Возможности нашей планеты не безграничны. Обдумывая экологический и климатический кризисы, учёные и правительства всё чаще говорят о необходимости перехода к циркулярной экономике. Замкнув циклы применения и переработки различных материалов, можно было бы сократить неблагоприятное воздействие на природу при производстве товаров и добыче полезных ископаемых, а заодно и уменьшить размеры свалок.

Понятно, что одной циркулярной экономикой не обойдёшься. Оборот сырьевых материалов совершается небыстро, и большое значение имеет энергия, которая используется при производстве и утилизации. При этом энергопотоки тоже должны вписываться в рамки, дозволенные природой.

ХВАТИТ ЛИ НАМ ВИЭ?

Европейские учёные задались вопросом: «Доступна ли возобновляемая энергия в количестве, необходимом для поддержания циркулярной экономики, без перегрузки природных систем и нарушения их работы?» Этой проблемой в швейцарском НИИ материаловедения (EMPA) занимается группа Гарольда Дезинга.

Исследователи рассматривают энергообмен внешних оболочек Земли с космосом и ядром планеты. Львиная доля поступающей энергии - это солнечное излучение. В меньшей мере энергию приносит небесная механика, то есть вращение Земли вокруг своей оси и вокруг Солнца. Тем не менее посредством сил тяготения приводятся в движение огромные массы воды, возникают приливы и отливы. Некоторое количество энергии выходит на поверхность планеты изнутри в процессе извержения вулканов и выброса геотермальных вод.

В космос энергия в основном возвращается в виде теплового излучения: в ясную погоду, когда не греет солнце, воздух быстро остывает. Природные системы преобразуют одни потоки возобновляемой энергии в другие. Например, солнечным светом и вращением Земли создаются ветра и осадки (которые наполняют реки), а также сезонный рост биомассы. Все эти энергетические потоки служили только природе... пока человек не заселил плотно Землю и не начал осваивать ВИЭ.

ОТВОД ЭНЕРГОПОТОКОВ

Ветровые и солнечные электростанции (СЭС) тоже могут вызвать изменение климата, если мы переборщим с их количеством. Каким образом? Переходя на ВИЭ, человечество отбирает часть энергии из природных потоков. Например, энергия ветра на первый взгляд может казаться неисчерпаемой, но фактически установлено, что не только соседние турбины, но и ветропарки влияют на работу друг друга, и этот эффект ощущается на расстояниях в десятки километров!

Во внедрении ВИЭ важно остановиться раньше того момента, когда нарушатся естественные процессы. Скажем, солнечные панели лучше монтировать на крышах и фасадах уже имеющихся зданий и сооружений, а не на земле, особенно если для этого потребуется вырубка леса и пострадает биоразнообразие.

Аналогичные пределы есть у процессов производства биотоплива. Чем больше сжигается древесины, тем меньшее её количество доступно в качестве экологически чистого строительного и конструкционного материала. Чем больше площадей занято под посевы технических масличных культур с целью производства биодизеля, тем меньше остаётся земель для естественной растительности, не говоря уже о производстве продуктов питания.

ЛИШЬ МАЛАЯ ТОЛИКА

Чтобы привести различные виды энергии к общему знаменателю, исследователи из EMPA используют электрический эквивалент. В расчётах учтены данные по эффективности тепловых электростанций и объектов ВИЭ-генерации. И созданные в Швейцарии модели показывают, что природе совсем не безразлично, где производится возобновляемая энергия - на гидравлических, ветровых или солнечных электростанциях. Одно дело использовать для электрогенерации энергию Солнца и совсем другое - тепло от сжигания древесины, которая получается из солнечной энергии после долгого ряда преобразований. Почему? Потому что каждое из этих преобразований сопровождается потерями, ограничивающими величину доступной нам энергии.

