Отказоустойчивость интернета как сетевой инфраструктуры поражает, если не знать, что она разрабатывалась для сохранения связи в зонах ведения боевых действий. Нечто подобное американские учёные решили создать для сетей электроснабжения с упором на микросети на возобновляемых источниках энергии и системы накопления.

Источник изображения: ИИ-генерация Кандинский 3.0/3DNews

Выбор микросетей на возобновляемых источниках энергии был очевиден — они не зависят от внешних поставок энергоресурсов для производства электрической энергии и даже в случае каких-либо аварий смогут работать локально. Поэтому главной задачей было создание архитектуры и протоколов для обхода или изоляции повреждений на линии и балансировки выдаваемой и потребляемой мощности. Также важным моментом стала защита от кибернетических атак, что сегодня вообще не должно вызывать вопросов.

Сообщается, что поставленная задача в основном была решена группой исследователей из Сандийских национальных лабораторий (Sandia National Laboratories) — одной из 16 национальных лабораторий под управлением Министерства энергетики США. Они разработали протоколы и алгоритмы для управления микросетями, включая работу программируемых сетевых реле.

Платформа по обеспечению отказоустойчивого энергоснабжения сама оценивает повреждения на линиях или оборудовании, а также вырабатываемую и потребляемую мощность. Она также может подключаться к общей сети электроснабжения, но в случае перегрузки будет управлять не возможностями инвертора, а начнёт отключать менее важных потребителей, например, частные домохозяйства, отдавая предпочтение больницам и другим критически важным структурам. Кроме того, протокол предусматривает разрывы нежелательных закольцовок, которые могут появиться при обрывах и восстановлении энергоснабжения.

Интересно отметить, что разработать алгоритм реконфигурации сети электроснабжения помогло программное обеспечение для сферы автоматизированного проектирования. Представленные учёными алгоритмы на примере трёх небольших взаимосвязанных микросетей позволили локализовать неполадки, в том числе повреждённые поваленными деревьями линии электропередач и повреждения на электростанции, а затем восстановить электроснабжение основных объектов инфраструктуры.

В 2008 году учёные предприняли попытку бурения скважины к карману с магмой под вулканом Крафла в Исландии. Камера с магмой оказалась ближе ожидаемого, поэтому она вскрылась и разрушила скважину. Но главное, что катастрофы в виде спровоцированного бурением извержения не произошло, что доказало возможность контролируемого доступа к магме и позволило надеяться на приручение в будущем энергии вулкана.

Источник изображения: ИИ-генерация Кандинский 3.0/3DNews

С учётом полученного опыта учёные предпримут ещё ряд попыток подобраться как можно ближе к магматическим камерам под Крафлой. Следующее бурение запланировано на 2026 год. Проектом занимается специально созданная для этого организация Krafla Magma Testband (KMT).

«Возможность проникнуть в кору и взять пробы магмы дала бы нам огромные знания, — заявляют исследователи. — Мы надеемся, что сможем провести хотя бы прямое измерение температуры, чего никогда раньше не делалось».

Проект очень амбициозен. Предстоит разработать жаропрочные инструменты и измерительную аппаратуру, чтобы добраться до нужной глубины и контролировать условия вблизи карманов с магмой и внутри них. При этом следует понимать, что обнаружение магматических карманов и определение глубины их залегания — это нетривиальная задача. Как правило, учёные бурят почти вслепую, надеясь, что соседство с вулканом с большой вероятностью позволит рано или поздно добраться до камеры с магмой.

Пример площадки для добычи энергии от тепла магмы. Источник изображения: Krafla Magma Testband

В случае удачи проект привнесёт много нового в наши знания о вулканах и причинах извержений. Но учёные ожидают от работ также практической ценности. В 2028 году будет предпринято ещё одно бурение на склонах Крафлы, но уже с прицелом на геотермальные технологии. С помощью перегретой воды под высоким давлением, разогреваемой магмой в кармане или вблизи камеры, планируется запустить вырабатывающую электрический ток турбину. По мнению исследователей, такие мощные источники энергии как вулканы следует постепенно приручить, чтобы получить доступ к их неограниченной чистой энергии.

Институт систем солнечной энергетики им. Фраунгофера (Fraunhofer ISE) подсчитал, что почти 60 % электричества в прошлом году Германия получила из возобновляемых источников энергии. Для страны, сознательно отказавшейся от атомной энергетики, это важный рубеж, позволяющий надеяться на достаточно быстрое сокращение зависимости от ископаемых источников энергии.

