦОД на территории США увеличится с 126 до 390 тераватт в час, такого количества электроэнергии хватило бы для обеспечения 40 млн американских домохозяйств.

По оценкам 650 Group, объёмы поставок серверных систем для нужд ИИ за период с прошлого до 2028 года увеличатся в шесть раз до 6 млн штук. По прогнозам Gartner, среднее энергопотребление одного ускорителя вычислений в их составе вырастет с нынешних 650 до 1000 Вт. Другими словами, энергопотребление будет расти не только за счёт увеличения количества серверов, но и в удельном выражении. Попытки оптимизировать энергозатраты за счёт внедрения искусственного интеллекта в сферу контроля за энергопотреблением позволят несколько сдержать эту тенденцию, но не решат проблему полностью. Переход на жидкостное охлаждение серверных систем будет неизбежен в большинстве случаев. Операционные расходы на содержание центра обработки данных можно сократить на величину более 40 %, отказавшись от традиционного воздушного охлаждения в пользу жидкостного, как утверждает Super Micro.

Проблема усугубляется неравномерным развитием региональных сетей энергоснабжения. Кроме того, не везде существует возможность эффективно передавать генерируемую электроэнергию к месту расположения крупных потребителей. Эксперты утверждают, что в США генерируется достаточно электроэнергии для развития систем искусственного интеллекта, но существует проблема с сетями распределения.

Учёные продолжают искать чистые и устойчивые источники энергии. Одним из перспективных направлений в этой деятельности считается разработка технологий, которые позволят улавливать солнечную энергию непосредственно в космосе, а затем передавать её на Землю. Определённых успехов в этом добились учёные из Калифорнийского технологического института (Caltech), которым удалось собрать энергию с помощью орбитального спутника и передать её на Землю.

Источник изображения: Mmdi/Getty Images

Речь идёт о миссии Space Solar Power Demonstration (SSPD-1), которая реализуется силами команды учёных Space Solar Power Project (SSPP) из Caltech в сотрудничестве с Indie Semiconductor Inc., Лабораторией реактивного движения (JPL) NASA, Amazon Web Services и стартапом GuRu Wireless, являющимся одним из подразделений Caltech. Совместная деятельность привела к тому, что учёным удалось собрать немного энергии на орбите Земли, а затем передать её на поверхность нашей планеты, что можно считать серьёзным достижением. Подробная информация о проделанной работе была изложена в статье исследователей, которую опубликовали в arXiv.

На Земле люди научились использовать солнечный свет для получения энергии, но даже самые передовые технологии имеют свои недостатки. К примеру, в пасмурный дождливый день мощность солнечной батареи может упасть на 25 %, к тому же они не могут вырабатывать энергию в тёмное время суток. В это же время размещённые на орбите солнечные панели могут непрерывно генерировать энергию, если они ориентированы таким образом, чтобы на них всегда попадал солнечный свет. Учёным остаётся разработать надёжный способ передачи энергии с орбиты на Землю, где она могла бы использоваться для питания предприятий, домов и многого другого.

Аппарат MAPLE / Источник изображения: Ayling Et Al/ArXiv

Эксперимент учёных стал возможен благодаря устройству Microwave Array for Power-transfer Low-orbit Experiment (MAPLE), с помощью которого и осуществлялась передача энергии из космоса на Землю. Оно выполнено в виде небольшого спутника CubeSat размера 6U и способно принимать солнечную энергию, собранную с помощью фотоэлектрических элементов. Затем MAPLE задействовал выпрямляющие антенные решётки для преобразования солнечной энергии в радиочастотную. После этого синтезировался луч радиочастотной энергии, который и был передан на Землю. Аппаратура для приёма и преобразования сигнала в постоянный ток, а также для слежения за MAPLE располагается на крыше лаборатории Мура в Caltech.

Реализация миссии началась 3 января 2023 года, когда исследовательский аппарат с помощью ракеты-носителя SpaceX Falcon 9 был доставлен на низкую околоземную орбиту. Ровно через два месяца учёные начали экспериментировать с MAPLE и в результате миссия была признана успешной. В дальнейшем исследователи планируют создать созвездие спутников типа SPPD-1, которая сможет передавать на Землю энергию для снабжения 10 тыс. домохозяйств. Однако до этого ещё далеко, поскольку на данный момент MAPLE улавливает в космосе от 175 до 251 мВт за раз, а до наземной станции дошёл только 1 мВт энергии.

