Инновационные технологии в электроэнергетике: ИННОВАЦИИ В ЭЛЕКТРОЭНЕРГЕТИКЕ: ВИДЫ, КЛАССИФИКАЦИЯ И ЭФФЕКТЫ ВНЕДРЕНИЯ

Содержание

Портал об энергетике в России и в мире

Революция в IT-сфере, появление новых коммуникационных и технологических возможностей, инновационных технологий и материалов, поворот от философии потребления к социально ориентированному мировоззрению – всё это предпосылки грядущих больших изменений в окружающей каждого человека среде. Она должна быть комфортной, а значит, насыщенной потребляющими электроэнергию устройствами, что обуславливает рост энергопотребления, особенно в развитых странах. Если человечество продолжит увеличение численности теми же темпами, то уже к 2050 году миру потребуется в два раза больше энергии по сравнению с нашим временем, а рост стоимости для конечного потребителя будет существенным. При этом мы все хотим меньше платить по счетам за электроэнергию и дышать свежим воздухом, создавая тем самым предпосылки для формирования главных направлений развития энергоотрасли: курса на энергоэффективность и энергосбережение всего и вся, пополнение копилки альтернативных способов её получения, улучшение экологических параметров. Основным трендом развития энергетической области в ХХI столетии является реализация технологий, которые наилучшим образом, то есть с наименьшими затратами и наиболее эффективно, будут удовлетворять потребности растущего населения, при этом оказывая как можно меньше негативного влияния на окружающую среду.

Добавить пару!

По скорректированным прогнозам, вопрос о нехватке ископаемого топлива не ставится даже в долгосрочной перспективе. «Зелёная энергетика», определившая основной вектор развития европейского и американского сегмента отрасли, при всех своих очевидных достоинствах оказалась не всем по карману даже при наличии «зелёного тарифа». К тому же предстоит решить ещё большой спектр вопросов, например интеграции генерирующих мощностей, работающих на разных типах топлива. И даже если сбудутся все самые оптимистичные прогнозы по развитию ВИЭ, в обозримом будущем доминирующим способом производства электроэнергии останется традиционное её получение путём преобразования химической энергии ископаемого топлива. «Не будут платить – отключим газ», – крылатая фраза из любимого советского фильма останется актуальной на долгие годы.

Современная электроэнергетика базируется на так называемых машинных способах преобразования энергии: тепловая энергия от сгорания топлива превращается в механическую энергию вращения, далее в электрогенераторе – в электрическую. Сегодня основные направления модернизации объектов угольной и газовой генерации – повышение эффективности использования химической энергии органического топлива, коррекция негативного воздействия энергетики на окружающую среду с помощью мер по снижению и улавливанию вредных выбросов.

Наиболее перспективными направлениями повышения эффективности выработки электроэнергии для газовой генерации в настоящее время представляются развитие парогазовых технологий и топливных элементов, а для угольной генерации – дальнейшее повышение параметров пара в паротурбинных электростанциях до ультрасверхкритических и развитие технологий парогазовых установок с внутрицикловой газификацией.

Около 68% установленной мощности электроэнергетики России вырабатывается на ТЭС, но при этом их средний КПД составляет 36,6%, так как бóльшая часть из них – паротурбинные. В этом отношении парогазовые электростанции (ПГУ) почти вдвое эффективнее – они выдают КПД в 60,7%. Именно такого типа станции стараются вводить сегодня энергетики.

Во многих развитых странах уже на законодательном уровне предписывают использовать природный газ исключительно на парогазовых электростанциях.

Применение ПГУ позволяет существенно сократить потребление газа при неизменной выработке электроэнергии или значительно увеличить её выработку при том же уровне потребления голубого топлива (это особенно актуально в холодные зимние дни, на фоне объективных ограничений поставок газа), а также повысить маневренность электростанций.

Не газом единым

«С высокой долей вероятности можно полагать, что уголь, несмотря на сложные технологии сжигания, очистки и утилизации продуктов сгорания, в силу значительных запасов и относительно невысокой рыночной стоимости останется одним из основных видов ископаемого топлива для ТЭС», – считает Борис Реутов, генеральный директор Всероссийского теплотехнического научноисследовательского института (ВТИ).

Если для газовых электростанций магистральным направлением повышения эффективности являются парогазовые технологии, то для угольных станций наиболее перспективными представляются технологии повышения термодинамических параметров паротурбинного цикла – температуры и давления пара. В современных паротурбинных электростанциях уже реализованы суперсверхкритические параметры пара, позволяющие достичь показателей КПД в таких энергоустановках на уровне 45–46%. Многочисленные расчёты показывают, что для преодоления 50%-го барьера КПД следует переходить уже на уровень ультрасверхкритических параметров (УСПК). Широкомасштабные исследования, направленные на создание УСКП-энергоблоков для повышения эффективности выработки электроэнергии на твёрдом топливе и снижения выбросов СО2, проводятся в Евросоюзе, США, Японии и Китае, а также в Южной Корее и Индии.