Источник изображения: ИИ-генерация Кандинский 3.0/3DNews

Рекордные показатели были достигнуты практически во всех областях выработки и хранения энергии за счёт возобновляемых источников. Так, были зафиксированы новые максимумы по добыче энергии с помощью силы ветра. Собственно, ветер — на земле и в прибрежных водах — внёс наибольший вклад в энергоснабжения страны. Ветроустановки в Германии в сумме выработали 139,8 ТВт·ч или 32 % от общего объёма. Это было на 14 % больше, чем в 2022 году.

Фотоэлектрические установки в Германии выработали в 2023 году 59,9 ТВт·ч электроэнергии. Из этого объёма 6,4 ТВт·ч было использовано домохозяйствами. За год в стране установили рекордное количество солнечных панелей общей мощностью 14 ГВт. И это при том, что власти ставили цель развернуть 9 ГВт мощностей. Только в июне фотоэлектрические системы в Германии выработали около 9 ТВт·ч электроэнергии, что стало новым месячным рекордом для страны.

Гидроэнергетика также увеличила показатели, но практически без изменений в объёме производства. Доля ГЭС в производстве электроэнергии для населения составила 20,5 ТВт·ч, или на 3 ТВт·ч больше, чем в 2022 году. Выработка электричества из биомассы осталась неизменной — на уровне 42,3 ТВт·ч.

В общей сложности возобновляемые источники энергии выработали в Германии около 260 ТВт·ч, что на 7 % больше, чем в 2022 году.

Установленная мощность аккумуляторных батарей почти удвоилась с 4,4 ГВт в 2022 году до 7,6 ГВт в прошлом году. Ёмкость накопителей увеличилась с 6,5 ГВт·ч до 11,2 ГВт·ч. Мощность немецких гидроаккумулирующих станций достигла 6 ГВт.

Проведённый компанией Wood Mackenzie анализ мирового рынка производства солнечных панелей показал, что стоимость производства фотоэлементов в Китае рекордно снизилась. В совокупности с другими особенностями китайской экономики низкая цена на фотопанели привела к тому, что производители в США и в Европе перестали быть для Китая конкурентами на этом рынке и вряд ли станут ими в будущем.

Источник изображения: ИИ-генерация Кандинский 3.0/3DNews

«Китай является производителем самых дешёвых солнечных модулей в мире. Подсчёты цен на солнечные модули в долларах за ватт, сделанные в декабре, показывают, что удельная стоимость солнечных модулей в Китае составляет $0,15, что значительно ниже производственных показателей Индии ($0,22), Европы ($0,30) и США ($0,40)», — сказал Стивен Нелл (Steven Knell), вице-президент Wood Mackenzie и эксперт по энергетике и возобновляемым источникам энергии.

В 2023 году стоимость производства солнечных модулей в Китае снизилась на 42 %. Цена в $0,15 за ватт стала настолько низкой на рынке, что никто в мире больше не может составить конкуренцию китайским производителям фотопанелей. За год китайские компании удвоили выпуск солнечных панелей по сравнению с совокупными показателями производства фотопанелей в США и Европе. Тем самым в Китае сегодня сосредоточено 80 % мировых мощностей по выпуску этой продукции.

«Огромное преимущество Китая подразумевает, что усилия международных конкурентов по вытеснению китайских компаний из цепочек поставок [в сфере энергетики] из возобновляемых источников вполне могут оказаться тщетными. Перспективы появления доступных компонентов на рынке обнадёживают, учитывая текущую гонку мощностей, но конкуренты Китая вряд ли выиграют в ценовой войне. Китай уже выиграл гонку мощностей в области зелёных технологий», — заявил Кнелл в интервью DW.

Самое интересное, что анализ показал незначительную зависимость стоимости производства фотопанелей в Китае от стоимости рабочей силы.

«Исследование фотоэлектрической промышленности в США и Китае показывает, что доминирование Китая в производстве солнечных панелей обусловлено не столько более дешёвой рабочей силой и государственной поддержкой, сколько более масштабным производством и вытекающими из этого преимуществами для цепочки поставок», — сказал Кнелл.

Это же подтвердило исследование, проведённое учёными NREL и MIT. Доминирующим фактором стали масштабы производства солнечных панелей в Китае, дополнительно обеспеченные доступом к инвестиционному капиталу и менее строгой деловой и нормативной средой. Теоретически многое из этого можно воспроизвести в США и в Европе. За одним исключением — достичь «китайских» масштабов производства солнечных панелей в Европе и США представляется маловероятным, что заставляет прийти к заключению, что Китай никто из них уже не догонит.

