Безальтернативні «зелені» технології

Безальтернативні «зелені» технології

На сьогодні інтенсивні пошуково-дослідницькі роботи у двох напрямках вдосконалення ВДЕ-технологій дають сподівання на наближення до мрії людства про невичерпне джерело енергії, а саме: 1) дослідження в напрямку збільшення коефіцієнту корисної дії (ККД) та рентабельності генеруючого обладнання; 2) пошук ефективних і дешевих способів акумулювання електроенергії, яка  виробляється ВДЕ генераторами не стабільним графіком, але в залежності від природних умов (сонячна активність, хмарність, вітряність, повінь-посуха тощо). В обох напрямках зусилля наукового пошуку вражають і несподіваними, і крупними досягненнями.

І. ЕФЕКТИВНІСТЬ І РЕНТАБЕЛЬНІСТЬ ВДЕ-ТЕХНОЛОГІЙ.

 Один з яскравих  прикладів  - еволюція фотоелектричних модулів. Внаслідок конкуренції, масовості виробництва та удосконалень у технології виготовлення вартість головної складової сонячних електростанцій, а саме фотоелектричного модуля, за п'ять років зменшилася на цілих 75%. Тенденція очевидна і темпи її – випереджаючі, кожне нове покоління об'єктів відновлюваної енергетики продовжує дешевшати. Паралельний напрямок досліджень – збільшення ефективності генеруючого обладнання ВДЕ, у цьому плані сьогодні наукові сили зосереджені значною мірою над підвищенням коефіцієнта корисної дії сонячних батарей. Наукова розробки ведуться у найнесподіваніших напрямках, чим забезпечується великий вибір дослідних непромислових варіантів для подальшої роботи з ними технологів-економістів і пристосування знайдених ноу-хау до вимог промислової експлуатації і конкуренції.

Наприклад, вчені покладають значні сподівання на створення так званих  „перовскітних” сонячних батарей (від назви матеріалу робочої поверхні). Цей підхід дозволяє збільшити рекорд ефективності від попередніх 26% для кремнієвих фотоелементів у поєднанні з перовскитом до більш ніж 30%. При цьому вихідні матеріали і низькі температури технологічного процесу забезпечують перовскітним сонячним батареям можливість стати дійсно дешевими при виробництві, повідомляє Баварський Центр прикладних досліджень у сфері енергетики.

Перспективні дослідження провадяться із штучним матеріалом „графен”, властивості якого дозволяють суттєво покращити технологічні характеристики СЕС. Учені в усьому світі влаштували справжнісіньку гонку, щоб отримати хоча б ще кілька додаткових відсотків коефіцієнта корисної дії. Суперфотоелемент повинен при цьому мати не тільки високу ефективність, але і бути дешевшим. Крім новітніх матеріалів може суттєво сприяти підвищенню ефективності застосування, наприклад, нових контактів – вчені Університету імені Лейбніца в Ганновері та Інституту досліджень сонячної енергії в Гамельне (ISFH) повідомляють про стрибок в ефективності фотоелементів, а саме в рамках спільного дослідницького проекту вдалося досягти прориву за допомогою саме удосконалення контактів, які застосовуються в сонячних елементах. Ще один напрямок – поєднання сонячних фотоелементів з засобами слідкування і концентрації сонячної енергії, які активно застосовуються у так званих „сонячних баштах” та параболічних дзеркальних теплогенеруючих системах. Комбінація цих двох технологій дозволила австралійським вченим з Університету Нового Південного Уельсу встановити новий світовий рекорд по ефективності комерційно життєздатних фотоелементів. Також досліджують таку комбіновану технологію, яка здатна перетворювати більше 40% сонячного світла в електрику, що майже удвічі перевищує ефективність сучасних сонячних панелей.

Технологія розчеплення променя і окремого використання максимуму енергії з кожного спектру променя дозволяє досягати 35% ефективності, і як стверджують її засновники дуже близька до промислового застосування.

