Сегодня практически все эксперты сходятся на том, что полноценный выход в постиндустриальную эпоху не состоится без изменения глобальной энергетической парадигмы. Конечно, это касается, в первую очередь, широкого использования возобновляемых источников энергии. STRF.ru предлагает обзор интересных новинок в этой области за последний месяц. Энергоустрица
В середине ноября эдинбургская фирма Aquamarine Power сдала в эксплуатацию Европейскому исследовательскому центру морской энергии (European Marine Energy Centre) необычную и самую крупную в мире волновую электростанцию "Устрица" (Oyster), созданную при содействии ученых из Королевского университета в Белфасте (Queen's University Belfast). Комплекс "Устрица" был торжественно опущен на дно у побережья Шотландии (в районе Оркнейских островов) в присутствии членов шотландского правительства.
От морского моллюска у электростанции - лишь "местожительство" на дне, недалеко от береговой кромки (100-200 метров). При этом глубина погружения "энергетического моллюска" - около 12 метров - чтобы не препятствовал проходу кораблей.
"Устрицы", установленные на дне в ряд, похожи на растянутые автонасосы. Их вертикальные стенки собраны из пяти больших параллельных труб-поплавков. Волна, идущая к берегу наклоняет эту стенку (как будто бы слегка качает насос ногой) и та, поворачиваясь на петлях вокруг горизонтальной оси, приводит в действие поршень, нагнетающий воду в трубопровод высокого давления. Поступающая под давлением на берег вода крутит ротор электрогенератора.
Разнос между морем и сушей устройства для сбора волновой энергии и электропреобразователя реализован впервые. Хотя сама эта идея носилась в воздухе. Достаточно взглянуть на запатентованную волновую электростанцию российского изобретателя Антона Кирюнина. Выгоды такого варианта размещения и впрямь очевидны: электрика на суше проработает дольше, и её обслуживать проще.
Oyster уже включён в потребительскую электросеть и начал исправно питать энергией несколько сот домов на шотландском побережье.
На сегодня в морях работают уже десятки сравнительно небольших волновых электростанций. Первая в мире крупная коммерческая ВЭС начала генерировать ток в прошлом году в Португалии под городком Агусадора.
Справка STRF.ru:
Единственная в России приливная электростанция мощностью 1,7 МВт. находится в заливе Кислая Губа Баренцева моря. Она построена в 1968 году. Недавно в той же губе "РусГидро" утвердило проект строительства первой в России Кислогубской ветро-приливной электростанции.
Когда-то в СССР планировалось создание целого ряда промышленных приливных электростанций. В частности, был разработан проект крупнейшей в мире (проектная мощность - 87 000 МВт) приливной электростанции в Пенжинской губе Охотского моря; Мезенской губе (11 000 МВт) на Белом море, Тугурском заливе. Ряд оригинальных решений в этой области по-прежнему рождаются в России. Один из последних примеров - представленный на выставке НТТМ-2009 проект приливной электростанции, разработанной в Астраханском госуниверситете. Другой, более продвинутый в практическом плане проект - поплавковой волновой электростанции (ПВЭС), предлагает компания "Прикладные технологии".
Великий осмос
На днях в г. Тофт, находящемся неподалеку от столицы Норвегии, торжественно открыта одна из первых в мире электростанций, использующих осмос для выработки энергии.
Напомним, что осмосом (от греч. ?σμος "толчок, давление") называется процесс диффузии растворителя из менее концентрированного в более концентрированный раствор.
Норвежские энергетики из компании Statkraft придумали свой оригинальный метод извлечения энергии из этого явления. Соленая и пресная вода заливается в два раздельных резервуара, соединённых между собой полупроницаемой мембраной. При этом раствор выравнивает концентрацию минералов по отношению друг к другу: молекулы пресной воды проникают через мембрану в соленую воду и создают в ней избыточное давление, эквивалентное столбу воды 120 метров высотой. В результате на слив нагнетается весьма мощный поток воды, который и вращает турбину, вырабатывающую электрический ток.
Благодаря помощи специалистов Института по изучению полимеров исследовательского центра GKSS в Гестхахте (Германия) норвежским инженерам удалось создать довольно эффективную мембрану, интенсивно задерживающую соль с одной стороны и пропускающую воду с другой. Общая поверхность мембраны достигает 2000 кв.м. Для экономии места она закручена в множество рулонов. Совершенствование мембраны идет постоянно. Для выхода на оптимальный режим работы осмотической электростанции нужно достичь мощности от 4 до 5 ватт на квадратный метр мембраны. Пока "энергосъем" - 2-3 Вт/м2.
