Aenert news. Energy Trends
По традиции, редакторы журнала MIT Technology Review Массачусетского технологического института недавно представили новый список 10 наиболее важных технологий на 2024 год . Полный список в порядке упоминания включает в себя: ИИ для всего, Суперэффективные солнечные элементы, Apple Vision Pro, Препараты для снижения веса, Усовершенствованные геотермальные системы, Чиплеты, Первый метод редактирования генов, Экзафлопсные компьютеры, Тепловые насосы, Твиттер. убийцы.
Если в списке 2023 года авторы уделили внимание только одной энергетической технологии — переработке аккумуляторов и смежным электромобилям, то в этом году произошел настоящий прорыв в повышении внимания к энергетике. В список 2024 года вошли три технологии, непосредственно связанные с энергетикой и энергосбережением.

Сверхэффективные солнечные элементы

Фотоэлектрика – одна из наиболее динамично развивающихся отраслей возобновляемой энергетики. В 2022 году общая установленная фотоэлектрическая мощность значительно превысила 1000 ГВт. В 2023 году, очевидно, добавятся еще 150–200 ГВт. Теперь ранее казавшийся нереальным прогноз МЭА о достижении среднегодовой выработки фотоэлектрических источников в 6000 ТВт-ч к 2050 году кажется вполне реалистичным.

Main indicators of solar photovoltaics



Эти цифры, относящиеся к возобновляемым источникам, конечно, впечатляют, поскольку рост производства энергии в мире во многом обеспечивается именно ими. Однако еще раз напомним, что доля ископаемого топлива в общем объеме производства первичной энергии по-прежнему высока и по состоянию на 2021 год превысила 83%. Иными словами, новое внедрение мощностей возобновляемой энергетики пока позволяет удовлетворить, в лучшем случае — лишь около половины новых потребностей в энергии. Таким образом, нынешний экстенсивный путь развития возобновляемых источников энергии не может обеспечить необходимую динамику изменения структуры энергопотребления. Очевидно, необходим дополнительный переход к интенсивным методам разработки. Современные коммерческие солнечные панели способны вырабатывать электроэнергию с КПД до 22-25%. Однако на самом деле это достижимо только в полуденные часы и в регионах с лучшими показателями солнечной радиации. Фактически уровень солнечной радиации варьируется от максимальных значений в полдень до нуля ночью. Повышенная облачность, стационарная ориентация солнечных батарей, загрязнение поверхности, перегрев, сбои или ограничения в работе приемной сети, остановки на техническое обслуживание и т.п. приводят к значительному снижению выработки электроэнергии. Так, среднемировой расчетный коэффициент мощности в 2021 году для фотовольтаики составил, по разным оценкам, 13,4-13,9%.

Однако нынешний бум исследований по использованию перовскитов для создания высокоэффективных солнечных элементов дает надежду, что в ближайшие годы их эффективность будет существенно повышена, а стоимость снизится. Например, только в прошлом году один из ведущих производителей солнечных панелей, китайская компания Longi, несколько раз анонсировала новые результаты по повышению эффективности. В ноябре 2023 года компания сообщила о новом мировом рекорде эффективности 33,9% для тандемных солнечных элементов из кристаллического кремния и перовскита. В данном случае речь идет о лабораторных исследованиях или, в лучшем случае, о начальном этапе технологических испытаний. Но вот еще одно сообщение от уважаемого издания PV-Magazine : Revkor, H2 Gemini обнародовали план строительства завода по производству перовскитных элементов HJT мощностью 20 ГВт и модулей в США. Это, безусловно, более осязаемый уровень решений. Здесь также отмечается, что целевая мощность в 20 ГВт будет достигнута к 2026 году, а первую очередь проекта мощностью 5 ГВт планируется начать во втором квартале 2024 года. Так происходят революции в повседневной жизни. .

Конечно, включение проблемы создания Сверхэффективных солнечных элементов в список MIT Technology Review абсолютно оправдано не только потому, что эта проблема назрела и реально тормозит масштабное продвижение фотоэлектрических технологий, но и потому, что ее наличие в MIT Technology Review Список подстегнет конкурентные инстинкты производителей и ускорит процессы повышения эффективности солнечной энергетики.