Результаты расчётов, проведённых в EMPA, поражают воображение: 99,96% энергии, поступающей на Землю от Солнца, требуется природе и сельскому хозяйству, и только 0,04% можно задействовать для генерации «технической» электроэнергии. Впрочем, эта на вид мизерная доля в десять раз превышает сегодняшние потребности человечества.

ПУСТЬ ВЕЗДЕ БУДУТ СЭС!

С учётом потерь на преобразование швейцарские учёные рекомендуют среди объектов ВИЭ-генерации отдать приоритет солнечным электростанциям в сравнении с ветровыми, гидравлическими и тем более тепловыми, которые работают на возобновляемом растительном сырье. Это поможет минимизировать ущерб для природы.

В пустынях можно разместить большие солнечные парки, если, конечно, удастся решить проблемы с передачей энергии в зоны её потребления. Швейцарские учёные считают «пустынную» солнечную генерацию резервом на будущее, когда окажутся исчерпанными более удобные площади.

Потенциал других энергоисточников на порядки ниже потенциала солнечной генерации и в некоторых случаях уже практически полностью задействован (гидрогенерация). Однако ГЭС и гидроаккумулирующие станции играют важную роль в накоплении энергии - процессе, который в исследовании никак не учитывался.

Нельзя сказать, что солнечные электростанции волшебным образом решат проблему электроснабжения с минимальной нагрузкой на окружающую среду. Нужно ещё учесть аспекты доступности сырьевых материалов (например, серебра, из которого изготавливают шины на солнечных панелях, и меди), финансовых ресурсов и человеческого капитала, вопросы технического обслуживания и вывода электростанций из эксплуатации, а также потребность в строительстве распределительных сетей и накопителей энергии.

Ещё один вопрос для проработки - динамика перехода на солнечную энергию, чтобы она смогла достаточно быстро заменить ископаемые виды топлива.

__________________________________

Спасибо за ваши комментарии и лайки. Нам важно, что вы нас читаете.

В четверг администрация Байдена, в рамках амбициозного плана декарбонизации электроэнергетического сектора США к 2035 году, поставила цель сократить стоимость солнечной энергии на 60% в течение следующего десятилетия.

Министерство энергетики заявило, что для того, чтобы энергосистема США с могла полностью перейти на работу на чистой энергии в течение 15 лет, что является ключевым элементом программы Байдена по борьбе с изменением климата, солнечная энергетика должна развиваться в пять раз быстрее, чем сегодня.

В рамках этого проекта, министерство обязалось потратить более 128 миллионов долларов на технологии, включая перовскитные солнечные элементы, которые рассматриваются как многообещающая дешевая альтернатива кремниевым элементам, доминирующим сейчас на рынке. Также будут поддержаны исследования в области теллурида кадмия и технологий концентрирования солнечной энергии.

Часть финансирования будет направлена на продление срока службы существующих фотоэлектрических солнечных электростанций за счет улучшения таких компонентов, как инверторы, кабели и стойки.

«Этот первый всплеск финансирования поможет нам добавить еще более доступную чистую энергию в сеть, создать рабочие места для сообществ по всей стране и ускорит путь к цели президента Байдена по достижению 100% чистой электроэнергии к 2035 году», - сказала министр энергетики США Дженнифер Гранхольм (Jennifer Granholm).

За последнее десятилетие стоимость энергии от солнца упала более чем на 80%, что делает ее конкурентоспособной с установками, работающими на ископаемом топливе. Согласно правительственным данным в настоящее время солнечная энергетика составляет наибольшую долю прироста генерирующих мощностей в Соединенных Штатах.

__________________________________

Спасибо за ваши комментарии и лайки. Нам важно, что вы нас читаете.

В пять раз! Именно во столько раз солнечная энергия стала дешевле за последнее десятилетие. Данные исследовательской некоммерческой организации "Our World in Data" показывают, что средняя стоимость единицы энергии для фотоэлектрической солнечной энергии снизилась с 38 центов за кВт⋅ч в 2010 году до семи центов за кВт⋅ч в 2019 году.