Всего же первенец осмотической энергетики вырабатывает сегодня лишь 2-4 кВт. Этого хватит на энергообеспечение одной квартиры или небольшого деревенского дома. По словам норвежских энергетиков, многие крупные города в мире стоят на речных устьях, что идеально для осмотической энергетики. В отличие от ветра и солнца, ОЭС, как, например и ГЭС может непрерывно вырабатывать возобновляемую энергию. Причем в отличие от гидроэлектростанций, осмотические не потребуют огромных гидросооружений и создания искусственных водохранилищ.
Космическая электростанция: Япония или США?
Япония планирует вложить 21 миллиард долларов в строительство солнечной электростанции, размещенной на геостационарной орбите на расстоянии в 36 000 км от Земли. Называется проект Space solar power system (SSPS).
Справка STRF.ru:
В начале 2000-х в Программе развития Единой национальной электрической сети (ЕНЭС) впервые в российской энергетике в качестве отдельного раздела были выделены "разработки и практическое использование сверхпроводящих технологий в электрических сетях". Этот проект был включен в Федеральную целевую программу "Исследования и разработки по приоритетным направлениям развития научно-технологического комплекса России на 2007-2012 годы".
О результатах исполнения этих проектов можно было узнать на Международном форуме по нанотехнологиям, прошедшем в октябре в "Экспоцентре": корпорация "Русский сверхпроводник" показала некоторые образцы российской сверхпроводниковой техники. А недавно информационный бюллетень "Сверхпроводники для электроэнергетики" (т.6, вып.3, 2009 г.) сообщил о том, что "ОАО "ВНИИКП" и ОАО "НТЦ Электроэнергетики" провели совместные испытания первого российского силового трехфазного ВТСП кабеля длиной 30 м с номинальным током 1500 А и напряжением 20 кВ.
Японская космическая электростанция мощностью 1 ГВт будет аккумулировать солнечный свет гигантскими солнечными панелями толщиной 10 сантиметров и общей площадью 4000 м2. Круглосуточный приём прямых лучей Солнца, независимость от погодных условий, а также особый керамический материал содержащий хром и неодим, позволит японским космическим солнечным панелям вырабатывать в 3-4 раза больше электричества, чем их наземным аналогам.
Энергию, полученную с гелиоприемника, предполагается перекачивать на Землю с помощью микроволн узконаправленным сфокусированным лучом. Согласно подсчетам разработчиков, одного получаемого гигаватта достаточно для обеспечения 249 тыс. средних домов в Токио.
Согласно данным, опубликованным на интернет-сайте Министерства торговли Японии, по этому проекту уже сложилась мощный консорциум, состоящий из Японского агентства аэрокосмических исследований (JAXA) и 16-ти компаний,в том числе таких гигантов, как "Mitsubishi Electric Corp", "IHI Corp", NEC, Sharp, Fujitsu.
В 2015 году предполагается запустить небольшую модель будущей электростанции на 100 кВт для тестовых экспериментов. В центре внимания исследователей будет отработка передачи энергии на наземные приемники. Планируется также разработать способы сокращения затрат на доставку комплектующих в космос. Для этого понадобятся, с одной стороны более дешевые ракетоносители, а с другой - снижение веса самих солнечных панелей и другого "выносного" оборудования. Окончить строительство космической солнечной электростанции (КСЭС) японцы предполагают в 2030 году.
На днях орбитальную энергетическую гонку официально включились США. Власти Калифорнии дали отмашку на реализацию проекта космической солнечной энергостанции компании Solaren, которая разрабатывала его с середины 90-х гг. Сейчас к проекту в качестве партнёров подключились Boeing и Lockheed Martin.
По плану Solaren, около пяти новых спутников, будучи выведены на геостационарную орбиту, развернут лёгкие зеркала, с поперечником в сотни метров. Они сконцентрируют солнечные лучи на блоках солнечных батарей гораздо меньших размеров. Энергию, преобразованную в СВЧ-волны, спутники направят на Землю в крупную "мишень", представляющую из себя поле приёмных антенн, раскинувшееся на несколько квадратных километров.
Получать промышленную электроэнергию из космоса американцы планируют начать раньше японцев - с 2016 года. Правда, и мощность Solaren гораздо меньше, чем у японской SSPS - 200 МВт. В течение 15-лет планируется ежегодно продавать по 1700 ГВтч электроэнергии.
Первенец сверхпроводящих ЛЭП
В США обнародованы планы строительства первой в мире промышленной системы электропередачи на основе сверхпроводимости. Речь идет об уникальном
распределительном энергоузле "Три товарища" (Tres Amigas Superstation), который соединит между собой в одной точке близ города Кловис (Clovis) в Нью-Мексико три независимые американские электросети: восточную, западную и техасскую.
