Североамериканская электросеть сталкивается с «критическими проблемами надёжности», поскольку производство электроэнергии не успевает за растущим спросом со стороны систем искусственного интеллекта. Рост потребления электроэнергии в следующем десятилетии в сочетании с закрытием угольных электростанций создаст огромную нагрузку на сети США и Канады и может превысить генерирующие мощности, сообщает North American Electric Reliability Corporation (NERC).

Источник изображения: pexels.com

NERC — некоммерческая организация, подконтрольная Федеральной комиссии по регулированию энергетики. По данным NERC, дефицит может привести к веерным отключениям электроэнергии в периоды пикового спроса в обеих странах. Проблема может потенциально усугубится из-за задержек с вводом в эксплуатацию мощностей солнечной генерации, ветряных электростанций, аккумулирующих мощностей и гибридных ресурсов. Некоторые районы США могут столкнуться с дефицитом уже в следующем году.

Отчёт NERC за 2024 год свидетельствует о том, что растущие потребности ИИ в энергии могут перегрузить и нарушить баланс всей энергосистемы. «Мы переживаем период глубоких изменений, — заявил директор по оценке надёжности NERC Джон Моура (John Moura). — Мы наблюдаем рост спроса, которого не видели десятилетиями и видим, что темпы [роста спроса] только ускоряются». Предполагаемый всплеск спроса совпадёт со сворачиванием генерации на ископаемом топливе, при этом в течение следующих 10 лет планируется закрыть мощности на 115 ГВт.

По данным NERC, спрос на электроэнергию за последний год рос быстрее, чем когда-либо за последние два десятилетия на фоне массового строительства центров обработки данных ИИ и майнинга криптовалют, а также по мере роста популярности электромобилей и тепловых насосов. Вместо прогнозируемых 80 ГВт пиковый летний спрос в течение следующего десятилетия вырастет на 132 ГВт, или на 15 процентов. Пиковый зимний спрос вырастет на 18 процентов до 149 ГВт, что в полтора раза превышает прошлый прогноз в 92 ГВт.

По прогнозам международного энергетического агентства, глобальный спрос на электроэнергию только от центров обработки данных может превысить 1000 тераватт-часов к 2026 году, что вдвое больше уровня 2022 года и эквивалентно общим потребностям Германии в электроэнергии.

Крупные технологические компании изо всех сил пытаются найти способы удовлетворить растущие потребности в электроэнергии, в том числе заключая сделки о строительстве новых атомных электростанций и малых модульных ядерных реакторов.

Министерство экономики Тайваня, на которое ссылается Bloomberg, на этой неделе заявило о предстоящем повышении тарифов на электроэнергию для промышленных потребителей с середины октября. В среднем повышение достигнет 12,5 %, это будет уже вторым подобным шагом со стороны поставщиков электроэнергии с начала года, в прошлый раз тарифы повышали в апреле.

Источник изображения: TSMC

TSMC на правах одного из флагманов тайваньской промышленности также столкнётся с повышением тарифов на электричество, а поскольку основная часть её предприятий сосредоточена на Тайване, рост затрат неизбежно будет перенесён в той или иной мере на стоимость её продукции. Власти Тайваня ожидают, что энергопотребление местной промышленности будет в среднем расти на 2,8 % в год в ближайшие десять лет. В апреле текущего года тарифы на электроэнергию для промышленных потребителей на Тайване уже увеличивались на 15–25 %.

Энергетическая компания Taiwan Power на протяжении двух последних лет вынуждена работать себе в убыток, поскольку использует для выработки электроэнергии преимущественно привозное сырьё, а его стоимость заметно выросла. При этом власти острова не позволяли пропорционально увеличивать тарифы на электроэнергию, из-за чего и генерировались убытки. По итогам прошлого года они превысили $6,2 млрд. В последнее время стоимость импортируемых энергоносителей снизилась, но она всё ещё остаётся на уровне, превышающем значения по состоянию на начало 2022 года. Темпы роста тарифов на электроэнергию на острове за прошедшее время отставали от прочих стран, как отмечают тайваньские чиновники. В мае следующего года Тайвань также собирается остановить свой ядерный реактор, что добавит проблем местной энергетической отрасли.

Британская компания Rolls-Royce представила первые детали о своём микрореакторе следующего поколения, который будет сочетать инновационные технологии и урановое ядро, окружённое множественными защитными слоями. Разработка может кардинально изменить подход к производству энергии.