Основатель бизнес-инкубатора Y Combinator Пол Грэм (Paul Graham) написал в Твиттере, что, хотя этот технический прогресс не был таким быстрым, как закон Мура, который гласит, что вычислительная мощность компьютера удваивается примерно каждые два года, он все же представляет собой качественный сдвиг, который может открыть множество неожиданных возможностей.

Создается впечатление, что венчурные инвесторы, такие как Грэм, ищут такие возможности – согласно отчету PwC финансирование на ранних этапах компаний, занимающихся климатическими технологиями, выросло с 418 млн долларов в 2013 году до 16,1 млрд долларов в прошлом году.

Несмотря на впечатляющий рост инвестиций, авторы отчета заключают, что почти 60 млрд долларов венчурного финансирования, которое было потрачено на климатические технологии за последние годы, все еще недостаточно, чтобы соответствовать масштабам климатического кризиса, с которым мы сталкиваемся. Снижение стоимости солнечной энергии само по себе не изменит ситуацию до того, как часы обратного отсчета климата дойдут до нуля.

__________________________________

Спасибо за ваши комментарии и лайки. Нам важно, что вы нас читаете.

В ветровых турбинах между генератором и электрической сетью включается система преобразования мощности, к которой предъявляются весьма серьёзные требования. В частности, она должна сочетаться с механизмом автоматической регулировки поворота лопастей ротора для подстройки под скорость ветра. Это значит, что напряжение и частота на входе системы всё время меняются, но на выходе они должны быть постоянными. Среди прочих требований к системе - компактность, надёжность, устойчивость к перепадам температур и сбоям в электросети и, в идеале, способность накапливать энергию, регулировать частоту и реактивную мощность.

В ветроустановках мегаваттного класса используются преимущественно два вида генераторов: асинхронизированные, известные за рубежом как индукционные генераторы двойного питания (Doubly-Fed Induction Generators - DFIG), и синхронные генераторы с постоянными магнитами.

БЕРЕГИТЕ ИНВЕРТОР!

Асинхронизированные генераторы (о них «Энерговектор» уже рассказывал, см. здесь) хороши тем, что позволяют регулировать не только активную, но и реактивную мощность в энергосети, опровергая бытующее утверждение, будто бы возобновляемые источники энергии не способны стабилизировать энергосистему. Напомним читателям, что такие генераторы в отличие от синхронных содержат в неявнополюсном роторе не одну, а две или три обмотки возбуждения, расположенные под определённым углом друг к другу. Обмотки возбуждения питаются от электронных преобразователей частоты, которые создают в роторе вращающееся магнитное поле, поэтому между частотой сети и скоростью вращения ротора нет жёсткой взаимозависимости. Обороты ротора обычно могут меняться в диапазоне ±30% относительно значения, соответствующего синхронной скорости. Почему всего тридцать процентов? За пределами такого отклонения напряжение возбуждения становится слишком высоким.

Благодаря применению DFIG автоматика ветрогенератора может подстраивать скорость вращения лопастей под переменную силу ветра с целью максимально увеличить выработку. Для этого подстраивается угол поворота лопастей. Генератор, как мы уже отметили, можно задействовать также для регулирования реактивной мощности. Кроме того, мощность электронного преобразователя частоты не превышает трети мощности ветроустановки (отсюда название «схема с частичным преобразованием мощности»), поскольку преобразователь питает обмотки возбуждения генератора, а не нагрузку (см. рис. 1). Это значит, что производитель ветроустановки может сэкономить на силовой электронике.

Помимо замечательных достоинств схема с частичным преобразованием мощности имеет ряд серьёзных недостатков. Во-первых, обязателен механический мультипликатор оборотов, иногда называемый «редуктором наоборот». Во-вторых, контактные кольца и щётки, через которые напряжение с инвертора подаётся на обмотки возбуждения генератора, изнашиваются и периодически требуют замены. В-третьих, колебания напряжения в сети создают на обмотках возбуждения в разы большие наводки, которые могут сжечь выходные каскады инвертора, так что здесь необходимы специальные тиристорные схемы защиты.

