Ванкувер полностью откажется от традиционных источников энергии

newsnet-hi-tech

 

Ванкувер полностью откажется от традиционных источников энергии

 https://sites.google.com/site/newsnethitech/home/tehnoblog

Канадский город Ванкувер взял на себя обязательство работать на 100 процентов только от возобновляемых источников энергии. После голосования городского совета 26 марта в пользу принятия этого проекта город официально объявил, что придерживается экологической политики, в конце прошлой недели на конференции ICLEI World Conference 2015 в Сеуле, Южная Корея.

Так Ванкувер пополнил список из более чем 50 городов по всему миру, которые взяли на себя обязательство отказаться от традиционных источников энергии в пользу солнечной энергии и энергии ветра. Весь город будет отапливаться, освещаться и охлаждаться только от экологически чистых технологий.

В настоящее время 32 процента энергетических потребностей Ванкувера обеспечиваются из возобновляемых источников. Сотрудникам городского совета была поставлена задача определить, сколько потребуется времени для полного перехода на возобновляемые источники, и они дали ответ – цель будет достигнута между 2030 и 2035 годами. Только чтобы адаптировать канадское метро под новые источники питания, потребуется 9,5 млрд канадских долларов. Подсчет расходов на модернизацию остальной инфраструктуры пока ведется.

Первоначально идею полностью перейти на возобновляемые источники энергии выдвинул мэр Ванкувера Грегор Робертсон (Gregor Robertson). Идея пришлась горожанам по душе, и они объявили о своей поддержке власти города в этом вопросе. Так Ванкувер решил идти «зеленой» тропой, в то время как многие области Канады по-прежнему придерживаются традиционных источников энергии. Возможно, пример Ванкувера вдохновит их в дальнейшем на изменение консерваторских взглядов.

Представлена алюминий-ионная батарея

14.04.2015

Создана первая алюминиевая батарея, превосходящая по всем показателям литий-ионные аккумуляторы

Ученые из Стэнфорда смогли создать батарею с огромным числом циклов заряда, безопасную для потребителей, при этом гнущуюся и быстрозаряжаемую.

 

Разработка представляет собой первый высокопроизводительный алюминиевый аккумулятор, который может быстро заряжаться, долго работать и при этом является недорогим. Также исследователи говорят о том, что новая технология значительно безопаснее большинства существующих коммерческих батарей широкого использования на рынке. 

Алюминий-ионная батарея состоит из двух электродов: анода из алюминия с отрицательным зарядом и катода — с положительным. Разработчики говорят, что проблема с материалом для катода была решена методом перебора. Выбор пал на несколько типов графитовых материалов. В экспериментальной батарее ученые помещают алюминиевый анод и графитовый катод, наряду с ионным жидким электролитом, внутрь гибкой полимерной оболочки. В качестве электролита выступает соляной раствор.

Аккумулятор не подвержен возгоранию даже после ее физического разрушения: «Наша новая батарея не будет загораться, даже если вы ее просверлите… батарея даже продолжит работать некоторое время». Ученые говорят о возможности заряда аккумулятора за 60 секунд, тысячи циклов (7500, если верить создателям) без потери емкости и одной из главных особенностей — работоспособность батареи не нарушается при изгибе. Это закладывает огромный потенциал для создания гнущихся по всей плоскости смартфонов. 

До сих пор алюминиевые аккумуляторы в лабораторных условиях работали не дольше 100 циклов. Ученые долгое время не могли подобрать материал для катода, который мог бы выдержать многократный заряд/разряд в алюминиевой батарее

Алюминий намного дешевле лития, а значит появляется возможность создании дешевых и долговечных аккумуляторов для электромобилей, домашних систем хранения  энергии, электростанций на альтернативных источниках энергии. Расчеты показывают, что алюминиевые аккумуляторы могут выдержать десятки тысяч циклов заряд/разряд, так что, возможно, действительно идет речь о долгожданном прорыве в области хранения электроэнергии.

Процесс зарядки занимает около ОДНОЙ минуты! В отличие от ранних разработок алюминий-ионных батарей, чей ресурс работы был ограничен примерно сотней циклов перезарядки, прототип батареи, разработанной в Стэнфордском университете, рассчитан более чем на 7500 циклов без потери ее энергетической емкости. А это примерно в 7-10 раз больше, чем ресурс среднестатистической литий-ионной батареи.

Алюминий-ионные батареи в текущем состоянии способны производить напряжение в 2 В, в отличие от литий-ионных батарей, способных обеспечивать напряжение в 3,6 В. Помимо этого, плотность энергии алюминиевых ячеек пока составляет 140 Ватт*часов/кг, когда в случае литий-ионного носителя этот показатель может превышать 250 Ватт*часов /кг.

«Улучшение катодного материала может поспособствовать увеличению мощности и плотности хранимой энергии. Во всем остальном наша новая батарея имеет все, что нужно для батареи-мечты: недорогие электроды, высокий уровень безопасности, быстрая зарядка, гибкость и высокая продолжительность работы. И все это я уже вижу даже в раннем прототипе. Перспективы действительно выглядят впечатляюще».

 

«Прорыв» в ядерной энергетике

5 апреля 2015 г.

Началось строительство экспериментального завода по производству топлива для первого в мире опытного реактора на быстрых нейтронах с тяжелым жидкометаллическим теплоносителем. Проект получил название «Прорыв».

Утверждается, что он станет настоящим открытием для всего мира и изменит будущее энергетики. Отработанное ядерное топливо будет перерабатываться в «таблетки», на которых и работает прорывной российский реактор. О начале строительства завода было объявлено в Томске заместителем генерального директора Госкорпорации «Росатом» Вячеславом Першуковым в рамках пленарного заседания Всероссийского форума молодых ученых U-NOVUS. 