В СССР было выпущено около половины мирового парка энергоблоков на стандартные сверхкритические параметры пара, созданы и длительно эксплуатировались уникальные опытно-промышленные установки на суперкритические параметры пара: первый в мире котёл на ТЭЦ ВТИ и блок СКР-100 на Каширской ГРЭС. Сейчас Россия объективно отстаёт в области внедрения «чистых» угольных технологий, но вектор государственной политики направлен на поддержку развития внутреннего рынка угля.

В России, где пятая часть электроэнергии вырабатывается на угольных электростанциях, а в регионах Сибири и Дальнего Востока – половина, развитие УСКП-технологий имеет важнейшее значение. В основе масштабного развития угольной генерации лежит создание современного экономичного, удовлетворяющего всем экологическим требованиям отечественного пылеугольного энергоблока на суперкритические параметры пара. Работы по его разработке и созданию ведутся уже много лет, в том числе при активном участии Группы «Интер РАО».

Уловить и обезвредить

Известные способы снижения выбросов угольных станций, очистки, утилизации и захоронения продуктов сгорания являются крайне капиталоёмкими и энергоёмкими, в большинстве случаев почти удваивают стоимость строительства электростанции и потребляют около 10% вырабатываемой энергии. Поэтому для угольной генерации тем большее значение приобретает повышение эффективности выработки электроэнергии, само по себе сокращающее вредные выбросы за счёт уменьшения количества сжигаемого топлива.

В последние десятилетия генерирующие компании стремятся постоянно повышать эффективность своих электростанций за счёт внедрения новых технологий и решений с целью уменьшения количества потребляемого топлива при сохранении объёмов вырабатываемой энергии, а при использовании ископаемых видов топлива для снижения выбросов углекислого газа (CO2) в атмосферу. Особенно это касается угольной генерации. Самый многообещающий подход известен как CO2-очистка. Эта технология предусматривает связывание большего количества углекислого газа в химическом растворе и последующее удаление его из дымовых газов.

Но улавливание углекислого газа – это только первый шаг. Необходимо обеспечить постоянную изоляцию углекислого газа от атмосферы или найти способы превратить его в ценную продукцию. Например, в рамках реализации проекта под названием «Мечта производства» компания RWE объединила усилия с компанией «Байер» и Техническим университетом Ахена для исследования возможностей изготовления высококачественной пластмассы из уловленного углекислого газа, и первые исследования показали, что это вполне возможно.

Отходы – в дело

Наиболее энерго- и экологически эффективным вариантом решения проблемы утилизации твёрдых бытовых отходов (ТБО), которая достаточно остро строит в России, является создание на территориях ТЭС и котельных, расположенных в промышленных зонах городов, сателлитных энергетических установок (СЭУ). Это комплексные предприятия, на которых теплоутилизационная и энергогенерирующая составляющие по переработке отходов интегрированы в общую технологическую схему. Санитарно-защитные зоны таких объектов по размерам достаточны для размещения мусоросжигательных заводов (МСЗ) производительностью до 40 тысяч тонн в год, а тепломеханическое оборудование в значительной степени идентично.

Специалисты уверены, что помимо решения проблемы утилизации ТБО и получения дополнительного энергоисточника, внедрение таких СЭУ позволит снизить негативное техногенное влияние на окружающую среду и одновременно обеспечит экономию до 7% используемого на энергетическом предприятии природного углеводородного топлива.

Перспективный биогаз

Жителям Европы уже давно не надо объяснять, что представляет собой биогаз. Он широко применяется как горючее топливо в Германии, Дании, Китае, США и других развитых странах, используется в бытовых целях и в общественном транспорте, подаётся в газораспределительные сети. К примеру, первый в мире биотопливный завод в городе Йоэнсуу в Финляндии, построенный в рамках реализации проекта компании Fortum, будет интегрирован с существующей ТЭЦ. В России есть все предпосылки для развития этого энергетического тренда. Как отметил на заседании президиума Совета при президенте по модернизации экономики и инновационному развитию Председатель Правительства РФ Дмитрий Медведев, «Россия обладает значительным ресурсным потенциалом: это и отходы лесопромышленного комплекса, и сельское хозяйство». После посещения первой в стране биогазовой электростанции «Лучки» в Белгородской области, которая освоила переработку свекловичного жома – дешёвого сырья, позволившего сократить затраты на производство энергии за зимний период на 30%, премьер призвал ведомства поддержать это направление получения энергии. Ведь по своей энергетической ценности биогаз сопоставим и с природным газом, и с мазутом, и с дровами.