Усовершенствованные геотермальные системы

Эта тема заняла пятое место в приведенном выше списке. В общем, это несколько неожиданно. Геотермальная энергетика всегда славилась своим потенциалом, который, конечно, огромен, но на практике используется почти исключительно в регионах повышенной сейсмической активности. Так, в работе одного из патриархов этого направления Руджеро Бертани отмечается, что глобальный геотермальный технический потенциал составляет 5000 ГВтт/год для прямого использования и 1200 ГВтэл/год для производства электроэнергии. Однако экономический потенциал в несколько раз меньше. Тем не менее, цифры весьма впечатляющие. Усовершенствованные геотермальные системы как раз и направлены на преодоление этого барьера.

The main components of geothermal energy



Над этой технологией висит беспрецедентный успех горизонтального бурения и гидроразрыва пласта в нефтегазовой отрасли США. Достаточно сказать, что в 2023 году в этой стране добывалось примерно 13 миллионов баррелей нефти в сутки, в основном за счет этих технологий.

Некоторый оптимизм в этом отношении вселяют положительные результаты тестирования системы EarthStore компании Sage Geosystems.в 2023 году на разведочной скважине в Техасе, где был испытан модифицированный метод «впитывание и затяжка», используемый для добычи тяжелой нефти. Этот метод позволяет закачивать густой буровой раствор для расширения тонких трещин в подземной породе, а затем расширять трещины за счет впрыскивания воды под давлением. После снятия вынужденного внешнего давления горячая вода возвращается на поверхность и может быть использована, в том числе, для выработки электроэнергии. Было обнаружено, что одна скважина способна генерировать максимальную мощность около 3 мегаватт, если используется в качестве системы быстрого высвобождения в зависимости от нагрузки, или она может выделять энергию более размеренным образом, чтобы обеспечить 18 с лишним часов электроэнергии в ночное время, когда солнечная энергия не генерирует.

Существуют и другие варианты усовершенствованных геотермальных систем, например, использование микробуровых турбин или роторное бурение с гидроабразивной резкой породы. Все эти методы в конечном итоге позволяют увеличить площадь контакта закачиваемой воды с горячей подземной породой. Однако до сих пор нет достаточной уверенности в крупномасштабном развитии усовершенствованных геотермальных систем. Это сложно, дорого и во многом неоднозначно. В качестве примера можно вспомнить бинарные геотермальные установки, использующие различные органические жидкости с низкими температурами кипения (органический цикл Ренкина). Лет 15-20 назад этот метод считался чрезвычайно перспективным. Однако сегодня общая мощность таких установок незначительна.

Тепловые насосы

Тепловые насосы — еще одна технология тепловой энергии, включенная MIT Technology Review в число 10 наиболее важных технологий на 2024 год. Некоторые исследования прогнозируют, что к 2030 году мировой рынок тепловых насосов значительно превысит 100 миллиардов долларов США по сравнению с нынешними 60 миллиардами долларов США. . Основными рынками тепловых насосов являются Северная Америка и Европа. Европейская ассоциация тепловых насосов отмечает, что прогрессу в использовании тепловых насосов способствует ряд факторов, в том числе технологические усовершенствования, позволяющие расширить условия их эксплуатации; необходимость ускорения энергетического перехода также и в отоплении; снижение издержек производства. Кроме того, в ряде стран, в том числе в США, Италии, Японии и Дании, действуют программы государственной поддержки в этой сфере.

Ground Source Heat Pump


Source: aenert.com

Существует несколько типов тепловых насосов, которые обеспечивают определенный диапазон тепловой мощности. Наиболее эффективными являются геотермальные тепловые насосы, получившие преимущественное распространение в ряде стран Северной Европы, в т.ч. в Германии, Швеции, Нидерландах. Однако почти 80% всех тепловых насосов представляют собой менее эффективные системы теплового насоса «воздух-вода» и «воздух-воздух», которые чаще используются в более южных странах. В этом заключается основная уязвимость технологии тепловых насосов, которая, учитывая стоимость, существенно ограничивает ее внедрение. Тем не менее, тепловой насос является необходимым и достойным компонентом различных вариантов энергосбережения, который, хотя и оказывает относительно скромное влияние на общее потребление энергии, является надежным и независимым от ископаемого топлива.

Редакционный совет