Похоже, заключают эксперты, централизованный государственный капитализм в Китае даёт определенные преимущества для развития того или иного сектора экономики и промышленности.

Сегодня между Великобританией и Данией начал работать самый длинный в мире энергомост. По нему началась передача энергии от ветровых электростанций Дании на Туманный Альбион, но не исключена и обратная перекачка, поскольку ветра на разных площадках не обязательно будут одинаковой интенсивности. Длина составного высоковольтного кабеля достигла 765 км. В будущем планируются новые такие проекты.

Источник изображения: UK’s National Grid

По кабелю будет передаваться постоянный ток напряжением 525 кВ. Испытания показали, что кабель выдерживает до 735 кВ. Изготовила его компания Prysmian Group — отдельный для суши для укладки в траншею и отдельный для моря также с укладкой в траншею на его дне. Для работы на море было создано специальное судно, получившее имя «Леонардо да Винчи».

Энергомост Viking Link создавался в содружестве между Национальной электросетью Великобритании и датским оператором национальной системы передачи Energinet. Стоимость проекта составила 1,7£ млрд ($2,16 млрд). Пропускная способность линии достигает 1,4 ГВт. Она соединяет подстанцию Бикер Фен в Линкольншире с подстанцией Ревсинг в южной Ютландии, Дания. На сегодняшний день это самая длинная в мире линия электропередачи такого рода и, судя по всему, не последняя.

Пример используемого силового кабеля постоянного тока. Источник изображения: Prysmian Group

Вдохновлённый успехом первого проекта национальный британский оператор затеял новый проект — LionLink. Если стороны договорятся, то следующий энергомост соединит Великобританию и Нидерланды. Со стороны Нидерландов в проекте примет участие компания TenneT, а мощность линии будет достигать 1,8 ГВт. В эксплуатацию проект будет введён в начале 2030-х годов. Но и это не всё. Вызревает ещё более масштабный проект с кабелем длиной 3800 км из Марокко к южному побережью Великобритании. Но это уже другой уровень и другая история.

В США в сфере выработки электроэнергии из возобновляемых источников стартовал проект, стоимость которого сравнима с проектами в атомной энергетике. Объём финансирования по проекту SunZia составил $11 млрд — это беспрецедентная сумма для экологически чистой генерации энергии. На эти деньги будет построен парк ветрогенераторов мощностью 3,5 ГВт и линия высоковольтной электропередачи протяжённостью 885 км из Нью-Мексико в Аризону.

Источник изображения: Pattern Energy

Проект SunZia разбит на два самостоятельных проекта: SunZia Wind по созданию парка ветрогенераторов и SunZia Transmission по транспортировке электричества из одного штата в другой. На масштабных работах будет задействовано до 2000 рабочих. Поставка первых турбин намечена на начало 2025 года с планами ввести систему в эксплуатацию в 2026 году. Реализацией обоих проектов занимается компания Pattern Energy.

Заказ на ветрогенераторы в количестве 246 штук получила компания Vestas. Это будут турбины V163 мощностью 4,5 МВт. Для компании это крупнейший разовый заказ. Реализуемый проект станет крупнейшим в западном полушарии и крупнейшим наземным проектом. Ветрогенераторы будут размещены на нескольких площадках в округах Торранс, Линкольн и Сан-Мигель в штате Нью-Мексико.

Протяжённость высоковольтной линии электропередачи составит около 885 км. По линии будет передаваться постоянный ток напряжением около 525 кВ. Пропускная способность линии будет достигать 3 ГВт. Ожидается, что поставляемая по этой сети чистая энергия будет снабжать электричеством жителей Аризоны и Калифорнии в период раннего вечера, когда солнечная энергия идёт на убыль.

За последние дни до Нового года энергетика Великобритании имеет все шансы впервые в истории добиться перелома. При благоприятном стечении обстоятельств годовая выработка электроэнергии из основных возобновляемых источников — солнца, ветра и гидроэлектростанций — может превысить выработку электричества, получаемого при сжигании ископаемых ресурсов — нефти и газа.

Источник изображения: ИИ-генерация Кандинский 3.0/3DNews

Ближе всего к энергетическому переходу британцы подошли в «ковидный» 2020 год. Спад промышленности и торговли привёл к снижению спроса на электричество и, как следствие, к уменьшению выработки. Это позволило во многих случаях обойтись возобновляемыми источниками выработки электроэнергии, хотя для этого пришлось применить уловку.