Источник изображений: Rolls-Royse

Согласно информации, предоставленной компанией на своём веб-сайте, микрореакторы, как и малые модульные реакторы (SMR), используют передовые ядерные технологии, являясь частью «ядерного портфеля» Rolls-Royce. Однако предназначены эти системы для разных задач.

Как сообщает издание Tweak Town, микрореактор Rolls-Royce сможет генерировать от 1 до 10 МВт энергии, а благодаря своей компактности станет мобильным источником питания. Система поместится всего в нескольких транспортных контейнерах, так что, по сути, можно говорить о передвижном современном ядерном генераторе. Компания сравнивает его с малым модульным реактором, который вырабатывает 0,5 ГВт мощности и работает со стационарной площадки размером примерно с два футбольных поля.

Подчёркивается, что микрореактор предложит высокую удельную мощность, которая позволит ему эффективно, гибко и устойчиво обеспечивать широкий спектр операционных потребностей. Он сможет обеспечивать подачу электроэнергии и тепла по требованию. При этом ключевым преимуществом является его масштабируемость, благодаря которой агрегат легко можно транспортировать по железной дороге, морем и даже отправить в космос, делая его универсальным и надёжным источником энергии. В нём будет применяться безопасное топливо, а внутри ядра каждая порция урана окружена несколькими защитными слоями, что позволяет выдерживать даже самые экстремальные условия.

Rolls-Royce предлагает четыре сценария применения своей разработки: для обороны, для обеспечения энергетической безопасности в отдалённых гражданских районах, для промышленных зон и в космосе. Любой из этих сценариев может стать «переломным для нашей цивилизации», считает компания.

Также микрореактор может быть использован для центров обработки данных искусственного интеллекта, которые потребляют невообразимое количество энергии. Те же полупроводниковые компании, такие как TSMC и Intel, смогут использовать реактор для решения массы проблем, связанных с электроэнергией и подачей воды для охлаждения оборудования, что, в целом, открывает новые возможности для развития технологий.

Германия столкнулась с избытком солнечной энергии из-за широкомасштабного наращивания объёмов установленных солнечных панелей в 2023 году. По данным исследования шведского банка SEB Research, страна установила больше мощностей, чем требуется для удовлетворения текущего спроса на электроэнергию.

Источник изображения: Zbynek Burival on Unsplash

Как сообщает издание Businessinsider, в часы пиковой выработки солнечной энергии, её производители вынуждены снижать цены в разы, чтобы хоть как-то реализовать избыток. Так, за последние 10 дней производители вынуждены были снижать цены на электроэнергию в пиковые часы на 87 %, то есть до 9,1 евро за 1 МВт·ч по сравнению с ценой в 70,6 евро в вечернее и ночное время.

По словам аналитика SEB Бьярне Шилдропа (Bjarne Schieldrop), такая ситуация возникла из-за рекордного ввода в эксплуатацию новых солнечных мощностей в 2023 году. К концу прошлого года общая мощность солнечной генерации в Германии достигла 81,7 ГВт, тогда как средняя нагрузка потребления составила 52,2 ГВт. Таким образом, общая мощность солнечной энергетики оказалась почти на 30 ГВт выше среднего спроса.

Источник изображения: SEB, PV Magazine

Разрыв между предложением и спросом ещё больше увеличивается летом, когда выработка солнечных панелей максимальна, а энергопотребление снижается. При этом потребители не получают особой выгоды от низких цен, так как потребляют большую часть энергии в вечерние часы.

Если рост солнечных мощностей не будет стимулироваться субсидиями, снижение рентабельности может остановить дальнейшее развитие отрасли в Германии, считает Шилдроп. Вместо этого внимание сместится на решения по более эффективному использованию вырабатываемой энергии, в частности, на инвестиции в аккумуляторы и модернизацию электросетевой инфраструктуры.

Вообще дисбаланс спроса и предложения не является новой проблемой для Германии, и не только этот регион сталкивается с этим. В прошлом году европейский рынок в целом активно устанавливал солнечные мощности из-за прекращения поставок ресурсов из России. Избыток зеленой энергии, усугубляемый активной установкой новых ветряных турбин и атомной энергетики, уже спровоцировал неоднократные случаи падения цен в разных регионах Европы.

Тем не менее, по мере реализации различных мер и временного смещения акцента с роста производства солнечной энергии на сети, аккумуляторы и другие возможные способы её использования, приведут к нормализации ситуации в ближайшее время, уверен Шилдроп.

