Доля возобновляемых источников в производстве всей электроэнергии в мире достигла рекордного показателя — 33 %. Особенно стремительный рост показали солнечная и ветровая энергия. По прогнозам через 10 лет доминирование ископаемого топлива сойдет на нет.

Источник изображения: Copilot

Согласно недавнему отчету независимого аналитического центра Ember, 2023 год стал поворотным для возобновляемой энергетики. Объемы выработки электроэнергии солнечными электростанциями выросли на 23 %, а ветровыми — на 10 %. В то же время производство электроэнергии с использованием ископаемого топлива, такого как уголь и газ, увеличилось лишь на 0,8 %. Такие темпы роста возобновляемых источников энергии являются беспрецедентными.

Стоит отметить, что ещё в 2000 году на возобновляемые источники приходилось лишь 19 % мирового производства электроэнергии, но за последние два десятилетия ситуация радикально изменилась. Аналитики прогнозируют, что в ближайшие 10 лет мир вступит в новую эру, когда доминирование ископаемого топлива сойдет на нет.

Причины стремительного роста возобновляемой энергетики очевидны. Во-первых, стоимость солнечных панелей и ветряных турбин неуклонно снижается. Во-вторых, все больше стран вводят жесткие экологические нормы, стимулируя развитие «зеленой» энергетики. Наконец, растет общественное давление на правительства и корпорации с требованиями ускорить энергетический переход.

Впрочем, пока рано говорить о тотальном доминировании возобновляемых источников энергии. В 2023 году мировое производство гидроэлектроэнергии упало до пятилетнего минимума, что частично компенсировалось за счет угля и газа. Кроме того, глобальный спрос на электричество продолжает расти примерно на 2 % в год, и чтобы удовлетворить этот спрос исключительно за счет «зеленой» энергетики потребуются колоссальные инвестиции в ветровые и солнечные мощности.

Источник изображения: Ember

Тем не менее, общая тенденция такова — мир неуклонно движется к возобновляемому энергетическому будущему, а согласно прогнозам Ember, в ближайшее десятилетие масштабы использования ископаемого топлива будут неуклонно сокращаться, что приведет к существенному снижению выбросов парниковых газов. И хотя полная декарбонизация энергетики потребует значительных усилий, 2023 год продемонстрировал, что этот процесс необратим.

В отчете Ember собраны данные из 215 различных стран, включая данные по 80 странам, на которые приходится 92 процента мирового спроса на электроэнергию. Также включены данные из 13 географических и экономических регионов, таких как Азия, Африка, ЕС и G7.

Системы накопления энергии в сжатом воздухе — это не новость. Первый такой накопитель заработал в Германии в 1978 году, и он всё ещё в строю. Избыток энергии превращается в сжатый воздух и затем расходуется в обратном направлении через турбины. Израильская компания придумала самый дешёвый вариант установки такого рода. Они предложили закачивать воздух в ёмкости на дне моря, где естественное давление воды будет обеспечивать обратную работу.

Источник изображений: BaroMar

Изюминка проекта компании BaroMar — в максимальной дешевизне установки. Поскольку ёмкости для сжатого воздуха будут находиться в толще воды под её давлением, то накопители могут быть относительно низкого качества из стали или бетона. Для ёмкостей на воздухе требования были бы совсем иные. Чтобы ёмкости не всплывали, разработчики предлагают накрывать их шапкой из насыпи обычной скальной породы. Всё это удешевит проект.

Излишки возобновляемой энергии будут подаваться на компрессор, который будет нагнетать давление в ёмкостях на глубине от 200 до 700 м (20–70 атмосфер). Фишка в том, что ёмкости заполняются водой через односторонние клапаны. Когда воздух нагнетается, вода выталкивается из ёмкостей — система накапливает энергию, а когда воздух надо подать по обратному маршруту на генераторы — ночью или в безветренную погоду, то вода естественным давлением на глубине вытеснит его на поверхность по трубопроводу в установки по производству электрической энергии.

По словам BaroMar, КПД установки составит 70 %. Для системы мощностью 100 МВт ёмкостью 1 ГВт·ч при работе 350 дней в году в течение 20 лет стоимость хранения энергии составит $100 за каждый МВт·ч, тогда как конкурирующие предложения не будут дешевле $131 за МВт·ч.

В настоящий момент компания проектирует демонстратор системы хранения ёмкостью 4 МВт·ч на Кипре. Технические вопросы не единственные, которые придётся решать в процессе реализации демонстратора. Есть вопросы к геологии, экологии и правовым последствиям мероприятия.

Добавим, сегодня самая мощная установка по хранению энергии в сжатом воздухе введена в эксплуатацию в Китае. Это система мощностью 100 МВт ёмкостью 400 МВт·ч. КПД установки достигает 70 %. Чтобы его достичь разработчики создали систему рекуперации тепла. Горячий воздух расширяется и лучше преобразует энергию сжатия в работу генераторов (турбин). Но на его сжатие в процессе закачки в ёмкость под давлением 140 атмосфер также расходуется тепло. Китайцы смогли аккумулировать это тепло и использовать для нагрева в процессе расходования сжатого воздуха, благодаря чему достигли высокого КПД.

