Энергия и элементы питания

Солнечная электростанция в окрестностях Лас-Вегаса, генерирующая энергию даже ночью

Консалтинговая фирма Lazard в своём 10-м годовом отчёте показала, что ветровая и солнечная электроэнергия стала дешевле, чем электроэнергия из других источников, в том числе традиционных — даже без государственного субсидирования. Эти данные также подтверждаются анализом лаборатории Беркли по солнечной и ветровой энергетике.

Отчёт был составлен на основе нормированной стоимости электроэнергии (Levelized Cost Of Energy, LCOE), учитывающей себестоимость производства электроэнергии с учётом всех затрат (стоимости постройки, расходов на содержание зданий и сооружений, стоимости топлива) на протяжении всего жизненного цикла электростанции. Такой подход позволяет объективно сравнивать себестоимость энергии для различных способов её получения.

Инженеры из Вашингтонского университета (США) разработали сотовый телефон, который работает без встроенного источника энергии (то есть без батареи). Он получает необходимые 3,48 микроватта (максимум) по радио со вспомогательной радиостанции, которая находится на расстоянии до 9,4 м. Если же присутствует источник света, то дополнительную энергию дают фотоэлементы, за счёт чего можно удалиться от базовой станции на 15,2 м.

Исследователи считают, что их работа станет первым шагом к созданию полноценного мобильного телефона без батарей, который сможет работать даже в отсутствие вспомогательной радиостанции. В конце концов, в городском пространстве и так очень много излучений, которые можно превращать в электричество.

Источник: Getty Images

У Илона Маска, главы Tesla Inc. и нескольких других организаций, масса различных проектов. Здесь и электромобили, и солнечные батареи, плюс аккумуляторные системы PowerWall для дома и бизнеса. Плюс тоннели для автомобилей, плюс скоростные поезда, плюс… Да много всего. На днях Маск объявил о реализации еще одного проекта — создании крупнейшей в мире литиево-ионной аккумуляторной системы, которую планируют установить в Южной Австралии.

Основная задача участников проекта — вовсе не взятие очередного рекорда, а помощь региону. Дело в том, что в Южной Австралии довольно часто случаются перебои с поставками электроэнергии. Основной фактор, который влияет на стабильность поставок — это погода. Для того, чтобы решить эту проблему, Маск решил создать в Австралии накопитель энергии, который будет служить резервным источником для тысяч домохозяйств в случае очередного блэкаута.

После полутора лет работы группа Team FAST из 35 студентов Технического университета Эйндховена (Нидерланды) готова показать результат своего труда — проект электроавтобуса с увеличенным запасом хода за счёт модуля Range-Extender (REX) на муравьиной (метановой) кислоте. Демонстрация автобуса состоится 6 июля 2017 года (ещё можно зарегистрироваться для участия, если вы будете в Эйндховене).

На иллюстрации показано компьютерное изображение автобуса с прицепом. Это первый в мире автобус, способный работать на жидкой муравьиной кислоте. Хотя муравьиную кислоту сегодня синтезируют искусственным способом, но теоретически её можно получать из возобновляемых источников. Например, из крапивы, муравьёв и медуз. Достаточно просто вскипятить муравьёв в сосуде с водой и пропустить пар через жидкость — получится слабый раствор муравьиной кислоты, именно таким способом это вещество открыл в 17 веке английский химик Джон Рей. Как вариант, можно настоять муравьёв на спирту. То есть это экологически чистое топливо из возобновляемого источника — муравьёв.

Считается, что альтернативная энергетика, включая солнечные батареи, гораздо «чище» традиционной. Все эти теплоэлектростанции, АЭС представляют определенную опасность для окружающей среды. Специалисты из некоммерческой организации Environmental Progress (EP) утверждают, что с фотоэлементами тоже не все так хорошо, как принято считать. На днях опубликованы результаты исследований, проведенных EP, где говорится, что солнечные батареи — источник опасных отходов с содержанием большого количества таких элементов, как свинец, хром, кадмий. В то же время вышедшие из строя фотоэлементы отправляют на свалку без должной утилизации, где процесс их разрушения никто не контролирует.

Справедливости ради нужно сказать, что сама эта организация ратует за более активное использование АЭС для получения энергии. Источники финансирования Environmental Progress (EP) не раскрывает. Руководитель организации считает, что о вреде АЭС говорят много, а вот о том, насколько опасными могут быть фотоэлементы, никто не знает. «Мы часто обсуждаем опасность ядерных отходов, но за ними осуществляется тщательный контроль, все это четко регулируется», — сказал Майкл Шелленбергер (Michael Shellenberger), руководитель EP.