НА ПОЛНУЮ КАТУШКУ

Всё большую популярность у производителей ветрогенераторов набирает схема с полным преобразованием мощности (см. рис. 2). В ней используются синхронные генераторы или генераторы с постоянными магнитами либо с короткозамкнутыми обмотками в роторе. В такой системе частота вращения ротора полностью отвязана от частоты сетевого напряжения, что позволяет эффективно эксплуатировать ветроустановку в широком диапазоне скоростей ветра. Благодаря развязке по постоянному току проблемы с напряжением в электрической сети не влияют на генератор и наоборот. Более того, можно обойтись без мультипликатора оборотов, применив в генераторе многополюсный ротор. В такой схеме, кстати, допускается использовать матричные преобразователи частоты, также известные как циклоконверторы.

Недостатки схемы очевидны. Нужны выпрямитель и инвертор, рассчитанные на полную мощность ветроустановки, которые могут быть весьма дорогими и требовать усиленного охлаждения. А для того, чтобы ветрогенератор мог участвовать в регулировании реактивной мощности, его следует снабдить аккумуляторной батареей и специальными управляющими программами.

КИРПИЧИКИ МОЩНОСТИ

При объединении ветроустановок в ветропарк можно сэкономить на трансформаторах, располагаемых в гондолах. Вместо них применяют один общий трансформатор на подстанции, через которую ветропарк выдаёт энергию в общую сеть.

Помимо этого экономически эффективно применение промышленных однофазных инверторов небольшой мощности - они выпускаются большими тиражами, недороги, эффективны, надёжны и легко заменяемы в случае выхода из строя. На рис. 3 показана схема каскадного включения таких инверторных блоков в ветроустановке с непосредственным приводом (без мультипликатора оборотов).

В данном случае низкооборотный генератор с постоянными магнитами в многополюсном роторе имеет множество статорных обмоток. Каждая из них подключена к своему однофазному инвертору. Инверторы синхронизированы между собой так, чтобы получились три фазы, и включены последовательно для повышения напряжения.

Аналогичную схему можно использовать для многоуровневой аппроксимации синусоиды с тем, чтобы повысить качество выходного напряжения (читай: уменьшить величину гармоник) без применения массивных и громоздких низкочастотных фильтров.

ВОЗМОЖНЫ ВАРИАНТЫ

Немало резервов таится в схемах соединения ветроустановок между собой и с внешней сетью. Например, от морского ветропарка, установленного на расстоянии свыше тридцати километров от берега, имеет смысл передавать мощность по высоковольтной линии постоянного тока (HVDC). При этом между ветроустановками можно организовать соединение тоже по линии постоянного тока, но на среднем напряжении (MVDC), см. рис. 4.

В таком случае инверторы и трансформаторы в каждой гондоле исключаются, а на отдельной платформе нужно будет установить трансформатор постоянного тока.

__________________________________

Спасибо за ваши комментарии и лайки. Нам важно, что вы нас читаете.

«Утопии оказались гораздо более осуществимыми, чем казалось раньше. И теперь стоит другой мучительный вопрос: как избежать окончательного их осуществления?» // Николай Бердяев

Создатель обширной отечественной системы наблюдения с распознаванием лиц в режиме реального времени NTechLab намерена внедрить функции «обнаружения агрессии» и «обнаружения насилия». Планируется, что система начнет работать уже в нынешнем году.

NTechLab недавно получила финансирование от правительства и неназванного ближневосточного партнера. Благодаря дополнительному финансированию в размере 15 миллионов долларов, компания рассматривает возможность экспансии на Латинскую Америку, Ближний Восток и Азию.

Однако не стоит забывать, что, когда дело доходит до распознавания агрессии, интерпретация ситуации алгоритмом может иметь высокую погрешность.