В прошлом году в рамках деловой программы форума ENES-2013 администрация Томской области и фонд поддержки научной, научно-технической и инновационной деятельности «Энергия без границ» подписали договор о сотрудничестве, в рамках которого уже начата реализация проекта по разработке технологии скоростной переработки биомассы в биометан с получением тепловой и электрической энергии. Биогазовая установка пройдёт испытание суровыми сибирскими морозами, чтобы доказать свой ещё больший потенциал и возможность стать хорошим подспорьем в деле развития малой распределённой генерации, что особенно актуально для наших необъятных территорий.

«Уже сегодня производство биогаза в России становится одним из наиболее инвестиционно привлекательных направлений развития биоэнергетики, – уверен Дмитрий Фомин, эксперт отдела коммерциализации научных разработок Института мониторинга климатических и экологических систем Сибирского отделения РАН. – Оно предоставляет дополнительные источники дохода от продажи органических удобрений и платы за безопасную, экологически чистую утилизацию органических отходов».

Ставка на инновации

После большого энергетического кризиса 1970-х годов человечество решило, что энергию можно экономить прежде всего за счёт самоограничения. «Уходя, гасите свет!» – люди старшего поколения до сих пор следуют этому советскому призыву. Сегодня основным способом предупреждения возможных энергетических и экологических кризисов является разработка и внедрение инновационных технологий и подходов на всех этапах производства, передачи и сбыта электроэнергии.

Инновации в энергетике имеют ярко выраженный интернациональный характер и глобальные тренды. Крупные игроки на мировом рынке энергетики, такие как Enel, E.ON, RWE, «Интер РАО», тратят значительные ресурсы на финансирование НИОКР по самым разным направлениям и темам. Отечественная энергетика накопила необходимый финансовый и кадровый потенциал для реализации жизненно необходимых проектов. Благодаря стабильной поддержке государства можно даже помечтать, что уже в ближайшем будущем чадящие трубы станут экзотикой и в целом большой технологический прорыв станет реальностью в российской энергетической отрасли.

Автор: Ксения Кузнецова

инновации ВИЭ ТЭС альтернативные источники энергии Интер РАО электроэнергия стоимость электроэнергетика альтернативная энергетика возобновляемые источники энергии биогаз

Инновационные технологии в энергетике

Швейцарские

традиции.

Качественные

и технологичные

инжиниринговые

решения.

В настоящее время одной из самых острых проблем в мире является загрязнение окружающей среды, атмосферы, в результате химического, теплового, механического воздействия человека и промышленности в целом. В ближайшее время, в связи с ростом потребности энергоносителей и возможным ростом цен на нефтепродукты, человечество лишь усугубит свое влияние на атмосферу и в связи с этим, столкнется не только с острой необходимостью защиты окружающей среды, но и поиска новых альтернативных энергосберегающих технологий производства.

Топливная ячейка

Компания ENCE GmbH одним из своих приоритетных направлений в настоящее время считает внедрение принципиально нового революционного метода — утилизация попутного нефтяного газа с применением энергетических станций, работающих на топливных ячейках.

Процесс работы этих установок заключается в генерации электроэнергии на основе топливных ячеек. Сама топливная ячейка предназначена для выработки тепла и электрического тока из топлива, в котором содержится высокий процент водорода благодаря беспламенной электрохимической реакции. Одним из главных преимуществ этого амбициозного уникального метода заключается в том, что в самой топливной ячейке не происходит процесса горения, поэтому на выходе наш потребитель получает «чистое» тепло и энергию. В качестве топлива данные передовые установки могут использовать: метанол, пропан, синтез газ, попутный и природный газ, чистый водород.

Необходимо так же отметить, что данная модернизация включает в себя помимо оптимизации энергосберегающего исполнения станций и проработку новых прорывных технологий, связанных с повышением производительности, рентабельности предприятия, повышению норму прибыли того или иного производства.

Таким образом, компания ENCE GmbH одним предложением решает два важных вопроса: защита окружающей среды и использование перспективных энергосберегающих технологий 21века.

Преимущества использования этого перспективного метода заключается в следующем:

Инновационное получение энергии, без вредных выбросов в атмосферу различных примесей и парниковых газов

Способность работы в любых погодных условиях и не требующее специальной подготовленной местности

Низкая стоимость получения энергии

Не требует капитальных затрат и долгих сроков исполнения

Процесс прямого преобразования химической энергии топлива в электрическую, тепловую.