Одна из крупнейших в мире солнечных электростанций Topaz Solar Farm на равнине Карризо в Калифорнийской долине, примерно в 160 км к северо-западу от Лос-Анджелеса, генерирует энергии достаточно для полного снабжения 500-тысячного города. Фото: НАСА

Очередной регион мира столкнулся с избытком электричества из-за большого количества солнечных батарей и безоблачной летней погоды. На этот раз такая беда произошла в Калифорнии. В этом штате так много солнечных электростанций и так мало мощностей для накопления сгенерированной электроэнергии, что приходится останавливать электростанции или отдавать лишнюю энергию в соседние штаты по отрицательной цене, то есть приплачивать за её использование, лишь избежать перегрузки своих сетей.

Многие домохозяйства и предприятия разных стран устанавливают у себя солнечные батареи. Это, конечно, выгоднее всего делать там, где уровень инсоляции выгоден, хотя в некоторых случаях фотоэлементы стоит устанавливать и в других регионах. Владельцы домов и квартир ставят у себя солнечные батареи для того, чтобы меньше зависеть от поставок энергии в энергосети и, конечно, экономить на оплате счетов. Правда, полностью перейти на самообеспечение электричеством получается не у многих. Существуют дома, владельцы которых обходятся лишь фотоэлементами/биогазом/ветряками и не потребляют электричество из общей сети.

Тенденция отключения становится все более заметной, и это может негативно сказаться на энергетической промышленности. Многие энергокомпании уже задумываются, что делать, если клиенты начнут массово отказываться от их услуг. Если бы это произошло, то многие из них просто разорились бы. Аналитики стараются следить за динамикой развития этой ситуации с тем, чтобы предсказать, что будет в дальнейшем.

Пыль и частицы, находящиеся в воздухе, могут нанести ущерб способности генерировать солнечными батареями столько энергии, сколько они могут, [исходя из технических параметров — прим. переводчика]. Профессор инженерных наук Университета Дьюка Майкл Бергин сказал: «Мои коллеги из Индии демонстрировали мне некоторые из своих фотоэлектрических установок, установленных на крыше, и я был потрясен тем, насколько грязны панели. Я думал, что грязь должна повлиять на эффективность солнечных панелей, но не было никаких исследований, оценивающих эти потери. Поэтому мы собрали сравнительную модель, чтобы сделать именно это».

Самое радостное событие для ученого – когда его научные разработки доходят до стадии промышленного производства. Хотим поделиться нашей радостью: российский разработчик систем хранения и накопления электроэнергии ООО «ТЭЭМП» (входит в группу компаний «Ренова») запустил в г. Химки Московской области производство высокоэффективных суперконденсаторов и модулей на их основе. Ежегодно новое предприятие сможет производить до 200 тысяч суперконденсаторных ячеек. Разработкой электролитов для суперконденсаторов занимался Национальный исследовательский технологический университет «МИСиС» – один из ключевых партнеров компании «ТЭЭМП».


Система стартерного пуска на основе суперконденсаторов ТЭЭМП

У традиционных аккумуляторов (свинцово-кислотных, литий-ионных и т. д.), несмотря на все их достоинства, есть один серьезный недостаток. Они способны аккумулировать большое количество энергии, но этот процесс требует долгого времени; соответственно, и разрядиться мгновенно они не способны. Кто-то удачно сравнил аккумуляторы с бутылкой с узким горлышком: воды войдет много, но чтобы залить или вылить – придется подождать. Меж тем в современном мире все чаще требуются аккумуляторы, умеющие мгновенно заряжаться и разряжаться. Они получили название суперконденсаторов, и если традиционные аккумуляторы сравнивают с бутылками, то суперконденсаторы – это стаканы. При сравнительно меньшей емкости они способны практически мгновенно аккумулировать большое количество энергии и столь же стремительно отдавать накопленный заряд.

После статьи о краткосрочных перспективах “сланцев” я бы хотел продолжить путешествие в будущее: когда же нефть уйдёт на покой? Чтобы говорить о столь далёком будущем имеет смысл обратиться уже к тому как происходят системные переходы и распространения инноваций.

Скорость распространения инноваций

В фильме “Матрица” есть эпизод, где Морфеус философствует о том, что виртуальный мир подчиняется собственным законам, кардинально отличающимся от законов реального мира. И сегодня это видно как никогда: в цифровом мире концепции и продукты расцветают и умирают за считанные годы, иногда дни. Например, дневная аудитория игры “Pokemon Go” за две недели достигла половины уровня твиттера, Фейсбук за пять лет охватил 10% мирового населения, а компания Майкрософт силой перевела сотню миллионов пользователей c Windows 7 на Windows 10 изменив механизмы обновления. Вследствие этого создаётся ложное впечатление, что быстр и весь остальной мир — со дня на день планета заполнится электромобилями, солнечными панелями и биткоинами.