Ранее проведенные исследования показали, что распознавание лиц имеет расовые предубеждения и хуже работает с людьми с более темной кожей.

Другое исследование, в котором пытались измерить эмоции на 400 фотографиях игроков НБА, показало, что черные игроки постоянно распознавались системой как более «злые», чем белые.

«До тех пор, пока функция распознавания лиц не оценивает черные и белые лица одинаково, темнокожим людям, возможно, придется преувеличивать свои положительные выражения лица - по сути, больше улыбаться - чтобы уменьшить двусмысленность и потенциально негативные интерпретации со стороны технологии», - написала об исследовании Лорен Рю (Lauren Rhue).

NTechLab создал реальную возможность видеть правду по глазам, предвидеть неприятности и, наконец, возможность предотвратить преступление, вопреки всем оправданиям - все это претендует на создание полного образа счастливого нового мира.

Счастливый новый мир, в котором решение принимает алгоритм.

__________________________________

Спасибо за ваши комментарии и лайки. Нам важно, что вы нас читаете.

На кафедре электронной техники Университета Кёнхи (Южная Корея) создан гибридный термоэлектрический генератор, превращающий низкопотенциальное тепло (30-60 °C) в постоянное напряжение в два этапа. Сначала разница температур между жидкостью и воздухом преобразуется во вращение ленточной петлёй из нитинола (сплава никеля и титана, обладающего памятью формы), которая надета на два шкива. Нижний шкив на четверть опущен в жидкость. Она нагревает ленту, которая, распрямляясь, проворачивает шкив, отчего он постоянно вращается. Массовое соотношение металлов в сплаве подобрано так, чтобы он менял свои состояния при нужных температурах.

Верхний шкив соединён со статическим генератором электроэнергии, в котором задействован трибоэлектрический эффект (электризация фторопласта трением, напряжение снимается через электроды из алюминиевой фольги). Как выяснилось в процессе экспериментов, эффективность системы зависит от разницы температур жидкости и воздуха и от влажности последнего.

По мнению учёных, их изобретение поможет контролировать температуру различного оборудования, не используя батарейных источников питания.

__________________________________

Спасибо за ваши комментарии и лайки. Нам важно, что вы нас читаете.

Новосибирское региональное диспетчерское управление Системного оператора и Группа компаний «Хевел» начали совместные испытания системы накопления электроэнергии на площадке Кош-Агачской СЭС, работающей в составе ЕЭС России.

Система включает ионолитиевую аккумуляторную батарею ёмкостью 580 кВт·ч и преобразователь постоянного тока мощностью 250 кВт. В течение шести суток были проведены опыты по регулированию активной мощности с применением одного накопителя и солнечной электростанции совместно с накопителем. Опробовано регулирование напряжения в энергосистеме. На будущее намечена отработка алгоритмов выравнивания графика нагрузки солнечной электростанции с помощью аккумулятора.

Результаты испытаний будут использованы техническим комитетом 016 «Электроэнергетика» Росстандарта для разработки национальных стандартов, регламентирующих эксплуатацию систем накопления электроэнергии в ЕЭС России.

__________________________________

Спасибо за ваши комментарии и лайки. Нам важно, что вы нас читаете.

Магниты на основе самария и кобальта легко выдерживают высокие рабочие температуры и по силе почти не уступают неодимовым магнитам, но хрупки, что затрудняет их применение в энергетике, аэрокосмической и оборонной отраслях. Мало того, что самариево-кобальтовые магниты могут ломаться из-за нагрузок, но ещё и при их изготовлении получается много брака и отходов.

Учёные из Института критических материалов Лаборатории Эймса при Департаменте энергетики США нашли способ увеличить прочность изготавливаемых магнитов, не меняя ни режимов температурной обработки, ни химического состава используемого материала:

Спекаемая смесь составлена из порошков с частичками двух разных типоразмеров, благодаря чему стойкость материала к изгибу увеличилась на 73% без заметного ухудшения магнитных свойств. Сегодня учёные из Эймса передают свои наработки в компанию Electron Energy Corporation, где будет создан экономичный процесс промышленного производства самариево-кобальтовых магнитов.

