ПОЛЕЗНЫЕ СТАТЬИ


Новаторские идеи в действии. Обзор по материалам Мембраны


http://www.membrana.ru/particle/17789

Китайцы решили построить первый вакуумный поезд

Разработчик спорной концепции самого быстрого наземного транспорта продал в шести странах более 60 лицензий, позволяющих участвовать в реализации проекта. Особый интерес задумка вызвала в Поднебесной, чьи учёные намерены первыми воплотить смелый замысел, которому скоро исполнится вот уже как сто лет.

Деловой подход к реализации своей мечты выбрал изобретатель из Флориды Дэрил Остер (Daryl Oster). Его компания ET3.com разрабатывает систему скоростного сообщения, призванную заменить самолёты, но строить её предлагается всем желающим: автор распространяет лицензии на право использования своей интеллектуальной собственности.

ET3 означает Evacuated Tube Transport Technologies (технологии транспортировки по вакуумной трубе), соответственно, сам такой транспорт Дэрил именует ETT. В общих чертах суть его проста. Герметичные капсулы на магнитной подвеске (маглев) летят внутри трубы, из которой откачан воздух.

Evacuated Tube Transport – труба и стартовая станция, рисунки из патента Остера (иллюстрации ET3.com, Daryl Oster).

Поскольку «вагоны» не касаются стенок, а аэродинамическое сопротивление практически сведено к нулю, затраты на перемещение такого аппарата в пространстве (в расчёте на килограмм груза) могут быть в десятки раз ниже, чем у обычного поезда. Ведь начальная энергия, необходимая для разгона капсулы до высокой скорости, может быть почти полностью возвращена в сеть близ пункта назначения — при торможении за счёт всё тех же электромагнитных систем.

Типичная трасса ETT должна состоять из двух труб для движения в двух направлениях. Трубы могут быть как надземными, так и подземными, в зависимости от конкретной местности. В развитой системе труб может быть и больше, а также могут появиться узловые станции с системами, автоматически направляющими входящие капсулы на боковые ветки (иллюстрация ET3.com).

О деталях проекта Остера скажем чуть ниже. А сейчас необходимо вспомнить, что перед нами не что иное, как вакуумный поезд. Его идея впервые была выдвинута отечественным физиком Борисом Вейнбергом ещё в 1914 году.

Дэрил Остер начал работать над идеей вакуумного поезда в середине 1980-х годов. Неизвестно, был ли он знаком с предложением своего далёкого предшественника из России – профессора Вейнберга, которое популярно изложил в своей «Занимательной физике, часть 2» Яков Перельман. Впервые эта книга, рисунок из которой мы приводим, вышла в свет в 1916 году и пережила множество изданий.

В теории, летающие в вакуумной трубе вагончики могли бы развивать скорость, более менее сопоставимую с космической (до 8 тысяч километров в час), и преодолевать межконтинентальные расстояния быстрее любого самолёта.

Но хотя в XX веке с подобными предложениями инженеры выступали не раз, вакуумный поезд до сих пор остаётся сказкой. Очевидно, при его создании необходимо преодолеть массу трудностей. Это нисколько не смущает Остера, который ещё в 1999 году получил на ETT американский патент.

Документ описывает многие тонкости в устройстве и работе дороги: капсулы и систему их подвески, приспособления для согласованного ускорения капсул и регенеративного торможения, контроль за вибрациями и автоматическое управление транспортными потоками в таких трубах, меры безопасности (в том числе резервирование систем) и так далее.

Загрузка и выгрузка капсул должна быть роботизирована. Пассажирам нужно лишь ввести наименование станции через компьютерный терминал и занять свои места в «вагоне» (иллюстрация ET3.com).

Автор ETT полагает, что вакуумированная дорога может быть реализована в нескольких модификациях, отличающихся поперечником трубы и размером капсул. Оптимальный же вариант по соотношению капитальных затрат и вместимости – это полутораметровая труба и капсулы на шесть пассажиров либо 370 килограммов груза, насчитывающие 1,3 метра в диаметре и 4,9 м в длину.

Несмотря на размер, как у легкового автомобиля, капсулы должны весить всего 180-190 кг. Дело в том, что эти аппараты будут играть в системе совершенно пассивную роль, как посылки пневмопочты. Все системы привода, активные части магнитной подвески, управление движением – всё отдано на откуп самой трубе.

В капсулах будут размещены только магниты и проводящие обмотки для отклика на внешние поля. По информации Gizmag, вероятно, там могут быть использованы и сверхпроводники.

ETT предлагает променять различные удобства обычного поезда или самолёта на многократное сокращение времени поездки. Но страдающие клаустрофобией едва ли оценят быстроту вакуумного транспорта. На протяжении всего вояжа тут нельзя будет встать и размять ноги или сходить в туалет. А ведь более дешёвый вариант ETT предусматривает постройку ещё более тонкой трубы с маленькой капсулой и вовсе на одного обитателя (иллюстрация ET3.com).