Щороку тисячі ноу-хау з’являються у сфері ВДЕ по всьому світу і збагачують та розширюють платформу технологічних можливостей та досягнень.  

2res

Французька компанія NewWind розробила штучне дерево, листям якого служать невеликі вітряні турбіни, сконструйовані таким чином, що "вітряне дерево" може виробляти електрику навіть при дуже слабкому вітрі. Штучне дерево від NewWind оснащене 54 "аеролистками", кожен з яких може виробляти до 100 Вт електроенергії. Таким чином, максимальна річна продуктивність дерева становить близько 5,4 кВт.  За прогнозами експертів, у найближчі десять років вироблення енергії вітру в Європі може збільшитися на 140 ГВт, а в США, як вважають в американському Міністерстві енергетики, загальний потенціал використання вітряних джерел енергії становить не менше 2058 ГВт. В США рівень споживання електричної енергії – значний, середній рівень споживання електрики на одну особу становить 10 932 кіловат-години.

3res

(Нагадаємо, у Тернополі цього року встановили енергетичне дерево. На стовбурах розміщені сонячні батареї. На площі від дерева можна заряджати мобільні телефони. Це перше технологічне дерево в Україні).

 Повідомляють про появу „сонячних доріг”, зокрема у Франції впроваджується проект заміни асфальту сонячними батареями.

5res

Ще диво технології – „сонячна фарба”, яка перетворює будь-яку поверхню в сонячну батарею – ефективніша і дешевша сучасних промислових панелей.

Список новацій можна продовжувати до безкінечності - електроенергію пропонують добувати із дощу, солі, тайфунів і ураганівнавіть алмазівморських приливів, - головне у тому, що дослідження ведуться широким фронтом і постійно ознаменовуються корисними знахідками та проривами у збільшенні ефективності і коефіцієнту корисної дії ВДЕ.

ІІ. ВИРІШЕННЯ ПИТАННЯ ДИСПЕТЧЕРИЗАЦІЇ ЧЕРЕЗ ДЕШЕВИЙ І ДОСТУПНИЙ СПОСІБ АКУМУЛЮВАННЯ ЕНЕРГІЇ.

 Однією з найактуальніших для розвитку ВДЕ проблем є винайдення ефективного способу накопичення, зберігання і транспортування енергії. Створення модулів накопичення енергії має забезпечити такий же революційний стрибок в енергетиці, як банківська справа в економіці.

Накопичення енергії про запас дасть змогу звести до мінімуму енергетичні втрати. Наявність накопичувальних модулів дасть можливість електростанціям запасати величезні обсяги незатребуваної нічної генерації (наприклад, вітроагрегати, малі ГЕСи) або надлишкової денної (СЕС) - і витрачати її в години пік. Денна світлова й теплова енергія Сонця, концентруючись у накопичувачі, може використовуватися вночі, літня — узимку.

Сьогодні відомо безліч способів накопичення енергії (стисла пружина, піднятий вантаж, заморожена/охолоджена вода, електроакумулятор, конденсатор і т. д.), але найефективнішим, з точки зору щільності пакування енергії, є маховик. Він накопичує енергію, коли її надходження перевищує витрати, і віддає її, коли споживання перевищує надходження енергії.

Сучасні розробки в галузі матеріалознавства і силової електроніки дозволили створити маховики, що обертаються зі швидкістю до 100 тисяч обертів на хвилину. Обертаючись у вакуумі на магнітних підшипниках, диск маховика за рік втрачає лише 2—3 відсотки швидкості обертання. Щільність упаковки енергії в ньому досягає 12,5 кВт на 1 кг обертової маси. Маховик вагою 100 кг здатний акумулювати в собі майже 1,2 МВт енергії, яку можна зберігати, переміщати в часі (з літа — у зиму, з ночі — на ранок чи день), і в просторі (із Сахари — у зони промислового розвитку) практично без втрат.