В Великобритании около 5 % электричества вырабатывается при сжигании древесных гранул. Древесина поставляется, как правило, из тропических лесов Южной Америки. Поскольку деревья имеют свойство вырастать, такое топливо относят к возобновляемому источнику. В Великобритании его классифицируют, как биомассу. Если выработанную этой «биомассой» электроэнергию прибавить к солнечной, ветровой и ГЭС, то 2020 год можно считать годом, когда ископаемая энергетика в Великобритании впервые уступила возобновляемой.

Данные по стране за исключением Северной Ирландии за последние три месяца показывают, что в этот раз по-настоящему «зелёная» энергетика из света, ветра и воды может превзойти нефть и газ даже без учёта «биомассы». Этому должна помочь погода и, прежде всего, ветра, а также снижение спроса на электричество в канун праздников, когда производственная деятельность замирает.

Источник изображения: The Conversation Media Group Ltd

На графике выше показана разница между выработкой чистой генерации с помощью возобновляемых источников (света, ветра и ГЭС) и электроэнергией, выработанной с помощью ископаемых источников по годам. Превышение нулевой отметки в определённые дни года говорят о доминировании возобновляемых источников. Отмеченные красным показатели 2023 года, как нетрудно заметить, говорят о значительной «зелёной» генерации.

В то же время годовое превышение возобновляемой энергетики над ископаемой сравнительно небольшое — всего лишь чуть больше 1000 МВт·ч на момент написания статьи (на 22 декабря 2023 года). Это не гарантирует, что рубеж будет удержан, но вероятность этого остаётся большой.

Источник изображения: The Conversation Media Group Ltd

Другим показательным достижением к возобновляемой энергетике Великобритании можно считать то, что «зелёная» генерация может в этом году перекрыть потребность домохозяйств в электричестве. В теории население вскоре сможет жить в нерабочее время за счёт возобновляемых ресурсов. Нюанс в том, что по этой же причине население начинает экономить на потреблении намного более дорого «зелёного» электричества. Хорошая новость в том, что это также снижает потребление ископаемой энергии, поскольку первой расходуют «зелёную» энергию, оставляя «грязную» генерацию в резерве.

Если в этом году поставленных целей достичь не удастся, то в 2024 году сделать это станет ещё проще. Так, в стране заработает морская ветряная электростанция мощностью 1,7 ГВт, а последняя в Великобритании угольная электростанция должна прекратить свою работу.

На каждую тонну надводной части морского ветрогенератора необходимо четыре тонны подводного балласта, что делает такие проекты крайне затратными. Выход предложен в виде плавучих ветрогенераторов пирамидальной конструкции вместо традиционной «вентилятор на палочке». Ранее на этой неделе в США спущен на воду первый прототип такого ветрогенератора, что позволит оценить новшество в реальных условиях.

Источник изображений: T-Omega

Прототип в масштабе 1:16 спущен на воду недалеко от города Нью-Бедфорд в штате Массачусетс. Ранее компания T-Omega, предложившая уникальную конструкцию морского ветрогенератора, провела испытания на плавучесть прототипа в масштабе 1:60. Утверждается, что конструкция сможет выдержать волны высотой до 30 м.

Конечной (или промежуточной) целью компании заявлено строительство 10-МВт ветровой установки высотой 119 м со сторонами 70 м и ротором диаметром 198 м. Ориентировочный вес установки составит от 1200 до 1800 т.

Пирамидальная конструкция опоры на поплавках создаст две точки для поддержки оси ротора вместе с генератором. Две точки опоры для ротора уменьшат нагрузку на подшипники. Благодаря поплавкам и точке крепления якоря на дне конструкция будет самостоятельно разворачиваться по ветру. Для ремонта и обслуживания трапециевидный плавающий генератор можно будет отбуксировать в сухой док, что снизит стоимость обслуживания и исключит необходимость арендовать дорогостоящие плавучие краны.

Похожий проект разрабатывает французская компания Eolink. В сентябре прошлого года она получила инвестиции на сумму около $23 млн от испанской компании Acciona Energy и фирмы по управлению проектами Valorem. На эти деньги будет построен 5-МВт прототип, который к 2024 году должен был пройти проверку на испытательном полигоне SEM-REV в французских водах Атлантического океана. Пока об этом не сообщалось.