На станциях по всему маршруту ETT должны быть предусмотрены автоматические шлюзы, запускающие заполненные капсулы в трубу и извлекающие их в месте назначения. В коротких (междугородних) поездках скорость таких капсул могла бы составлять 600 км/ч, а в дальних – до 6500 км/ч. Это позволило бы добираться из Нью-Йорка в Пекин за два часа.

Системы регенерации воздуха, похожие на те, что применяются на подлодках и в космических кораблях, обеспечивали бы пассажиров кислородом. А заскучать в межконтинентальных рейсах им не давали бы экраны с видеофильмами или играми. Также на «виртуальные окна» на стенках капсулы можно выводить любой пейзаж, сообщает новатор.

Остер – специалист в области машиностроения, занимавшийся конструированием и сертификацией различных морских и авиационных систем (фото ET3.com).

При внеплановой остановке капсулы Дэрил предлагает использовать для эвакуации людей аварийные люки, которые должны быть встроены в стенки трубы каждые полтора километра. В общем, предусмотрено действительно многое. Только реализация по-прежнему едва виднеется на горизонте.

За $100 и 6-процентные отчисления от будущих доходов Остер продаёт лицензии на ETT. Инженер надеется, что именно лицензиаты помогут ему довести замысел до стадии железа.

Среди заинтересованных сторон могут найтись специалисты по электромагнитным системам и вакуумным установкам, знатоки сопротивления материалов и доки в автоматизированных системах управления… Свою компанию Дэрил называет открытым консорциумом, а покупателей лицензий – его совладельцами.

Финальное проектирование работоспособной вакуумной дороги американец сравнивает с разработкой открытого ПО. Он утверждает, что дело сдвинется с мёртвой точки, если наберётся тысяча владельцев лицензии, способных в какой-то мере поучаствовать в проекте – расчётами, материалами, лабораторными экспериментами. Пока таковых набралось едва больше 60.

Остер полагает, что ETT хорошо подходит для дальних междугородних маршрутов, пролегающих по ровной и безлюдной местности на сравнительно южных широтах. В качестве перспективных рынков для пионерских вакуумных линий американец называет Китай и Индию (иллюстрация ET3.com).

Возможно, первая такая дорога будет построена в Китае. Ещё в 2001 году патентом на ETT заинтересовался доктор Чжан Яопин (Zhang Yaoping) из Юго-Западного университета Цзяотуна (SWJTU), который написал американцу письмо.

В 2002 году Дэрил приехал в Китай, познакомился с Яопином лично и помог ему запустить в Поднебесной исследования по ETT, причём в них удалось заинтересовать ещё нескольких учёных из разных китайских институтов и университетов, а чуть позже и специалистов из Японии. Важно, что в число соратников Дэрила вошли физики, занимающихся системами магнитной левитации на основе высокотемпературных сверхпроводников.

Во время визита в Китай Остер опробовал прототип маглева на сверхпроводниках, принцип действия которого американец намерен перенести на «вагончики» вакуумной дороги (фото с сайта magnetbahnforum.de).

Международная сеть ETT в видении Дэрила (иллюстрация ET3.com, Daryl Oster).

В 2010 году появилась информация, что работа над китайским вариантом ETT идёт полным ходом. Чжан и его коллеги решили построить два прототипа. К 2013 году они намерены создать небольшую модель вакуумного поезда, рассчитанную на достижение скорости 600-1000 км/ч, а в последующие годы — более крупную систему, фактически прообраз рабочего транспортного аппарата, с максимальной скоростью 500-600 км/ч.

Этот поезд должен передвигаться по подземному туннелю. Причём если Дэрил предлагал создавать в туннеле вакуум, то китайцы решили ограничиться просто пониженным давлением воздуха. Это позволило бы получить заметную экономию энергии и в то же время упростило бы и удешевило бы конструкцию трубы. Её стоимость китайцы оценили примерно в $3 миллиона за километр, что ниже, чем для двухпутного рельсового высокоскоростного транспорта.

Трансатлантический туннель (Transatlantic tunnel), плавающий в толще воды, – это ещё один футуристический проект, в котором могла бы пригодиться концепция вакуумного поезда.

Впервые идея туннеля между Лондоном и Нью-Йорком, в варианте с магнитной левитацией вагонов и откачкой воздуха, была выдвинута в 1960-х годах и позже всплывала несколько раз. Но все оценки говорили не только о колоссальной технической сложности сооружения, но и его заоблачной стоимости, измерявшейся триллионами (иллюстрации Discovery Communications, travelvice.com, sketchucation.com, tunneltalk.com).