После ввода в эксплуатацию первой в мире геотермальной электростанции с горизонтальными стволами, которую в ноябре 2023 года запустила компания Google, подрядчик проекта компания Fervo Energy принялась бурить скважины для коммунального предприятия в штате Юта. Благодаря новым технологиям и передовому оборудованию нефтяников, проходка горизонтальных стволов стала на 70 % быстрее и на 50 % дешевле, что может сильно подтолкнуть развитие новой отрасли.

На новом проекте. Источник изображения: Fervo Energy

По словам Fervo Energy, горизонтальная скважина для проекта Cape Station в южной части штата Юта пробурена за 21 день. Благодаря этому стоимость работ снизилась с $9,4 млн, которые заплатила компания Google за проект в штате Невада, до $4,8 млн. Работы выполнены не только быстрее, но также существенно дешевле. Помог в этом не только полученный на проекте Google опыт, но также закупленное у нефтяников самое передовое на сегодня оборудование для бурения и охлаждения рабочих скважин в процессе бурения.

Более того, скважина на новом проекте пробурена ещё на 640 м глубже, чем в проекте Google, а там она была создана на глубине более 2 км. Трансляция опыта на другие проекты обещает получить доступ к чистой геотермальной электроэнергии в местах, где нет традиционных геотермальных источников. Согласно проектам Fervo Energy, она закачивает на глубину холодную воду с поверхности и обратно поднимает уже нагретую до более чем 200 ℃. Эта вода нагревает водный контур в электростанции и полученным паром вращает турбину. Затем вода в первом контуре охлаждается и снова идёт под землю, и так до бесконечности.

В минувшую пятницу в Дании к одной из местных электросетей подключили необычную приливную электростанцию. Она выглядит как воздушный змей, только «парит» она в подводных течениях. Восходящие потоки воздуха и воды ускоряют движение «змея», и он всегда летает быстрее встречных потоков, что позволит вырабатывать достаточную мощность даже в условиях слабых приливов.

Источник изображений: Minesto

Манёвренную приливную электростанцию Dragon 12 спроектировала и построила компания Minesto. «Дракон 12» способен вырабатывать 1,2 МВт электричества. Его вес достигает 28 т, а размах «крыльев» — 12 м. Внешне он похож на военный беспилотник из будущего, что, впрочем, обусловлено банальными законами гидродинамики. Электростанция крепится ко дну на длинном тросе и это даёт ей возможность перемещаться в воде с относительной свободой. Установленная на борту электроника следит за безопасностью движения, предотвращая рискованные манёвры.

Согласно расчётам Minesto, для первой сотни установок нормированная стоимость вырабатываемой ими электроэнергии составит $108 за 1 МВт·ч. После этого нормированная стоимость снизится до $54 за 1 МВт·ч. Пару лет назад Министерство энергетики США сделало заключение, что морские электростанции с якорным (мёртвым) креплением ко дну, включая приливные, в среднем будут вырабатывать электроэнергию стоимостью $89 за МВт·ч. Нетрудно увидеть, что в таком случае у проекта «морских змеев» Minesto хорошие перспективы.

Первая из электростанций Dragon 12 установлена в проливе в районе Фарерских островов, где течения всегда сильные. Её подключили к электросети одного из островов, где проживает 55 тыс. человек.

В 2008 году учёные предприняли попытку бурения скважины к карману с магмой под вулканом Крафла в Исландии. Камера с магмой оказалась ближе ожидаемого, поэтому она вскрылась и разрушила скважину. Но главное, что катастрофы в виде спровоцированного бурением извержения не произошло, что доказало возможность контролируемого доступа к магме и позволило надеяться на приручение в будущем энергии вулкана.

Источник изображения: ИИ-генерация Кандинский 3.0/3DNews

С учётом полученного опыта учёные предпримут ещё ряд попыток подобраться как можно ближе к магматическим камерам под Крафлой. Следующее бурение запланировано на 2026 год. Проектом занимается специально созданная для этого организация Krafla Magma Testband (KMT).

«Возможность проникнуть в кору и взять пробы магмы дала бы нам огромные знания, — заявляют исследователи. — Мы надеемся, что сможем провести хотя бы прямое измерение температуры, чего никогда раньше не делалось».