Добавим, морские ветрогенераторы обещают оказаться эффективнее прибрежных, поскольку ветра в открытом море, как правило, сильнее. Но в открытом море «вентилятор на палочке» — это практически невозможное решение ввиду больших глубин. Однако для плавучего ветрогенератора трапециевидный конструкции это не проблема. Бросить якорь — это не сваи вбивать. А какая экономия на материале… В идеале от подобных систем ожидают LCoE около $50 за МВт·ч, что очень и очень хорошо.

Google сообщила, что в её центр обработки данных в Неваде начала подаваться электрическая энергия с первой в своём роде электростанции. Электричество вырабатывает нагретая до почти 200 ℃ вода, поднятая с глубины свыше 2 км. Чтобы обеспечить непрерывную работу электростанции с номинальной мощностью 3,5 МВт потребовалось пробурить горизонтальные скважины. Уникальный проект позволит создавать подобные установки во многих уголках Земли.

Источник изображения: Google

Проект реализован благодаря двухлетнему сотрудничеству Google и стартапа Fervo Energy. Опыт, необходимый для создания электростанции был перенят у нефтяников, для которых горизонтальная проходка не в новинку. Горизонтальный ствол длиною 990 м с помещённой внутрь обсадной трубой диаметром 17,78 см позволил создать постоянный и равномерный поток нагретой до 191 ℃ воды со скоростью 63 л/с. Обычный вертикальный канал был бы достаточен для обеспечения объектов теплом, чем практически сегодня и занимается геотермальная индустрия. До реализации проекта Google и Fervo о выработке электрической энергии из геотермальных источников никто всерьёз не думал.

Google показала, что проект рабочий и его можно тиражировать. Ранее компания Fervo заявляла, что в случае успеха намерена построить в штате Юта на порядок или даже более масштабную геотермальную электростанцию. Этот проект предусматривает обеспечение чистой энергией четверть жителей штата или около 300 тыс. домохозяйств.

Схема бурения скважин в проекте. Источник изображения: Fervo Energy.

Вдоль горизонтального канала с трубой проложены оптоволоконные кабели, которые служат датчиками потока, измеряют температуру и динамику прохода воды. Слежение за параметрами скважины ведётся в непрерывном круглосуточном режиме. Энергия от выработки также подаётся в стабильном режиме 24/7 в любое время года вне зависимости от погоды. Она может стать весомым дополнением к солнечной и ветровой энергетике, сглаживая пики потребления и прерывистый характер этих возобновляемых источников.

На днях в Вене на Международном форуме по энергетике и климату британская компания Global OTEC заявила, что первый коммерческий генератор для выработки электричества на разнице температур воды в океане начнёт работать в 2025 году. Баржа Dominique с генератором мощностью 1,5 МВт будет круглогодично обеспечивать электричеством островное государство Сан-Томе и Принсипи, чем покроет примерно 17 % потребности страны по электричеству.

Источник изображения: Global OTEC

Идея вырабатывать электроэнергию на разнице температур воды в океане не нова. Впервые эксперимент был поставлен в 1881 году (142 года назад). В 1930 году на Кубе построили OTEC-установку (ocean thermal energy conversion) мощностью 22 кВт. Но не всё было гладко. Проблема со всеми ранними установками была в том, что подавляющее большинство вырабатываемой такими установками электроэнергии шло на работу насосов, которые поднимали холодную воду на поверхность с глубины в несколько сотен метров.

Температура воды на глубине 800 м в экваториальных водах примерно 4 °C. На поверхности вода не ниже 25 °C. В турбинном генераторе с замкнутым контуром используется хладагент, который закипает в данном диапазоне, например, аммиак. Проделав свою работу, хладагент конденсируется под воздействием поднятой с глубины холодной воды и вновь превращается в пар в контуре с водой с поверхности океана. С одной стороны, всё просто, но инфраструктура такой электростанции очень дорогая.

Для подъёма холодной воды с глубины труба должна быть теплоизолирована. Баржа должна быть надёжно закреплена на месте, чтобы не нарушилась целостность заборных труб, а в тропических водах шторма — обычное явление. Ориентировочная стоимость 5-10-МВт плавучей электростанции может составить от $200-300 млн, что большинству островных государств не по карману. И это уже похоронило несколько таких проектов.

Как утверждают представители Global OTEC, совместное коммерческо-государственное партнёрство произвело все необходимые экономические, социальные и другие обоснования, и это приведёт к развёртыванию первой коммерческой OTEC-электростанции в 2025 году. Вырабатываемое первыми баржами Dominique электричество будет недешёвое: от $150 до $300 за МВт·ч. Однако оно будет вырабатываться в непрерывном режиме с номинальной мощностью круглогодично и может стать буфером для прерывистой солнечной или ветряной электрогенерации. Впоследствии стоимость будет снижена до $50 за МВт·ч, а будет это или нет, мы узнаем через два года.

