До сих пор американский стартап Aptera Motors ограничивался только демонстрацией прототипа двухместного электромобиля с солнечными панелями на кузове, которые позволяют преодолевать до 64 км в день исключительно на энергии солнца. На уходящей неделе предсерийный образец машины впервые преодолел около 500 км без подзарядки по дорогам общего пользования в США.

Источник изображения: Aptera

Как отмечается в пресс-релизе на сайте стартапа, путешествие протяжённостью около 500 км началось в Аризоне и завершилось в Калифорнии, за рулём находился один из генеральных директоров компании Стив Фамбро (Steve Fambro), маршрут пролегал по знаменитому шоссе 66. Каким способом был сформирован заряд тяговой батареи перед началом поездки, не уточняется, но следует учитывать, что бортовое зарядное устройство мощностью 6,6 кВт способно принимать заряд от сетевых станций с разъёмом NACS, поэтому машина подзаряжается не только от солнца.

Тем не менее, организаторы эксперимента отмечают, что ещё до подъёма светила над горизонтом солнечные панели на кузове электромобиля принимали до 300 Вт энергии. На маршруте в условиях облачности они принимали более 545 Вт. Штатный тяговый аккумулятор позволяет машине преодолевать без подзарядки до 643 км по условному циклу EPA, поэтому способность электромобиля проехать около 500 км без подзарядки в условиях горной местности можно считать хорошим достижением. Напомним, что разработчики обещают жителям регионов с большим количеством солнечных дней до 16 100 км в год пробега с использованием одной лишь солнечной энергии.

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

Источник изображения: Segula Technologies

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

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

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

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

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

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

Источник изображения: Normandie Hydroliennes

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

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

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

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

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

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

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

ГАЭС в Испании. Источник изображения: Sirbatch, Wikimedia

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

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

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

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

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

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

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

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

Пять подобных участков способны обеспечить электричеством всю Европу на несколько дней

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

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

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

По итогам минувшего года ветровая и солнечная энергетика впервые в истории США произвели больше электричества, чем уголь, гласит доклад аналитического центра Ember. Уголь как энергоресурс упал до исторического минимума, составив 15 % по стране, тогда как солнце и ветер вместе взятые показали 17 %.

Источник изображения: Chelsea / unsplash.com

При Дональде Трампе (Donald Trump) федеральные власти США начали отходить от чистой энергии, но не исключено, что инициативы прошлого года смогут сохранить импульс вопреки приоритетам Белого дома. В 2024 году солнечная энергия стала самым быстрорастущим источником электричества в стране — на её долю пришлось 81 % добавленной мощности; в коммунальном секторе присутствие солнечной энергетики выросло на рекордные 31 ГВт. Для сравнения: 1 ГВт мощности сопоставим с 1,9 млн панелей.

В 2020 году солнечная энергетика достигла исторически низких показателей затрат, а в большинстве регионов мира оказалась самым дешёвым источником электроэнергии. Цепочки поставок в этом сегменте по-прежнему сосредоточены в Китае, но за минувший год и в США производственные мощности по выпуску солнечных модулей выросли на 190 %. Наибольший рост в солнечной энергетике и производстве модулей в США показал Техас, который традиционно был центром нефтегазовой промышленности.

Источник изображения: ember-energy.org

Ветрогенерация показала более скромный рост. Как энергоисточник она по-прежнему превосходит солнечную энергетику вдвое и составляет около 10 % энергетического баланса США; это также, как правило, более дешёвый источник электроэнергии, чем уголь или газ. Спрос на электроэнергию из-за роста энергоэффективности в последние 14 лет демонстрировал стагнацию, но сейчас начал расти — по итогам минувшего года он увеличился на 3 %, и это пятый по величине скачок в XXI веке.

Интерес к разработке большего количества источников электроэнергии по всем направлениям спровоцировали рост энергоёмких центров обработки данных для искусственного интеллекта, криптомайнинг и электромобили. Из-за увеличения спроса в минувшем году на 3,3 % выросла выработка газовых электростанций. Уголь как энергоресурс достиг максимальных показателей в 2007 году, но затем уступил место газу, который добывается методом гидроразрыва пласта. Углеродных выбросов от газовой энергетики меньше, чем от угольной, но первая остаётся мощным источником загрязнения, способствующим изменению климата.