Очевидно, для построения пассажирской системы ETT нужно будет подумать ещё над тысячей вещей. Как дорога будет защищена от землетрясений, какие дублирующие тормоза будут останавливать капсулы при сбое в работе электроники, сколько энергии будет уходить на поддержание низкого давления в трубах длиной в сотни километров…

На часть из этих вопросов ответы были получены в 2011 году: Остер и его соратники из Китая и Японии опубликовали две работы (1, 2), в которых рассмотрели проблему построения больших вакуумных труб с разумными капитальными затратами и способы быстрой откачки воздуха, задачу регулирования температуры внутри такой дороги и методы поиска утечек воздуха, работу систем жизнеобеспечения в капсулах и другие аспекты проекта.

Интересно, что похожую вакуумированную дорогу в 2002 году предлагали британцы. Правда, в их системе Fast Tube крохотные капсулы двигались на колёсах по рельсам. И хоть это было явно более простое решение, чем маглев, дело закончилось пшиком.

Большой прототип системы ETT вряд ли стоит ждать раньше 2020 года. Но, может быть, именно упорные китайцы с японцами первыми доведут столетнюю идею до воплощения. Идею, которую флоридский инженер поэтично называет Space Travel on Earth, космическим путешествием на Земле.


http://www.membrana.ru/particle/17716

Новая технология удешевит

солнечные батареи вдвое

Стоимость серийных батарей можно снизить до 40 центов за ватт против 80 у самых дешёвых сегодняшних образцов – таково обещание стартапа, представившего перспективную технологию обработки кремния.

Калифорнийская компания Twin Creeks Technologies объявила о внедрении на своём заводе солнечных батарей, расположенном в штате Миссисипи, технологии изготовления ультратонких пластин монокристаллического кремния.

В теории этот метод был предложен много лет назад, но заслуга Twin Creeks заключается в разработке и создании промышленного оборудования, способного реализовать данную идею при серийном выпуске СБ.

Цель новации заключается в радикальном (до 90%) сокращении расхода кремния на квадратный метр панели при сохранении высокого КПД устройства. Ведь при производстве СБ большие денежные затраты во многом обусловлены самим чистым кремнием и всеми технологическими цепочками, которые он проходит, пока превращается в готовый фотоэлемент. При этом существует, по меньшей мере, два проблемных места.

Во-первых, батареи классической конструкции используют относительно толстый кристаллический кремний (от 100 до 300 мкм, но, обычно, 200 мкм). Во-вторых, при резке полупроводника на пластины возникает немало отходов (иной раз, до половины от начальной массы).

Учёные и инженеры уже предлагали способы отрезания сверхтонких пластин от заготовок (различные виды пил и лазеры), поскольку для работы СБ достаточно куда более тонкого слоя материала.

Но или способы получались затратными, или просто готовые пластины далее невозможно было приспособить к имеющимся производственным линиям – хрупкий кремний легко ломался.

А вот Twin Creeks Technologies внедрила у себя почти безотходный метод отрезания листов кремния толщиной всего в 20 мкм – в десять раз меньше обычного.

Для этой задачи она использует собственный ускоритель ионов Hyperion 3, совмещённый с большой вакуумной камерой. Аппарат бомбардирует поверхность исходной пластины ионами водорода (фактически — протонами) со строго рассчитанной энергией. Ионы проникают в толщу кремния и останавливаются на глубине 20 микрометров. Там создаётся насыщенный протонами слой.

Принцип имплантации протонов (иллюстрация Twin Creeks Technologies).

Далее облучённую заготовку быстро помещают в печь и нагревают. Ионы создают слой микроскопических пузырьков водорода. Теперь достаточно слабого механического воздействия, чтобы по этой границе от исходной пластины аккуратно откололся 20-микрометровый пласт.

Оставшийся материал запускается в новый цикл: с одной донорской пластины кристаллического кремния Twin Creeks получает 10-14 ультратонких заготовок.

Ускоритель Hyperion 3 в десять раз производительнее предшественников, так как приспособлен к облучению большого количества пластин одновременно. Они помещаются внутрь вакуумной камеры и раскладываются вдоль обода вращающегося колеса. Процесс установки и удаления заготовок роботизирован. Одна машина Hyperion 3 может выпускать кремниевые пластины для СБ на «сумму» в 5-6 мегаватт в год (фотографии Twin Creeks Technologies).

Следующий шаг – добавление к этому кремнию достаточно тонкой металлической подложки. Она позволяет запускать листы дальше по производственной цепочке, без опасения, что будущие фотоэлементы треснут от малейшего удара.

Twin Creeks Technologies утверждает, что её процесс совместим с другими монокристаллическими материалами, например, с арсенидом галлия. Это ещё один фактор привлекательности технологии.

