Энергетический поворот (продолжение)
Заодно ещё несколько любопытных заметок на тему энергетического поворота. Я лично считаю, что за такими проектами будущее )))
Сахаре нашли работу
Создается крупнейшая в мире солнечная станция
Текст: Сергей Деменко
В пустыне Сахара установлено 500 тысяч параболических зеркал, которые ловят энергию Солнца. Фото: AP
Сооружение, прямо скажем, поражает. В пустыне Сахара установлено 500 тысяч 12-метровых параболических зеркал, расположенных в 800 рядов.
Для того чтобы обойти пешком эту армаду необходимо около двух часов. Как работает такая станция? Все зеркала через каждые несколько минут поворачиваются за Солнцем, чтобы взять от него максимум его энергии. В фокусе каждого зеркала установлена труба, по которой течет синтетическое масло. Оно нагревается до температуры около 400 градусов Цельсия и превращает воду в пар, который направляется в электрогенератор, вырабатывающий электроэнергию. Причем, так как масло не успевает остыть и в течение 7-8 часов продолжает давать пар, то станция работает и ночью, и когда облака закрывают Солнце. То есть фактически круглосуточно.
Уже к 2018 году электростанция на краю пустыни Сахара будет размером с марокканскую столицу Рабат и обеспечит электричеством 1,1 миллиона человек. После завершения строительства площадь СЭС составит 2500 гектаров, а установленная мощность станции достигнет 580 МВт. Стоимость строительства этой грандиозной электростанции оценивается в 1,5 миллиарда евро.
Марокко планирует к 2030 году генерировать 52 процента своих потребностей в электричестве за счет возобновляемой энергии, уменьшив тем самым импорт нефти и других энергоносителей. До нынешнего времени энергетика страны почти полностью зависела от импорта углеводородов. А вот если построить еще несколько сотен таких солнечных станций, то можно обеспечить электричеством не только свою страну, но и всю Европу - тогда Марокко станет лидером мировой солнечной энергетики. Но такие проекты пока только в фантазиях марокканских энтузиастов солнечной энергетики.
"Российская газета" - Федеральный выпуск №6895 (27)
Солнечная электростанция Израиля самоочищается при помощи роботов
Одним из пунктов, от которых зависит эффективность работы солнечной электростанции, является сохранение её панелей в чистоте и своевременная ИХ очистка от пыли.
Особенно это касается солнечных панелей, расположенных в очень засушливых районах (в пустыне на них оседает большое количество мелких частиц). Для решения этой проблемы израильская компания Eccopia разработала интеллектуального робота, который способен автоматически очищать панели.
Сотня централизованно управляемых роботов E4 была установлена на фотоэлектрических панелях израильской солнечной электростанции Ketura Sun, расположенной в пустыне Негев − горячем южном регионе, страдающем от песчаных бурь и засухи. Эта коммерческая солнечная электростанция производит 9 миллионов киловатт-часов электроэнергии в год - рекорд для Израиля. Её площадь охватывает 8 гектаров.
Панели на солнечной электростанции Ketura Sun в Израиле в настоящее время очищаются автономными роботами Е4 (фото Ecoppia).
К слову, для уборки панелей не требуется никакой воды. Вместо этого каждый вечер (очистка, как правило, происходит в первые часы после наступления темноты) роботы выходят на работу, осторожно и аккуратно очищая поверхности солнечных панелей с помощью вращающейся щётки, покрытой мягкой многослойной тканью из микрофибры, и контролируемого потока воздуха.
Роботы, по сути, используют гравитацию, чтобы переместить частицы пыли с панели обратно на землю. Они передвигаются по жёсткой алюминиевой раме с помощью колёс, покрытых полиуретаном, не касаясь поверхности самих солнечных батарей. Движение можно осуществлять во всех направлениях, кроме диагонального.
Когда роботы отдыхают, они базируются на станции: в это время солнечные батареи, на которых они работают, продолжают генерировать энергию. Роботами можно управлять с помощью приборной панели или мобильного приложения.
Каждую ночь роботы Ecoppia Е4 удаляют 99% пылевых загрязнений (фото Ecoppia).