Автономная работа установки

Модульное компактное исполнение

Широкий диапазон мощности: 10кВт — 10мВт

Высокий КПД модульной установки, 80-95%

Отсутствие вибрации и шумов, отсутствие быстроизнашивающихся деталей

Не требуется технического обслуживания модульных установок первые годы работы

Энергетические установки свыше 1МВт

Компания ENCE GmbH рада предложить следующий модельный ряд установок:

Основные особенности

Бесшумность работы, отсутствие вибраций

Высокий запас прочности и надежности

Высокие КПД и производительность

Экологически чистое применение

Энергосберегающие технологии

Область применения

Промышленные предприятия

Системы генерации тепла, электроэнергии

Топливное резервирование

Энергетические установки на попутном нефтяном газе

Установка 1

Установка 2

Установка 3

Помимо вышеуказанных устройств, компании ENCE GmbH предлагает и другие виды установок, мощностью выше 1 МВт. :

1. Установка энергоснабжения на угольном газе

2. Установка энергоснабжения на пропане

3. Система понижения давления газа из магистральных трубопроводов

4. Гибридные системы генерации электроэнергии, тепла и холода
- 4.1 Гибридная система «топливная ячейка – газовая турбина»
- 4.2 Гибридная система «топливная ячейка – абсорбционный холодильник»
- 4.3 Гибридная система «топливная ячейка – преобразователь пара»

Энергетические установки среднего класса, до 1 мВт

Основные особенности

Используются для совместного комбинированного производства электрической энергии, тепла и холода

Возможность использования широкого ассортимента топлива

Такие установки имеют высокий КПД

Выброс в атмосферу углекислого газа на 40% меньше, чем у обычной электростанции на газе

Минимальный выброс токсичных соединений

Область применения

Холодильные склады

Торговые сети

Телекоммуникационные сооружения

Спортивные(медицинские) центры

Автономные объекты и здания

Офисы

Удаленные объекты от инфраструктуры

В производстве технологического пара

Инновации в энергосбережении: Топливные ячейки на технологии расплава карбоната

Данная топливная ячейка состоит из трех элементов:

Узла, в котором подготавливается газ для топливных ячеек.

Из основного модуля топливных ячеек, включающего смесительную камеру для свежего воздуха, батарею топливных элементов, катодного и анодного воздуха, двух вентиляторов, а так же радиатор.

Модуль контроля управления системой, а так же преобразования постоянного тока из топливных ячеек в переменный.

Более подробно Вы можете ознакомиться здесь

Инновации в энергетике: Энергетические установки на твердооксидных топливных ячейках

Основные преимущества данных инновационных топливных ячеек:

не дорогое материальным исполнением

достигается очень высокий КПД

высокие экономические показатели.

мощность одного модуля, составленного из топливных ячеек составляет порядка 100кВт

каждая твердо оксидная топливная ячейка способна генерировать свыше 25Вт

мобильность

Более подробно Вы можете ознакомиться здесь

Получить другую полезную информацию по энергетическим установкам среднего класса, Вы можете здесь здесь

Переносные энергетические установки (до 1кВт) и установки малой мощностью (до 50 кВт)

Основные особенности

Высокая степень надежности

Не требуют постоянного обслуживания

Такие установки имеют высокий КПД

Экологически чистые

Высокий уровень энергосбережения

Область применения

Телекоммуникация

Переносные устройства

Бытовая электроника

Системы безопасности, объекты МЧС

Средства сотовой связи

Отопление жилищных помещений

Системы управления лифтами

Диапазон мощности: от 250 Вт до 15 кВт

Более подробно о переносных, установок малой мощности, а так же получить другую полезную информацию по топливным ячейкам, о принципе работы топливных ячеек, о типах топливных ячеек, а так же по применению этого уникального изобретения, можно на нашем www. energy-units.ru, который полностью посвящен этому революционному открытию.

Топ-10 инновационных технологий в секторе устойчивой энергетики

Переход к более устойчивому будущему неизбежен, если мы хотим спасти нашу планету.

Существует множество инноваций, формирующих сектор возобновляемой энергетики. Новые энергетические технологии становятся все более популярными, повышая осведомленность о переходе на более чистые решения. Многие отрасли внедряют изменения и сосредотачиваются на создании более устойчивой среды, от солнечной энергии, хранения энергии, электромобилей до инновационных тепловых насосов, водородных технологий, интеллектуальных электрических сетей и других альтернатив углю, нефти и газу.

С ростом использования возобновляемых источников энергии появляется шанс отказаться от использования ископаемого топлива. И сегодня основное внимание будет уделено устойчивым инновациям, формирующим новое, более чистое будущее мира.

Наша вселенная – это море энергии – свободной, чистой энергии. Все это ждет, когда мы отправимся в плавание.
Роберт Адамс, американский фотограф-пейзажист

Какие устойчивые инновации изменят энергетический сектор?