Компания рассчитывает не столько сама выпускать СБ по новому методу (мощности фирмы малы – до 25 мегаватт в год), сколько продавать ускорители ионов и иное необходимое в данном случае оборудование другим производителям солнечных батарей. В ближайший год американцы надеются разместить на рынке 5-10 таких комплексов.


http://www.membrana.ru/particle/17604

Глава НПП «Квант» предсказал будущее

солнечной энергетики

С целым ворохом познавательных цифр в руках Плеханов показывает – нас ждут серьёзные перемены в энергетической отрасли (фото MEMBRANA).

Стоимость солнечных батарей на мировом рынке падает, а использование солнечной энергии – растёт, и весьма высокими темпами. Наблюдая за этими количественными изменениями, мы рискуем пропустить нечто более важное – качественный переход в распределении энергетических источников.

Полгода назад Сергей Плеханов, генеральный директор НПП «Квант» в интервью «Мембране» рассказал о положении дел с фотовольтаикой в России и о перспективах её развития. Статья вызвала заметный отклик читателей, поэтому мы решили продолжить, расширить тему и приводим новый материал от главы «Кванта».

"Есть нечто более сильное, чем все войска на свете: это идея, время которой пришло". (Виктор Гюго)

История переполнена неожиданными, на первый взгляд, катастрофическими событиями. Хорошо было древним народам – у них были пророки. Они видели грядущее, предупреждали об опасностях и ничего не требовали от своих народов, кроме доверия. Сегодня становится ясно, что современные политики, академики и эксперты, все вместе взятые, не приближаются к способностям одного Иезекииля, хотя требуют существенно больше…

Наш мир развивается очень быстро. Но мы с осторожностью относимся к попыткам осмыслить будущее, хотя бы на 30 лет вперёд. Нам это кажется рискованной футурологией, не достойной учёного. Хотя, например, большинство из нас помнит, что было 30 лет тому назад. Можно выделить простые закономерности, основываясь даже только на собственном опыте. Но сумма простых вещей уже создаёт (или закрывает) «окно» тех или иных возможностей, формирует тенденции развития.

Постараемся вспомнить мир 30-летней давности глазами среднего землянина:

— Существуют две сверхдержавы – США и СССР, многим они представляются несокрушимыми;

— Китай выбрался из руин «культурной революции» и впервые приблизился к тому, чтобы накормить собственное население;

— 1 баррель нефти стоит 10-15 долларов, и её запасов должно хватить на 150-200 лет;

— Телефоны стационарны, а компьютер уже размещается на большом столе;

— Возобновляемыми источниками энергии (ВИЭ) занимается кучка учёных-энтузиастов, а будущей основой энергетики человечества представляется атомная энергия: сначала «мирный атом», а потом – неисчерпаемая и безопасная термоядерная энергия;

— Мощность всех солнечных преобразователей не превышает 4 МВт, а стоимость изготовления солнечного модуля превышает 15 долларов за 1 Вт в соизмеримых ценах;

— В терминах "Кондратьевских циклов развития" — расцвет индустриальной эпохи и самое начало процесса формирования постиндустриальной эпохи;

— О проблемах глобального потепления размышляют единицы учёных, более актуальной кажется проблема «озоновых дыр».

Что мы имеем сейчас:

— СССР исчез, позиции США сильны, но не безусловны, появился ЕС, Китай вырос в «третий центр силы»;

— 1 баррель нефти стоит 100-110 долларов, а запасов нефти по разным оценкам хватит на 30-70 лет;

— Более 7,5 ГВт солнечных преобразователей были установлены в 2009 г., в 2010 г. – 16,4 ГВт, а в 2011 г. – около 27,7 ГВт. Для сравнения, столько же вырабатывается на 10 атомных станциях «Росэнергоатома» (установленная мощность 23,24 ГВт);

— Только за последние три года (2009-2011 гг) суммарная мощность установленных в мире солнечных станций утроилась (с 13,6 ГВт до 36,3 ГВт). Если же говорить обо всех ВИЭ (ветровая, солнечная, геотермальная и морская энергетика, биоэнергетика и малая гидроэнергетика), то установленная мощность электростанций в мире, использующих ВИЭ, уже в 2010 г. превысила мощность всех АЭС и составила 388 ГВт.

Лидеры сменяются быстро. Только недавно крупнейшей в мире солнечной электростанцией на основе фотовольтаики была канадская Sarnia с 97 мегаваттами установленной мощности, но в минувшем году её сместили с пьедестала украинский солнечный парк «Перово» на 100 МВт (снимки вверху) и китайский комплекс Huanghe Hydropower Golmud Solar Park на 200 МВт (кадр внизу) (фотографии Activ Solar, cctv.com).