К 2040 году США потребуется дополнительно установить 900 ГВт источников возобновляемой энергии и аккумуляторов, пишут эксперты. Также говорится о 100 ГВт новых газовых мощностей, но это направление не поможет в борьбе с климатическим кризисом. Около 60 % энергетического баланса США до сих пор приходится на ископаемое топливо, но диспозиция меняется быстро: ещё в 2018 году уголь втрое превосходил солнечную и ветровую энергию вместе взятые.

На днях Китайская национальная ядерная корпорация (CNNC) подтвердила верность амбициозному плану зажечь к 2050 году в стране множество «искусственных солнц» — запустить коммерческие электростанции на термоядерной энергии. Для этого ещё 29 декабря 2023 года была создана государственная компания China Fusion Corp, которая собирает инвестиции на проекты и ведёт разработку необходимых технологий.

Модель перспективного термоядерного реактора China Circulation II. Источник изображения: Bloomberg

Информационное агентство Bloomberg со ссылкой на заявление CNNC сообщило, что коммерческая эксплуатация первого проекта по производству электроэнергии может стартовать примерно через пять лет после демонстрационного этапа, который начнется примерно в 2045 году. Очевидно, что на этом пути Китай имеет намерение обогнать США и другие страны по количеству термоядерных реакторов.

Общеизвестно, что управляемый термоядерный синтез очень сложно осуществлять на постоянной основе, и лишь горстке стран, таких как США, Россия и Южная Корея, удалось освоить основы. Считается, что термоядерный синтез несёт с собой относительно мало радиоактивных отходов и обещает достаточно чистую и условно бесконечную энергию.

За прошедший год компания China Fusion привлекла около 1,75 млрд юаней ($240 млн) инвестиций от CNNC и Zhejiang Zheneng Electric Power для создания ультрасовременных реакторов типа токамак, которые используют магнитные поля для удержания и контроля перегретой плазмы. CNNC также планирует в течение следующих пяти лет расширить разработку обычных атомных реакторов (деления) и небольших модульных реакторов, сообщил на брифинге в минувшую пятницу заместитель генерального директора компании Синь Фэн (Xin Feng).

Пока термоядерные реакторы существуют лишь в смелых проектах, Китай намерен наращивать количество обычных АЭС в стране. С 2022 года ежегодно утверждаются к строительству по 10 новых реакторных блоков. Этот темп сохранится как минимум до 2030 года. Это позволит Китаю обогнать США и Францию по общему количеству реакторов в стране и защитит от потенциального дефицита электроэнергии.

Компания Infinix нередко демонстрирует яркие концептуальные устройства, одним из которых стал компактный трёхстворчатый смартфон Zero Series Mini Tri-Fold, способный превращаться в экшн-камеру. Теперь же на выставке MWC 2025 вендор показал смартфон с интегрированной в тыльную часть корпуса солнечной панелью, а также чехол для смартфона, дающий возможность использовать солнечную энергию для подзарядки аккумулятора, и смартфон с встроенной в заднюю часть корпуса панелью E-Ink.

В Infinix эту технологию называют SolarEnergy-Reserving, а её реализация предполагает использование перовскитных солнечных элементов, поскольку такие панели тоньше и дешевле в производстве по сравнению с традиционными кремниевыми солнечными элементами. Вместе с солнечными элементами работает система регулирования напряжения под названием Maximum Power Point Tracking. Идея состоит в том, чтобы максимизировать мощность и одновременно чётко контролировать выделение тепловой энергии, управляя этим процессом.

Нахождение смартфона под палящими солнечными лучами может быть полезным для солнечной панели, но для внутренних компонентов перегрев нежелателен. В нынешнем виде эта технология позволяет поддерживать процесс зарядки мощностью 2 Вт, а её предназначение сводится к восполнению резервного заряда устройства, пока оно не используется.

