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Aenert news. Energy Trends
按照惯例，麻省理工学院《麻省理工技术评论》的编辑最近公布了2024 年 10 项最重要技术的新清单。完整列表（按提及顺序）包括：人工智能万能、超高效太阳能电池、Apple Vision Pro、减肥药物、增强型地热系统、Chiplet、第一个基因编辑治疗、百亿亿次计算机、热泵、Twitter杀手。
如果说在 2023 年的榜单中，作者只关注了一项能源技术——电池回收和相邻的电动汽车，那么今年在对能源的关注日益增加方面取得了真正的突破。2024年清单包括三项与能源和节能直接相关的技术。

超高效太阳能电池

光伏是可再生能源发展最活跃的领域之一。2022年，光伏总装机容量大幅突破1000吉瓦。到2023年，显然还会增加150-200吉瓦。现在， IEA 预测到 2050 年光伏发电年均发电量将达到 6000 太瓦时，这一看似不切实际的预测似乎相当现实。

Main indicators of solar photovoltaics



这些与可再生能源相关的数字当然令人印象深刻，因为世界能源产量的增长很大程度上是由可再生能源提供的。不过，让我们再次提醒大家，化石燃料在一次能源总产量中的占比仍然很高，截至2021年已超过83%。换句话说，迄今为止新实施的可再生能源产能可以满足：最多只能满足新能源需求的一半左右。因此，目前可再生能源的粗放式发展路径，无法提供能源消费结构变化所需的动力。显然，向集约化开发方法的额外过渡是必要的。现代商业太阳能电池板能够发电，效率高达 22-25%。然而，事实上，这只能在中午和太阳辐射值最佳的地区实现。事实上，太阳辐射水平从中午的最大值到晚上的零不等。云量增加、太阳能电池板固定方向、表面污染、过热、接收网络运行故障或限制、维护停止等都会导致发电量显着减少。因此，根据各种估计，2021年光伏发电的全球平均计算容量系数为13.4-13.9%。

然而，目前使用钙钛矿制造高效太阳能电池的研究热潮给人们带来了希望，即未来几年其效率将显着提高，成本将降低。例如，就在去年，太阳能电池板领先制造商之一中国隆基公司多次公布了提高效率的新成果。2023年11月，该公司报告晶体硅钙钛矿串联太阳能电池效率达到33.9%的新世界纪录。在这种情况下，我们谈论的是实验室研究，或者充其量是技术测试的初始阶段。但受人尊敬的出版物《PV-Magazine》还发布了另一条消息：Revkor、H2 Gemini 公布了在美国建造 20 GW 异质结钙钛矿电池和组件工厂的计划，这无疑是一个更具体的决策。这里还指出，到2026年将实现20吉瓦的目标容量，一期5吉瓦容量的项目计划于2024年第二季度启动。这就是日常生活的革命。 。

当然，将制造超高效太阳能电池的问题纳入麻省理工学院技术评论清单是绝对合理的，不仅因为这个问题已经成熟并确实阻碍了光伏技术的大规模进步，还因为它在麻省理工学院的存在该清单将激发制造商的竞争本能，并加速提高太阳能效率的进程。

增强型地热系统

该主题在上述列表中排名第五。总的来说，这有些出乎意料。地热能一直以其巨大的潜力而闻名，但实际上它几乎只用于地震活动频繁的地区。因此，在这一方向的先驱之一Ruggero Bertani的工作中，指出全球地热技术潜力为每年 5000 吉瓦/年用于直接利用，1200 吉瓦/年用于发电。然而，经济潜力却要小几倍。尽管如此，这些数字仍然非常令人印象深刻。增强型地热系统正是旨在克服这一障碍。

The main components of geothermal energy



悬在这项技术之上的是美国石油和天然气行业水平钻井和水力压裂的空前成功。可以说，到 2023 年，该国每天生产约 1300 万桶石油，这主要归功于这些技术。Sage Geosystems EarthStore 系统

测试的积极结果激发了这方面的一些乐观情绪2023 年，在德克萨斯州的一口勘探井，测试了用于重油生产的改良吞吐方法。该技术可以通过注入致密钻井液来加宽地下岩石中的细裂缝，然后通过注入加压水来加宽裂缝。强制外部压力消除后，热水返回地表，可用于发电等。研究发现，如果用作负载跟踪快速释放系统，单口井能够产生约 3 兆瓦的最大输出，或者以更精确的方式释放能量，以在夜间提供 18 多个小时的电力。太阳能不发电。

增强型地热系统还有其他选择，例如使用微型钻井涡轮机或通过水射流切割岩石进行旋转钻井。所有这些方法最终使得增加注入水与地下热岩石的接触面积成为可能。然而，人们对大规模开发增强型地热系统仍没有足够的信心。这是困难的、昂贵的并且很大程度上是模糊的。例如，我们可以回忆一下使用各种低沸点有机液体（有机朗肯循环）的二元地热发电厂。15-20 年前，这种方法被认为非常有前途。然而，如今此类装置的总容量微不足道。

热泵 热泵

是另一项被《麻省理工学院技术评论》列为 2024 年 10 项最重要技术之一的热能技术。多项研究预测，到 2030 年，全球热泵市场将从目前的 600 亿美元大幅突破 1000 亿美元。热泵的主要市场是北美和欧洲。欧洲热泵协会指出，许多因素促进了热泵使用的进步，包括技术改进，这使得它们能够扩大运行条件；需要加速供暖领域的能源转型；降低生产成本。此外，包括美国、意大利、日本和丹麦在内的许多国家在这一领域都有政府支持计划。

Ground Source Heat Pump


Source: aenert.com

有多种类型的热泵可以提供特定的热量输出范围。最有效的是地源热泵，它主要广泛应用于许多北欧国家，包括欧洲。在德国、瑞典、荷兰。然而，几乎 80% 的热泵是效率较低的空气对水热泵和空气对空气热泵系统，这些系统在南部国家更常使用。这是热泵技术的主要弱点，考虑到成本，这极大地限制了其采用。尽管如此，热泵是各种节能方案中必要且有价值的组成部分，尽管它对总能源消耗的影响相对较小，但它是可靠的且独立于化石燃料。

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