По утверждениям представителей Eccopia, роботы Е4 удаляют 99% загрязнений с поверхностей солнечных батарей. Это способствует повышению вырабатываемой мощности солнечной электростанции на 35%.
До того как Ketura Sun перевели на роботизированный процесс очистки, солнечные батареи станции чистились всего около 9 раз в год. Это был сложный и трудоёмкий процесс, занимавший до пяти дней. Рабочий персонал в этот период бездействовал, а станция простаивала.
Есть и ещё один минус: человек может по неосторожности сломать чувствительные и хрупкие элементы, а потому вероятность того, что после чистки не все детали будут работать, как прежде, была достаточно велика. Вместе с тем, из-за накопления грязи и пыли на фотоэлектрических поверхностях батарей станция работала не в полную силу и в промежуточный период между циклами очистки, что приводило к уменьшению количества поставляемой электроэнергии.
Как отмечают эксперты, создание команды роботов-уборщиков − ещё один показатель того, что мир заинтересован в получении солнечной энергии и усовершенствовании методов поддержания панелей в чистоте.
Добавим, что в ноябре 2013 года токийская компания Sinfonia Technology разработала робота с камерой и датчиками, который может двигаться самостоятельно и чистить солнечные батареи крупных электростанций. Правда, это устройство было совсем другим и включало в себя кисти, стеклоочиститель, моющее средство и бак с водой.
Повышать энергоэффективность солнечных электростанций роботы помогают и другим способом - направляя панели на солнце.
http://www.vesti.ru/doc.html?id=1437148&cid=2161
Гигантские солнечные электростанции Сахары
В 1914 году американский изобретатель Фрэнк Шуман в интервью журналу Scientific American заявил, что, если человечество не овладеет энергией Солнца, его ждет возврат к варварству. Буквально через год первая в мире ирригационная установка с параболическими зеркальными концентраторами и паровыми насосами, возведенная Шуманом на хлопковых плантациях близ Каира, была варварски разрезана на металлолом для переплавки в стволы орудий.
Владимир Санников
17 апреля 2012
Главный технолог компании SkyFuel Рэнди Джи утверждает, что применение зеркальной пленки, которая не теряет своих оптических характеристик более 30 лет, снизит цену 1кВт•ч промышленного солнечного электричества до 4−5 центов
Каждые сутки пустыни планеты поглощают в 10 000 раз больше энергии, чем потребляет население Земли в течение года
Неисчерпаемый источник
Предполагаемая конфигурация южного сектора Desertec займет всего 0,14% пригодных территорий. По мере роста энергопотребления сеть сможет наращивать мощности за счет модернизации существующих комплексов CSP и установки ветряков (в Сахаре полно районов с устойчивыми ветрами «промышленного» значения)
Жнецы солнца
Электричество, полученное на 20 м кв. поверхности Сахары с помощью параболических концентраторов с КПД 25%, может обеспечить потребности среднестатистического европейца с учетом ежедневной зарядки аккумулятора личного электромобиля
…да рубль перевоз
Цена укладки 1000 км кабеля на морское дно колеблется от 1,8 до 2,5 млрд евро, поэтому по мере увеличения объемов генерации в Сахаре емкость cети будет наращиваться добавлением новых линий к уже существующим. Пока что Европу и Африку связывает всего одна подводная ЛЭП переменного тока напряжением 400 кВ, лежащая на дне Гибралтара
По оценке президента Nexans Фредерика Венсана, для того чтобы сложить детали пазла Desertec в единое целое, потребуется 35 лет напряженной работы и бюджет в 210 млрд
Как и многие другие гении, Шуман опередил свое время. Над проектом строительства в Северной Сахаре 2,7-тераваттного (тераватт - это миллион мегаватт!) комплекса солнечных концентраторов суммарной площадью 52 000 км², который был им предложен британскому генконсулу лорду Китченеру, потешался весь научный бомонд Европы. Даже добрый друг Шумана, известный физик сэр Чарльз Вернон Бойс, автор идеи по использованию линейных параболических зеркал для концентрации солнечного излучения, объявил проект утопией. Единственным человеком, принявшим американца всерьез, был кайзер Германии Вильгельм II, крайне заинтересованный в усилении немецкого влияния в ключевых районах Африки.