Розроблені концептуальні й дослідні установки призначені передусім для локальних споживачів. Такий підхід дозволяє, по-перше, створити уніфікований модельний ряд обладнання, що знизить собівартість виробів. По-друге, зменшить навантаження на центральні лінії електропередач, що знизить неминучі втрати енергії при транспортуванні й підвищить загальну надійність і довговічність енергосистем.

Дослідницький пошук іде в найрізноманітніших напрямках. Зокрема, пропонується дешевий і доступний спосіб акумулювання електроенергії шляхом перетворення її в метан. На головному підприємстві Viessmann в німецькому місті Аллендорф була запущена перша у світі установка Power-to-Gas, яка використовує біохімічний процес для отримання метану. Газ отримується з використанням електроенергії, отриманої з відновлюваних джерел, в процесі електролізу та подальшої метанізації (утворення метану внаслідок реакції між воднем та вуглекислим газом). Такий газ можна без подальшого збагачення закачати в газову мережу. Таким чином, надлишкова електроенергія, отримана з енергії вітру чи Сонця, знаходить корисне застосування – незалежно від часу та місця її генерування.

Акумулювання електроенергії ВДЕ є не тільки технічною проблемою, електроенергетика стикається тут з необхідністю структурних змін. Слід системно уявити собі енергопостачання майбутнього, наприклад об'єднати „розумними мережами між собою сектор електроенергії, тепла і транспорту, для того щоб ефективніше справлятися з піками електроспоживання.

На стику екологічно чистих технологій ВДЕ і розробок водневого палива теж зароджуються тренди майбутнього.

Вирішення проблеми акумулювання – і є по суті відкриттям необмеженого джерела енергії для людства. Навіть при існуючому рівні ефективності перетворення сонячної та вітрової енергії у електричну (а щороку ККД ВДЕ збільшується завдяки науковим досягненням) можливість недорогого накопичення електроенергії, виробленої в світлий час або при наявності вітру, і подальшого її використання в інший час, або навіть в іншому місці робить ВДЕ універсальним і необмеженим джерелом задоволення всього світового попиту на енергію і навіть незрівнянно більше. Лише сонячних панелей площею, що еквівалентна 1% всіх земних пустель, буде достатньо для забезпечення всього світового обсягу споживання електроенергії людством.

І успіхи в напрямку ефективного і недорогого накопичення електроенергії вже відчутні, зокрема в США неупинно зростає ринок промислових технологій зберігання електроенергії. Очікується, що в 2016 році він досягне 260 МВт, а до 2021 року може вирости до 2 ГВт, а ось світовий ринок технологій зберігання у 2020 досягне 4,5 ГВт. 

Міжнародне агентство з відновлюваної енергії (IRENA) опублікувало доповідь, згідно з якою Африку очікує бум сонячних панелей. Це станеться внаслідок спаду цін на технології виробництва фотоелектричних елементів та інвестицій в цю багатообіцяльну галузь (IRENA) опублікувало доповідь, згідно з якою Африку очікує бум сонячних панелей. Це станеться внаслідок спаду цін на технології виробництва фотоелектричних елементів та інвестицій в цю багатообіцяльну галузь. «Техніко-економічні обґрунтування для фотоелектричних сонячних елементів в Африці сильні як ніколи завдяки стрімкому зниженню цін на технологію», – ідеться в доповіді. За прогнозами, у найближчі 10 років можливе зниження цін ще на 59%, що відкриває перед континентом величезні можливості та дасть змогу 600 мільйонам мешканців Африки отримати доступ до електрики, якого вони досі були позбавлені.

Глобальна революція ВДЕ здатна буквально видозмінити життя людства, наблизивши нас упритул до віковічної мрії про невичерпне і безкоштовне джерело дружньої енергії. На обмежений час і на невеликих територіях, але вже прямо зараз ВДЕ можуть повністю забезпечити потреби споживачів електроенергії за „нульовими цінами”, як це було, наприклад, протягом 113 днів у Чилі. А до 2050 року провідні світові енергетичні агентства передбачають повний перехід світової енергетики на відновлювані джерела енергії. Втім, дійсність вже не раз демонструвала випередження найсміливіших прогнозів.