Немецкая компания Voodin Blade Technology запустила процесс опытного производства лопастей ветрогенераторов из клеёного бруса. Такие лопасти могут полностью перерабатываться в отличие от современных лопастей из стеклоткани, эпоксидной смолы и углепластика. Лопасти производятся на станках с ЧПУ и по ряду характеристик обещают оказаться лучше синтетических.

Источник изображений: Voodin Blade Technology

Оборудование современных ветроэлектростанций перерабатываются на 85–90 %. Что совершенно не подлежит переработке — это лопасти, произведённые из углепластика, стеклоткани и эпоксидной смолы. Сегодня их свозят на свалки либо закапывают в землю. Со временем эта практика приведёт к проблемам с экологией. Переработка в данном случае очень и очень дорогая, поскольку требует массы химических реактивов, воды и энергии для растворения эпоксидной смолы и последующего изъятия материалов.

Молодая немецкая компания Voodin Blade Technology предлагает разом отказаться от практики использования синтетики при изготовлении лопастей для ветряных турбин. Для доказательства этой концепции они разработали техпроцесс и с его помощью изготовили 9,3-м деревянные лопасти из клеёного бруса. Затем лопасти установили на действующую ветряную турбину в Бреуне, недалеко от города Кассель в Германии.

Одним из преимуществ изготовления лопастей на станках с ЧПУ в компании называют возможность производства лопастей любой формы без необходимости создавать пресс-формы. Лопасти можно производить на месте, где создаётся ветроэлектростанция, снижая воздействие на экологию производства и транспортировки.

Более того, компания утверждает, что клеёный брус более долговечен, чем композитные материалы, которые обычно используют для изготовления лопастей турбин. В частности, соучредитель компании Хорхе Кастильо (Jorge Castillo ) сказал: «За последние два года мы провели сотни лабораторных испытаний, чтобы усовершенствовать материал лопастей. Согласно всем нашим тестам, наши лопасти даже более долговечны, чем существующие лопасти из стеклопластика, поскольку они обладают меньшими усталостными характеристиками и, как доказано, отлично переносят любые погодные условия на суше».

В дополнение к испытаниям прототипа турбины с деревянными лопастями, компания Voodin в настоящее время разрабатывает новые прототипы с лопастями большего размера — 60-м и 80-м.

Гидроаккумулирующие электростанции не являются чем-то новым. Вот только построить их можно далеко не везде. Необходим значительный перепад высот, чтобы в моменты пикой выработки солнечной и ветряной энергетики поднимать воду повыше, а в ночное время и штиль спускать обратно через турбины. Британцы нашли выход — предложили повысить плотность воды за счёт минеральных присадок, что снизит требования к установкам по высоте и объёму.

Источник изображения: RheEnergise

Проект гидроаккумулирующих электростанций на жидкости повышенной плотности разрабатывает компания RheEnergise. На днях она получила разрешение на строительство пилотного объекта мощностью 500 кВт и рассчитывает в течение 2 лет создать установку мощностью 10 МВт. Строительной площадкой станет участок, принадлежащий добывающей компании Sibelco в Корнвуде недалеко от Плимута в графстве Девон, Великобритания. Проект финансируется из бюджета британской программы LoDES по реализации передовых проектов в области возобновляемой энергетики.

Компания RheEnergise создала патентованную минеральную присадку R19, которая превращает воду в тяжёлую пастообразную жидкость. По факту присадка увеличивает плотность воды в 2,5 раза. Это означает, что верхний резервуар для гидроаккумулирующей электростанции можно будет сделать на 40 % меньше, а также необходимо будет поднимать жидкость на высоту на 40 % ниже, чем в случае для гидроаккумулирующих мощностей на основе чистой воды для той же вырабатываемой мощности.

Для строительства гидроаккумулирующих мощностей на воде с присадками подойдут обычные холмы. Только при первичном изучении вопроса в Великобритании обнаружилось до 7000 подходящих площадок, тогда как для гидроаккумулирующих мощностей на основе обычной воды таких мест очень и очень мало. К тому же строительство объекта будет дешевле создания хранилища на основе литиевых аккумуляторов, как говорят разработчики, и износ оборудования тоже будет ниже.

В прошлом году власти Германии начали процесс смягчения правил, облегчающих гражданам самостоятельную установку солнечных панелей на балконах. Но ещё до этого Германия стала европейской страной, где солнечные панели на балконах жилых домов встречаются наиболее часто. К этому привела практика поощрения энергетического перехода, а также создание простого и понятного оборудования как с позиций монтажа без квалификации, так и с точки зрения его подключения.

Источник изображения: Meyer Burger

Установка солнечных панелей на балконах жилых домов является частью обширной программы использования любых поверхностей для фотовольтаики. До недавнего времени жители многоквартирных домов были лишены удовольствия использовать солнечную энергетику для снижения своих счетов за электричество. Установка солнечных мини-ферм на крышах требовала согласования со всеми жильцами, а также услуг квалифицированных монтажников. Также при установке солнечных панелей на крышах необходимо учитывать нагрузки, затенение и архитектурную ценность зданий. Поэтому балконы стали спасением для желающих участвовать в энергетическом переходе.