- Средняя стоимость производства солнечного модуля ныне опустилась ниже 1 доллара за ватт;

— Германия, Бельгия и Япония отказываются от «мирного атома», а термоядерная энергия – по-прежнему отдалённая перспектива, и, по мнению Е. П. Велихова (в прошлом одного из наиболее энергичных сторонников термоядерной технологии), даже в случае успеха мощность коммерческих термоядерных реакторов к концу XXI века во всём мире не превысит 100 ГВт;

— «Постиндустриальная» эпоха стала реальностью. По-прежнему нужны сталь и уголь, но всё больше требуется индия, галлия, теллура. Турбину современного самолёта невозможно сделать без кобальта и рения, волоконно-оптический кабель – без германия, в конструкции мобильного телефона используется 40 различных материалов, в компьютере, который запросто размещается на ладони, – 60, в том числе индий, галлий, мышьяк, литий, тантал, кобальт и др.;

— Проблеме «глобального потепления» посвящаются мировые конференции, всё большее число учёных и общественных деятелей вовлекаются в дискуссии. Независимо от того, правы ли те, кто считает это результатом деятельности человека, или те, кто уверен в естественных причинах «климатической разбалансировки», проблема объективно существует.

В Калифорнии продолжается строительство абсолютного рекордсмена — солнечной электростанции на 392 мегаватта ISEGS. Это комплекс установок термального типа («солнечная башня»). О выдающемся проекте мы рассказывали во всех деталях (фотографии ISEGS/ BrightSource Energy).

Перемены огромны, но следует признать, что многие ростки этого существовали и 30 лет назад. Что же произойдёт через 30 лет, если следовать логике «простые вещи сегодня определяют завтра»?

— Видимо, появится полноценный искусственный интеллект. По полушутливому замечанию того же Е. П. Велихова, сегодня мозги всех суперкомпьютеров уступают способностям мозга одного среднего человека, через 30 лет мозги всех людей планеты будут уступать мозгу одного суперкомпьютера. И хотя политические системы развиваются медленнее технических, возможности построения различных глобальных проектов неизмеримо вырастут;

— Количественный рост человечества замедлится или выйдет на «плато». Самая быстрорастущая страна мира – Китай – уже к 2015 г. пройдёт точку, когда численность трудоспособного населения сравняется с числом пенсионеров;

— Как следствие, после периода роста потребности в энергии всех видов произойдёт некоторое замедление или стабилизация выработки энергии. В 2010 г. человечеству потребовалось около 17 300 тераватт-часов, в 2020 г. ожидается 22 840 ТВт-час, а в 2030 г. – 28 900 ТВт-час электрической энергии. Наряду с этим человечество будет вынуждено всё более минимизировать воздействие на окружающую среду и компенсировать «климатическую разбалансировку», в том числе определяя развитие энергетики.

Вот об этой энергетике следует поговорить поподробнее.

«Простые вещи», которые мы видим сегодня, или догадываемся об их приходе завтра, заставляют нас задуматься о том, что даже в сегодняшнем состоянии альтернативной энергетики заложены ростки того, что неизбежно будет востребовано завтра.

Так, человечество, несмотря на кризисы, постоянно возвращается к идее использования возобновляемых источников энергии. Мировые инвестиции в эту область достигли в 2011 г. уровня 260 млрд. долл., что в пять раз больше, чем 53,6 млрд. долл., истраченных в тех же целях в 2004 г.

Ещё в 1997 г. ЕС впервые сформулировал «дорожную карту» внедрения ВИЭ к 2010 г., которая довольно точно совпала с действительностью, а по солнечной энергетике была превышена в 8 раз!

Результат: из 55 ГВт новых мощностей, которые были введены в ЕС в 2010 г., 22,7 ГВт пришлись на ВИЭ. Следующая программа предполагает достижение 20% выработки всей электроэнергии из ВИЭ в 2020 г. в 20 странах ЕС.

С 1990 г. производство солнечных элементов (СЭ) увеличилось более чем в 500 раз. Мировой оборот в этой индустрии составил в 2010 г. 82 млрд долл. В свою очередь, непрерывно растут инвестиции в солнечные технологии — с 40 млрд евро в 2010 г. до (как ожидается) более чем 70 млрд евро в 2015 г.

Производство солнечных батарей (ГВт в год) по регионам и годам. Красная линия – суммарно в мире (иллюстрация с сайта wikipedia.org).

По данным Европейской ассоциации фотовольтаической индустрии (EPIA), в 2011 г. в мире было подключено 27,7 ГВт новых солнечных станций. В результате суммарная установленная мощность всех этих станций в мире достигла 67,4 ГВт, и по этому показателю фотовольтаика вышла на третье место среди ВИЭ (после гидро- и ветроэнергетики).