С развитием искусственного интеллекта (ИИ), аддитивного производства, автоматизации и других технологий переход к более чистому будущему может быть проще, поскольку многие достижения помогают контролировать и контролировать инфраструктуру и улучшать окружающую среду, заменяя старое оборудование новым и лучшие решения. Тепловизоры, например, указывают на повреждения солнечных установок, вызванные перегревом, а датчики давления могут использоваться в водородных приложениях для измерения силы расширения жидкого или газообразного образца.

Технический прогресс позволяет отслеживать и измерять больше вещей, создавая возможность для всего мира создавать более устойчивую окружающую среду. Поэтому сегодня основное внимание будет уделено некоторым тенденциям, формирующим энергетическую отрасль.

1. Поезда на солнечной энергии

Томас А. Эдисон, один из самых важных изобретателей в области производства электроэнергии, сказал: «Я бы вложил свои деньги в солнце и солнечную энергию. Какой источник силы! Я надеюсь, что нам не придется ждать, пока закончатся нефть и уголь, прежде чем мы займемся этим». Это доказывает, что у солнечной энергетики есть огромный потенциал.

Однако, несмотря на то, что солнечная энергия является одним из самых популярных возобновляемых источников энергии, она все же не так популярна, как ископаемое топливо. По оценкам Международного энергетического агентства (МЭА), 29 % электроэнергии в мире вырабатывается за счет возобновляемых источников энергии, а солнечная энергия является третьей по величине технологией возобновляемой энергии после гидроэнергетики и наземного ветра после биоэнергетики в 2019 году.

Многие согласны с Эдисоном и попытайтесь найти больше способов использования солнечной энергии, например поезда на солнечных батареях. Этот вид транспорта может работать целый день без подзарядки. Как сообщает BBC в своем видео о солнечной железной дороге (см. ниже), поезд экспортирует 75% вырабатываемой энергии обратно в сеть.

2. Солнечные панели из пищевых отходов

В энергетическом секторе постоянно происходят улучшения, и одно из них демонстрирует еще одно усовершенствование в солнечной энергии — солнечные панели, изготовленные из пищевых отходов. Революционный материал был создан из выброшенных фруктовых и овощных светящихся частиц. Он был разработан студентом инженерного факультета Карви Эреном Р. Мэйгом, который работает в AuReus, и благодаря своей концепции он стал лауреатом премии Джеймса Дайсона. Разве это не самая устойчивая концепция?

3. Безлопастная ветроэнергетика

Наряду с развитием новых технологий появляются более продвинутые решения для возобновляемых источников энергии, таких как ветряные турбины. Все знают или, по крайней мере, видели обычные ветряные турбины, которые обычно имеют большие размеры и могут быть установлены как на суше, так и в море, о которых мы писали в этой статье. Но видел ли кто-нибудь новую конструкцию ветряной турбины, не требующую вращающихся лопастей?

Испанский стартап Vortex Bladeless разработал новый дизайн. Эластичный стержень используется для крепления трехметровой безлопастной турбины компании вертикально к земле. Он построен так, чтобы раскачиваться или колебаться в диапазоне скорости ветра, и возникающая в результате вибрация производит энергию. Эти безлопастные турбины можно использовать в городских или жилых районах, не занимая места, необходимого для строительства обычных ветряных электростанций.

4. Литий-стеклянные батареи

Значение батарей в переходе на возобновляемые источники энергии огромно. В этой статье мы сосредоточились на литий-ионном аккумуляторе, изобретении Джона Гуденау. Гуденафа называют «отцом литий-ионных аккумуляторов», и за это изобретение он получил Нобелевскую премию по химии. Это, однако, не помешало ему внести свой вклад в разработку литий-стеклянной батареи, емкость которой увеличивается с возрастом, а плотность энергии вдвое больше, чем у литий-ионных батарей.

Срок службы этих батарей намного больше, чем у обычных батарей. Они также работают при более низких температурах, заряжаются быстрее, стоят меньше, более безопасны (негорючие) и со временем накапливают больше энергии.

5. «Перезаряжаемые» шины

Компания Goodyear разрабатывает инновационную идею для электромобилей, позволяющую сократить время замены шин. Бренд представил то, что он называет «революционной самовосстанавливающейся концептуальной шиной, которая может адаптироваться и изменяться в соответствии с индивидуальными потребностями в мобильности».

Представьте себе шину, которая адаптируется к погодным условиям, дорожным условиям или тому, как вы хотите путешествовать. Новая инновация Goodyear создана из биологического вещества и усилена волокнами, смоделированными одним из самых прочных природных веществ — паучьим шелком. Это делает его полностью биоразлагаемым и невероятно прочным.