«Что касается инновационных проектов, это создание новой формы атомной энергетики на быстрых реакторах с замыканием топливного цикла. И реализуем мы этот проект в Томске, на СХК. И мы уже его начинаем реализовывать на уровне капитального строительства, это началось буквально несколько дней назад», — заявил Вячеслав Першуков.

Завод по производству новейшего топлива планируется запустить в 2017 году, чтобы к пуску реактора «БРЕСТ-300» уже была готова первая загрузка нового топлива. «БРЕСТ» должен начать работу в 2020 году. И уже в 2022 году будет запущен модуль переработки топлива для формирования безотходной технологии и замкнутого цикла. 

 

Обычные реакторы работают на низкообогащенном уране – после них остается множество ядерных отходов, которые представляют серьезную экологическую проблему, а эффективность реактора далека от идеала. В мире уже 345 000 тонн ядерных отходов, в том числе 110 000 тонн в США. В то же время технологии переработки есть только у России и Франции.

«БРЕСТ-300» представляет собой ядерный реактор замкнутого типа четвертого поколения. Он позволяет осуществлять безотходную выработку ядерной энергии. И это в полном смысле мирный атом – при наличии такого реактора невозможно создать ядерное оружие, так что его можно поставлять и на экспорт. А топлива для него уже припасено достаточно: по словам доктора физико-математических наук А. Крюкова, за 60 лет работы АЭС у нас уже накопилось топлива для переработки на несколько сотен лет.

Завод в Томской области как раз и предназначен для переработки ядерных отходов в специальные «таблетки», пригодные для сжигания в реакторе «БРЕСТ-300». Все это осуществляется в рамках беспрецедентного в мировой практике проекта «Прорыв». Если заверения российских специалистов верны, то «Прорыв» способен решить ряд важнейших мировых проблем: от хранения ядерных отходов до грядущего энергетического кризиса.

 

Помимо замкнутого цикла переработки российский реактор нового поколения обладает и беспрецедентным уровнем безопасности. Аварии даже критического уровня диверсионного происхождения с разрушением здания реактора, крышки его корпуса не могут привести к радиоактивному выбросу, требующему эвакуации населения и появления на долгие годы отчужденных участков территории, вроде печально известного Чернобыля.

 

 

Отрасль возобновляемой энергетики в США в 2014 году совершила революцию: стоимость электроэнергии, выработанной с помощью возобновляемых источников, в ряде случаев стала ниже полученной на традиционных газовых и угольных электростанциях. И это без учета господдержки.

Как говорится в отчете инвестиционной компании Lazard, за последние пять лет в США нормированная стоимость электроэнергии (LCOE), получаемой в ветропарках, снизилась на 58%. Цена «солнечного» электричества упала еще больше - на 78%. В настоящее время средняя стоимость 1 МВтч, вырабатываемого на СЭС, составляет 56 долларов (5,6 цента за кВтч), на ВЭС - 14 долларов. Это с учетом государственных субсидий. Без них стоимость солнечной электроэнергии доходит до 72 долларов за МВтч, ветровой - до 37 долларов. Цена электроэнергии, получаемой на газовых и угольных станциях, в последние пять лет практически не менялась и составляет 61 доллар и 66 долларов за МВтч соответственно. То есть даже без субсидий ветровая энергия стала почти вдвое дешевле традиционной.

Нормированная стоимость электроэнергии (LCOE, Levelized Cost of Electricity) - средняя расчетная себестоимость производства электроэнергии в течение всего жизненного цикла генерирующего объекта. Она включает учет различных аспектов - первоначальные инвестиции, стоимость эксплуатации и обслуживания электростанции, цена топлива и стоимость капитала - и используется для сравнения затрат на производство из различных источников.

Снизить себестоимость электроэнергии, генерируемой ВИЭ, удалось за счет удешевления технологий и новых подходов к финансированию и эксплуатации объектов. Свою роль в увеличении распространенности возобновляемых источников, а значит, снижения цены энергии за счет эффекта масштаба, сыграли субсидии. В США в последние годы действовал крайне выгодный налоговый кредит для генерации на базе ВИЭ. Дальнейшая судьба этого вида субсидирования сегодня бурно обсуждается между компаниями сектора и федеральными властями.

В США уже заключены крупные контракты на поставку «зеленой» энергии по крайне низким ценам. Как сообщает New York Times, техасская компания Austin Energy весной этого года подписала 20-летний контракт на поставку солнечной электроэнергии с ценой менее 5 центов за кВтч. Власти Оклахомы одобрили соглашение о приобретении электроэнергии нового ветропарка, которое позволит покупателям сэкономить около 50 млн долларов по сравнению с закупкой энергии у традиционных источников. Там же, в Оклахоме, крупнейшая американская энергокомпания American Electric Power утроила объем закупки энергии от ветропарков на фоне низких цен, сложившихся в последнее время. И это при том, что Оклахома, в отличие от многих других штатов, не требует от компаний, продающих электроэнергию потребителям, иметь долю «зеленой» энергии в своих поставках - то есть решение AEP было продиктовано исключительно экономической логикой.

Дешевеет не только «большая» возобновляемая электроэнергетика. К примеру, так называемая солнечная энергетика на крышах (Rooftop solar PV - фотоэлектрические панели небольшой мощности, размещаемые частными потребителями на крышах зданий) уже достигла сетевого паритета в 10 штатах США из 50, а в остальных, по прогнозам аналитиков Deutsche Bank, доберется до этого показателя максимум в 2016 году. Не удивительно, что только в 2013 году американцы установили на своих крышах 1 ГВт солнечных панелей, а к 2016 году их совокупная мощность вырастет в шесть раз.