2011 г. был также ознаменован расширением круга «гигаваттных рынков» — к Германии и Италии присоединились Китай, США, Франция и Япония. Так, за год в Италии было подключено 9 ГВт новых станций, в Германии — 7,5 ГВт, в Китае – 2 ГВт, в США – 1,6 ГВт, во Франции – 1,5 ГВт, в Японии – 1,1 ГВт.

По сообщению информационной службы Всемирной ядерной ассоциации (WNA), до 2030 г. Германия намерена вложить 1,848 трлн долл. в развитие ВИЭ и планирует в течение нескольких ближайших лет осуществить «энергетическую революцию», в результате которой в центре новой системы электроэнергетики окажутся технологии возобновляемой энергетики.

К 2020 г., за два года до намеченного срока полного закрытия своих атомных станций, Германия планирует сократить выбросы парниковых газов на 40%, удвоить количество возобновляемых источников энергии, чтобы вырабатывать с их помощью до 35% электричества в стране и сократить основное потребление электроэнергии на 20%.

Испанская солнечная электростанция Gemasolar — первая в мире, способная работать и ночью (фото Torresol Energy).

Ещё немного цифр. Сегодня конечная стоимость «под ключ» 1 Вт в крупной солнечной станции составляет 2,5-2,8 евро/Вт, к 2020 г. ожидается её снижение до 0,9-1,5 евро/Вт, а к 2030 г. – до 0,7 евро/Вт. При этом стоимость вырабатываемой такой станцией электроэнергии сегодня составляет 0,15 — 0,29 евро/кВт-час, к 2020 г. может снизиться до 0,07 – 0,17 евро/кВт-час, к 2030 году – до 0,04 евро/кВт-час.

2011 г. Принёс революционные изменения в стоимости солнечной энергетики. Установившиеся к концу этого года цены на 1 Вт в модуле в диапазоне 1-1,1 долл. демонстрируют практически 40-процентное снижение цен по сравнению с уровнем в 1,8 долл., характерным для первого квартала 2011 г. А это означает, что реальная динамика снижения стоимости солнечной энергии превзойдёт приведённые прогнозы. И уже в 2012 году стоимость «солнечного» и «традиционного» киловатта электроэнергии в некоторых районах мира сравняются.

В целом же различными сценариями предполагается, что к 2020 г. в мире будет установлено 350-600 ГВт «солнечных» мощностей, которые будут вырабатывать 100-400 миллиардов кВт-час электроэнергии, а к 2030 г. – 1080 – 1800 ГВт, которые будут вырабатывать 200-1400 млрд кВт-час электроэнергии. Таким образом, доля «солнечного» электричества в общемировой выработке электроэнергии уже к 2020 г. составит 4-7%, а в Европе 12 %.

Отметим, что все эти прогнозы основываются на технологиях, которые сегодня реально существуют. Это освоенные в промышленности солнечные элементы на базе кремния, CdTe, GaAs/Ge, существующие аккумуляторы, инверторы и прочее. Безусловно, технический прогресс будет так же стремительно продолжаться, но нет необходимости ждать появления новых, невиданных сегодня решений.

В списке крупнейших электростанций на базе солнечных батарей Waldpolenz Solar Park, расположенный близ Лейпцига, занимает всего лишь 16 позицию со своими 52 мегаваттами номинальной мощности. Зато это самый крупный в мире «солнечный парк» на основе тонкоплёночных модулей (в данном случае — из теллурида кадмия) (фото с сайта juwi.co.uk).

Таким образом, «простые вещи» уже сегодня формируют завтрашнюю энергетику и открывают «окна возможностей». Уже сейчас понятно, что солнечная энергетика способна в принципе стать основой мировой энергетики.

Например, сегодня учёные из разных стран мира проводят моделирование параметров солнечной энергетической системы. Предлагается создать глобальную энергосистему из солнечных станций, равномерно расположенных в экваториальном поясе Земли так, чтобы часть станций всегда находилась на дневной стороне. Все электростанции должны быть соединены линией электропередачи с малыми потерями.

При моделировании КПД солнечных станций принимался равным вполне реалистичным сегодня 25%. Подобная глобальная солнечная энергетическая система сможет генерировать электрическую энергию круглосуточно и равномерно в течение года в объеме 17 300 ТВт-ч/год, что превысит современное мировое потребление электрической энергии. Начало функционирования глобальной солнечной электростанции может состояться к 2050 г.

В результате реализации этого проекта доля солнечной энергетики в мировом потреблении электроэнергии может достичь 60-70%, а выбросы парниковых газов будут снижены в 10 раз. По оценкам, стоимость создания такой системы может превысить 10 трлн долл. Сумма представляется гигантской, но следует отметить, что сегодня в мире на оборону тратится ежегодно 7 трлн долл.