Проект очень амбициозен. Предстоит разработать жаропрочные инструменты и измерительную аппаратуру, чтобы добраться до нужной глубины и контролировать условия вблизи карманов с магмой и внутри них. При этом следует понимать, что обнаружение магматических карманов и определение глубины их залегания — это нетривиальная задача. Как правило, учёные бурят почти вслепую, надеясь, что соседство с вулканом с большой вероятностью позволит рано или поздно добраться до камеры с магмой.

Пример площадки для добычи энергии от тепла магмы. Источник изображения: Krafla Magma Testband

В случае удачи проект привнесёт много нового в наши знания о вулканах и причинах извержений. Но учёные ожидают от работ также практической ценности. В 2028 году будет предпринято ещё одно бурение на склонах Крафлы, но уже с прицелом на геотермальные технологии. С помощью перегретой воды под высоким давлением, разогреваемой магмой в кармане или вблизи камеры, планируется запустить вырабатывающую электрический ток турбину. По мнению исследователей, такие мощные источники энергии как вулканы следует постепенно приручить, чтобы получить доступ к их неограниченной чистой энергии.

Google сообщила, что в её центр обработки данных в Неваде начала подаваться электрическая энергия с первой в своём роде электростанции. Электричество вырабатывает нагретая до почти 200 ℃ вода, поднятая с глубины свыше 2 км. Чтобы обеспечить непрерывную работу электростанции с номинальной мощностью 3,5 МВт потребовалось пробурить горизонтальные скважины. Уникальный проект позволит создавать подобные установки во многих уголках Земли.

Источник изображения: Google

Проект реализован благодаря двухлетнему сотрудничеству Google и стартапа Fervo Energy. Опыт, необходимый для создания электростанции был перенят у нефтяников, для которых горизонтальная проходка не в новинку. Горизонтальный ствол длиною 990 м с помещённой внутрь обсадной трубой диаметром 17,78 см позволил создать постоянный и равномерный поток нагретой до 191 ℃ воды со скоростью 63 л/с. Обычный вертикальный канал был бы достаточен для обеспечения объектов теплом, чем практически сегодня и занимается геотермальная индустрия. До реализации проекта Google и Fervo о выработке электрической энергии из геотермальных источников никто всерьёз не думал.

Google показала, что проект рабочий и его можно тиражировать. Ранее компания Fervo заявляла, что в случае успеха намерена построить в штате Юта на порядок или даже более масштабную геотермальную электростанцию. Этот проект предусматривает обеспечение чистой энергией четверть жителей штата или около 300 тыс. домохозяйств.

Схема бурения скважин в проекте. Источник изображения: Fervo Energy.

Вдоль горизонтального канала с трубой проложены оптоволоконные кабели, которые служат датчиками потока, измеряют температуру и динамику прохода воды. Слежение за параметрами скважины ведётся в непрерывном круглосуточном режиме. Энергия от выработки также подаётся в стабильном режиме 24/7 в любое время года вне зависимости от погоды. Она может стать весомым дополнением к солнечной и ветровой энергетике, сглаживая пики потребления и прерывистый характер этих возобновляемых источников.

На днях в Вене на Международном форуме по энергетике и климату британская компания Global OTEC заявила, что первый коммерческий генератор для выработки электричества на разнице температур воды в океане начнёт работать в 2025 году. Баржа Dominique с генератором мощностью 1,5 МВт будет круглогодично обеспечивать электричеством островное государство Сан-Томе и Принсипи, чем покроет примерно 17 % потребности страны по электричеству.

Источник изображения: Global OTEC

Идея вырабатывать электроэнергию на разнице температур воды в океане не нова. Впервые эксперимент был поставлен в 1881 году (142 года назад). В 1930 году на Кубе построили OTEC-установку (ocean thermal energy conversion) мощностью 22 кВт. Но не всё было гладко. Проблема со всеми ранними установками была в том, что подавляющее большинство вырабатываемой такими установками электроэнергии шло на работу насосов, которые поднимали холодную воду на поверхность с глубины в несколько сотен метров.

Температура воды на глубине 800 м в экваториальных водах примерно 4 °C. На поверхности вода не ниже 25 °C. В турбинном генераторе с замкнутым контуром используется хладагент, который закипает в данном диапазоне, например, аммиак. Проделав свою работу, хладагент конденсируется под воздействием поднятой с глубины холодной воды и вновь превращается в пар в контуре с водой с поверхности океана. С одной стороны, всё просто, но инфраструктура такой электростанции очень дорогая.