Компания Sony Semiconductor Solutions Corporation (SSS) разработала модуль, преобразующий электромагнитный шум в энергию для питания устройств Интернета вещей (IoT). Этот компактный модуль размером 7 × 7 мм может обеспечивать непрерывное питание IoT-устройств, даже если источники электромагнитного излучения активно не используются. Несмотря на то, что технология пока находится на стадии разработки, её потенциал для применения в различных отраслях уже очевиден.

Источник изображений: sony-semicon.com

В наше время IoT-устройства становятся всё более востребованными и сложными, и поэтому на первый план выходит вопрос их энергоснабжения. Для этой цели Sony разработала модуль, который извлекает энергию из электромагнитного шума, который буквально «витает в воздухе» вокруг нас. Источниками шума служат бытовые и промышленные устройства, включая осветительные приборы, автомобили и даже лифты.

Технология основана на использовании металлических частей IoT-устройства в качестве антенны. Эта антенна перехватывает электромагнитные волны в диапазоне от нескольких герц до 100 МГц. Затем специальная схема выпрямителя преобразует захваченные волны в электроэнергию. Таким образом IoT-устройства, потребляющие мощность от нескольких микроватт до нескольких милливатт, могут получать необходимое питание.

Система преобразования электромагнитного шума в энергию

Одним из ключевых преимуществ новой технологии является её непрерывная работа. Даже если устройства, генерирующие электромагнитный шум, отключены или активно не используются, модуль продолжает извлекать энергию, так как фон всё равно присутствует. Это отличает новую технологию от альтернативных методов, основанных на использовании солнечной энергии или перепадов температуры, что делает её идеальным решением для многих сценариев использования, включая промышленные объекты, офисы, дома и даже улицу.

Поскольку данная технология непрерывно собирает электромагнитный шум, она также может определять внутреннее состояние электронного устройства на основе изменений уровня генерируемого им электромагнитного шума. Это означает, что она может использоваться, например, для определения нормального функционирования осветительных приборов или прогнозирования отказа устройства на производстве, например, в роботах со встроенными двигателями.

Несмотря на впечатляющий потенциал новой технологии, она пока что не готова к коммерческому использованию. Как отмечается в пресс-релизе, Sony планирует сотрудничать с партнёрами из различных отраслей для разработки продуктов на её основе. В Sony верят в широкий спектр применения нового модуля, который может стать революционным шагом в области энергоснабжения IoT-устройств, открывая новые горизонты для технологического прогресса.

Согласно предварительным данным Управления энергетической информации США (EIA), за первые пять месяцев этого года благодаря энергии солнца и ветра было произведено рекордное количество электроэнергии, превысившее объёмы генераций от угольных электростанций. Солнце и ветер сгенерировали 252 ТВт·ч электроэнергии, а уголь лишь 249 ТВт·ч с января по май включительно.

Источник изображения: Wikipedia

Согласно отраслевому изданию E&E News, впервые за всю историю наблюдений ветровая и солнечная энергетика превзошли угольную за период в пять месяцев. Если же учитывать гидроэлектроэнергию в числе возобновляемых источников энергии, то рекордный период длится более шести месяцев подряд, причём возобновляемые источники энергии опережают уголь по выработке электроэнергии, начиная с октября прошлого года, утверждает EIA. Для сравнения, ещё 10 лет назад угольные электростанции производили 40 % электроэнергии страны.

«С точки зрения производственных затрат, возобновляемые источники энергии — ветер и солнечная энергия — самые дешёвые в использовании. Таким образом, нам предстоит наблюдать всё больше и больше таких рекордов», — отметил Рам Раджагопал (Ram Rajagopal), профессор гражданской и экологической инженерии в Стэнфордском университете.

В течение многих лет угольная энергетика сокращалась, вытесняемая все более дешёвым природным газом. Но в прошлом году цены на природный газ подскочили после начала событий на Украине, и уголь начал отвоёвывать позиции, поскольку некоторые коммунальные предприятия в США и Европе заключили контракты на поставку электроэнергии с угольных электростанций.

В 2022 году потребление угля достигло нового максимума во всем мире, однако в США восстановление его позиций было недолгим, поскольку здесь угольные электростанции планомерно выводятся из эксплуатации. В этом году в США уже закрыли шесть угольных энергоблоков.

С вступлением в силу Закона о снижении инфляции, в рамках реализации которого выделяются миллиарды долларов на развитие экологически чистой энергии, использование возобновляемых источников энергии должно значительно вырасти. Но построить больше экологически чистых энергетических установок — это только полдела, говорит Раджагопал. Другая половина связана с подключением этих новых возобновляемых источников к национальной электрической сети, что занимает всё больше и больше времени.