По данным ассоциации SolarPower Europe, в Германии установлено более 400 000 подключаемых солнечных систем, большинство из которых представляют собой балконные варианты. Сегодня число панелей, разрешённых для установки на одном балконе, ограничено, но власти планируют расширить его до четырёх, что только подстегнёт интерес к таким решениям, ведь добавить всегда проще, чем создать что-то с нуля. Впрочем, даже без этого обновления число балконных установок в Германии быстро растёт и только в первом квартале 2024 года увеличилось на 50 тыс. систем, если не больше.

По данным SolarPower Europe, в Германии на балконах установлено солнечных панелей суммарной мощностью около 200 МВт. При этом на крышах жилых зданий размещено панелей на 16 ГВт. Балконная фотовольтаика удерживает примерно 10 % солнечных мощностей жилого сектора, хотя упрощение процедур установки обещает быстро увеличить её долю. Помогают и субсидии. Например, желающим установить балконную фотоэлектрическую систему предлагается до 500€. Технология окупается примерно через три года, и если батарея прослужит положенные ей 20 лет, то она окупится многократно .

Согласно реестру основных рыночных данных, в Северном Рейне-Вестфалии в настоящее время больше всего подключаемых солнечных систем — более 80 000, за ним следуют Бавария с более чем 60 000 и Нижняя Саксония с более чем 50 000. Солнечные панели удобны для съёмщиков квартир, и это — ещё один аргумент в их пользу. Переезжая на новое место, систему можно забрать с собой. Некоторые опасения возникают с точки зрения безопасности установки панелей на балконы. Как ни крути, а падение 25-кг панели с 10-го этажа способно повлечь за собой множество неприятностей. Но в то же время технологии оттачиваются и наборы «сделай сам» для установки батарей на балконы становятся всё проще и всё надёжнее.

Опыт Германии по эксплуатации балконных солнечных панелей уже готовятся перенимать в Австрии, Франции, Италии, Польше и Люксембурге. В Испании также движутся к этому, но пока дело не вышло на финишную прямую. В Бельгии, напротив, запретили гражданам подключать солнечные панели в домашнюю сеть, опасаясь неконтролируемых скачков энергии. Аналитики считают, что это перебор. Вклад балконных солнечных панелей в энергетику настолько мал, что он никак не скажется на перепадах энергии в распределительной сети.

Согласно планам властей Германии, к 2030 году солнечная энергетика будет обеспечивать не менее 80 % потребностей в электрической энергии в стране. Но пока вне компетенции властей остаются два кричащих вопроса — это производство солнечных панелей в Германии или в ЕС, а также утилизация отработанных панелей.

Исследователи из Линцского университета создали миниатюрный квадрокоптер, который для своего питания использует энергию исключительно от солнечных панелей. Тончайшие лепестки солнечных панелей из перовскита в 40 раз тоньше листа бумаги и вместе с креплением составляют лишь 5 % массы дрона. У них рекордный показатель соотношения вырабатываемой мощности к весу, что обещает появление интересных мобильных решений и гаджетов.

Источник изображения: Nature Energy

Перовскитные солнечные панели имеют большие перспективы в области фотовольтаики. Однако они пока в основном проявляют себя в лабораторных условиях, поскольку крайне чувствительны, например, к влажности. Для защиты экспериментальных солнечных элементов из перовскита учёные из Австрии покрыли их оксидом алюминия, а саму основу нанесли на полимерную плёнку. Общая толщина элемента составила 2,5 мкм, что является отличительной чертой перовскитных материалов.

Всего на небольшом дроне с четырьмя электродвигателями (и винтами) было установлено 24 отдельных модуля, каждый площадью в 1 см². Генерируемой этими элементами энергии оказалось достаточно для приведения в движение роторов и взлёта дрона. КПД панелей не отличался рекордными значениями — он был не выше 20 %. Но важным стал их маленький вес: каждая из ячеек весила чуть меньше 1 мг, а их доля в общем весе дрона была значительно ниже 1 %. Есть также учесть электронику и крепёжные материалы, то даже в этом случае вклад подсистемы питания остается ниже 5 % массы квадрокоптера.

Нехитрые расчёты показывают, что соотношение генерируемой панелями дрона мощности к его массе составляет 44 Вт/г. Для сравнения, обычные солнечные панели из кремния для установки на частных площадках характеризуются соотношением 0,03 Вт/г. Согласитесь, разница есть и она колоссальная. Развитие этой разработки будет встречено с радостью ценителями мобильности во всех её проявлениях.

Примерно год назад американский спутник SSPD-1 впервые передал энергию с орбиты на Землю. Спутниковая платформа Momentus Vigoride российского бизнесмена Михаила Кокорича несла на себе три экспериментальных модуля в области выработки и получения энергии из космоса. Самым значимым из них стал блок по передаче микроволновой энергии с орбиты на наземный приёмник. Это было первое такого рода испытание, и оно увенчалось успехом.