Для подъёма холодной воды с глубины труба должна быть теплоизолирована. Баржа должна быть надёжно закреплена на месте, чтобы не нарушилась целостность заборных труб, а в тропических водах шторма — обычное явление. Ориентировочная стоимость 5-10-МВт плавучей электростанции может составить от $200-300 млн, что большинству островных государств не по карману. И это уже похоронило несколько таких проектов.

Как утверждают представители Global OTEC, совместное коммерческо-государственное партнёрство произвело все необходимые экономические, социальные и другие обоснования, и это приведёт к развёртыванию первой коммерческой OTEC-электростанции в 2025 году. Вырабатываемое первыми баржами Dominique электричество будет недешёвое: от $150 до $300 за МВт·ч. Однако оно будет вырабатываться в непрерывном режиме с номинальной мощностью круглогодично и может стать буфером для прерывистой солнечной или ветряной электрогенерации. Впоследствии стоимость будет снижена до $50 за МВт·ч, а будет это или нет, мы узнаем через два года.

Китайские источники сообщили, что учёные страны создали самый мощный в мире термоакустический генератор Стирлинга. Работающая практически бесшумно компактная установка длиной 2 м выдаёт 100 кВт электрической энергии. Патент на устройство в своё время получило NASA (LEW-TOPS-80), но агентство всё ещё не создало рабочую установку. Такие генераторы идеальны для использования в космосе и в подводных лодках. Китай рассматривает обе сферы применения.

Источник изображения: SCMP

Представленный термоакустический генератор Стирлинга создали в Техническом институте физики и химии (TIPC) при Китайской академии наук (CAS). Его длина достигает 2 м при максимальном диаметре 0,63 м. Своим внешним видом генератор похож на гантелю. В ходе проведённой недавно демонстрации прототип выдал революционную мощность в 102 кВт при температуре источника тепла 530 °C. Это первый в мире случай, когда данный тип генератора преодолел порог в 100 кВт, что является важной вехой для его практического применения.

«В настоящее время эффективность термоэлектрического преобразования составляет около 28 %, а при использовании более горячего теплоносителя с температурой 600 градусов эффективность может достигать 34 %», — заявили разработчики. Тем самым перспективная установка приблизилась по КПД к классическим паровым турбинам с сохранением массы собственных достоинств — это почти бесшумная работа, использование абсолютно любого источника тепла, простота конструкции и малое количество подвижных частей.

Инновационная система состоит из термоакустического двигателя Стирлинга и линейного двигателя, заключенных в жёсткую оболочку (что служит дополнительной звукоизоляцией). Двигатель преобразует тепло в звуковые волны, которые, резонируя, образуют бегущую звуковую волну. Звуковая волна приводит в движение поршень линейного генератора, вырабатывающего переменный ток.

«Рабочей средой служит гелий под высоким давлением 15 Мпа (150 атмосфер), а отсутствие механических частей, нуждающихся в смазке, означает, что срок службы генератора может превысить десятилетие», — поясняют разработки. — Он работает тихо и эффективно, может использовать различные виды тепла, включая солнечную энергию, отработанное тепло и биомассу».

Добавим, Китай уже испытывает двигатели Стирлинга с линейными генераторами в космосе. Так, в апреле этого года сообщалось, что один из таких прототипов был испытан на станции «Тяньгун», что стало первым в мире испытанием двигателя Стирлинга на орбите. В России созданы более классические варианты генераторов на двигателях Стирлинга. Например, дочерняя организации НПО «Наука» — «Наука-Энерготех» — разработала 1-кВт свободно-поршневой генератор «Эвогресс» для автономного электропитания в удалённых локациях, но это уже другая история.

Коммунальное предприятие Utah Associated Municipal Power Systems сообщило об отмене соглашения по строительству в США первого малого модульного реактора (SMR) по проекту компании NuScale. Отмена последовала после заявления разработчика о повышении цен на вырабатываемое SMR электричество на 53 % и о неготовности клиентов выкупать всю произведённую реакторами электроэнергию.

