ВИЭ наступают: инновации и исследования

Тонкопленочные солнечные панели, ветрогенератор с максимальным выходом энергии, аккумуляторы на поваренной соли, (возможное) решение проблемы хранения энергии и другие инновации — в нашем дайджесте интересных новостей о ВИЭ.

Прогнозы и итоги

Итоги развития мировой ветроэнергетики в 2018 году

Глобальный совет ветроэнергетики GWEC и Всемирная ассоциация ветроэнергетики WWEA опубликовали статистику развития отрасли в 2018 году. Обе публикации являются предварительными, окончательные доклады выйдут позже. Отметим,что статистические данные, представленные организациями, отличаются.

По данным GWEC, в 2018 году в мире было установлено 51,3 ГВт ветровых электростанций, это на 3,6% меньше, чем в 2017 году (53,2 ГВт): падение обусловлено снижением объемов в Европе и Индии. WWEA считает, что в 2018 году было введено больше, чем в 2017 — 53,9 ГВт против 52,6 ГВт. По данным GWEC, суммарная установленная мощность ветровых электростанций достигла 591 ГВт, а по данным WWEA — 600 ГВт. По сравнению с GWEC, WWEA показывает высокий прирост в прошедшем году ветроэнергетики в КНР — 25,9 ГВт против 23 ГВт. При этом статистическа по находящимся на втором месте США у обеих организаций совпадают — 7,6 ГВт.

GWEC прогнозирует, что каждый год до 2023 года в мире будет вводится не менее 55 ГВт ветровых электростанций. [renen.ru]

ВИЭ будут вырабатывать более 50% электроэнергии на планете уже в 2035 году

Мировая генерация, тысячи TВт·ч / McKinsey Energy Insights

Консалтинговая компания McKinsey Energy Insights опубликовала прогноз развития мирового энергетического сектора Global Energy Perspective 2019. По оценкам авторов, потребление первичной энергии в мире перестанет расти к 2035 году, несмотря на рост ВВП и населения. В странах ОЭСР потребление энергии будет снижаться, а в Индии и Африке к 2050 году вырастет в два раза. Глобальное потребление электроэнергии удвоится к 2050 году: этот рост будет полностью обеспечен с помощью возобновляемых источников энергии, которые к 2035 году будут производить примерно 50% электроэнергии, а к 2050 году — 73%. Быстрый рост новых ВИЭ будет обусловлен, в том числе, тем, что новые солнечные и ветровые солнечные электростанции постепенно будут становиться дешевле действующих объектов традиционной генерации. Как считают авторы доклада, этот процесс иднт уже сегодня и в целом завершится на планете к 2030 году.

McKinsey также оптимистично смотрят на развитие электрического транспорта и прогнозируют, что к 2035 году в мире будет продаваться 100 млн электромобилей в год, а их мировой парк вырастет до 2 млрд машин к 2050 году. [renen.ru]

Инновации и исследования

ВИЭ способны оказывать качественные системные услуги

В научном журнале The Electricity Journal опубликована статья Sources of grid reliability services («Источники услуг по обеспечению надежности энергосистемы»). Майкл Миллиган, автор статьи и бывший ведущий научный сотрудник NREL (Лаборатории по возобновляемым источникам энергии при министерстве энергетики США) показывает, что благодаря возможностям инверторов солнечные фотоэлектрические электростанции, ветровые парки и накопители энергии могут с высоким уровнем качества оказывать важнейшие системные услуги по обеспечению надежности системы.

Основные сетевые услуги

В статье согласно документам Североамериканской корпорации по надежности электроснабжения (NERC) выделяется 7 основных сетевых услуг, многие из которых ВИЭ способы предоставлять на высоком уровне. По оценке автора, все рассмотренные в статье услуги (в том числе регулирование напряжения реактивной мощностью, регулирование частоты, восстановление частоты на разных этапах системного сбоя и т. д.) солнечные и ветровые электростанции выполняют на «хорошо», «очень хорошо» и «отлично». В частности, функцию поддержания непрерывности электроснабжения при сбоях в сети (disturbance ride through capability), которая является на сегодняшний день одним из основных системных требований к генерирующему оборудованию, зафиксированных в электроэнергетических правилах и стандартах, ветровые и солнечные электростанции выполняют на «отлично» и «очень хорошо» — то есть лучше, чем традиционные генераторы. Таким образом, согласно выводу автора статьи, они являются ценным активом, который должен быть использоваться для повышения надежности энергоснабжения. [renen.ru]

Siemens запустила ветрогенератор с максимальным выходом энергии при любых скоростях ветра