Многолетние эксперименты с запасанием концентрированной энергии Солнца в высокотемпературных аккумуляторах позволили исследователям из Австралии найти интересное решение. Они отказались от традиционной в таких случаях системы на основе расплавов солей в пользу свободно падающей керамической пыли из частиц субмиллиметрового размера, чем сразу повысили температуру накопления с 600 до 800 °C.

Источник изображений: CSIRO

Опытная установка по сбору концентрированной солнечной энергии от отражений около 400 зеркал собрана в Ньюкасле (штат Новый Южный Уэльс) под патронажем Австралийской организации научных и промышленных исследований Commonwealth Scientific and Industrial Research Organisation, более известной как CSIRO. Это самая мощная солнечная термальная система в Южном полушарии и единственная в Австралии. Площадка служит для проведения экспериментов и не предназначена для коммерческой эксплуатации.

Четыре сотни зеркал фокусируются на небольшом рабочем объёме аккумулятора энергии наверху башни. Раньше команда исследователей CSIRO подбирала составы солевых растворов, которые плавятся под воздействием сфокусированных солнечных лучей и могут долго сохранять высокую температуру для каких-либо целей, например, для выработки электрической энергии или для прямого использования накопленного тепла.

Максимальная температура для расплавов солей, которой удалось достичь, не превышала 600 °C. Другие теплоносители показывали худший результат, обеспечивая нагрев до 400 °C. Между тем, повышение температуры теплоносителя позволило бы использовать накопленное тепло для целого спектра промышленных процессов вплоть до плавления металлов, что дало бы надежду когда-нибудь отказаться от сжигания ископаемых ресурсов для обеспечения энергоёмких производств.

Поэтому специалисты CSIRO перешли на эксперименты с керамическими теплоносителями, температура которых способна достигать 1000 °C. И не зря: было найдено решение, когда свободно падающие под действием земной гравитации и окрашенные в чёрный цвет керамические частицы субмиллиметрового размера пролетают сквозь пронизанное сфокусированными солнечными лучами пространство башни, нагреваясь до высочайших температур. Разогретые таким образом частички скапливаются в нижнем отсеке башни, где размещаются теплообменники. Частички держат нагрев в течение 15 часов и могут быть использованы в любой момент в течение этого времени.

В процессе оптимизации работы установки возникла проблема: частички керамики размерами меньше половины миллиметра постепенно опускаются, открывая дорогу солнечным лучам, которые насквозь просвечивают рабочий объём и ничему не передают свою энергию. Чтобы этого не происходило, пришлось создать систему желобов, которые подхватывают падающие частички и повторно распределяют их по рабочему объёму.

В ходе экспериментов удалось создать накопитель тепла с температурой носителя 803 °C. В перспективе разработчики намерены поднять эту температуру до 1000 °C.

Внезапно выяснилось, что солнечная энергетика может серьёзно пострадать от такого редкого, но обычного явления, как солнечное затмение. Согласно прогнозам, ближайшее солнечное затмение 14 октября обрушит суточную солнечную генерацию в отдельных штатах США как минимум на 17 %. И чем больше потребители будут полагаться на солнечную энергетику, тем больше будет масштаб проблем от массовых отключений энергосистем до порчи оборудования.

Источник изображения: Pixabay

Современные средства слежения и прогнозирования солнечной активности позволяют заблаговременно подготовиться к затмениям, отрегулировав баланс потребления и генерации в энергосистеме. Это необходимо и важно, поскольку микроменеджмент даёт возможность избегать перебоев в поставке электроэнергии даже на грани балансирования энергосистемы, которое становится обычным, если система начинает опираться на возобновляемые источники энергии. Умные распределительные сети и спутниковые данные в комплексе способны предотвращать проблемы с поставкой энергии.

Источник изображений: Solcast

Свежие данные компании Solcast, которая входит в структуру сертификационной и консалтинговой компании DNV, заставляют ожидать 14 октября потери суточной солнечной генерации до 17 % в некоторых штатах США. Сильнее всего пострадает Техас, где при этом развёрнуты значительные солнечные мощности: 13,046 ГВт из 80,368 ГВт общей паспортной мощности крупномасштабных солнечных фотоэлектрических установок в США. В целом же солнечное затмение, так или иначе, затронет 40,756 ГВт действующих крупномасштабных солнечных активов в США. И при этом, заметим, затмение не будет полным — Луна закроет солнечный диск частично.