Год назад компания Microsoft хвасталась, что самым энергоэффективным браузером под Windows 10 является Microsoft Edge. Компания разработала собственный тест, включающий в себя открытие сайтов, прокрутку статей, просмотр видео, открытие новых вкладок для каждой задачи. Затем тест со списком стандартных задач запускали в каждом браузере под Windows 10, открывая список популярных сайтов: Facebook, Google, YouTube, Amazon, Wikipedia и др. Выяснилось, что энергопотребление Edge в милливаттах на 36-53% меньше в сравнении с Chrome, Opera (в режиме энергосбережения) и Firefox. Это дало основание Microsoft демонстрировать пользователям Chrome такие «советы», как на скриншоте выше. Мол, Chrome быстро опустошает ваш аккумулятор, лучше перейдите на Edge, чтобы работать на ноутбуке дольше.

Уже почти три года назад я делал статью про биогазовые исследования, которые мы проводили в Томске. Статья в то время вызвала значительный интерес и даже сейчас мне на почту приходят письма с просьбой подробней рассказать об этой технологии и перспективах её практического внедрения. Мы не бросили развивать эту тему, накопилось много интересных мыслей и новостей, о которых хочется рассказать, поэтому заинтересованных милости просим под кат.

Шельфовая ветровая электростанция Sheringham Shoal, Великобритания

Критики альтернативной энергетики часто говорят, что она развивается только благодаря государственным субсидиям и налоговым льготам. Себестоимость «зелёной» энергии выше, чем традиционной, получаемой от сжигания углеводородов и расщепления атомных ядер. До недавнего времени так и было. Но правда в том, что альтернативная энергетика становится более рентабельной с каждым годом. Сейчас европейская ветровая энергетика приближается к важному рубежу: планируются три новых ветровые станции на прибрежном шельфе, которые впервые будут построены без государственных субсидий.

Привет geektimes.

В предыдущей части рассказывалось о тестировании литиевых батарей для хранения электроэнергии. В одном из комментариев был вопрос об использовании ионисторов для хранения запасенной энергии. Стало интересно проверить, как это работает.

Конечно, параметры ионисторов можно найти в даташите и посчитать все что надо. Но так не интересно, куда интереснее померять самостоятельно. Для этого на ebay была заказана плата с длинным названием 6Pcs Farad Capacitor 2.7V 500F with Protection Board.



Как это работает, подробности под катом.

Человечество много раз меняло свою энергетическую парадигму, изначально потребляемая энергия была только в виде пищи: ягоды, фрукты, бизоны и так далее. Затем человек сменил чернику с мамонтами на более удобные и мощные источники энергии: древесина, уголь, нефть, ядерная энергия. Каждый переход длился десятки и сотни лет и ставил очередные гигаватты на службу человечеству — в домах стало тепло, появилось откуда подзарядить смартфон и миллионы людей бороздят широкие просторы лесов, полей и рек на автомобилях и поездах. Тем не менее, вопрос канет ли в лету текущий энергетический уклад не стоит — непонятны лишь сроки когда это произойдёт.

Энергетическое подразделение агентства “Блумберг” на днях опубликовало свои ежегодные прогнозы для возобновляемой энергетики, которая претендует стать новым энергетическим укладом. Ниже график распределения производства электроэнергии в зависимости от источника:



Чёрным цветом отмечена доля электрогенерация на ископаемом топливе — уголь, газ и небольшая доля нефти. Серым — ядерная и гидроэнергетика. Тёмно-синим возобновляемая энергетика (ВИЭ) — солнечная и ветряная.

Сотрудники Центра энергоэффективности НИТУ «МИСиС» разработали экономичный и быстрый способ изготавливать материал, из которого делаются высокоэффективные термоэлектрические генераторы для космических аппаратов. Такой материал способен напрямую преобразовывать тепловую энергию в электрическую. Статья с результатами работы вышла в Journal of Materials Chemistry A.


Руководитель Центра энергоэффективности НИТУ «МИСиС», д.ф.-м.н., профессор Владимир Васильевич Ховайло.