В начале 1914 года через компанию Siemens & Halske AG Вильгельм II выделил Шуману 200 000 марок на топографические исследования в Сахаре и разработку новых параболических установок с паровыми турбинами низкого давления. Но Первая мировая превратила эти деньги в пыль. Процветающая компания Sun Power обанкротилась, а сам пионер солнечной энергетики был вынужден вернуться в Штаты, где и почил в бозе в 1918 году. После войны об идеях Шумана никто не вспомнил, ведь солнца в холодной Европе было гораздо меньше, чем угля и железа, а Америка уже купалась в легкой техасской нефти.
До начала 1990-х годов доля солнечной энергетики в общей массе исследовательских проектов была ничтожной. И даже когда лед тронулся, первоочередное финансирование потекло в область хайтековского фотоэлектричества, а ученые, занимавшиеся технологиями гелиотеплоэнергетики, еще долго перебивались случайными грантами. «Когда в 1987 году я попал в мир солнечной энергетики, то был поражен царившим в нем унынием. Вместо серьезной научной работы люди занимались поисками денег, - вспоминает известный немецкий физик и истинный солнцепоклонник Герхард Книс, посвятивший более четверти века реализации идей Шумана. - Правительству на фоне дешевой нефти эта тема казалась неинтересной, а лица венчурных инвесторов принимали постное выражение, стоило им услышать о «примитивных» параболических зеркалах, линзах Френеля или солнечных башнях с двигателями Стирлинга».
Солнцепоклонники
Вплоть до 2006 года Книс действовал практически в одиночку. Но игра стоила свеч: по его расчетам, всего 0,003% площади непригодных для жизни пустынь планеты (или 1% площади Сахары) способны обеспечить дешевым электричеством всю цивилизацию. И для этого не нужно никаких экзотических технологий - с задачей легко справятся всевозможные системы концентрации солнечного излучения, известные инженерам уже более сотни лет. Солнце сможет дать работу сотням тысяч жителей Северной Африки и, как бы парадоксально это ни звучало, окончательно решит проблему нехватки питьевой воды на Черном континенте.
Дело в том, что солнечная плантация отличается от обычной угольной или газовой ТЭЦ лишь источником тепла для получения перегретого пара. В среднем расход деминерализованной воды на 1 МВт мощности в установках с параболическими концентраторами составляет 17 000 т в год, из которых около 340 т уходят на очистку отражающих поверхностей. Для обеспечения технологического процесса на северном побережье Африки придется построить разветвленную сеть опреснительных заводов и насосных станций, которые дадут чистую воду десяткам миллионов людей. Разумеется, работать они будут также на энергии Солнца.
Сначала в научном сообществе над Герхардом Книсом посмеивались, затем принялись критиковать, потом делали вид, что проблемы не существует, и лишь через 20 лет идея столетней давности стала чем-то само собой разумеющимся. В 2009 году при поддержке политиков, коллег из Германского аэрокосмического центра (DLR) и группы ученых из Римского клуба Кнису удалось создать консорциум Desertec Industrial Initiative, в который вошли 59 корпораций из 15 стран мира, в том числе гиганты ABB, Deutsche Bank, Siemens.
Масштабы задуманного поражают воображение и на первый взгляд напоминают бредовые послевоенные планы СССР по переброске части стока Иртыша и Оби в Среднюю Азию. Судите сами: к 2050 году Desertec не только превратит Сахару в гигантскую солнечную электростанцию, но и свяжет подводными высоковольтными силовыми магистралями в единую сеть 20 офшорных ветровых плантаций, 7 гидроэлектрических и 11 тепловых станций на возобновляемом сырье от Исландии до Персидского залива. Стоимость этого мегапроекта составит не менее €400 млрд.
Основной объем генерации в сети обеспечат 36 комплексов по концентрации солнечной энергии (CSP) суммарной площадью 14500 км², расположенных в Сахаре, Ливийской, Нубийской и Аравийской пустынях. При этом около 50% энергии, а также вся продукция опреснительных заводов останется на местном рынке. Остатки «электрического пирога», выпеченного в африканской «духовке», через подводные высоковольтные линии постоянного тока (HVDC) будут экспортироваться в Европу.