Сильнее всего от затмения 14 октября пострадает Центральная Америка, где солнечная активность снизится на 20 %. В Техасе и странах Центральной Америки, например, Мексике, период затмения совпадёт с самыми продуктивными дневными часами, когда обычно генерация максимальная. Там где затмение будет происходить в утренние и вечерние часы — в более северных штатах США и в странах Южной Америки, падение суточной генерации будет меньше.

К счастью, пик затмения длится секунды, хотя весь процесс достигает трёх часов. Тем не менее, даже этого времени будет достаточно, чтобы в отдельных местах могли возникнуть заметные проблемы с энергоснабжением.

Шансы на скорейший отказ от ископаемых источников энергии достаточно высоки, завили немецкие климатологи после изучения динамики цен на киловатт возобновляемой энергии и батареи. Об этом сказано в свежей научной публикации Берлинского климатического института Mercator Research Institute on Global Commons and Climate Change (MCC), в которой сообщается о почти 90 % снижении цен за последние 10 лет как на солнечную энергию, так и на её накопители.

Источник изображения: Pixabay

«Некоторые расчеты даже позволяют предположить, что всё мировое энергопотребление в 2050 году может быть полностью и с минимальными затратами покрыто за счёт солнечных технологий и других возобновляемых источников энергии», — сообщает Феликс Кройтциг (Felix Creutzig), руководитель рабочей группы MCC по землепользованию, инфраструктуре и транспорту и ведущий автор исследования.

Учёные уточнили, что за последнее десятилетие стоимость солнечной энергии снизилась на 87 %, а стоимость аккумуляторных батарей — на 85 %. По мнению авторов исследования, такое снижение цен может сделать глобальный энергетический переход гораздо более жизнеспособным и дешёвым, чем предполагалось ранее. По крайней мере, такое будущее возможно, но оно потребует определённых усилий со стороны политиков и общества.

Научно-технический прогресс в технологиях производства возобновляемой энергии — рост КПД солнечной ячеек, увеличение их надёжности и снижение стоимости производства, а также массовое производство литиевых батарей на фоне также их массового производства для электромобилей привело к тому, что «зелёное» энергетическое оборудование стало более доступным для населения и компаний. Этому также способствовали льготы и субсидии со стороны местных властей.

В совокупности создаются условия для более быстрого снижения стоимости фотопанелей и батарей. Например, по сравнению с анализом двухгодичной давности, прогноз сокращения ценовой надбавки на аккумуляторы в 2030 году снижен со 100 % до 28 %.

Всё вместе позволяет строить новые модели для глобального энергетического перехода. Эти модели начнут проявлять себя в ближайшие годы и это может открыть неожиданный и более быстрый путь к углеродной нейтральности, построенной на экономике на основе возобновляемых источников энергии.

«Новые сценарные модели, некоторые из которых уже начинают изучаться, в обозримом будущем, вероятно, продемонстрируют, что глобальный климатический переход может оказаться не таким дорогим, как предполагалось ранее, и даже экономичным — при условии, что им наконец-то займутся», — резюмируют авторы работы, опубликованной в журнале Energy Research & Social Science.

Международное энергетическое агентство (МЭА) опубликовало новые планы для достижения углеродной нейтральности к 2050 году. Агентство больше не делает ставку на непроверенные технологические решения в виде широкого использования водородного топлива и улавливания углекислого газа. Вместо них эксперты рекомендуют умножить усилия по переходу на возобновляемую энергетику и ускорить отказ от сжигания ископаемых ресурсов.

Источник изображения: Hugo Herrera / The Verge

Согласно представленным в 2021 году планам МЭА, чтобы удержать рост средней температуры на Земле на уровне 1,5 °C от доиндустриального уровня, необходимо отказаться от инвестиций в новые проекты по добыче и использованию ископаемого топлива. Среди ряда шагов для достижения углеродной нейтральности к 2050 году, наряду с переходом на возобновляемые источники энергии рекомендовалось переходить на водородное топливо и создавать системы для улавливания углекислого газа в процессах производства.

За прошедшие с момента публикации плана два года планета нагрелась на 1,2 °C и обещает нагреться к 2050 году выше критического уровня в 1,5 °C, установленного Парижским соглашением по климату. За это же время водородные технологии и перспективные решения по улавливанию углерода показали себя малоперспективными и не способными развиться до зрелого уровня. Стало очевидно, что в краткосрочной и среднесрочной перспективе они не смогут спасти Землю от глобального потепления и делать ставку на них больше нельзя. И если до этого МЭА ожидало от новых технологий сокращения выбросов до 50 %, то теперь ожидания снижены до 35 %.