Siemens Gamesa Renewable Energy

Компания Siemens Gamesa Renewable Energy запустила первый в мире морской ветрогенератор мощностью 10 МВт с 193-метровым винтом, который обеспечивает максимальный выход энергии при любых скоростях ветра. Такого показателя мощности удалось добиться благодаря как раз увеличению диаметра ротора (до 193 метров), при этом длина каждой отдельной лопасти равна 94 метрам, что сравнимо с длиной одного обычного футбольного поля. Рабочая площадь вращения винта составляет 29 300 м². Система из 20 таких ветроэлектрических установок сможет покрыть годовое потребление энергии города размером с Рязань или Томск. Siemens Gamesa планирует начать коммерческое производство таких ветрогенераторов в 2022 году.

Технология прямого привода сокращает количество номинальных и подверженных износу компонентов в морских турбинах, что упрощает их обслуживание. Эффективность повышается за счет использования генератора с постоянными магнитами. Ветрогенератор также оснащен системой стабилизации выработки энергии High Wind Ride Through, которая в условиях сильного ветра (более 25 м/с) не отключает устройство для самозащиты, а постепенно снижает выходную мощность, обеспечивая плавное уменьшение производительности, что повышает стабильность работы и надежность. Для повышения прочности и защиты от разрушений литые эпоксидные лопасти армируют стекловолокном. Выявлять аномалии и предотвращать возможные сбои помогают специальные датчики, которые непрерывно передают данные в центр управления. [bitcryptonews.ru]

Ученые превратили выбросы углерода в полезную энергию

Команда исследователей, связанных с Национальным институтом науки и технологий Ульсана, разработала систему, которая производит электричество и водород, одновременно устраняя углекислый газ. Представленная гибридная система может непрерывно производить электроэнергию и водород за счет эффективной конверсии углекислого газа и стабильной работы в течение более чем тысячи часов после самопроизвольного растворения вещества в водном растворе. Эффективность конверсии при этом более 50%, что считается высоким показателем.

Примерная схема действия устройства / UNIST

Значительная часть выбросов диоксида углерода человеком поглощается океаном и превращается в кислоту. Исследователи сосредоточились на этом явлении и пришли к идее его превращения в воду, чтобы вызвать электрохимическую реакцию. В случае, если система аккумуляторов создается на основе этого явления, электричество можно производить путем удаления газа. Система, как и топливный элемент, состоит из катода (натрия), сепаратора и анода (катализатора). В отличие от других батарей, катализаторы находятся в воде и соединены с катодом проводом. Когда диоксид углерода впрыскивается в воду, начинается реакция по его устранению и созданию электричества. [hightech.fm, eurekalert.org]

Тонкопленочные солнечные модули могут быть использованы на нефтехранилищах

Американский нефтекомпания Sprague Resources покрыла нефтяные танки на своих нефтехранилищах тонкопленочными солнечными батареями после успешной реализации пилотного проекта, в рамках которого электростанция мощностью 87,5 кВт была «наклеена» на одну из емкостей. Итогом «пилота» стала экономия ресурсов, и Sprague Resources решила распространить опыт на другие объекты. Тонкопленочная фотовольтаика хорошо подходит для установки на подобные объекты, поскольку она обладает малым весом и может наклеиваться непосредственно на плоские поверхности.

Компания также создала специальную страницу на своем сайте, посвященную этому проекту. [renen.ru]

Создана мембрана, способная производить электричество из соленой воды

Международная группа исследователей представила «двуличную мембрану», которая может производить электричество из соленой воды, что потенциально эффективнее ветрогенерации. «Двуличная» мембрана обладает различными свойствами с обеих сторон, что стимулирует постоянный приток заряженных частиц из одной стороны в другую, предотвращая дрейф. Исследователи протестировали мембраны соленой морской водой с одной стороны и пресной речной — с другой. Как они обнаружили, устройства способны преобразовывать 35,7% химической энергии, хранящейся в соленой воде, в пригодное для использования электричество, что эффективнее использования энергию ветра.

Ученые планируют построить более крупные мембраны и посмотреть, смогут ли они выдержать условия реальной морской и речной воды. Если мембрана работает так же хорошо, новые мембраны могут быть использованы для питания удаленных и изолированных населенных пунктов. [hightech.fm]

Накопление энергии

Большой сейсмостойкий накопитель установлен на гибридной ВИЭ-электростанции в Китае

Китайские специалисты называют проект первым в мире электромеханическим накопителем энергии с виртуальным синхронным генератором.