Смартфон со встроенной в заднюю поверхность солнечной панелью выглядит достаточно понятным устройством, но чехол, вероятно, представляется даже более интересным. Вендор демонстрирует чехол в паре с прототипом смартфона, на боковой панели которого имеется пара контактов, обеспечивающих передачу энергии.

Вместе с этим Infinix показала смартфон второго поколения с встроенной в заднюю крышку панелью E-Ink. В предыдущей версии устройства задняя панель меняла цвет только при подключении к сети. Теперь же она питается от внутреннего аккумулятора и может быть настроена для отображения различных узоров и цветовых оттенков.

Стартап Helion Energy сообщил, что выбрал участок для строительства первой в США термоядерной электростанции. Документы на площадку ещё не подписаны. Для запуска процесса предстоит получить одобрение местной общины, встреча с представителями которой состоится в марте. Разработчик уверен в своём выборе и скорейшем одобрении проекта, поскольку рассчитывает начать строительство уже этим летом.

Источник изображения: Helion Energy

Площадка выбрана в городе Малага, штат Вашингтон. Руководство компании в марте проведёт презентацию проекта и ответит на вопросы представителей общины. Поскольку термоядерные реакторы считаются практически безопасными и производят незначительное количество радиоактивных отходов (и это не отработанное топливо, а преимущественно оболочка рабочей камеры), компания не ожидает сложностей с согласованием. Более того, округ получит дешёвую электроэнергию и дополнительные поступления в бюджет.

Интересно, что выработка электроэнергии реактором Helion рассматривается как приятное дополнение. Главной продукцией синтеза должен стать изотоп гелий-3 — топливо для термоядерных реакторов. Реактор Polaris, прототип которого был завершён в начале осени 2024 года, сможет ежегодно вырабатывать до 20 тонн гелия-3. При этом его электрическая мощность составит 50 МВт, и на её покупку уже заключён контракт с компанией Microsoft. Фактически будущая электростанция в Малаге будет обслуживать серверы этого технологического гиганта.

Компания Helion Energy смело смотрит в будущее и уверена, что сможет реализовать проект в 30-х годах. Конструкция реактора Polaris (это уже восьмой прототип) — одна из самых уникальных и новаторских. Для съёма энергии планируется использовать эффект электромагнитной индукции: динамика плазмы в магнитном поле внутри реактора будет воздействовать на магнитное поле внешних магнитов, генерируя электричество во внешних обмотках. Никаких тепловых съёмников и турбин — всё максимально просто, компактно и с минимальным количеством узлов.

На этих инновациях Helion Energy собрала миллиарды инвестиций. Только в январе 2025 года компания привлекла очередной пакет финансирования в размере $425 млн. По итогам нового раунда капитализация Helion выросла до $5,245 млрд. Успешная компания верит в себя и в свои технологии и заражает этой уверенностью партнёров.

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

Источник изображения: Quidnet Energy

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

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

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

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

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

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

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

Источник изображения: Hydrostor

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

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

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

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

Молодая европейская компания Proxima Fusion представила проект термоядерного реактора Stellaris, запуск которого обещает осуществить в течение ближайших шести лет. Компанию организовали физики, ранее работавшие над проектом немецкого стеллатора Wendelstein 7-X. Имея за плечами годы работы в сфере термоядерных реакторов, они уверены в скором успехе, обещая добиться положительной термоядерной реакции уже в 2031 году.

Источник изображений: Proxima Fusion

По словам разработчика, Stellaris станет первой в мире реализацией интегрированной концепции коммерческой термоядерной электростанции, рассчитанной на непрерывную и надёжную работу. Подробно о проекте компания рассказала в свежей статье, опубликованной в журнале Fusion Engineering and Design. В основе проекта лежит передовая вычислительная оптимизация конструкции реактора (включая работу ИИ и нейросетей), высокотемпературные сверхпроводящие (HTS) магниты и квазиизодинамическая (QI) технология стелларатора, что в совокупности приближает термоядерную энергетику к этапу коммерциализации.