Королевство кривых зеркал
Коренной технологией североафриканского гелиоэнергетического района Desertec будет концентрация солнечной энергии. Почему не прямая генерация при помощи фотоэлектрических панелей? Все просто: ТЭС на солнечном тепле могут вырабатывать мощность 24 часа в сутки, тогда как заведомо более дорогие панели всецело зависят от погоды. Теоретически, в фотоэлектрических комплексах имеется возможность запасать небольшие объемы энергии в литий-ионных батареях, но стоимость 1 кВт•ч при этом будет совершенно «несъедобной».
Наиболее эффективными из всех существующих систем CSP специалисты Desertec считают параболические линейные концентраторы, подобные тем, которые еще 100 лет назад использовал Фрэнк Шуман. Эти огромные зеркала внешне напоминают сегмент цилиндра, хотя на самом деле их профиль представляет собой параболу, а не сектор окружности. Типичный промышленный концентратор для проекта Desertec - это каскад из управляемых гелиостатами (устройствами для ориентации на Солнце) зеркал суммарной площадью апертуры (максимальная проецируемая площадь, на которую поступает солнечное излучение) от 500 000 до 2,5 млн м2, установленных рядами на стальных пилонах в направлении с севера на юг. Ширина отдельного параболического зеркала в апертуре колеблется в пределах 6 - 7,5 м, а степень концентрации излучения равняется 1000:1.
В линии фокуса параболы находится трубка-коллектор с жидким теплоносителем (дистиллированная вода, масло или солевой расплав). Под воздействием отраженных лучей коллектор нагревается до 350 - 700 °C, а теплоноситель «смывает» тепловую энергию с его стенок на теплообменник ТЭС или в тепловой аккумулятор (ТА). При этом давление в коллекторе подскакивает до 18 - 20 атм.
Классический ТА имеет двухкамерную конструкцию и использует в качестве теплоносителя солевой расплав - смесь 60% натриевой и 40% калийной селитры. Это вещество идеально для рабочих температур от 200 до 580 °C. Оно работает при куда меньшем давлении, чем водяной пар, и не разлагается при температурах свыше 400 °C, как органические масла.
Теплоноситель поддерживается в жидком состоянии в «холодной» камере с помощью газовых горелок (288°С). В ясную погоду расплав прокачивается через солнечные концентраторы и набирает рабочую температуру (565°С), после чего попадает в «горячую» камеру-термос. Камера так хорошо изолирована, что температура расплава может поддерживаться на этом уровне в течение недели. Ночью, при плотной облачности или при пиковых нагрузках в сети расплав из «горячей» камеры разряжается на теплообменниках ТЭС и генерирует перегретый пар. После этого в контуре водяного или воздушного охлаждения отработанный расплав сбрасывает остаточную теплоту и сливается в «холодную» камеру.
В настоящее время при проектировании новых проектов от двухкамерных ТА стали отказываться в пользу более эффективных однокамерных. Они работают по принципу термоклина - вертикального распределения несмешивающихся слоев жидкости с различной температурой. ТА с твердой средой - еще одна крайне перспективная технология хранения энергии, над которой работают ученые из Германского аэрокосмического центра DLR. Твердотельные ТА с относительно высоким уровнем саморазряда идеальны для солнечных ферм, расположенных в зонах со стабильно высокой инсоляцией. Кроме того, они практически не требуют обслуживания и замены рабочей среды.
ГОЭЛРО для Африки
Свое участие в Desertec уже подтвердили Алжир, Египет, Иордания, Ливия, ОАЭ, Саудовская Аравия, Сирия и Тунис. Но первой ласточкой Desertec станет ферма мощностью 500МВт близ Варзазата, Марокко. Сооружение этого комплекса стоимостью €2,1 млрд начнется уже в этом году, а коммерческие киловатты Варзазата начнут поступать в сеть в 2014-м. По словам президента Desertec Пауля Ван Сона, Варзазат станет основным полигоном для обкатки технологий и будет оснащен всеми типами устройств - параболическими концентраторами, солнечными башнями, зеркальными тарелками с двигателем Стирлинга, линейными линзами Френеля, фотоэлектрическими (PV) панелями и различными типами тепловых хранилищ.