Художественное представление миссии. Источник изображения: Mmdi/Getty Images

Эксперимент стартовал в январе 2023 года. На проведение одних исследований потребовались дни или недели, а другие затянулись на месяцы. Сейчас настал срок первых публикаций по проведённым экспериментам и время узнать интересные подробности.

На платформе Momentus Vigoride были размещены модули DOLCE, ALBA и MAPLE. Самый внушительный из них — это DOLCE. Это система автоматического развёртывания полей солнечных батарей на орбите. В перспективе, если создание солнечных электростанций в космосе для передачи энергии на Землю станет реальностью, солнечные фермы должны разворачиваться самостоятельно из достаточно компактных конструкций, помещающихся в обтекатели ракет. Это будут сегменты со сторонами в сотни метров.

Модуль DOLCE — это лишь первый шаг в этом направлении. Он не несёт солнечных панелей. Это лишь голый каркас со сторонами 1,8 м. Целью эксперимента была проверка способности конструкции развернуться в космосе, а камеры должны были снять этот процесс. Эксперимент признан удачным, а его проведение можно увидеть на видео ниже. В далёком будущем подобные модули будут разворачиваться и дрейфовать по орбите. Они не будут крепиться один к одному. Вместо этого на каждом углу площадки-панели будут установлены двигатели ориентации для выбора лучшего освещения. Сложная система управления будет следить за Солнцем и соседними модулями, чтобы они не перекрывали друг другу свет от звезды и караваном кружили по орбите.

Модуль ALBA представлял собой коллекцию из 32 миниатюрных фотоэлектрических панелей. Что хорошо работает на Земле, может не подойти для открытого космоса, поэтому учёные Калтеха отобрали наиболее перспективные образы для проверки их в условиях космоса в течение года. От части образцов отказались ещё до старта. Например, была идея создавать миниатюрные фотоприемники с линзами, чтобы увеличить сбор солнечного света и повысить мощность фотоприёмников. Но в итоге от этого отказались ввиду необходимости строгой ориентации подобных систем в сторону Солнца.

Крайне перспективными признаны фотопанели из арсенида галлия. Они очень тонкие и при этом высокоэффективные, а вес для космических систем всегда на вес золота. Также они могут быть лучше приспособлены для развёртывания по типу парусов, что важно для автоматических конструкций будущих орбитальных электростанций. Оказался интересен для космоса и перовскит. На Земле он подвержен влаге и быстро теряет свои свойства. В космосе влаги нет, поэтому перовскитные панели меньше подвержены деградации, хотя в открытом пространстве полно других воздействий на материалы.

Эксперимент MAPLE (Microwave Array for Power-transfer Low-orbit Experiment) был центральным в программе испытаний, но он был разбит на две фазы. Во-первых, он продемонстрировал возможность специализированной электроники работать в условиях космоса. Во-вторых, он обеспечил передачу мощности на Землю. Платформа управления должна была суметь поменять прицеливание по передаче энергии с космических объектов на наземные и наоборот. Также в космосе проверялась беспроводная передача энергии, но на короткую дистанцию — от стенки до стенки внутри модуля MAPLE. В отличие от других подобных разработок, созданная в Калтехе платформа отличается компактностью, лёгкостью и гибкостью, что может в будущем изменить подход к космической электронике. Будущие интернет-спутники могут стать многократно легче и дешевле, чем современные спутники сети Starlink, например.

Модуль MAPLE изнутри. Разнесённые пустым пространством приёмник и передатчик энергии и светодиод, подтверждающий передачу энергии. Источник изображения: Caltech

Что касается передачи энергии на Землю в эксперименте MAPLE, то разработчики говорят скорее о регистрации сигнала, чем о передаче мощности. Передающая фазированная антенная решётка была небольшая и поэтому она не могла сфокусировать микроволновый луч на небольшой площади. Сигнал разошёлся по большой площади на Земле, но смог попасть на приёмный антенный комплекс на крыше одного из кампусов Калтеха. Фактически разработчики зафиксировали уровень сигнала, сравнимый со спутниковой передачей, чем подтвердили расчётные характеристики опытной платформы. Это с трудом можно назвать передачей энергии из космоса. Тем не менее, система работала так, как от неё ожидали, а остальное приложится, хотя путь предстоит долгий.

На этой неделе исполнительный вице-президент Европейской комиссии, Маргрете Вестагер (Margrethe Vestager), заявила, что власти ЕС расследуют развёртывание нескольких ветряных электростанций в Испании, Греции, Франции, Румынии и Болгарии. Это сделано для выявления признаков нечестной конкуренции со стороны неназванных китайских производителей, которые своими действиями подрывают рынок возобновляемой энергии в Европейском союзе.

Источник изображения: Pixabay

«Мы начинаем новое расследование в отношении китайских поставщиков ветряных турбин, — сказал Вестагер. — Мы изучаем условия для развития ветряных парков в Испании, Греции, Франции, Румынии и Болгарии».