Рендер внешнего вида малой АЭС будущего. Источник изображений: NuScale

Группа клиентов UAMPS соглашалась выкупать до 80 % электроэнергии, вырабатываемой малым реактором, с чем NuScale не готова была смириться. Кроме того разработчик обещал электричество по $58 за 1 МВт·ч. Теперь NuScale говорит о повышении цен на вырабатываемую малыми модульными реакторами проекта электроэнергию на 53 % или до $89. Стороны не смогли найти компромисс и расторгли договор. NuScale выплатит коммунальщикам компенсацию в размере $49,8 млн и наблюдает сейчас за падением курса собственных акций (к сегодняшним торгам они подешевели на 27 %).

Малый модульный реактор компании VOYGR NuScale первым получил лицензию на реализацию проекта SMR в США. Его собирались строить на базе Национальной лаборатории в Айдахо. Комплекс состоял бы из шести SMR мощностью 77 МВт каждый. Реактор VOYGR работает и устроен подобно типичным большим атомным реакторам деления и отличается от них только размерами. Это должно позволить изготавливать реакторы на заводе без сложных работ на месте установки. Иначе говоря, такие проекты должны быть дешевле и реализоваться быстрее.

Макет модуля SMR в разрезе

Подобный подход, о чём предупреждали эксперты, сделает вырабатываемую SMR электроэнергию дороже, а количество радиоактивного мусора увеличит в десятки раз. Как видим, первое предсказание сбылось, а второе пока под вопросом. Проверить другое предсказание могут в Европе. У NuScale уже есть договорённость построить реакторы VOYGR в большом количестве в Польше, Румынии, Болгарии и на Украине.

Внезапно выяснилось, что солнечная энергетика может серьёзно пострадать от такого редкого, но обычного явления, как солнечное затмение. Согласно прогнозам, ближайшее солнечное затмение 14 октября обрушит суточную солнечную генерацию в отдельных штатах США как минимум на 17 %. И чем больше потребители будут полагаться на солнечную энергетику, тем больше будет масштаб проблем от массовых отключений энергосистем до порчи оборудования.

Источник изображения: Pixabay

Современные средства слежения и прогнозирования солнечной активности позволяют заблаговременно подготовиться к затмениям, отрегулировав баланс потребления и генерации в энергосистеме. Это необходимо и важно, поскольку микроменеджмент даёт возможность избегать перебоев в поставке электроэнергии даже на грани балансирования энергосистемы, которое становится обычным, если система начинает опираться на возобновляемые источники энергии. Умные распределительные сети и спутниковые данные в комплексе способны предотвращать проблемы с поставкой энергии.

Источник изображений: Solcast

Свежие данные компании Solcast, которая входит в структуру сертификационной и консалтинговой компании DNV, заставляют ожидать 14 октября потери суточной солнечной генерации до 17 % в некоторых штатах США. Сильнее всего пострадает Техас, где при этом развёрнуты значительные солнечные мощности: 13,046 ГВт из 80,368 ГВт общей паспортной мощности крупномасштабных солнечных фотоэлектрических установок в США. В целом же солнечное затмение, так или иначе, затронет 40,756 ГВт действующих крупномасштабных солнечных активов в США. И при этом, заметим, затмение не будет полным — Луна закроет солнечный диск частично.

Сильнее всего от затмения 14 октября пострадает Центральная Америка, где солнечная активность снизится на 20 %. В Техасе и странах Центральной Америки, например, Мексике, период затмения совпадёт с самыми продуктивными дневными часами, когда обычно генерация максимальная. Там где затмение будет происходить в утренние и вечерние часы — в более северных штатах США и в странах Южной Америки, падение суточной генерации будет меньше.

К счастью, пик затмения длится секунды, хотя весь процесс достигает трёх часов. Тем не менее, даже этого времени будет достаточно, чтобы в отдельных местах могли возникнуть заметные проблемы с энергоснабжением.

Геополитические события, ведущие свой отсчёт с весны 2022 года, нарушили зависимость Европы от ископаемых энергоносителей российского происхождения, но взятый курс на «зелёную энергетику» тоже не гарантирует странам региона самодостаточности или заметной диверсификации источников поставок сырья. Просто теперь место России в этом статусе рискует занять Китай, поскольку он контролирует существенную часть производства аккумуляторов и материалов для них.