Согласно отчёту Национальная лаборатория им. Лоуренса в Беркли (LBNL), в среднем на то, чтобы проект по строительству ветряной, солнечной или гибридной электростанций, запущенный в эксплуатацию в 2022 году, был принят в коммерческую эксплуатацию, потребовалось пять лет с момента подачи запроса на подключение к сети. Для сравнения, у проектов, построенных между 2000 и 2007 годами, на эту процедуру уходило менее двух лет.

По данным LBNL, сейчас в ожидании подключения к сети в стране находится более 10 000 проектов, способных обеспечить выработку 1350 ГВт электроэнергии.

Администрация президента США Джо Байдена анонсировала новые меры для расширения национальной сети зарядных станций для того, чтобы поощрить переход населения на электротранспорт. Речь идёт о выделении $7,4 млрд госсубсидий, но для их получения операторы зарядок будут обязаны обеспечить универсальные порты и методы платежей. Это заставило Tesla согласиться открыть свои проприетарные зарядные станции в США для других электромобилей.

Источник изображения: Blomst/pixabay.com

Вместе с другими участниками индустрии Tesla выразила готовность поддержать инициативу Байдена по строительству 500 тыс. электромобильных зарядок в США к 2030 году. В частности, компания пообещала, что к концу 2024 года как минимум 7500 её зарядок будут доступны электромобилям других брендов. Речь идёт о 3,5 тыс. зарядок Supercharger (по 250 кВт), расположенных вдоль американских хайвеев, а также 4 тыс. более медленных зарядок, обычно находящихся при отелях и ресторанах.

Каждый водитель сможет использовать приложение Tesla или веб-сайт для доступа к зарядке, но пока неизвестно, как Tesla намерена адаптировать зарядную сеть в соответствии с новыми стандартами — в первую очередь это касается зарядных портов. Наиболее распространённым считается порт Combined Charging System (CCS) и любая компания, намеренная рассчитывать на часть из $7,5 млрд федеральных субсидий в данной сфере, должна обеспечивать совместимость с этим стандартом. Представитель американских властей уже сообщил журналистам, что у Tesla есть аппаратно-программное решение для внедрения стандарта и компания может претендовать на федеральные деньги для трансформации своих станций. Ранее в этом году ходили слухи о некой технологии Magic Dock, которая позволит станциям Tesla заряжать электромобили сторонних производителей.

Открытие своей сети для сторонних электромобилей позволит Tesla стать лидером индустрии в США, но появление зарядок стандарта CCS также может побудить некоторых потенциальных покупателей отказаться от покупки именно Tesla. Пока только владельцы этих машин имеют эксклюзивный доступ к крупнейшей в регионе зарядной сети.

Несмотря на угрозу продажам электромобилей, представители Белого дома утверждают, что Илон Маск (Elon Musk) показался «очень открытым» и готовым помочь Байдену добиться амбициозных целей. Впрочем, с учётом объёма выделяемых правительством средств, конкуренты в любом случае могли бы построить сеть ещё большего масштаба, даже без участия Tesla.

Источник изображения: JamesQube/unsplash.com

Администрация Байдена полагается не только на Tesla в расширении зарядной сети в рамках программы National Electric Vehicle Infrastructure (NEVI) Министерства транспорта. Более десятка компаний выразили готовность построить более 100 тыс. общедоступных зарядных станций и заниматься их обслуживанием — включая General Motors, Mercedes-Benz, Volvo, и Ford, а также другие компании различного профиля, включая даже Starbucks. Хотя в рамках программы NEVI предусматривается масштабная «электрификация» дорожной инфраструктуры, у Байдена более амбициозные планы. Предусматривается масштабный выпуск электромобилей и зарядок на территории США. В частности, план предусматривает, что все зарядки, строительство которых будет финансироваться из федеральных средств, выпускались бы в Соединённых Штатах, а при строительстве будут применяться преимущественно компоненты американского производства.

Впрочем, в Европе и Мексике уже выразили озабоченность дискриминационными правилами в отношении иностранных производителей электромобилей, а отдельные штаты уже сообщили Министерству транспорта, что высокий спрос на зарядки по всему миру и без того ограничивает возможность внедрения технологий, из-за чего будет очень трудно ускорить постройку зарядок американского производства. В Tesla же заявили, что темп и масштабы плана Байдена чересчур амбициозны и могут, наоборот, привести к дефициту совместимых зарядных станций.

Любое электронное устройство с аккумуляторной батареей постепенно разряжается, даже будучи полностью выключенным. Как оказалось, одна из причин тому — удивительный и весьма распространённый производственный дефект, выявленный исследователями из канадского Галифакса.