Ранее стало известно, что аналогичное расследование Брюссель начал в отношении китайских производителей солнечных панелей. В частности, стартовало следствие по тендеру о создании солнечного парка мощностью 110 МВт в Румынии. Выигравших тендер два китайских консорциума подозревают в получении субсидий от властей Китая, что делает их предложение привлекательным, но нечестным.

«Мы в полной мере используем инструменты, которые у нас есть. Но я не могу отделаться от ощущения, что это также игра в прятки. Нам нужно нечто большее, чем индивидуальный подход. Нам нужен системный подход. И он нам нужен, пока не стало слишком поздно, — добавила Вестагер, не предоставив более подробной информации о расследовании. — Мы не можем позволить себе увидеть, как то, что произошло с солнечными панелями, повторится с электромобилями, ветрогенераторами или чипами».

По словам представителя ЕК, цена вопроса не должна стоять во главе угла при выборе того или иного подрядчика. Приоритетными должны быть критерии надёжности, такие как воздействие на окружающую среду, трудовые права, кибербезопасность и защита данных. Именно на это должно ориентироваться в будущих тендерах, выразил своё видение представитель властей.

При этом Вестагер посетовала, что именно этого не хватало в американском Законе о снижении инфляции. Этим законом США фактически обеспечило перенос бизнеса из Европы в Северную Америку. Вместо того, чтобы думать о надёжности, власти США поманили европейских производителей (и не только) долларом. Поэтому, в частности, ЕС вынужден был предоставить европейским производителям субсидии, чтобы те не сбежали в США.

«На мой взгляд, это то, чего не хватало в Законе о снижении инфляции. Привязывая критерии к местному производству вместо надежности, США ограничили потенциальный масштаб для западных производителей. И это вынудило нас отреагировать, разрешив соответствующие субсидии», — сказала она. А ещё летом выборы в Европарламент и катастрофа в области производства материально технического обеспечения в сфере возобновляемой энергетики: европейские компании сектора разоряются и субсидии спасают лишь ограниченный круг бизнесменов.

Накануне Европейская комиссия заявила о начале расследования возможного субсидирования китайских производителей солнечных панелей властями Китая. В случае вскрытия таких фактов, на панели из Поднебесной могут ввести заградительные пошлины, что позволит европейским производителям оставаться в рамках честной конкуренции.

Источник изображения: ИИ-генерация Кандинский 3.0/3DNews

Подозрения о возможном субсидировании частного китайского производственного сектора властями Китая начали появляться после оценки торгов за контракт на строительство и эксплуатацию солнечного парка в Румынии. Контракт выиграли дочки двух китайских корпораций: LONGi Green Energy Technology и Shanghai Electric Group. Как опасаются в Брюсселе, иностранные субсидии могли представить двум консорциумам «неоправданно» конкурентные предложения при проведении торгов. Комиссию это волнует по той причине, что Брюссель будет частично финансировать это проект.

Следует напомнить, что проблема наводнения Европы китайскими солнечными панелями более широкая. Её в принципе невозможно решить на фундаментальном уровне, создав в ЕС конкурентоспособное производство солнечных панелей. Этому помешают дорогие энергоресурсы и отсутствие собственных источников сырья. Поэтому установка заградительных пошлин может стать единственным решением проблемы и, как всегда, за это заплатят граждане ЕС, потому, что солнечная энергетика — это неизбежное и очень недешёвое будущее.

Ранее власти ЕС начали аналогичные расследования в отношении китайских электромобилей и биодизеля. Европейские производители биодизеля открыто говорят, что китайцы сбрасывают в Европу дешёвое биотопливо, не позволяя местным производителям развивать собственные мощности. Китай, кстати, тоже умеет играть в эти игры. Если ЕС не будет покупать электромобили, солнечные панели, биодизель и другие товары по хорошим ценам, то Поднебесная перестанет покупать в Европе коньяк, в отношении импорта которого в Китай в январе 2024 года начато антидемпинговое расследование.

В новом отчете Международного энергетического агентства по программе PVPS (фотоэлектрические системы) сказано, что в Германии первостепенное значение приобретает практика сбора и переработки списанных солнечных панелей. Страна первой начала активно использовать солнечные панели и первой столкнётся с необходимостью их массовой утилизации. К 2030 году объём отходов солнечной энергетики достигнет 1 млн т и это вызов для Германии.

Источник изображения: ИИ-генерация Кандинский 3.0/3DNews

Германия входит в пятёрку ведущих стран по установленной мощности фотоэлектрических систем вместе с Китаем, США, Японией и Индией. Согласно оценке Института систем солнечной энергетики Фраунгофера (ISE), к концу 2020 года в Германии было установлено солнечных панелей общей мощностью около 67 ГВт. Кроме того, с обновлением в 2023 году Закона Германии о возобновляемых источниках энергии целевые показатели расширения производства фотоэлектрических систем были значительно увеличены до совокупной установленной мощности фотоэлектрических систем 215 ГВт в 2030 году и 400 ГВт в 2040 году.