Эффект преобразования тепловой энергии в электрическую обнаружил ещё в 1821 году немецкий физик Томас Зеебек. Однако технологии, позволяющие использовать эффект Зеебека в промышленных масштабах, до сих пор далеки от совершенства — человечество только учится создавать термоэлектрические материалы, и большинство разработок ещё не вышли из стен лаборатории. Тем не менее, термоэлектрические материалы

Многие страны довольно давно провозгласили курс на изменение энергетической инфраструктуры. Вместо привычных теплоэлектростанций и АЭС приоритет отдан «зеленой» энергетике, куда входит энергия солнца, ветра, воды, недр планеты, биогаз и т.п. В последние годы довольно часто приходится слышать о рекордах в этой сфере. Некоторые страны полностью переходят на альтернативные источники энергии, в других регионах объемы производства «зеленой» энергии превышают объемы производства традиционной энергии.

В Европе рекордов особенно много, что обусловлено большим количеством ветровых и солнечных энергостанций. Особенно значительны успехи Германии, где та же энергия Солнца и ветра составляет уже около 80% общего объема производства электричества. За последние пару недель вместе с Германией отличились и еще несколько стран. Во многом это обусловлено специфическими погодными условиями — отсутствием облачного покрова в ряде регионов Европы с сильным ветром. И это дало неплохие результаты для энергетики. Так, чиновники Великобритании сообщили о том, что возобновляемые источники впервые дали больше электричества, чем тепловые электростанции, работающие на угле и газе.

Давайте немного порассуждаем об энергии. Уверяю, что это будет интересно — особенно, если вы хотите понимать, откуда берутся все блага нашей цивилизации.

Итак, начнем:

ИЗЛУЧЕНИЕ СОЛНЦА — основной источник энергии на Земле. Его мощность характеризуется солнечной постоянной — количеством энергии, проходящей через площадку единичной площади, перпендикулярную солнечным лучам. На расстоянии в одну астрономическую единицу (то есть на орбите Земли) эта постоянная равна приблизительно 1,37 кВт/м². Проходя сквозь атмосферу Земли, солнечное излучение теряет в энергии примерно 370 Вт/м², и до земной поверхности доходит только 1000 Вт/м². Это, по-прежнему, огромное количество энергии!

Случайно узрел статью с комментариями к ней, и так злость во мне закипела по поводу безграмотности людей в области кислотных (свинцовых в простонародье) аккумуляторов, что не выдержал и решил написать «гикам» (чтобы быть гиком, как оказывается, мало купить дорогой телефон) краткую статью об аккумуляторах. С рассмотрением тех ошибок, которые мне постоянно мусолят глаза и вызывают праведное желание их исправить.

Начнем с названия. Я очень часто вижу что тремя буквами А-К-Б называют все что можно зарядить, абсолютно любой аккумулятор. Особенно тремя буквами люди любят называть аккумуляторы типа Li-ion. На самом-же деле АКБ аббревиатура от Аккумуляторная Кислотная Батарея. Под ними подразумевается лишь один тип аккумулятора — свинцовый кислотный. С современной точки зрения это название вызывает некоторый когнитивный диссонанс т.к. на данный момент значение слова «батарейка» т.е. гальванического элемента который зарядить нельзя перешло на слово «батарея». И получается как будто бы из-за слова «аккумуляторная» это аккумулятор который зарядить можно, а из-за слова «батарея» это как будто батарейка которую зарядить нельзя. В реальности-же батарея — просто цепь гальванических элементов и со словом «батарейка» имеет общий лишь корень.

Далее перейдем к некоторым мифам, а именно главный миф — АКБ для автомобиля имеет некие существенные отличия от АКБ для ИБП. И вот нельзя их применять и там и там.

Даже будучи большим поклонником крутых новых технологий вроде искусственного интеллекта, блокчейн или виртуальной и дополненной реальности, автор признается, что начал уставать от того, что эти технологии забирают весь воздух и славу у множества других классных технологий, разрабатываемых в настоящий момент по всему миру. ИИ уже применяется в искусстве, финансах и здравоохранении, но даже несмотря на неоспоримую полезность этих разработок, шумиха вокруг них становится слишком громкой.

Системные технологии

Проект Blue Origin Джефа Безоса совсем недавно объявил о привлечении своего первого платного клиента в рамках своей кампании по исследованию космоса. Эта новость появилась вскоре после сообщений о том, что Элон Маск предполагает отправить двух клиентов SpaceX в полет вокруг луны. Марк Цукерберг и Присцилла Чан строят школу. Проект Sidewalk Labs от Google преобразует 16 населенных пунктов США в умные города, с применением технологий, улучшающих транспортную и экологическую обстановку. Крупнейшие технологические компании берут заработанные на лайках, кликах и рекламе деньги и направляют их в развитие крупных систем, таких как космос, образование, города и энергия.