И это не просто умозрительные мечтания. В середине 2012 г. в Марокко планируется завершение первого этапа строительства солнечного проекта под названием Desertec Initiative (мы упоминали о его старте — прим. ред.), в ходе которого предполагается использовать солнечную энергию в пустыне Сахара.

Электростанция в Марокко будет представлять собой сооружение стоимостью 822 млн долл., занимающее площадь в 19,24 кв. км. Общая установленная мощность всех этапов стоимостью 2,8 млрд долл. составит 500 МВт (комбинированное производство — 100 МВт электрической энергии и 400 МВт тепловой). Полностью электростанцию планируется построить к 2050 г.

Китайский холдинг Suntech Power — крупнейший в мире производитель солнечных батарей. Он располагает заводами в Китае, Японии и США. Они выпускают 2,4 гигаватта солнечных модулей в год. Естественно, что электростанции на основе панелей Suntech можно встретить по всему миру (фотографии Suntech Power).

Для чего ещё требуется развивать солнечную энергетику?

— Представители элит развитых стран хорошо понимают, что «солнечная» промышленность – сильный мотор для технической, технологической и экономической модернизации, поскольку решающую роль в ней играют инновационные технологии. Государство, развивающее эту промышленность, получает в качестве «бесплатного бонуса» лидерство в электронике, военной технике и других жизненно важных для интересов государства областях. Это связано с тем, что поддерживающая «экосистема» одинакова как для «солнечной» промышленности, так и электроники – образование, научные школы, НИР, производители материалов и пр.;

— Снижение выбросов парниковых газов (напомним, эта проблема вполне реальна, независимо от того, как относиться к причинам запуска механизма «разбалансировки») к 2030 г. может составить 900 млн тонн СО2;

— Солнечная энергетика – крупный работодатель. Благодаря развитию альтернативной энергетики в последние годы в Германии создано более 300 тысяч новых рабочих мест. Солнечная энергетика может обеспечить работу как высококвалифицированных кадров (планирование, менеджмент, научные разработки), так и просто квалифицированных рабочих (установка, серийное производство). К 2030 г. в мире возможно создание в солнечной энергетике 2,6-3,5 млн рабочих мест/год;

— Как только солнечная энергетика стала пробивать себе дорогу в мир большой электроэнергетики, вскрылись проблемы, присущие традиционной электроэнергетике. Корень «зла» для электроэнергетики заключён в неравномерном графике нагрузки, как суточном, так и годовом. Мощность электросети должна рассчитываться на пиковые нагрузки, а в остальное время энергия остается невостребованной.

Современная «турбинная» электроэнергетика не обладает необходимой гибкостью. Турбины нельзя включать и останавливать когда угодно. Это обстоятельство приводит к необходимости существенного завышения общих мощностей. В фотоэнергетике проблема усугубляется еще и 100-процентной (ночь-день) вариацией мощности. Однако умножение двух «минусов» при использовании в единой энергосистеме дает «плюс».

Солнечная энергетика включается с восходом солнца. В крупных странах уже сегодня возможно использование комбинированной энергосети, в которой потребители электроэнергии распределены по часовым поясам, в результате чего энергия передаётся в те районы, где наступает пик потребления из тех районов, где светит солнце. Контуры такой единой «умной» энергосистемы, созданной без избыточных мощностей, сегодня только прорабатываются, но они вполне заметны.

Этот «солнечный парк» в германском местечке Арнштейн интересен не размерами («всего» 12 МВт пиковой мощности), а тем, что тут применяется двухосевая система слежения за солнцем. Не особо частое решение (фото с сайта skytron-energy.com).

Что всё это означает для России?

Не обнаружим ли мы себя однажды засыпанными пеплом современного Везувия, как некогда жители Помпеи, не верившие в изменения окружающего их мира? Завтра, безусловно, нет. А через 30 лет? Возможно…

По словам профессора Эйке Вебера (Eicke Weber, глава Fraunhofer-Institut fur Solare Energiesysteme, Фрайбург), в 1850 г. треть ВВП США обеспечивалась производством китового жира. Он был тогда единственным жидким горючим и, например, играл огромную роль при освещении помещений. Спустя всего десять лет эта отрасль экономики была буквально стёрта с лица Земли, поскольку появились нефтепродукты. И возможно, уже через 30 лет наши дети и внуки будут удивляться, насколько же мы были глупы, что сжигали нефть.

Представляется, что сегодня окружающая нас действительность создала «окно возможностей», которого ещё не было 5 лет назад. Это означает, что подходы к развитию энергетики (и экономики в целом) требуется пересматривать.