Сетевой паритет - термин, используемый в возобновляемой энергетике, который означает, что стоимость «зеленой» электроэнергии в сети сравнялась с ценой традиционной энергии.

Возобновляемая энергетика успешно конкурирует с традиционной уже во многих странах мира, говорят эксперты. США в числе первых стран, в которых солнечная энергетика достигла сетевого паритета. В этом же списке ЮАР, Италия. Это явление обусловлено огромными объемами ввода солнечной генерации в этих странах, что оказывает влияние на снижение издержек на производство оборудования и строительство самих объектов. Сетевой паритет, по оценкам Deutsche Bank, также достигнут в Индии, а в 2015-2016 годах, как ожидается, будет достигнут в большинстве районов Китая, который, к слову, на конец 2014 года ввел в строй 28 ГВт солнечной генерации. Ветропарки на суше достигнут сетевого паритета в течение нескольких лет, а морские ВЭС - в 2020-х годах, прогнозирует Siemens Wind Power.

США планирует к 2050 году получать до 35% электричества от ветра

 

Администрация Обамы заявила, что ветряная энергетика к 2050 году может давать до 35% электричества страны. Об этом говорится в отчете Министерства энергетики США, передают Вести Экономики.

«Ветряная энергетика остается одним из лучших решений Америки, которое позволяет получать недорогую, возобновляемую энергию с низким уровнем загрязнения. При этом растет количество рынков, на которых ветряная энергетика может стать самым дешевым источником доступной энергии», – отмечается в документе.

Сейчас ветряная энергетика генерирует 4,5% электричества, однако ожидается, что этот показатель вырастет более чем в два раза и к 2020 году составит 10%. Еще во время президентского срока Джорджа Буша обещалось достигнуть 20% ветряной энергии к 2030 году.

Как отмечает администрация, благодаря усовершенствованным технологиям ветряная энергетика стала более надежным и дешевым источником, что привело к тому, что она стала более быстрыми темпами распространяться по всей стране. Тем самым рост использования ветряной энергетики приведет к положительному эффекту в сфере экологии и экономики. Это приведет к сокращению выбросов СО2, а также к росту рабочих мест в строительстве ветряных ферм и других объектов сопутствующей инфраструктуры.

Помимо прочего, в отчете дается прогноз, что стоимость ветряной энергии может снизиться на 37% к 2050 году, при этом экономия среди потребителей составит млрд. в год к тому времени.

«Шелковые» батареи смогут работать в пять раз дольше обычных

Возможный путь улучшения характеристик Литий-ионных батарей предложили ученые из Пекинского технологического института — авторы статьи, вышедшей 11 марта в журнале ACS Nano. Имиразработан высокоэффективный и экологичный материал, способный заменить графит в электродах литий-ионных батарей.

Чуаньбао Цао (Chuanbao Cao) и его коллеги по институтскому центру исследования материалов нашли способ обработки натурального шелка, позволяющий получать пористую структуру, состоящую из углеродных нанолистов, легированных азотом.

Испытания показали, что такой материал способен поглощать в пять раз больше лития, чем графит, что является важнейшим результатом для увеличения емкости батарей. Исследователи уже создали образцы батарей и суперконденсаторов с применением нового материала. Ёмкость полученных образцов составила 1865 мА·ч/г против 372 мА·ч/г у стандартных изделий.

Помимо этого, прототип «шелкового» электрода продемонстрировал прекрасную стабильность.  После более 10 тыс. циклов перезарядки его емкость уменьшилась лишь на 9%.

Авторы успешно встроили свой материал в прототипы батарей и суперконденсаторов. Применявшийся для этого одноэтапный технологический процесс, по их утверждению, может быть легко адаптирован к условиям крупномасштабного производства.

 

Китай в 2014 году увеличил выработку солнечной энергии на 200%

 

В 2014 году в Китае были сданы в эксплуатацию новые солнечные установки общей мощностью 10,6 ГВт, что составило около одной четверти мирового показателя. В том числе начали работать солнечные электростанции мощностью 8,55 ГВт и распределенные солнечные установки мощностью 2,05 ГВт. Общая выработка электроэнергии действующих в Китае солнечных установок в годовом исчислении увеличилась более чем на 200 процентов и достигла почти 25000 ГВт*ч. Об этом сообщил представитель Государственного управления по делам энергетики Китая Лян Чжипэн.

В 2014 году солнечная энергетика получила в Китае стабильное и планомерное развитие. К концу 2014 года общая мощность действующих в стране солнечных установок достигла 28 ГВт при увеличении на 60 процентов. В том числе мощность солнечных электростанций составила 23,38 ГВт, а мощность распределенных солнечных установок выросла до 4,67 ГВт, также сообщил Лян Чжипэн.

Лян Чжипэн также назвал некоторые проблемы, которые предстоит разрешить для дальнейшего развития солнечной энергетики в Китае. Согласно намеченной цели, в 2015 году в стране постараются сдать в эксплуатацию новые солнечные установки мощностью 15 ГВт, сообщил он.

 

Город Берлингтон в США полностью перешел на возобновляемые источники энергии

 

Самый крупный город в штате Вермонт, Берлингтон, официально стал первым городом в США, использующим исключительно энергию из возобновляемых источников. Ветряные, солнечные и гидроэлектрические установки, более того, дают переизбыток энергии в сравнении с тем, сколько потребляют горожане.

По словам президента Burlington Electric Кена Нолана, переход на «зеленую» энергетику позволит городу в будущем сэкономить более 20 миллионов долларов за 20 лет, при этом цены на электричество для жителей повышаться не будут. Они не повышались уже с 2009 года именно благодаря инновационному подходу к энергетике.