Проект Stellaris основан на результатах исследовательского эксперимента Wendelstein 7-X (W7-X) в Германии — самого продвинутого в мире прототипа стелларатора QI, который создал Институт физики плазмы Макса Планка при поддержке Федерального правительства Германии и ЕС. Стоимость проекта составила более €1,3 млрд (около $1,4 млрд).

С помощью прототипа стелларатора Alpha («Альфа») компания Proxima Fusion готова продемонстрировать чистую энергию термоядерного синтеза к 2031 году. В интервью EE Times генеральный директор Proxima Fusion Франческо Скиортино (Francesco Sciortino) отметил, что в течение следующего десятилетия будет проложен чёткий путь к термоядерному синтезу в энергосистеме, что позволит обеспечить энергетическую безопасность Европы и удовлетворить потребности мира в энергии.

Стелларатор и токамак — это одни из старейших и наиболее изученных типов термоядерных установок, каждая из которых представляет собой разновидность реализации термоядерного синтеза с магнитным удержанием. В стеллараторах и токамаках используются мощные магниты, создающие сильное магнитное поле, которое удерживает горячую плазму в определённой конфигурации.

В токамаке применяется симметричная тороидальная вакуумная камера, окружённая магнитными катушками. Важную роль играет также электрический ток, протекающий внутри плазмы и создающий дополнительное магнитное поле. В стеллараторах используется другой подход: удержание плазмы обеспечивается исключительно внешними катушками, без необходимости индуцирования тока внутри самой плазмы. Исторически это достигалось с помощью сложных изогнутых магнитов, что и являлось основной технической сложностью стеллараторов.

В то же время стеллараторы обеспечивают значительно больше степеней свободы и, по сравнению с токамаками, позволяют добиться высокой оптимизации. Хотя на сегодняшний день токамаки лидируют в области термоядерной энергетики, успешное создание стелларатора Stellaris, если Proxima Fusion сдержит обещания, ознаменует начало новой эры в развитии термоядерных технологий.

В компании подчёркивают, что разработка современных стеллараторов во многом зависит от вычислительной оптимизации, которая позволяет быстрее вносить изменения в проект ещё до начала строительства. Proxima Fusion фильтрует возможные концепции проектирования и создаёт суррогатные модели для тестирования с использованием современных методов, включая нейронные сети, основанные на физических законах, и другие технологии машинного обучения.

Такой подход ускоряет разработку, позволяя эффективно исследовать несколько конструкций параллельно. Тем не менее, оптимизация стеллараторов остаётся сложной междисциплинарной задачей, требующей учёта множества факторов в области науки, компьютерного моделирования и физики плазмы. Для достижения наилучших результатов в производстве термоядерной энергии необходимо тщательно анализировать научные и технические компромиссы, что представляет собой серьёзный вызов.

Во многом компактность будущей установки Stellaris будет обеспечена высокотемпературными сверхпроводящими магнитами (HTS). Это станет ключевым нововведением, повышающим эффективность и уменьшающим габариты реактора. Благодаря более мощным магнитным полям HTS-технология позволит значительно сократить размеры установки. Кроме того, по данным Proxima Fusion, HTS-магниты обладают большей стабильностью и менее чувствительны к температурным колебаниям по сравнению с низкотемпературными сверхпроводниками. Это упрощает требования к криогенным условиям и снижает энергопотребление системы.

Чтобы в течение следующего десятилетия внедрить термоядерную энергетику в энергосистему, компания Proxima Fusion активно ищет финансирование, партнёров и работает над получением разрешений от регулирующих органов. К 2027 году компания намерена завершить проектирование «Альфы» — первого в мире термоядерного устройства, демонстрирующего коэффициент Q>1 (чистую выработку энергии) в стабильном состоянии. В настоящее время ведётся сбор средств для создания прототипа модели Stellaris.

Группа исследователей из Китая разработала технологию, которая позволит восстанавливать ёмкость старых литий-ионных аккумуляторных батарей за счёт добавления в них новых порций лития. Такой подход позволит существенно продлить срок службы батарей, но на данном этапе технология применима только в промышленных масштабах, например, в системах хранения энергии.