6. Напечатанные на 3D-принтере деревья, работающие на солнечной энергии

Почему бы не вырубать деревья для получения энергии, а посадить их? Исследователи из Центра технических исследований Финляндии VTT создали прототип дерева, которое собирает солнечную, кинетическую и тепловую энергию из окружающей среды, как внутри, так и снаружи. Он может накапливать энергию и преобразовывать ее в электричество для питания небольших приборов, таких как светодиодные лампочки, увлажнители, термометры и мобильные телефоны.

Искусственные деревья, собирающие энергию, можно воспроизводить бесконечно. Их сделали похожими на деревья, чтобы их можно было размещать в садах и других природных условиях.

7. Отработанные самолеты

Одним из самых углеродоемких видов деятельности человека являются авиаперелеты. Наряду с упомянутыми ранее пищевыми солнечными панелями, изготовленными из отходов, для самолетов могут использоваться «влажные» человеческие отходы, такие как гниющая еда и нечистоты. Эти самолеты, работающие на отходах, приводятся в движение топливом из отходов, таким как древесина и бытовой мусор, которые реагируют с каталитическими химическими веществами.

Будет ли больше компаний заниматься производством авиакеросина из ненужных источников углерода, таких как пищевые отходы и муниципальный мусор? Влияние этого топлива на климат будет меньше, чем у традиционного топлива, потому что его получают из растений, которые поглощают углекислый газ из атмосферы. По данным Popular Mechanics, влажных отходов, пригодных для использования, достаточно, чтобы заменить 20% всего авиационного топлива, что также означает, что они не попадут в циклы захоронения отходов, которые выделяют метан.

8. Солнечная энергия 3.0

Вы, наверное, слышали о промышленных революциях, таких как Индустрия 5.0, которая фокусируется на сотрудничестве между людьми и роботами, но слышали ли вы о солнечной 3.0, революции в солнечной промышленности?

Солнечная электростанция 3.0 — это полностью управляемая солнечная фотоэлектрическая электростанция, которая использует аккумуляторную батарею или другой накопительный блок, чтобы обеспечить сдвиг во времени, подавая больше или меньше энергии в сеть, когда это необходимо. Основная революция заключается в появлении на свет перовскитов, в которых используется в 10–1000 раз меньше материала, чем в наиболее часто используемых элементах из кристаллического кремния. Узнайте больше в видео.

9.

Углеродные нанотрубки

Студенты Массачусетского технологического института открыли инновационный материал, состоящий из углеродных нанотрубок, которые могут производить электричество, поглощая энергию из окружающей среды.

Крошечные частицы углерода, которые могут генерировать ток, просто реагируя с жидкостью вокруг них, могут использоваться для производства энергии. По словам исследователей, жидкость, органический растворитель, вытягивает электроны из частиц и создает ток, который можно использовать для работы микро- или нанороботов или химических реакций.

10. Самоохлаждающееся здание

Мы уже писали об экологически чистых зданиях, показывая, что они являются неотъемлемой частью городского дизайна, направленного на уменьшение изменения климата и потребление меньшего количества энергии и воды. Но как насчет зданий, которым не нужен кондиционер для охлаждения?

В дикой природе термиты создают возвышающиеся насыпи, вентилируемые сложной сетью туннелей. Зимбабвийский архитектор Мик Пирс использовал метод биомимикрии для создания естественной системы охлаждения, которая использовала природу, моделируя творчество термитов. В результате получился архитектурный шедевр, в котором ночью используется охлаждающий воздух, а днем — тепловое излучение для достижения 90% пассивный климат-контроль.

Будущее энергетики оцифровано и устойчиво

Некоторые из представленных устойчивых инноваций могут превратить энергетический сектор в зеленый сектор, поскольку рационально используемые материалы Земли могут наконец создать баланс между человеком и природой. Устойчивое развитие заставляет нас смотреть на то, что мы уже используем, повторно используем, и находить потенциал в пищевых отходах или природе, полной сокровищ.

Однако некоторые из этих инновационных технологий, упомянутых в тексте, было бы невозможно открыть и развить без других технологических достижений, например, деревья на солнечных батареях, вероятно, не существовали бы без аддитивного производства или перезаряжаемых шин без изобретения перезаряжаемых батарей. Таким образом, цифровизация может сделать энергетический сектор чище, помогая нам находить более устойчивые решения для энергетического сектора, например, с использованием 3D-принтеров или счетчиков энергии. Цифровизация растет и кажется неотъемлемой частью нашей жизни. Теперь к сети будет подключаться все больше и больше устройств, и мы можем предсказать, что в конечном итоге все будет подключено и контролироваться.