Около трети всей энергии в городе производится от сжигания биомассы, которая в основном состоит из древесных отходов со всего Вермонта. Пятая часть идет от ветряных турбин и солнечных батарей, но основным источником является вода. Течение реки вращает огромные подземные турбины, которые генерируют электричество. Пример Берлингтона доказывает, что применение возобновляемой энергии не только возможно, но и необходимо в массовом порядке.

 

VW увеличит пробег электромобилей и подключаемых гибридов благодаря инвестиции в QuantumScape

VW значительно увеличит диапазон пробега электромобилей и подключаемых гибридов благодаря инвестиции в батарейный стартап QuantumScape. Их твердотельные батареи, как говорят, предлагают огромные преимущества в удельной ёмкости и безопасности.

Подробностей не много, но, согласно неназванным источникам Bloomberg, VW Америка купил пять процентов акций QuantumScape (и имеет возможность повысить свою долю). Технология может "более чем в три раза" увеличить диапазон пробега электромобилей и подключаемых гибридов VW, Porsche и Audi уже к середине 2015 года.

Бывшие исследователи из Стэнфордского университета начали проект QuantumScape в 2010 году. На сайте QuantumScape ничего нет, кроме какой-то контактной информации, но GigaOm отмечает, что QuantumScape запатентовал технологию "полностью электронной батареи" в Стэнфорде несколько лет назад.

Это, конечно, звучит удивительно - совершенно новый класс электрических накопителей энергии для электрических транспортных средств, которые имеет потенциал, чтобы обеспечить плотность сверхвысокой энергии и мощности, с чрезвычайно продолжительным сроком службы. "Полностью электронная батарея" хранит энергию движущихся электронов, а не ионов, и используетэлектронно - дырочный окислительно - восстановительный потенциал вместо емкостной поляризации двойного слоя. В случае успеха, этот проект будет развиваться в совершенно новую парадигму хранения энергии для электрифицированных транспортных средств и может революционизировать различные отрасли транспорта.

 

Технология Enevate HD-Energy Technology многократно повышает энергетическую плотность литий-ионных аккумуляторов

Компания Enevate представила разработку в области литиево-ионных аккумуляторов. По словам разработчика, технология HD-Energy Technology позволяет за счет использования нового материала анода с преобладанием кремния значительно увеличить энергетическую плотность аккумуляторов по сравнению с широко распространенными аккумуляторами с графитовым анодом.

Энергетическая плотность графитового анода равна 372 мАч/г. Технология HD-Energy Technology, ставшая итогом нескольких лет исследований, уже позволяет получить в четыре раза более высокую энергетическую плотность, а в перспективе позволит выпускать аккумуляторы с энергетической плотностью анода до 4200 мАч/г.

 

Аноды из нового материала получаются гибкими и сохраняющими форму. Их основой служит микроматрица из композита на основе кремния, который на 100% участвует в реакциях. Собственно, за счет исключения пассивных участков анода и удалось столь радикально повысить энергетическую плотность. Кроме того, для элементов, изготовленных специалистами Enevate, характерно очень низкое внутреннее сопротивление, вдвое меньшее, чем у графитовых. Разработчик отмечает, что новые аккумуляторы соответствуют принятым нормам безопасности.

Важно, что технология готова для массового производства, в отличие от альтернатив, в которых используются кремниевые нанопровода или наночастицы, сложные и дорогие в производстве (еще один альтернативный подход — с добавлением оксида кремния в графитовый анод — не дает должного прироста энергетической плотности). Более того, производители могут использовать в новых батареях существующие катоды, разделители и электролиты, что упрощает внедрение разработки.

Enevate специализируется на создании литий-ионных батарей для смартфонов, планшетных компьютеров, сверхтонких и гибридных ноутбуков, носимых устройств. Её продукты отличаются высокой ёмкостью при небольших габаритных размерах, что обеспечивает длительное время автономной работы карманным устройствам. Как отметил один из авторов разработки, профессор материаловедения Техасского университета в Остине доктор Джон Гудинаф (Goodenough), технология HD-Energy является практичной, технологичной (легко внедряется в производство) и может быть сравнительно недорогой.

 

Новый рекорд эффективности солнечных панелей

Новый мировой рекорд по преобразованию солнечного света в электричество был установлен в Европе, благодаря солнечным панелям, разработанным совместными усилиями французской и немецкой компаний. Новая планка эффективности теперь составляет 46%, по сравнению с прошлым рекордом в 43,6%.

Этот рекорд был достигнут с помощью четырехконтактной ячейки, разработанной французскими компаниями Soitec и CEA-Leti совместно с Институтом Фраунгофера по изучению солнечной энергии в Германии. Институт Фраунгофера основан в городе Фрайбург, является крупнейшим научно-исследовательским институтом солнечной энергии в Европе.

Продукт представлен в качестве одного из линейки нового поколения мульти-контактных солнечных батарей, разработанных специально для концентраторных фотоэлектрических электростанций, и ожидается, что эффективность солнечных элементов достигнет отметки 50% под концентрированными солнечными лучами.

Мульти-контактные солнечные ячейки основаны на многокомпонентных полупроводниках группы III-V. Ячейка, поставившая мировой рекорд, является четырехконтактной и преобразует в электричество солнечное излучение в диапазоне волн длиной от 300 до 1750 нанометров. Будучи установленными в концентраторные фотоэлектрические системы, каждая маленькая ячейка оснащается линзой Френеля, которая концентрирует солнечный свет на ячейке. Рекорд был поставлен при степени концентрации солнечного света равной 508. 