На фоне проблем Австралии с ежегодным объёмом списанных солнечных панелей к 2030 году на уровне 100 тыс. т в год (эквивалент 1,2 ГВт), объёмы Германии на порядок выше. Другое дело, что в этой европейской стране традиционно чуть больше порядка и заводы по переработке списанных солнечных панелей худо-бедно работают. Но этого недостаточно, заявляют в МЭА. Причём нужно не только больше перерабатывающих мощностей (намного больше!), но также большая прозрачность в сборе и управлении отходами и специальное обучение персонала.

Например, сегодня нередка практика, когда списанные солнечные панели свозились на «неподходящие» объекты первичной обработки. Так, на предприятия для переработки солнечных панелей из кремния свозились панели на основе другого сырья. Также, по словам специалистов, система сбора отходов солнечной энергетики «очень сложная». Всё вместе приводит к перерасходу административных ресурсов.

МЭА признаёт, что Германия предприняла шаги для обеспечения надлежащего сбора и вторичной переработки фотоэлектрических модулей, но отмечает необходимость улучшения всего процесса переработки, особенно в части прозрачности объёма отходов фотоэлектрических модулей, процесса возврата и сбора, а также утилизации модулей.

Дело в том, что объёмы собранных и переработанных отходов фотоэлектрических модулей, указанные в официальной статистике, меньше объёма отходов, что приводит к предположению, что значительное количества списанных панелей утилизируется «альтернативными путями», минуя системы переработки. Поэтому важно улучшить отслеживание списанных панелей по всей цепочке предприятий, что можно было бы сделать с помощью разного рода стимулов. Например, обеспечив доставку списанных модулей в пункты сортировки без дополнительных сборов.

В целом, Германия сможет справиться с кризисом утилизации списанных солнечных панелей, если немедленно начнёт совершенствовать и расширять производства по переработке и извлечению ценных составляющих из панелей. Полностью 50-страничный отчёт доступен по ссылке.

Исследователи из Австралийского центра передовой фотовольтаики (ACAP) при Университете Нового Южного Уэльса (UNSW) бьют тревогу. Свежий анализ ситуации с растущим числом отходов от солнечных электростанций грозит скорой катастрофой. Ситуацию может исправить быстрейшее создание сети перерабатывающих заводов в крупнейших городах континента, но пока на это нет денег и воли властей.

Источник изображения: UNSW

Обновлённый прогноз до конца десятилетия показал, что к 2030 году количество отходов от солнечной энергетики достигнет 100 тыс. т в год, что эквивалентно списанию в утиль 1,2 ГВт панелей в год. Ранее прогнозировалось, что проблема начнёт ощутимо расти после 2030 года, что давало время на раскачку. Больше этого запаса нет. Вопрос создания перерабатывающих центров учёные считают первоочередным и безотлагательным. К 2035 году, как следует из нового анализа, ежегодно будет выбрасываться не менее 1 млн т списанных солнечных панелей.

«По прогнозам, более 80 % выведенных к 2030 году из эксплуатации солнечных панелей будут поступать от небольших распределенных фотоэлектрических систем, что связано с более ранней эволюцией австралийского рынка фотоэлектрических систем для жилых помещений», — уточняют эксперты. По прогнозам, около 892 тыс. т солнечных отходов поступят от систем на крышах, а 265 тыс. т — от крупномасштабных солнечных ферм.

«В ближайшие 12 лет нам нужна чётко определенная структура управления, доступные методы сбора данных и новые технологии, чтобы превратить проблему использования солнечных панелей с истёкшим сроком службы в устойчивые бизнес-возможности с положительными экономическими, экологическими и социальными результатами», — добавляют учёные и настоятельно рекомендуют, что уже к 2027 году в Сиднее, Мельбурне, Брисбене, Перте и Аделаиде должны быть созданы и запущены перерабатывающие предприятия.

Сегодня панели проще отвезти на свалку. Это обходится в $2 за панель, тогда как переработка каждой панели будет стоить до $20. Сегодня никто не хочет брать на себя такие расходы и это приведёт к тому, что стоимость списанных панелей к 2035 году превысит $1 млрд.

Параллельно вскрылся факт чудовищного мошенничества властей Австралии с квотами на выбросы парниковых газов. Власти обязались создать лесной массив на площади в 42 млн га, что больше площади Японии. Спутниковые снимки показали, что только 20 % территории можно считать полезными для заявленных целей, но это не мешало властям страны продать квоты на 27 млн т заинтересованным компаниям. Фактически они наживались на продаже несуществующих объёмов поглощения углекислого газа, и этот факт ещё предстоит осмыслить.

Свежие исследования показывают, что гидроэлектростанции недооценили, когда исследовали их воздействие на окружающую среду. Детальный анализ показал, что ГЭС вырабатывают самый вредный из парниковых газов — метан. Вместе с пресноводными водоёмами электростанции ежегодно выбрасывают в воздух 3 млрд т метана из 51 млрд т всех парниковых выбросов. Это те числа, с которыми необходимо считаться и которые необходимо сокращать, пока климат не перешёл черту.