Да, в 2010 г. в мире добыто 2,3 млрд тонн железной руды и выплавлено 1,4 млрд тонн стали. Да, сегодня миру нужны наши нефть и газ. Но в будущем мире не нужно будет столько стали для газо- и нефтепроводов, а также буровых вышек. Уже через 10-20 лет миру не нужно будет столько нефти и газа, сколько мы продаём сегодня. Но будут нужны кремний, германий, индий, стекло… Это определит и изменения на рынке труда. Будут нужны физики, химики, технологи, операторы, квалифицированные конструкторы, специалисты-монтажники.

Когда мы говорим сегодня о 25 млн рабочих мест, которые будут нужны завтрашней России, нам следует понимать, что эти рабочие места нужны для завтрашней структуры экономики и энергетики. Примечательно, что в регионах, перспективных с точки зрения использования солнечной энергетики (Северный Кавказ, Сибирь, Дальний Восток), сегодня существует относительно высокий уровень безработицы. Таким образом, солнечная энергетика может значительно помочь в социально-экономическом развитии регионов России.

И ещё один важный вывод. 8 января 2009 г. распоряжением Правительства РФ были утверждены «Основные направления государственной политики в сфере повышения энергетической эффективности электроэнергетики на основе использования возобновляемых источников энергии на период до 2020 года», в которых устанавливаются следующие значения показателей объёма производства электроэнергии с использованием ВИЭ: в 2010 г. – 1,5% (или около 17 млрд кВт-ч); в 2015 г. – 2,5 % (или около 33 млрд кВт-ч); в 2020 г. – 4,5% (или около 70 млрд кВт-ч).

Конечно, появление этого документа говорит о том, что в России всё-таки начинает формироваться на уровне государственной политики понимание того, что потенциал сырьевой экономики постепенно иссякает. Однако представляется, что конкретные шаги по формированию механизмов реализации этой политики по-прежнему отсутствуют, а намеченные показатели являются скорее не ориентиром для развития, а дезориентацией.

Создаваемый сегодня рынок альтернативной энергетики имеет глобальный характер и ведёт к созданию десятков миллионов рабочих мест. Неучастие России в этом процессе уже сегодня лишает её возможности создавать эти рабочие места у себя, оставляя её за бортом разворачивающейся в мире гонки за энергоэффективностью и, в конечном счёте, делая её всё менее конкурентоспособной.

В этом смысле ближайшие 10-15 лет станут для России важнейшими. В том случае, если мы будем продолжать двигаться к намеченному ориентиру в 4,5% к 2020 г. – безнадёжное отставание станет неизбежным.


http://www.membrana.ru/particle/17688

Индийцы представили солнечные батареи с хранением энергии

Прототипы выполнены с применением доступных серийных элементов, которые были дополнены оригинальной электроникой для корректной совместной работы (фото ACNSMM).

По словам разработчиков, это первые в мире устройства, в которых непосредственно интегрированы фотоэлектрические ячейки и накопители электричества. Новинка призвана сглаживать неравномерность в выработке солнечной энергии. Она может питать потребителей даже ночью.

Преобразователь под названием Amrita Smart создали учёные из индийского центра нанонауки и молекулярной медицины (ACNSMM).

Общая идея проекта сходна с принципом японской разработки 2004 года – фотоконденсатором, собирающим энергию солнечных лучей. В панели Amrita Smart установлены фотогальванические элементы, под которыми находятся суперконденсаторы.

Один из авторов прибора, Шантикумар Наир (Shantikumar Nair), рассказывает: «Продукт может удовлетворить потребность дома в электричестве и способен хранить энергию до семи дней. Это может быть особенно полезно в облачную или дождливую погоду».

Опытные панели Amrita Smart дебютировали на конференции по нанотехнологиям в солнечной энергетике и системах хранения энергии Nanosolar 2012, прошедшей в конце февраля в штате Керала.

Эти устройства могут зарядить ноутбук или смартфон после пребывания на солнце в течение всего четырёх часов. Вес таких панелей составляет порядка 200 граммов.

Более крупные версии Amrita Smart в дальнейшем могут быть выпущены в виде "солнечной черепицы", утверждают индийцы. Они помогут упростить «солнечное питание» дома за счёт отказа от отдельных аккумуляторов.

Разработчики надеются, что на рынок панели Amrita Smart попадут в течение одного-двух лет. «Они будут производиться с использованием тонкоплёночных суперконденсаторов и карбоновой рамы. Мы надеемся запустить их по всему миру в течение года», — заявил доктор Наир.


К началу

К списку статей

На Главную


 
 
  © Все права защищены 2012-2015г.
Дизайн «ООО Системы будущего».
Сопровождение сайта www.OvoFix.ru
 
125480 г. Москва ул. Планерная д.3 кор.3 "Аэроэкология"
+79857623942 +74959442622 +79099929596 +79099929594
narod-akademia.com