«Для производства солнечных элементов нового поколения уже установлены новые линии во Франции. Они используют наши технологии по нанесению и соединению слоев, а над оптимизацией процесса трудится более 25 инженеров и техников», сообщила Жаклин Васселин (Jocelyne Wasselin), вице-президент департамента Развития Солнечных Элементов французской компании Soitec.

 

 

В начале мая 2014 года представители гонконгского венчурного фонда Deep Knowledge Ventures, специализирующегося на инвестициях в биотехнологии, объявили о том, что в их совете директоров ожидается пополнение. Но на этот раз кресло займёт не человек, а искусственный интеллект.

Он получил название VITAL (Validating Investment Tool for Advancing Life Sciences). Алгоритм был разработан крупной командой биоинформатиков, работающих в британском агентстве Aging Analytics. Это агентство специализируется на постоянном анализе рынка регенеративной медицины и биогеронтологии — исследованиях старения. Эксперты Aging Analytics много лет консультируют инвесторов, заинтересованных в финансировании науки, но теперь количество проектов возросло и имеющейся команды стало не хватать. Поэтому учёные создали VITAL — первый алгоритм, работающий с огромной базой данных о рынке регенеративной медицины. Как утверждают разработчики, в этом и состоит его принципиальное отличие от аналогов — в узкой специализации. Искусственный интеллект просматривает базу данных обо всех проектах, институтах, учёных и коммерческих компаниях, задействованных в исследованиях в области регенеративной медицины. Затем он просматривает предысторию каждой переменной этого огромного уравнения и рассчитывает, какова вероятность того, что какой-либо проект будет успешен или же, наоборот, провалится.На основе этих данных инвесторы смогут принять окончательное решение, стоит ли им вкладывать деньги в рассматриваемый проект или нет.

Представители фонда Deep Knowledge Ventures утверждают, что новый член совета директоров позволит им сэкономить миллионы долларов США, которые они могли бы потратить на финансирование заведомо обречённых на провал проектов. В отличие от человека, который полагается в том числе и на интуицию, машина оперирует только логикой. Сочетания этих двух подходов даст идеальную команду, уверены представители фонда.

С помощью Aging Analytics инвесторы Deep Knowledge Ventures уже вложили крупную сумму денег в две компании — Pathway Pharmaceuticals и InSilico Medicine. Обе они занимаются исследованиями в области продления жизни и лечения онкологических заболеваний. Когда закрывался первый раунд инвестирования, VITAL ещё находился в доработке. Однако инвесторы решили проверить, правильное ли они приняли решение, и спросили у искусственного интеллекта, какова вероятность успешного развития этих двух компаний. Алгоритм признал их самыми перспективными стартапами в сфере биогеронтологии.

В дальнейшем каждое инвестиционное решение в фонде будет приниматься только после консультации с VITAL. Как утверждают первопроходцы, это позволит им не только избежать ошибок в анализе рынка и инвестирования, но и не нанимать людей, чью работу способна делать машина.

 

«Квантовые батареи» готовы к массовому производству!

Некая японская компания вдруг заявила, что втихую разработала и подготовила к серийному производству слоистую батарею совершенно нового типа, и это не химический источник тока и не конденсатор. Тем не менее разработка способна накапливать и хранить энергию много лучше традиционных аккумуляторов.

Авторы называют батарею «квантовой», подчёркивая её физическую, а не химическую природу. Одиночная ячейка, уже демонстрировавшаяся разработчиками, представляет собой плёнку из металл-оксид-полупроводниковой структуры n-типа, в которой используются частицы диоксида титана, диоксида олова и оксида цинка, покрытые изолирующей плёнкой. В роли последней могут выступать как органические, так и неорганические изоляторы.

 

Образец нового квантового накопителя энергии в виде тонкой одиночной пластинки

Вместо использования для хранения энергии ионов, слоистая «квантовая батарея» эксплуатирует электроны, только совсем не так, как конденсаторы. Утверждается, что система основана на хранении электронов «в запрещённой зоне» полупроводника.

При производстве структур «металл — оксид — полупроводник» зарядовый слой накопителя облучают ультрафиолетом неназванных параметров. После изготовления, при зарядке, которую можно осуществлять из любых источников, электроны занимают свободные энергические уровни в рабочем материале и хранятся там до тех пор, пока батарею не потребуется разрядить. Таким образом, перед нами перезаряжаемые батареи с очень высокой плотностью хранения энергии. По заявлению компании Micronics Japan Co. Ltd., серийные образцы (обещанные в ближайшем будущем) будут иметь ёмкость до 500 Вт•ч/л и при этом смогут выдавать до 8.000 Вт пиковой мощности на литр объёма.

Это выдающиеся показатели: такие накопители даже при малой ёмкости смогут выдавать большую пиковую мощность, объединяя лучшие черты аккумуляторов и суперконденсаторов. То есть в теории регенеративное торможение с ними удастся использовать много эффективнее, чем в сегодняшних электромобилях и гибридах. При этом, в отличие от суперконденсаторов, напряжение, снимаемое с таких накопителей, не уменьшается по мере их разрядки, до конца оставаясь стабильным.

Кроме того, заявлено, что «квантовая батарея» сможет работать в диапазоне от -25 до +85 °C, а её жизненный цикл достигает 100 тыс. циклов зарядки-разрядки до падения ёмкости ниже 90% от первоначальной. В отличие от прежних вариантов «квантовых батарей», новинка не использует «непростые» и дорогие материалы типа графена, а потому «полностью готова к массовому производству».