Источник изображения: Kamil S/unsplash.com

По словам доцента Университета Далхаузи Майкла Метцгера (Michael Metzger), речь идёт о совершенно неожиданном явлении, о котором никто не мог бы подумать. Проблема заключается в использовании крошечных фрагментов пластиковой ленты, используемой для крепления компонентов аккумулятора.

Как известно, аккумуляторы отдают энергию благодаря протекающим в них химическим реакциям. Каждая батарея состоит из анода, катода и электролита (в виде жидкости или пасты/геля). При подключении аккумулятора к гаджетам, электроны движутся по электродам, обеспечивая питанием смартфоны, ноутбуки и прочие гаджеты. Проблемы возникают в случае, если электроны движутся не по электродам/кабелям, а от одного электрода к другому внутри электролита, что и приводит к разрядке без малейшей внешней нагрузки — поэтому заряд теряют даже выключенные устройства.

В поисках идеального аккумулятора исследователи использовали батареи в очень тёплой среде — при 85 градусах по Цельсию — в таких условиях аккумуляторы обычно теряют полезные свойства намного быстрее. В ходе одного из тестов было замечено окрашивание электролита в красный цвет, чего не должно было произойти, поскольку батарея представляет собой замкнутую систему — что-то произошло внутри неё самой.

Источник изображения: Brett Ruskin/CBC

В результате химических анализов выяснилось, что в электролите появились примеси диметилтерефталата (ДМТ), из-за которого и происходила самопроизвольная разрядка аккумуляторов. Оказалось, ДМТ структурно напоминает молекулу полиэтилентерефталата (ПЭТ) — последний используется для выпуска пластиковых бутылок, контейнеров для еды и т.д. А также для соединения компонентов аккумуляторов. Почти микроскопические кусочки пластика проникали в электролит и вызывали химические реакции, а значит постепенную самопроизвольную разрядку АКБ. Примечательно, что данный материал используется производителями аккумуляторов повсеместно.

После того как Метцгер и его команда поделились открытием в ноябре 2022 года, информацией заинтересовались многие производители компьютеров и электротранспорта. По данным учёных, многие компании уже готовы заменять подобные компоненты в своих АКБ во избежание быстрой саморазрядки.

Учёные уже предложили решение — использовать вместо ПЭТ чуть более дорогой, но не менее распространённый материал — полипропилен, применяемый для выпуска более надёжных пластиковых товаров и более устойчивый к химическому воздействию.

В Китае планируют построить гигантский ветрогенератор высотой с 70-этажный дом. Новая установка компании MingYang Smart Energy под названием MySE 18.X-28X превосходит по мощности и размерам строящийся ветрогенератор MySE 16.0-242, а также представленный в качестве самого крупного в мире H260-18MW мощностью 18 МВт компании CSSC Haizhuang.

Источник изображения: MingYang Smart Energy

Если у H260-18MW лопасти длиной 128 м формируют при вращении окружность площадью около 53 тыс. м², то у ветрогенератора MySE 18.X-28X с мощностью «более 18 МВт» длина лопастей равна 140 м, а площадь формируемой при вращении окружности составляет 66 052 м².

MingYang сообщила, что новый ветрогенератор справится с самыми экстремальными погодными условиями в океане, включая сверхмощные тайфуны уровня 17 баллов со скоростью ветра более 56,1 м/с (202 км/ч). Согласно данным компании, при средней скорости ветра 8,5 м/с (30,6 км/ч), он будет производить 80 ГВт·ч энергии в год. Этого объёма электроэнергии «достаточно для снабжения 96 000 человек».

Тренд на строительство гигантских ветрогенероторов объясняется тем, что большая часть затрат на их установку приходится на обустройство фундамента на морском дне. Чем больше мощность ветрогенератора, тем меньше удельный вес условно-постоянных затрат на единицу производимой им электроэнергии.

Согласно заявлению MingYang, по сравнению с моделями мощностью 13 МВт, более высокая мощность MySE18.X-28X позволит сэкономить на установке 18 агрегатов, необходимых для ветряной электростанции мощностью 1 ГВт, сократив затраты на строительство на $120 000–$150 000 за мегаватт. В итоге экономия на строительстве подобного объекта может составить $120–$150 млн. Впрочем, в общей сумме проекта это составит всего 1–2 %. Для справки, стоимость ветроэлектростанции Hornsea One мощностью 1,2 ГВт с турбинами на 7 МВт оценивается не менее чем в $5,153 млрд.