Так, в докладе сказано, что «производство водорода является скорее климатической проблемой, чем решением климатических проблем». Водород, напомним, должен снизить выбросы тяжёлого транспорта, который загрязняет атмосферу наиболее сильно — это авиация, судоходство, железнодорожный транспорт и грузовики. Для производства водорода в основном в мире используется природный газ, что ведёт также к росту выбросов в атмосферу парниковых газов.

Благие намерения уничтожаются современными технологиями производства водорода. Пока это не изменится, экологическая польза водородного топлива достаточно сомнительна и эксперты решили это признать. Поэтому в новых планах МЭА прогноз по доле большегрузного автомобильного транспорта на топливных ячейках на дорогах в 2050 году снижен по сравнению с планами 2021 года на 40 %.

Аналогичным образом на 40 % снижены предсказания по улавливанию выбросов углерода при производстве энергии. «До сих пор история [улавливания углерода] была в основном историей неоправдавшихся ожиданий», — сказано в новом докладе МЭА. Министерство энергетики США (DOE) потратило сотни миллионов долларов на неудачные проекты по улавливанию углерода в основном из-за «факторов, влияющих на их экономическую жизнеспособность», как было сказано в одном из отчётов федерального регулятора.

«Извлечение углерода из атмосферы обходится очень дорого. Мы должны сделать всё возможное для того, чтобы перестать выбрасывать его в атмосферу», — заявил в пресс-релизе исполнительный директор МЭА Фатих Бироль. Эти технологии могут быть использованы лишь в критических случаях, когда не будет другого выхода.

Вместо непроверенных технологий МЭА рекомендует утроить мощности возобновляемых источников энергии в мире, чтобы в первую очередь прекратить генерировать загрязнение, приводящее к потеплению планеты. Расходы на экологически чистую энергетику должны увеличиться более чем в два раза: с $1,8 трлн в этом году до $4,5 трлн к началу следующего десятилетия. Энергоэффективность также должна удвоиться в те же сроки, а наиболее богатые страны мира должны достичь нулевого уровня выбросов за несколько лет до достижения глобальной цели в 2050 году.

Будет ли услышан голос экспертов? В США активно осваивают бюджетные средства на технологии улавливания углекислого газа из атмосферы и газов, сопутствующих производству. В России также готовы следовать этому курсу, и уже оценили потенциал ресурсов для хранения CO₂ из промышленных источников, к чему подталкивает введение климатических налогов на выбросы.

Являясь участником инициативы RE100, тайваньская компания TSMC взяла на себя определённые обязательства по переходу на использование энергии из возобновляемых источников и достижению углеродной нейтральности. Недавно компания объявила о готовности ускорить этот процесс, перейдя на использование энергии только из возобновляемых источников к 2040 году, на десять лет раньше первоначального срока.

Источник изображения: TSMC

Соответственно, подверглась корректировке и цель, привязанная к 2030 году. Теперь к концу текущего десятилетия TSMC рассчитывает использовать 60 % энергии из возобновляемых источников вместо прежних 40 %. При этом цель по переходу к углеродной нейтральности не подвергалась корректировке, компания по-прежнему рассчитывает достичь её только к 2050 году. По словам председателя совета директоров Марка Лю (Mark Liu), «TSMC глубоко осознаёт свою ключевую позицию в мировой полупроводниковой промышленности и собственное влияние на различные отрасли экономики», а потому располагает в основе своей политики управления принцип «зелёного» производства.

Крупнейший клиент TSMC в лице Apple мог оказать влияние на руководство TSMC в ускорении темпов перехода к использованию лишь энергии из возобновляемых источников. Поставщик iPhone все свои изделия намеревается сделать «углеродно нейтральными» к 2030 году, и в достижении этой цели серьёзно зависит от своих подрядчиков, одним из которых как раз является TSMC. Сотни партнёров Apple уже подтвердили свою готовность перейти к 2030 году на использование энергии лишь из возобновляемых источников.

Непосредственно для TSMC движение к этой цели усложняется тем, что основная часть её производственных мощностей сосредоточена на Тайване, который пока не готов предложить компании достаточное количество источников возобновляемой энергии. Входящая в тройку крупнейших производителей полупроводниковой продукции корейская компания Samsung Electronics тоже является участником инициативы RE100, поэтому проблема такой миграции не уникальна для компаний полупроводниковой отрасли.