В демонстрации нового накопителя использовался лишь один аккумулирующий лист — на подложке из нержавеющей стали толщиной 10 мкм, то есть возможность объединять такие накапливающие элементы в масштабные группы предстоит доказать. Кроме того, разработчики намерены потратить некоторое время на замену стали алюминием, чтобы уменьшить удельную массу новинки.

Безусловно, у концепции в том виде, в котором её анонсирует Micronics Japan, налицо несколько несомненных плюсов. Нехимическая батарея явно не будет пожароопасной. Определённо,способность быстро выдавать и забирать из сети большое количество энергии резко ускорит зарядку таких накопителей. Сама за себя говорит и высокая ёмкость «квантовой батареи»: если производитель сдержит своё слово, она позволит наконец-то удвоить дальность нынешних электромобилей.

Топливные элементы: начало

Твердооксидные топливные элементы Redox Power Systems могут произвести революцию в энергетике.

Компания Redox Power Systems LLC вместе с исследователями из Мэрилендского университета (США) продвигает на рынок PowerSERG 2-80, он же просто «Куб», ибо на вид это действительно куб с габаритами 1×1×1,3 м (д×ш×в). А по сути, это революция.

 

Весит «Куб» 340 кг, имеет мощность 80 кВт (4,25 кг/кВт) и работает на обычном природном газе, то есть может быть установлен везде, где сумеет запуститься обычный напольный газовый котел, с той только разницей, что ему не нужна вытяжная труба, а подвод/отвод воды минимален. 

Разработчики уверяют, что «Куб» будет прекрасно трудиться на метане, пропане (там, где нет трубопроводов и СПГ), солярке и авиационном керосине. При этом шум обещают в 47 дБ на расстоянии в один метр — что чуть тише повседневных звуков обычного тихого двора.

 

Установку предлагается размещать за пределами жилой части помещения (подвал, эксплуатируемая крыша etc.) — из обычных для США соображений газовой безопасности, причём особой защиты от непогоды и дополнительной теплоизоляции не потребуется.

Одна модульная установка в зависимости от цены (и количества пластин) может выдать мощность от 2,5 до 80 кВт без изменения габаритов. Для 80 кВт КПД установки равен 60%, что выше, чем у лучших крупномасштабных комбинированных парогазовых решений, применяемых сегодня в большой энергетике. Кроме того, «Куб» может быть использован для отопления (отводя тепло от охлаждающего контура), что, если верить производителю, даёт общий КПД по тепло- и электрогенерации порядка 80%.

Что внутри? Квадраты со стороной 10 см и толщиной в миллиметр, представляющие собой керамический электролит. Цена? «Благодаря более высокой энергоотдаче на один топливный элементцена будет вдесятеро ниже, чем у нынешних топливных элементов за киловатт мощности», — уверяют разработчики. Ну а начать продажи системы обещают в 2014 году. 

Конкурент в лице Bloom Box Energy Server при мощности каждого «сервера» в 100 кВт стоит по 0–800 тыс., да ещё и весит 11 тонн (110 кг/кВт), а шум даёт (на 1,7 м) в 70 дБ — как автомагистраль! Преимущества PowerSERG 2-80 налицо, и на фоне имеющихся решений в сегменте автономного энергоснабжения это огромное достижение. При одном «но» - если не подкачает стабильность работы. ЕBay, Google, Wal-Mart, FedEx, Coca-Cola, Bank of America уже купили себе Bloom Box Energy Server'ы. До старта запланированных на начало 2014 года продаж PowerSERG 2-80 трудно сказать, будет ли его надёжность выше или ниже, чем у уже действующей системы. Однако меньшая рабочая температура теоретически предполагает более высокую надёжность, а расчётный ресурс конкурентов «равен 10 годам».

Сроки окупаемости системы явно будут существенно ниже: в Калифорнии сейчас киловатт-час стоит порядка 14 центов, в то время как Bloom Box Energy Server даёт электричество за 8–10 центов/кВт·ч, а у её установок электрический КПД равен лишь 50%, а не 60%, как у потенциального мэрилендского конкурента.

Средняя американская семья потребляет 958 кВт·ч в месяц, поэтому один PowerSERG 80 в теории может обеспечить электричеством до 60 домохозяйств. Если заявления мэрилендцев и Redox Power Systems LLC отвечают действительности, их система может здорово выбить из колеи американскую и мировую энергетику уже в ближайшие годы и практически наверняка вызовет живейший интерес у военных.

 

Когда перовскитные фотоэлементы перевернут мир?

Не останавливаясь на плюсах солнечной энергетики, о которых все наслышаны, сразу напомним о минусах: пока она разумна для Сахары и экономически самоистребительна для Германии.

 

Для производства самого перовскитного материала не нужны тысячи градусов и сверхвысокая чистота конечного продукта. (иллюстрации Oxford Photovoltaics.)

Чтобы поправить это, нужно либо поднять эффективность солнечных батарей в несколько раз, при этом не повысив цену, либо удешевить в 10–100 раз, пусть даже ценой падения КПД; главное — перебить нехватку солнечного света в развитых странах. Но есть и третий путь.

Материалы типа хлорид-иодида метиламмония свинца с формулой типа CH3NH3Pb2Cl могут сломать шаблон «либо дорого, либо с низким КПД».

Профессор Мартин Грин (Martin Green) из Университета Нового Южного Уэльса (Австралия), один из ведущих исследователей в области перовскитных солнечных батарей, замечает, что их можно изготавливать «при помощи очень простой и потенциально дешёвой технологии, при том что их эффективность растёт исключительно быстро». И действительно, группа Михаэля Гретцеля, открывшего одноимённые ячейки и затем переключившегося на их перовскитные варианты, недавно добилась от них КПД в 15,4%. Да, это норма для сегодняшних фотоэлементов из кристаллического кремния, но значительно больше, чем у полимерных солнечных батарей или стандартных ячеек Гретцеля. Главное — материал этот «дешёв, как грязь», по словам самого г-на Гретцеля.