Компания Contemporary Amperex Technology Co., Limited (CATL), китайский производитель литий-ионных аккумуляторов, поставила аккумуляторную систему накопления энергии емкостью 100 МВт·ч в рамках демонстрационного проекта Luneng Haixi, который представляет собой комбинацию ветровой электростанции мощностью 400 МВт, фотоэлектрической солнечной электростанции на 200 МВт и тепловой солнечной электростанции на 50 МВт. Важнейшую роль в проекте играет система управления батареями, с помощью которой координируется работа четырех различных генерирующих объектов. Китайские специалисты называют проект первым в мире и крупнейшим в Китае электромеханическим накопителем энергии с виртуальным синхронным генератором. По информации компании, накопитель энергии был протестирован и введен в эксплуатацию всего за 17 дней.

«Станция является первой в своем роде — это многофункциональная централизованная электростанция, интегрированная с системой электрохимического накопления энергии. Ее техническая надежность и экономическая доступность будут способствовать дальнейшему глобальному развертыванию различных приложений для развития возобновляемой энергетики», — отметил вице-председатель CATL Хуан Шилин.

Плановый срок службы аккумуляторной системы CATL составляет 15 лет. Компания заявила, что особое внимание уделялось безопасности, особенно защите от возгораний или взрывов, вызванных отказом оборудования. Система контроля и управления батареями также обеспечивает защиту от повреждений, вызванных такими факторами, как перегрузка, чрезмерно глубокая разрядка или использование при экстремальных температурах.

Демонстрационный проект Luneng Haixi расположен в активной сейсмической зоне в провинции Цинхай, отличающейся, к тому же, неблагопрриятным климатом: температура воздуха колеблется от −33,6°C до 35,5°C. Климатические условия и сейсмическая активность были учтены при проектировании и строительстве станции: в частности, система накопления способна выдерживать землетрясения силой до 8 баллов. [renen.ru]

Немецкие инженеры создали аккумуляторы на основе поваренной соли

Fraunhofer IKTS

Инженеры из Университета Фраунгофера создали новый тип батарей для хранения энергии — керамические высокотемпературные батареи. Такая батарея состоит из 20 керамических ячеек с натрий-никель-хлоридом, которые способны обеспечивать 5 кВт·ч. При этом стоимость одного кВт·ч при производстве такой батареи составит около 100 евро — вдвое меньше, чем при производстве литий-ионных аккумуляторов, отмечают ученые. Рабочая температура батарей составляет около 300°С (причем батарея может работать и в вакууме, то есть кондиционирование необязательно), энергетическая плотность — 130 Вт/кг, а общий КПД — более 90%. Устройства могут поступить в продажу уже в 2019 году.

«Основа натрий-никель-хлоридной батареи — поваренная соль. Вряд ли есть более дешевое и доступное сырье. Мы также полностью избавляемся от редкоземельных металлов и другого стратегического сырья, которому угрожают перебои с поставками», — рассказал Роланд Вайдль, глава кафедры в Университете Фраунгофера. [pv-magazine.com]

Создан новый топливный элемент, способный решить проблему хранения энергии

Один из видов сохранения энергии — преобразование ее в водородное топливо с помощью электролизеров, расщепляющих воду, а затем с помощью топливных элементов обратный процесс получения электричества из водорода. Однако существующее оборудование использует разные катализаторы для этих двух реакций.

Для решения этой проблемы химики из Северо-западного университета (Northwestern University) экспериментировали с новыми протонно-керамическими электрохимическими элементами, которые способны сначала производить водород, а затем преобразовывать его обратно в воду для генерации электричества, используя только один набор катализаторов. Прежде основное препятствие заключалось в керамических катализаторах (воздушных электродах), которые использовали менее 70% электроэнергии для расщепления молекул Н2О, а остальная терялась в виде тепла. Результат этой группы ученых — 76% использованной энергии. Соответствующее исследование опубликовано в журнале Energy & Environmental Science.

А группа химиков из Колорадской горной школы разработали состоящий из пяти элементов электрод из керамического сплава, который работает с эффективностью 98%. Они также использовали один набор катализаторов. Соответствующая статья опубликована в журнале Nature Energy.

По словам самих ученых, оба эксперимента проводились только в лаборатории, а собранные устройства требуют масштабирования и испытаний в реальных установках, что обычно приводит к снижению эффективности. Однако если новые устройства смогут использовать электричество для эффективной работы, а не нагрева системы даже при незначительном уменьшении КПД, стоимость хранения энергии резко упадет. [sciencemag.org]

Цифровая подстанция

(close)