Источник изображения: CATL

Осознание этого факта заставляет европейские власти, как сообщает Reuters, подготовить к намеченной на 5 октября встрече региональных лидеров в Испании доклад о назревающей проблеме попадания в зависимость от китайского сырья в сфере энергетики. Власти Евросоюза планируют диверсифицировать риски в этой сфере за счёт углубления сотрудничества со странами Африки и Латинской Америки. Чтобы достичь нейтральных выбросов диоксида углерода к 2050 году, европейская энергетическая отрасль должна будет полагаться на системы хранения электроэнергии на базе аккумуляторов, сырьё для производства которых сейчас поставляется преимущественно из Китая.

Для сравнения, в 2021 году по поставкам природного газа Евросоюз на 40 % зависел от России, по нефтепродуктам эта зависимость достигала 27 %, а по каменному углю — всех 46 %. По мнению авторов доклада, аналогичная степень зависимости от Китая в сфере поставок сырья для производства аккумуляторов ничем хорошим для Европы не закончится. На направлении водородных топливных ячеек Евросоюз тоже зависит от Китая в значительной степени, но по сырью для производства электролита к аккумуляторам европейские игроки занимают лидирующие позиции с более чем 50 % мирового рынка. Если не начинать предпринимать меры по диверсификации, то к 2030 году Евросоюз окажется в такой же зависимости от Китая, как до 2022 года наблюдалась применительно к поставкам энергоносителей из России.

В сфере цифровых технологий, по мнению авторов доклада, диверсификация европейской экономике тоже крайне необходима. Если по оборудованию для сетей передачи информации Европа неплохо себя обеспечивает, то по серверному оборудованию, дронам, сенсорам и системам хранения данных она опять же сильно зависит от азиатских поставщиков. При этом наблюдаемые изменения климата, по словам экспертов, не оставляют времени на раскачку, ограничивая возможности экономики региона по повышению производительности труда в сельском хозяйстве. Отрасль нуждается в оперативной модернизации, чтобы справиться с возникающими вызовами времени.

Компания Antora Energy приступила к полевым испытаниям блока теплового аккумулятора на кирпичах из графита. Токопроводность графита позволяет разогревать кирпичи до 2000 °C простым пропусканием тока через них. На выходе такого аккумулятора можно получить или тепло для промышленности, или электричество, которое получается с помощью встроенных в модуль инфракрасных фотодетекторов.

Источник изображения: Antora Energy

Промышленность и исследователи продолжают искать способы создать чистый и эффективный буфер для хранения энергии от возобновляемых источников. Переменный характер подачи электричества в сеть, который сопровождает выработку электричества силой ветра или лучами Солнца, заставляет использовать буферные аккумуляторы. Наиболее удобный способ — это запасать энергию в аккумуляторах, а именно — в литиевых батареях, требующих минимального обслуживания и обладающих достаточно высокой ёмкостью и плотностью хранения энергии. Но дёшево это точно не будет.

По предыдущим оценкам, стоимость хранения электричества в литиевых батареях достигает $140/КВт·ч. После 2030 года она снизится до более приемлемых $20/КВт·ч, но всё равно будет дороже эксплуатации электростанций на природном газе, у которых стоимость производства электричества находится на уровне $10/КВт·ч. Тепловые аккумуляторы Antora Energy обещают приблизиться к этой нижней отметке при значительно большем уровне экологической чистоты и простоте изготовления и эксплуатации.

В отличие от хранения тепла в солевых расплавах или в обычных кирпичах из глины, хранение тепла в графитовых кирпичах менее опасно и более эффективно. Разогрев кирпичей до 2000 °C (фактически — это графитовые электроды, серийно изготовляемые для нужд металлургии, к примеру, для выпуска алюминия) позволит использовать их тепло для выплавки стали. Если заказчику понадобится электрическая энергия, то модули тепловых аккумуляторов будут оборудованы инфракрасными фотодетекторами по типу солнечных панелей и КПД установки при этом будет не меньше 30 %.

По словам разработчиков, особенно эффективно фотопреобразователи начинают работать после нагрева кирпичей выше температуры 1500 °C. После этой отметки в основном превалирует лучистая энергия. Но это будет на следующем этапе. Первая опытная установка будет разогреваться до 1500 °C и сможет несколько суток отдавать тепло потребителю.

Интересно отметить, что компания Antora Energy частично финансируется из фондов небезызвестного филантропа Билла Гейтса. Также его фонд инвестировал в другую кирпичную компанию — Rondo Energy, которая строит в Таиланде крупнейший завод по производству кирпичей для тепловых аккумуляторов.

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».