Источник изображения: ИИ-генерация Кандинский 3.0/3DNews

Всем нам известен эффект газировки, когда в герметично закрытой ёмкости мы видим спокойную жидкость. Но стоит взболтать ёмкость или открыть крышку, внутри всё буквально вскипает от выделяющихся из жидкости пузырьков растворённых газов. Такой же процесс происходит на ГЭС при проходе воды через турбины и во время сброса. Растворённый в речной воде или воде из водохранилища метан начинает интенсивно выделяться в атмосферу, когда агрегаты электростанции входят в контакт с водой.

По данным Международного энергетического агентства, метан ответственен примерно за 30 % глобального потепления со времён промышленной революции. Поэтому метану уделено соответствующее внимание в программах краткосрочных действий по борьбе с изменением климата. Около 150 стран присоединились к Глобальному обязательству по метану, целью которого является сокращение к 2030 году выбросов метана в результате деятельности человека на 30 % по сравнению с уровнем 2020 года.

«Примерно через 12 лет метан может окислиться и превратиться в углекислый газ, поэтому, если вы сократите выбросы метана сегодня, вы сможете повлиять на глобальное потепление в течение своей жизни», — сказала Луиза Парлонс Бентата (Louise Parlons Bentata), исполнительный директор и соучредитель Blue Metane.

Компания Blue Metane одна из тех, кто пытается поставить добычу растворённого в воде метана из разных источников на коммерческие рельсы. Ведь если процесс нельзя устранить, его надо возглавить. Растворённый в воде метан — это неископаемое биотопливо. На ГЭС и в озёрах с мёртвой органикой на дне можно обнаружить места и участки, где метан можно отделять с коммерческой выгодой. Именно на это направлена работа многих стартапов.

Сегодня это в основном эксперименты. К сожалению, спутниковая система наблюдения за очагами выделения метана плохо работает, а проводить замеры на месте — это очень дорого. Поэтому пока приходится полагаться на математические модели и искать возможность более точно определять наиболее сильные источники выброса метана. В этом надежда молодых компаний. Борьба с потеплением и возможность использовать метан в качестве биотоплива позволяют рассчитывать на поток инвестиций и, в конечном итоге, на появление зрелой и коммерчески выгодной технологии извлечения метана из воды.

Более того, метана в окружающей нас воде может оказаться ещё больше. Заметные концентрации метана есть в питьевой воде, в водах очистных сооружений (его там оказалось в два раза больше, чем ожидали), в воде рисовых плантаций и везде, где присутствует органика и микробная деятельность без доступа кислорода. Во всех случаях есть участки, где концентрация растворённого метана в воде наивысшая. Пока начались работы по попыткам получать значительные объёмы метана на ГЭС как наиболее простое и лежащее на виду решение. Но это только первый шаг. В борьбе с выбросами метана нельзя останавливаться.

Немецкое коммунальное предприятие Westfalen Weser сообщило о планах построить аккумуляторное хранилище энергии мощностью 120 МВт и ёмкостью 280 МВт·ч. Местом для создания хранилища выбрана бывшая атомная электростанция в Вюргассене в земле Северный Рейн-Вестфалия. Ранее для этих целей использовались в основном бывшие угольные электростанции. Об использование АЭС как площадки для размещения массивов аккумуляторов заявлено впервые.

Источник изображения: ИИ-генерация Кандинский 3.0/3DNews

Бывшие электростанции — угольные, атомные или другие — это практически идеальное место для создания аккумуляторных хранилищ энергии. Для этого есть уже созданная инфраструктура, подведены ЛЭП, имеются все основные лицензии. Уникальным для Германии стало сочетание таких факторов, как массовая остановка и вывод из эксплуатации АЭС в совокупности с развёртыванием электростанций на возобновляемой энергии. И было бы странно не воспользоваться открывающимися возможностями.

Атомная электростанция в Вюргассене мощностью 1912 МВт была остановлена в 1994 году. Её коммерческая эксплуатация стартовала в 1975 году. Реактору было всего 19 лет, когда его заглушили. Он не проработал и половины положенного срока. Топливные сборки и другое радиоактивное оборудование давно демонтированы. Землю под аккумуляторный проект компания Westfalen Weser получила от местных органов самоуправления на этой неделе.

Завершение строительства запланировано на вторую половину 2026 года, а общий объем инвестиций составит около €92 млн ($99,6 млн). «Мы инвестируем в накопление энергии, чтобы обеспечить безопасное и эффективное электроснабжение, поскольку производство энергии из возобновляемых источников продолжает расти», — сказал Юрген Нох (Jürgen Noch), управляющий директор муниципального предприятия.

Согласно представлениям компании, спрос на возобновляемую энергию, а также системы её хранения и распределения будет неуклонно расти. В частности, ожидается, что ёмкость аккумуляторных батарей в регионе Оствестфален-Липпе увеличится более чем в 12 раз и составит около 1 ГВт·ч, поскольку страна продолжает наращивать аккумуляторный парк.

Недавний анализ Института солнечной энергетики Фраунгофера показывает, что установленная база аккумуляторных батарей почти удвоилась в прошлом году, увеличившись с 4,4 ГВт / 6,5 ГВт·ч к концу 2022 года до 7,6 ГВт / 11,2 ГВт·ч к концу 2023 года. Институт заявил, что потребности в хранении энергии в Германии возрастут к 2030 году до более чем 130 ГВт·ч.