Перовскитные материалы имеют сравнительно простую структуру и не нуждаются для своего производства в энергоёмких и сложных процессах: не требуют вакуумных камер и тысячеградусных температур, как кристаллический кремний, или даже сверхвысокой чистоты самого материала. Его ещё и расходуется меньше, поскольку стандартный фотоэлемент на кремнии в толщину имеет 180 мкм, а перовскитные ячейки — всего 1 мкм, то есть по кубометру на квадратный километр площади. Следовательно, они много легче и требуют более дешёвых поддерживающих конструкций, а также без труда могут наноситься на обычные поверхности вроде домовых стен и пр. В итоге оценка стоимости новых фотоэлементов при массовом производстве весьма заманчива: 10-15 центов за ватт мощности при стоимости нынешних фотоэлементов made in China в 50-75 центов за ватт (без установки и поддерживающих рам). Напомним, что для ветротурбин общая стоимость той же единицы установленной мощности превышает доллар, а для ТЭС доходит до полутора.

Наконец, сам г-н Гретцель заявляет, что нет никаких причин, по которым КПД перовскитных ячеек не может вырасти до 20–25% при той же цене, а такая эффективность уже равна лучшим кремниевым достижениям в лабораториях. Мы могли принять его слова за оптимизм первооткрывателя, если бы не факты. Они упрямы: в 2009 году, когда появился первый перовскит-фотоэлемент, 3,5% для них были потолком; в прошлом году рекордом стали 11%; сегодня же зафиксирован показатель в 15,4%. Рост КПД в 4,4 раза за четыре года сопровождался резким увеличением ресурса ячеек, уже сейчас доведённого до уровня обычных массовых аналогов. Причём потенциал роста не исчерпан: материал хорошо проводит заряд — лучше оксида титана, первоначально использовавшегося в ячейках Гретцеля. Электролит в нём твердый, что исключает вероятность замерзания, а перовскитная плёнка на поверхность пористого оксида алюминия (изолятор) наносится обычным накручиванием.

Есть и попытки коммерциализации: Oxford Photovoltaics во главе с Генри Снейтом (Henry Snaith) из Оксфордского университета уже собрала ,4 млн. инвестиций. Учитывая, что оригинальные ячейки Гретцеля на диоксиде титана, несмотря на не столь высокую эффективность, уже коммерциализированы (в том числе на чехлах iPad 'ов), нет оснований сомневаться в неплохом будущем перовскитов. Плёнка перовскитного фотоэлемента может легко наносится на кремниевую солнечную батарею, резко наращивая её КПД, повышая стоимость не более чем на 20%.

Нынешние варианты этого вещества включают некоторое количество свинца. Но не стоит драматизировать: квадратный километр перовскитных фотоэлементов содержит куда меньше свинца, чем аккумуляторы 1 000 легковых автомобилей, да и их утилизация не так сложна.

 

Его можно легко наносить на стекло, что особенно важно сейчас, когда удешевление самих фотоэлементов делает долю несущих их рам и установки всё более значимой.

Нынешние лабораторные успехи требуют массового тиражирования. Вспомним, что сегодня солнечная энергетика удваивается раз в пять лет, и после очередного скачка в 2018 году цена вырабатываемого ею киловатт-часа должна упасть ниже цены паритета с традиционной энергетикой. Кажется, что к 2030 году немецкая решимость переориентировать свою энергетику на Солнце больше не будет выглядеть экономическим самоубийством — в отличие от российской «равнодоходности», которую нам обещают устроить гораздо раньше...

 

Чтобы превращать свет в электричество, перовскиты не нуждаются в дорогих полупроводниках

12 сентября 2013

Новые фотоэлементы способны четырёхкратно удешевить солнечные батареи, считают их разработчики. Физик Генри Снейт (Henry Snaith) из Оксфордского университета (Великобритания) вместе с коллегами едва ли не случайно установил, что фотоэлементы на основе перовскитов типа титаната кальция могут работать много лучше, если им не помогать включением полупроводниковых пузырьков, как это делается сейчас.

Кроме того, новые перовскитные солнечные батареи будут и намного легче кремниевых, то есть не потребуют столь прочных и дорогих рам. (иллюстрации Boshu Zhang, Wong Choon Lim Glenn, Mingzhen Lui.)

Открытие было не просто неожиданным, но и, казалось бы, противоречащим здравому смыслу. Перовскиты — диэлектрики. Несколько лет назад перовскит впервые поместили в фотоэлементы, чтобы собирать фотоны, которые затем нужно было транспортировать внутри солнечной батареи. Согласно общепринятым взглядам, с этим могли справиться только полупроводники. И в самом деле, заряд в фотоэлементах переносят экситоны, пары электрон — дырка, свободно передвигающиеся именно по полупроводникам. Чтобы облегчить задачу, полупроводники с перовскитами, когда их впервые сделали (2009 год), были выполнены в виде пузырьковых наноструктур, в которых перовскит окружён полупроводниковыми слоями. В прошлом году ситуация сдвинулась: команда Генри Снейта экспериментально выяснила, что если перовскит окружить вместо полупроводника изолятором, то экситоны, которым некуда деваться, вполне прилично двигаются по перовскиту сами. Иными словами, диэлектрик обернулся самым настоящим и неплохим полупроводником.