*Поскольку Distrelec не тестировал ни одно из этих нововведений, мы не можем подтвердить утверждения их создателей.

7 Инновационные технологии производства и хранения электроэнергии

За последние несколько десятилетий резко возросло потребление электроэнергии. Как потребители, мы потребляем энергию с угрожающей скоростью, от систем кондиционирования воздуха, систем отопления, бытовой техники и всех видов домашних развлекательных устройств до облачных вычислений, компьютеров и бытовой электроники. В последнее время внедрение электромобилей, хотя и «зеленых», все же нуждается в питании, и эта энергия должна откуда-то поступать. Мы описываем некоторые из 7 инновационных технологий производства и хранения электроэнергии.

We look at:

AirGen
Micro grids and Artificial intelligence
Compressed air energy storage (CAES)
Tesla’s Energy Powerwalls
Vertical Wind Turbines
Betavoltaics
Ultracapacitors

What happens when demand spikes ? Сброс или снижение нагрузки осуществляется по всей стране в качестве контролируемого варианта реагирования на незапланированные события для защиты системы электроснабжения от полного отключения электроэнергии. По оценкам Eskom, сброс нагрузки будет продолжаться как минимум еще 5 лет, потребители должны будут рассмотреть альтернативные технологии в отношении производства электроэнергии.

Каковы некоторые из новых и появляющихся технологий для производства и хранения энергии?

1.

Air Gen

Ученые из Массачусетского университета создали устройство, способное генерировать электричество из водяного пара, который естественным образом присутствует в атмосфере.

Устройство, названное Air-gen, имеет более чем тридцатилетнюю историю. Там ученые обнаружили необычный микроб, относящийся к роду Geobacter, который, помимо прочего, мог производить магнетит (хороший проводник электричества) без участия кислорода.

Экспериментируя с материалом, инженер-электрик Цзюнь Яо почти случайно обнаружил, что когда нанопроволоки особым образом контактируют с электродами, они генерируют ток. Хотя вряд ли этого будет достаточно для промышленных применений, в ближайшем будущем это может дополнить электроснабжение в небольших масштабах.

2.

Микросети и искусственный интеллект

Микросети — это локальные энергетические сети, которые могут работать свободно или оставаться подключенными к более крупной традиционной сети. Эти сети не только экономят энергию, но и обеспечивают энергонезависимость, эффективность и защиту во время непредвиденных обстоятельств.

Их мощность обычно варьируется от 100 киловатт (кВт) до нескольких мегаватт (МВт). Город Кейптаун в настоящее время проводит исследования по внедрению таких технологий, как микросети, для предотвращения периодических проблем с электроснабжением.

Xendee, компания из Сан-Диего, разработала передовой инструментарий для проектирования микросетей. Этот инструментарий включает использование искусственного интеллекта (ИИ) для прогнозирования использования и пиков использования. Эти системы точно прогнозируют энергопотребление и оптимизируют распределение по конкретным районам или зданиям, не затрагивая остальные дома и здания, подключенные к этой сети.

3.

Системы хранения энергии на сжатом воздухе (CAES)

Системы хранения энергии на сжатом воздухе (CAES) используют избыточную энергию для сжатия воздуха, который затем хранится в подземном резервуаре. Сжатие воздуха выделяет тепло. Конечно, цель, наряду с другими формами хранения энергии и другими подходами, такими как интеллектуальные сети, состоит в том, чтобы предоставить средства, в которых прерывистая возобновляемая энергия может заменить ископаемое топливо.

Иллюстрация работы системы CAES

Первой такой системой была электростанция мощностью 290 МВт, разработанная E.ON-Kraftwerk в Хунторфе, Германия, в 1978 году. Намерение состояло в том, чтобы помочь управлять нагрузками сети за счет хранения электроэнергии в виде сжатого воздуха в ночное время, когда спрос был низким, и высвобождения это снова, когда спрос увеличился. Станция все еще работает, используется для резервного питания. Сжатый воздух, как и в ряде других подобных систем, хранится в подземных соляных кавернах, которые заполняются за 8 часов со скоростью 108 кг в секунду. Когда снова потребуется электричество, сжатый воздух высвобождается и нагревается за счет сжигания природного газа.

4.

Powerwalls

Tesla Energy Powerwall — это современная домашняя батарея, предназначенная для хранения вашей чистой энергии, поэтому вы можете использовать ее в любое время — ночью или во время отключения электроэнергии. Powerwall дает вам возможность хранить энергию для последующего использования и работает с солнечной батареей или без нее, обеспечивая ключевую безопасность и финансовые преимущества.