Tres Amigas станет первым узлом, способным перебрасывать большие мощности в любом направлении сразу между тремя отдельными сетями, не совпадающими с соседями по фазе тока. А в точке, где три сети близко подходят друг к другу, будет создана распределительная энергосистема, соединяющая их между собой многокилометровым кабельным треугольником, зарытым в землю. При этом подземный кабель будет сверхпроводящим.
До недавнего времени сверхпроводники относительно широко использовались только в научном оборудовании и медицинской томографии. В электросетях сверхпроводящие кабели применялись пока лишь в качестве эксперимента. Самым масштабным из них было подключение в прошлом году 600 метрового ВТСП-кабеля американской фирмы Nexans в энергосистему крупной муниципальной электроэнергетической компании Long Island Power Authority (LIPA). В основу кабеля легли наработки, пожалуй, самой передовой на сегодняшний день компании в этой области - American Superconductor.
В июле 2009 года эта компания объявила о прорыве в создании высокотемпературных сверхпроводников второго поколения (2G) для массового производства и передачи промышленных объёмов энергии в реальных энергосетях. Такие кабели представляют из себя тонкий слоеный "пирог", в котором слои никель-вольфрамовой подложки перемежаются с прослойками из оксида иттрия, циркония и ряда других веществ. Сам сверхпроводник сделан из сплава иттрия, бария и оксида меди, покрытого осажденной взвесью из миллиардов нано-размерных точек кристаллов оксида иттрия. Все это ламинировано сверхтонкой пленкой из меди, стали или серебра.
Группа плоских проводков, толщиной по 0,2 миллиметра и шириной чуть больше 4 миллиметров способна передавать огромные потоки электроэнергии в городах на участки с максимальным пиком нагрузки. Один такой провод может нести ток в 140 А при высоком напряжении, применяемом в магистральных линиях электропередачи. Для таких параметров тока сечение традиционного медного проводника должно быть в 100 раз больше.
После строительства первой очереди Tres Amigas, по сверхпроводящему подземному треугольнику в любом направлении может быть передано до 5 гигаватт мощности. А в конечном варианте максимальный поток по каждой из сторон этого треугольника достигнет 30 гигаватт. При этом сама узловая станция будет ещё располагать и аккумулирующими мощностями в размере 150 мегаватт, помогающих сглаживать нагрузку.
При передаче мощностей свыше 5 гигаватт на расстояния более тысячи километров, затраты на криогенное оборудование, охлаждающее ВТСП-кабель становятся приемлемыми, а сверхпроводящие магистрали оказываются дешевле наземных ЛЭП. В полной мере проявляется выгода от обнуления потерь на электросопротивление в проводах. Кроме того, в отличие от ЛЭП, подземный кабель не требует широких полос отчуждения, не зависит от наземных природных бедствий и злоумышленников. При необходимости увеличения мощности энергопередачи дополнительные кабели можно просто уложить бок о бок с предыдущими.
Дороги-электростанции
В начале декабря стало известно об успешно завершенном этапе испытаний новой израильской технологии, которая может произвести переворот в дорожном строительстве, соединив его с энергетикой. Соответствующую технологию разработала компания "Innowattech".
Под асфальт или под рельсы на определенном расстоянии друг от друга устанавливаются пьезоэлектрические генераторы, способные превращать энергию давления проезжающего транспорта в электроэнергию. Запасаемая в компактных накопителях, она будет напрямую поставляться близлежащим потребителям.
Сам принцип отнюдь не нов. Известно, например, что в японском метрополитене есть станция с пьезоэлектрическим полом, использующим давление ног пассажиров для выработки электроэнергии, достаточной для питания нескольких турникетов. На таком же принципе действует танцевальная площадка в одной из английских дискотек.
Но израильтяне, похоже, первые, кто смог довести генерацию пьезоэлектричества до потребительски значимых масштабов. Например, сейчас на опытном участке близ станции Лод "Innowattech" устанавливает рельсы с вмонтированными в них пьезогенераторами.
По утверждению директора компании "Innowattech" Хаима Абрамовича, прохождение по этому участку в час 10-20 поездов с 10 вагонами каждый, позволит полностью обеспечить электричеством 150 жилых домов.
Уже созданы пьезогенераторы для автомобильных и железных дорог, пешеходных тропинок, и даже для авиационных рулежных полос.
Разработанная система получения и хранения энергии может также быть задействована в создании разветвленной "заправочной" инфраструктуры для электромобилей.