Помимо Варзазата исследования проводятся также на действующей микроферме в египетском Кураймате, в котором годовая инсоляция составляет 2,4 МВт на 1 м² поверхности. На основе данных, полученных в этих полевых лабораториях, к 2020 году комплексы CSP будут построены в Египте, Ливии, Сирии и Саудовской Аравии. Еще через 10 лет в сеть вольется огромный энергетический район в Алжире мощностью 22 ГВт, в состав которого войдут газоперерабатывающие заводы алжирской группы Sonelgas. И наконец, к 2050 году генерация электричества должна начаться на всех 42 объектах Desertec в Сахаре и на Ближнем Востоке.
Основной объем
Основной объем генерации в сети обеспечат 36 комплексов по концентрации солнечной энергии (CSP) суммарной площадью 14500 км², расположенные в Сахаре, Ливийской, Нубийской и Аравийской пустынях.
При этом около 50% энергии, а также вся продукция опреснительных заводов останутся на местном рынке.
Остатки «электрического пирога», выпеченного в африканской «духовке», через подводные высоковольтные линии постоянного тока (HVDC) будут экспортироваться в Европу по цене 5 - 7 евроцентов за 1кВт•ч и перекроют не менее 15% спроса.
Золотая паутина
Превратить фотонный ливень Сахары в электричество - лишь полдела. Главное - с минимальными потерями доставить его до розетки, находящейся в нескольких тысячах километров от источника.
Переменный ток для межконтинентальной сети не годится из-за больших потерь на длинных дистанциях передачи. На каждой сотне верст подводного 750-киловольтного кабеля «обнуляется» до 60% энергии переменного тока. При этом равный ему по сечению подводный кабель HVDC (высоковольтной линии постоянного тока) теряет на таком же маршруте всего 0,3−0,4% энергии.
Для формирования HVDC-магистралей будет применяться медный кабель сечением 1600 мм² с усиленной изоляцией типа MIND с нестекающим вязким составом. Погонный метр MIND за счет тяжелого свинцового экрана и двойной броневой рубашки из стали весит целых 40 кг и стоит $1100. Серийно его не производят: для каждого конкретного проекта на заводах компаний Nexans и Prysmian разрабатывается оптимальная конструкция элементов MIND.
Для того чтобы сложить детали пазла Desertec в единое целое, потребуется 35 лет напряженной работы и бюджет в 210 млрд. До 2050 года в Европе необходимо модернизировать 34 существующие межсистемные ЛЭП HVDC протяженностью 5340 км до 600 - 800 кВ и построить 5125 км новых линий, а до 2020 года - протянуть по дну Средиземного моря шесть магистралей HVDC длиной 6000 км и пропускной способностью 20 ГВт.
Свет мой зеркальце
Эффективность преобразования солнечных лучей в тепло зависит в первую очередь от качества параболических зеркал.
Лучшие зеркала нюрнбергской компании Flabeg марки UltimateTrough с коэффициентом отражения свыше 94,4% обеспечивают точность фокусировки не менее 99,9%. По словам Олафа Кнебеля, технического директора Flabeg, изготовление огромных зеркал из отожженного стекла толщиной 4 - 5 мм на стальной основе и нанесение серебряной амальгамы - работа ювелирной точности. Цена небрежности чрезвычайно высока: отклонение лучей от линии идеального фокуса всего на 1 мм за 25 лет работы 50-мегаваттного CSP-комплекса приведет к потере 11 млн потенциальной выручки.
В 2011 году инженеры корпорации Alcoa и ученые из лаборатории NREL начали тестирование параболических зеркал с жестким алюминиевым корпусом и патентованным нанокомпозитным зеркальным покрытием MicroSun компании Alanod Solar.