Каждая система Powerwall включает как минимум один Powerwall и шлюз Tesla, который обеспечивает мониторинг, измерение и управление энергопотреблением в системе. Backup Gateway обучается и адаптируется к потреблению энергии с течением времени, получает беспроводные обновления, как и остальные продукты Tesla, и может управлять до десяти Powerwall 9.0005 Иллюстрация того, как работает Tesla Energy Powerwall

С солнечной батареей

Когда восходит солнце, солнечная энергия начинает питать дом. Когда в доме требуется дополнительная мощность, дом может питаться от коммунальной сети.

Powerwall заряжается от солнечной энергии в течение дня, когда солнечные панели производят больше электроэнергии, чем потребляет дом. Затем Powerwall сохраняет эту энергию до тех пор, пока она не понадобится дому, например, ночью или когда электросеть отключена во время отключения электроэнергии.

На следующий день, когда выходит солнце, солнечная энергия перезаряжает Powerwall, поэтому у вас есть цикл чистой, возобновляемой энергии.

Без солнечной батареи

Если ваши тарифы на электроэнергию меняются в течение дня, Powerwall будет взимать плату, когда стоимость электроэнергии низкая, и разряжать, когда стоимость электроэнергии высока, обеспечивая автоматическую экономию. Powerwall также обеспечивает непрерывное резервное питание, обнаруживая сбои в сети и автоматически становясь основным источником питания дома.

5.

Вертикальные ветряные турбины

Придорожные вертикальные ветряные турбины улавливают волны, создаваемые проезжающими транспортными средствами, энергию, которая в настоящее время не используется. Эти турбины, очевидно, улавливают не только ветер, создаваемый быстро движущимися автомобилями, но и любой ветер, который есть. Их можно установить вдоль середины автомагистрали (и поэтому к ним легко и дешево добраться).

Вертикальные ветряные турбины

Например, если бы эти турбины были установлены вдоль шоссе Йоханнесбург-Блумфонтейн на умеренном расстоянии друг от друга, скажем, 10 метров, стоимость всех турбин для проекта составила бы около 1 миллиарда рандов. Но эти затраты окупятся менее чем за пять лет, когда для энергосистемы будет выработано 325 МВт. Этого может быть недостаточно для питания всей страны от такой установки на вышеупомянутой трассе, но это существенная помощь.

6.

Бетавольтаика – из ядерных отходов ничего не выбрасывается

Ядерный материал постоянно разлагается и при этом испускает радиоактивные частицы. Вот почему чрезвычайно радиоактивные материалы так опасны и почему правильное хранение ядерных отходов так важно и дорого. Бетавольтаические устройства используют частицы отходов, произведенные низкоактивными радиоактивными материалами, для захвата электронов и выработки электроэнергии.

Выход этих устройств может быть довольно низким и уменьшаться в течение длительных периодов времени, но из-за постоянного выхода ядерного распада они могут быть чрезвычайно долговечными. Например, одна бета-вольтаическая батарея может непрерывно обеспечивать один ватт мощности в течение 30 лет.

7.

Ультраконденсаторы

Ультраконденсаторы используют электростатическое поле для быстрого захвата энергии и последующего быстрого ее высвобождения при необходимости. Обычные аккумуляторы и усовершенствованные литий-ионные аккумуляторы, основанные на химической реакции, не могут сделать это эффективно, потому что они медленно заряжаются и медленно разряжаются. Когда батареи просят быстро заряжать и разряжать — что сегодня имеет место во многих приложениях — они начинают выходить из строя и в конечном итоге нуждаются в замене.

Ультраконденсаторы внедряются (там, где батареи не могут) в возобновляемых источниках энергии от солнца, ветра и волн для повышения эффективности и надежности. Уникальная способность ультраконденсаторов к быстрой зарядке/разрядке позволяет установкам возобновляемой энергии быстро накапливать энергию, а затем возвращать ее обратно в энергосистему, «укрепляя» выходную мощность и «отключаясь» во время кратковременных сбоев. Это увеличивает использование возобновляемой энергии на 30–50 процентов, поэтому нет необходимости строить энергосистему в таких больших масштабах (с дополнительными затратами), поскольку спрос на электроэнергию растет.

Небольшие ультраконденсаторы можно комбинировать с батареями в ноутбуках, планшетах, смартфонах и электронике для более эффективного использования электроэнергии. Поскольку ультраконденсаторы можно быстро заряжать и разряжать до миллиона раз без потери производительности, они идеально подходят для обеспечения импульсов мощности, необходимых современным электронным устройствам, помогая им работать лучше, а батареи — дольше.

Инновационные технологии в электроэнергетике: ИННОВАЦИИ В ЭЛЕКТРОЭНЕРГЕТИКЕ: ВИДЫ, КЛАССИФИКАЦИЯ И ЭФФЕКТЫ ВНЕДРЕНИЯ | Ховалова