И вот теперь группа г-на Снейта сделала и вовсе сногсшибательное заявление: будет ещё лучше, если... убрать изолятор и оставить в фотоэлементе только титанат кальция, и ничего кроме. Вся эта пузырьковая наноструктура оказалась вообще лишней: покрывая поверхность тонким слоем перовскита с помощью обычного химического парофазного осаждения, удалось получить не менее эффективный фотоэлемент. «Начав со сложной наноструктуры, мы свели её к тонкой плёнке, — рассказывает исследователь. — И это изумительно».

Замечательно и то, что КПД этих перовскитных фотоэлементов достиг в лаборатории 15%, то есть, по сути, сравнялся с показателями предшественников со сложными наноструктурами и близко подобрался к сегодняшним массовым кремниевым фотоэлементам. При несравнимо меньшей энергоёмкости производства и стоимости.

Разработчики считают, что при массовом производстве фотоэлементы на основе перовскитов могут стоить в пределах 100 - 150 долларов за киловатт мощности — против 600 долларов у современных кремниевых.

Кстати, с учётом того, что г-н Снейт уже учредил стартап по коммерциализации разработки (ещё прошлого поклонения, со сравнительно сложной структурой), можно не сомневаться, что попытка выхода на рынок с дешёвыми солнечными батареями совсем не за горами.

 

Натрий-ионные аккумуляторы поставили рекорд ёмкости и долговечности

Экспериментальный тип батарей достиг ресурса, пригодного для портативных электронных устройств. Благодаря высокой ёмкости он способен существенно удлинить время их работы от одной зарядки. Исследователи из Сеульского национального университета (Южная Корея) во главе с Йонг Юк Паком (Young-Uk Park) представили новую модификацию натрий-ионных батарей, обладающих весомыми преимуществами перед нынешними литий-ионными разработками.

 

Несмотря на бóльшую ёмкость, натриевые аккумуляторы обычно не рассматриваются как серьёзные игроки на рынке накопителей энергии. Дело в том, что диаметр иона натрия — 1,02 Å, а иона лития — 0,59 Å. Поскольку в процессе зарядки-разрядки ионы должны входить и выходить из удерживающих их структур аккумулятора, вдвое бóльшие ионы значительно сильнее «расшатывают» такие элементы и со временем разрушают их. Поэтому в норме натриевые батареи уже через 50 циклов зарядки-разрядки теряют свыше половины своей ёмкости. Но у них есть и несомненный плюс: ёмкость устройств на столь крупных ионах в теории существенно выше, чем у литиевых, находящихся на конвейере сегодня.

Группа Йонг Юк Пака создала новый катод для натрий-ионных аккумуляторов, который содержит ванадиевые окислительно-восстановительные пары, предохраняющие систему от разрушения и в то же врем позволяющие иметь более высокую, чем обычно, ёмкость. По заявлениям разработчиков, новые аккумуляторы имеют до 600 Вт·ч на килограмм веса, что в 2–5 раз больше, чем у серийных литиевых батарей, присутствующих на рынке сегодня. Кстати, лучший предшествующий натриевый образец располагал 520 Вт·ч/кг.

Что со стабильностью? После 100 циклов зарядки-разрядки ёмкость нового накопителя падает на 5%, однако после этого процесс деградации начинает резко замедляться, и через 500 циклов ёмкость снижается лишь до 85%. Более длительные циклы испытаний ещё только ждут новинку, но уже сейчас показатель сравним с цифрами литиевых батарей предыдущего поколения, и на порядок больше, чем у натриевых предшественников.

Натрий стоит почти в 30 раз меньше, он широко распространен и батареи из него будут куда дешевле литиевых. Причём ресурсы для его добычи есть везде (обычная поваренная соль - хлорид натрия). Следовательно, аккумуляторы для лэптопов и смартфонов на этой основе имеют смысл уже сегодня: при такой ёмкости стандартный ноутбук и смартфон проработают под большой нагрузкой в несколько раз дольше.

 

В июле Германия сгенерировала 5.1 ТВт*ч электричества с помощью энергии Солнца

Германию сложно назвать солнечной страной в отличие от Австралии или Испании, но пример этой европейской страны показывает, что не обязательно строить электростанцию в сердце пустыни Сахара для генерации большого количества экологически чистой энергии с помощью Солнца. В июле 2013 года немцы установили новый мировой рекорд, сгенерировав в общей сложности 5.1 тераватт*часа (5.1 млрд. кВт*ч) электричества благодаря гелиоэнергетике. Примечательно, что в январе этого года все та же Германия установила мировой рекорд в области ветряной энергетики: все ВЭС немцев за месяц сгенерировали 5 млрд. кВт*ч электроэнергии.

Впечатляет и общая установленная мощность гелиоэлектростанций Германии, особенно в расчете на душу населения. В этом плане немцы обходят любое другое государство. В конце 2012 года она достигла 400 МВт солнечных генерирующих мощностей на миллион человек. Это значительно больше, чем у оказавшейся на второй строчке рейтинга Италии с ее 267 МВт на миллион человек, Бельгии (254 МВт на миллион человек), Чехии (204 МВт на 1 млн. жителей) и Греции (143 МВт на миллион человек). США в этом рейтинге оказались лишь на 20 месте с 25 МВт на миллион человек.

Возвращаясь к июльскому рекорду Германии, отметим, что солнечная погода и рост установленной мощности гелиоэлектростанций обернулись тем, что в июле 2013 года в стране было сгенерировано на 42% больше электроэнергии с помощью Солнца, чем в июле 2012 года. Заслуживает внимания и тот факт, что большая часть солнечных генерирующих мощностей Германии распределена по крышам частных домов и коммерческих зданий. Увеличение спроса на солнечные панели и рост конкуренции привели к снижению цены на солнечные батареи. В настоящее время фотоэлектрические панели здесь продаются почти вдвое дешевле, чем в США.