Ещё одна крупномасштабная система хранения планируется на площадке бывшей атомной электростанции в немецкой земле Шлезвиг-Гольштейн. PreussenElektra и её материнская компания E.ON намерены в конечном итоге разработать хранилище на 800 МВт / 1600 МВт·ч, что сделает его крупнейшим в Европе хранилищем энергии на аккумуляторных батареях. Заявка на создание хранилища на АЭС в Брокдорфе была подана в 2017 году. Электростанция прекратила работу 31 декабря 2021 года.

Процесс испарения влаги на нашей планете никогда не прекращается, что делает идею производства электричества с помощью этого процесса весьма ценной. Вода везде: в водоёмах, растениях и в воздухе. Осталось только изучить процесс во всех тонкостях и использовать полученные знания. Первый шаг в этом направлении сделали учёные из Лозанны. Они создали экспериментальную платформу для изучения «гидровольтаики».

Источник изображения: scitechdaily.com

Платформа представляет собой наноразмерные вертикально расположенные кремниевые стержни. Между стержнями образуются каналы, по которым жидкость, подчиняясь капиллярному эффекту и испарению, пассивно поднимается к поверхности. На поверхности — на границе раздела фаз, где происходит испарение — образуется поверхностный заряд, который обеспечивает ионную проводимость в каналах.

Данный способ получения электричества предстал для исследователей с неожиданной стороны. До этого считалось, что вырабатывать энергию можно только с использованием чистой, предварительно подготовленной воды. В ходе экспериментов выяснилось, что вода может быть с любой концентрацией солей. Необходимо лишь расширять каналы по мере увеличения концентрации соли, и система будет вырабатывать энергию. Тем самым процесс будет идти как на пресной воде, так и на морской. «Генератор» можно будет без особых переделок создать для воды любой солёности.

Заслугой учёных из Федеральной политехнической школы Лозанны (EPFL) стало более детальное определение физических явлений и процессов в ходе моделирования и определения характеристик потоков жидкости, ионных потоков и электростатических эффектов, обусловленных взаимодействием твердого тела и жидкости, чтобы в конечном итоге создать оптимально работающее устройство для гидровольтаики.

Вид сверху на массив кремниевых наностолбов. Источник изображения: Tarique Anwar, LNET EPFL, CC BY SA

«Благодаря нашей новой платформе с высоким уровнем контроля, это первое исследование, которое даёт количественную оценку этим гидровольтаическим явлениям, подчёркивая важность различных межфазных взаимодействий. Но в процессе мы также сделали важное открытие: гидровольтаические устройства могут работать в широком диапазоне солёности, что противоречит предыдущему пониманию того, что для достижения наилучшей производительности требовалась высокоочищенная вода», — говорят учёные.

Предложенное решение сможет также помочь с утилизацией мусорного тепла. Тепло ускоряет испарение и будет способствовать лучшей выработке электричества. Кроме того, процесс испарения часто используется для опреснения воды в жарком климате. В дальнейшем процесс опреснения можно будет совместить в одной установке с выработкой электричества. Перспективы у разработки впечатляющие, но их ещё предстоит развить.

Финский стартап Polar Night Energy объединился с местной компанией централизованного теплоснабжения для строительства на юге Финляндии системы хранения тепловой энергии промышленного масштаба. В системе на основе песка в качестве накопителя будет использоваться мыльный камень — побочный продукт производителя каминов и печей отопления.

Демонстратор мощностью 100 кВт ёмкостью 8 МВт·ч. Источник изображения: Polar Night Energy

Ранее компания Polar Night Energy уже создала и запустила подобную тепловую установку мощностью 100 кВт и ёмкостью 8 МВт·ч тепловой энергии, так что опыт у неё есть и рабочие технологии тоже. Прошлый демонстратор представлял собой вертикальное хранилище тепла высотой 7 м и диаметром 4 м на основе обычного, только очищенного от грязи песка. Новая установка будет высотой 13 м и шириной 15 м. На пике она будет отдавать 1 МВт тепловой мощности и хранить до 100 МВт·ч тепловой энергии.

Есть и другие отличия по проектам. Демонстратор накапливал излишки тепловой энергии из системы отопления и от работы серверов. Теплообменник был погружён в песок в центре ёмкости, и других источников тепла не было. В новом проекте теплоёмкий накопитель будет нагреваться излишками электроэнергии от солнечной или ветровой электростанции. Запасённой тепловой энергии должно хватить на нужды общины Порнайнен на юге Финляндии на месяц летом и на неделю зимой, обслуживая, тем самым, около 5 тыс. человек населения.

Вместо песка решено использовать чуть более теплоёмкое решение — измельчённые отходы местного производителя облицовки из такого теплоёмкого материала, как талькохлорит или мыльный камень. На реализацию проекта отводится 13 месяцев. Переход на «песчаное отопление» позволит на 70 % снизить выбросы парниковых газов в общине, связанных с отоплением.