Источник изображений: techspot.com

На старение литий-ионных аккумуляторов влияет несколько факторов, включая увеличение межфазного слоя твердотельного электролита на аноде, который поглощает ионы лития и увеличивает сопротивление. Со временем к этому прибавляется деградация электродов и разрушение электролита, что в целом приводит к снижению ёмкости батареи.

Обычно проблема изношенных аккумуляторов решается их заменой. Однако китайские учёные применили иной подход к этому вопросу. Они задействовали алгоритм на базе искусственного интеллекта и законы органической химии для создания специального литийсодержащего соединения, которое высвобождает литий при попадании в батарею с определённым напряжением.

Используя эту технологию, учёные сумели почти полностью восстановить ёмкость сильно деградировавшей литий-железо-фосфатной батареи, потерявшей 15 % ёмкости. В целом же, учёные считают, что разработанная ими технология потенциально позволит увеличить срок службы аккумуляторов на 12-16 тыс. циклов зарядки и разрядки.

Однако здесь не обошлось без нюансов. Например, технология добавления лития применима только к батареям определённой конструкции, которая позволит закачивать литийсодержащее вещество. Также непонятно, будет ли технология актуальна для потребительских литий-ионных аккумуляторов, поскольку они имеют несколько другой химический состав, чем промышленные батареи.

Тем не менее, для крупномасштабных систем хранения энергии, где максимальная отдача от дорогостоящих батарей очень важна, возможность продления срока службы аккумуляторов за счёт добавления лития, вероятно, не только сократит расходы, но и сделает такие системы более экологичными. Более детальная информация об исследовании китайских учёных опубликована в журнале Nature.

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

Геотермальная электростанция Google. Источник изображения: Google

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

Источник изображения: China Energy Storage

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

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

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

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

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

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

Около 30 лет назад было обнаружено, что объекты во Вселенной разлетаются с ускорением. Что-то невидимое заставляло галактики уноситься прочь друг от друга, если они не были связаны гравитацией. Это определили, изучая вспышки сверхновых типа Ia, которые из-за своей предсказуемой яркости назвали стандартными свечами. Они позволяют точно определить расстояния до взрывающихся звёзд, но, как оказалось, яркость «свечей» может давать сбой, и сейчас учёные это исправляют.

Источник изображения: ИИ-генерация DALL·E/3DNews

В обзоре Zwicky Transient Facility (ZTF) учёные исследовали 3628 взрывающихся белых карликов. Часть из них под влиянием обстоятельств и среды может превращаться в сверхновые типа Ia. Сам по себе белый карлик не превратится в сверхновую — это ядро умершей звезды, сбросившей оболочку. Оно будет тлеть, пока совсем не остынет, на что уйдут миллиарды лет. Однако примерно 50 % белых карликов (как и других звёзд во Вселенной) рождаются и умирают в двойных системах. И тогда возможны варианты.

Если обе звезды в системе одногодки и примерно равны по массе, то уже после их смерти белые карлики могут сблизиться и слиться. В зависимости от массы останков распухший белый карлик либо схлопнется под собственной массой в нейтронную звезду, либо, если масса останков превысит определённый предел, вспыхнет сверхновой типа Ia. Очевидно, что это будет несколько иная сверхновая Ia, чем та, которая могла бы взорваться после смерти одной звезды.

Похожая ситуация возникает в случае двойной системы, состоящей из белого карлика и ещё не погибшего красного гиганта или другой близкой звезды. Белый карлик будет притягивать массу соседки и, если накопит достаточно вещества, вспыхнет сверхновой типа Ia. И это тоже будет не совсем та сверхновая, которую принято считать стандартной свечой.

Таким образом, взрывы белых карликов вносят долю неопределённости в то, что на самом деле наблюдают астрономы. Сценариев таких взрывов может быть много, что затрудняет точные расчёты и поиск механизма тёмной энергии. Новый обзор, в котором взрывы белых карликов за последние пять лет прошли всесторонний анализ и классификацию, поможет учёным по-новому взглянуть на стандартные свечи — сверхновые типа Ia. Данные выложены в открытый доступ и ждут своих исследователей.