__________________________________

Спасибо за ваши комментарии и лайки. Нам важно, что вы нас читаете.

Ocean Infinity в сотрудничестве с Портсмутским университетом, компанией Airborne Robotics и Bentley Telecom разрабатывает автономный парк дронов для инспекции прибрежных ветряных электростанций.

Целью проекта Drone Swarm for Unmanned Inspection of Wind Turbines (Парк Дронов для Инспекции Ветряных Турбин без участия Человека) является создание к 2022 году автономного прибрежного инспекционного парка ветряных электростанций, состоящего из беспилотных дронов и морского роботизированного судна.

Дроны будут подключены с использованием технологии 5G на одном из беспилотных морских судов Ocean Infinity Armada, на котором также будут установлены док-станции для подзарядки аккумуляторов.

Данные будут собираться на платформе, а затем передаваться через спутник для обработки и последующего хранения в Портсмутском университете.

В рамках проекта будет изучаться время зависания и полета, ветровые условия, предотвращение столкновений и энергопотребление бортового оборудования, чтобы определить наиболее эффективную и экономичную конфигурацию парка дронов для проверки всей ветряной электростанции.

По словам партнеров проекта, использование парка дронов потенциально может сократить время проверки с пяти недель до одной недели и сократить расходы на 50%.

«Беспилотное решение не только снизит риск для жизни людей, но и снизит воздействие инспекциями ветряных электростанций на окружающую среду. Суда Armada с низким уровнем выбросов представляют собой альтернативу традиционным судам, выбрасывая на 90% меньше парниковых газов», - сказал менеджер по развитию бизнеса Ocean Infinity Рамзи Линд (Ramsay Lind).

Ожидается, что первая демонстрация проекта состоится этим летом на ветряной электростанции у побережья Эссекса.

Проект стоимостью 1,6 миллион фунтов стерлингов финансируется программой Future Flight Challenge британского агентства исследований и инноваций (UKRI) и фондом Industrial Strategy Challenge Fund.

__________________________________

Спасибо за ваши комментарии и лайки. Нам важно, что вы нас читаете.

Конец двигателей внутреннего сгорания близок для многих марок, входящих в состав Volkswagen Auto Group (VAG). И поскольку массовый переход на электротягу уже начался, некоторые из самых легендарных моделей концерна однажды столкнутся с сокращением. Это событие уже не кажется таким уж фантастическим, поскольку председатель правления Audi Маркус Дюсманн (Markus Duesmann) недавно заявил, что это начало конца для двигателей внутреннего сгорания.

«Планы ЕС по еще более строгому стандарту выбросов Евро-7 представляют собой огромную техническую проблему. И в то же время не приносят большой пользы для окружающей среды. Это крайне ограничивает двигатель внутреннего сгорания, - сказал Дюсманн. - Мы больше не будем разрабатывать новые двигатели внутреннего сгорания, но продолжим адаптировать наши существующие двигатели к новым директивам по выбросам».

Существующая линейка двигателей внутреннего сгорания Audi охватывает широкий диапазон конфигураций и объёмов: от 1,0-литровых трехцилиндровых двигателей до 5,2-литрового десятицилиндрового двигателя. Невозможно предсказать порядок, в котором они вымрут, учитывая насколько непредсказуемыми будут бизнес, экология и правовая среда в следующие два десятилетия, но почти наверняка это случится в скором времени.

Пока Audi смогла адаптировать лишь одну модель для своей линейки электромобилей E-Tron - Q4.

В будущем появятся маленькие «эмоциональные» спортивные электромобили, которые сменят относительно медленно продаваемые модели Audi TT и R8.

__________________________________

Спасибо за ваши комментарии и лайки. Нам важно, что вы нас читаете.