Покрытие MicroSun обладает великолепным коэффициентом отражения 95% и чрезвычайно устойчиво к абразивному воздействию. В целом оснащение солнечной плантации алюминиевыми параболами взамен хрупких и тяжелых стеклянных зеркал позволит сэкономить инвесторам до 25% бюджета. Американская компания SkyFuel предлагает еще более радикальное решение - самоклеящуюся рулонную полимерную пленку ReflecTechPlus с гибким серебряным слоем и модульные цельноалюминиевые панели SkyTrough. В 2010 году технология прошла независимые испытания в лаборатории NREL, которые подтвердили ее термальную эффективность на уровне 75% при температуре теплоносителя 350 °C.
Статья «Сахара на экспорт» опубликована в журнале «Популярная механика» (№115, май 2012).
Насчёт КПД вот знакомые кинули ссылку - https://www.ise.fraunhofer.de/de/presse-und-medien/presseinformationen/presseinformationen-2014/solarzelle-mit-46-prozent-wirkungsgrad-neuer-weltrekord
Solarzelle mit 46% Wirkungsgrad - neuer Weltrekord
Französisch-deutsche Kooperation bestätigt Wettbewerbsfähigkeit der europäischen Photovoltaikindustrie
Солнечная батарея с КПД 46% - новый мировой рекорд франко-немецкой кооперации подтверждает конкурентоспособность европейской фотовольтаиковой индустрии.
Говорят, можно и до 50% догнать ))
В Австралии КПД повысили за счёт установки фильтра особой конструкции. А вот немцы с французами создали многослойный фотоэлемент. Он, разумеется дороже обычных однослойных кремниевых батарей. Но он может трудиться при концентрации солнечного света зеркалами, до 297 раз превосходящей обычную освещённость летнего полудня.
"Нынешний результат достигнут при помощи солнечных батарей с четырьмя p-n-переходами, когда квартет разных фотоэлементных подъячеек поглощает излучение определённой длины.
В норме полупроводники, составляющие каждую подъячейку, не могут быть выращены друг на друге. Для того чтобы реализовать такую солнечную батарею, её конструкторы применили сращивание подложек, на которых рос кристалл каждого из полупроводниковых слоёв. Этот процесс заметно сложнее используемого для создания обычных батарей, но и итоговая эффективность вдвое выше. При этом площадь новых фотоэлементов может быть в сотни раз меньше, что компенсирует высокую стоимость производства многослойных структур.
....
А теперь коротко о том, зачем нам с вами это надо. Вспомним для примера космос. Там многослойные солнечные батареи применяются довольно давно, ибо в этих горних высях приоритетна не цена, а качество и лёгкость энергоисточника. Коммерциализацией же подобных многослойных технологий на Земле с 2005 года занимается Soitec - стартап, сотрудники которого начинали в Институте гелиоэнергетических систем Общества Фраунгофера. Нынче установки по использованию концентрированного солнечного света эксплуатируются уже в 18 странах, в первую очередь в Италии, Франции, Южной Африке и штате Калифорния (США). По мере дальнейшего роста КПД компания, безусловно, значительно расширит географию своего бизнеса за счёт меньших цен, напрямую конкурируя с кремниевыми аналогами, у которых сейчас больше рынка.
И если немцы всё-таки сумеют подобраться к чистым 50%, всё это легко может стать реальностью."
Подготовлено по материалам Института гелиоэнергетических систем Общества Фраунгофера
Источник (Фраунгофер - основное объединение институтов прикладных исследований )
Парящие ветряки способны без особого труда обеспечить планету энергией
Александр Березин
Сегодня ветер даёт чуть больше каждого тридцатого киловатт-часа, который вы, дорогой землянин, потребляете. И хотя темпы роста эоловой генерации по-прежнему высоки, уже в ближайшие годы не избежать проблем, выход из которых надо искать именно сейчас.
Выгодная ветровая генерация и впрямь требует среднегодовой скорости ветра в 7-8 м/с, что мало где есть. А там, где с ветром всё в порядке (скажем, в некоторых регионах Южной Европы и США), нет мощной единой энергосети, поэтому дешёвые эоловые киловатт-часы некуда перебрасывать, и дальше развивать потенциал мест с «правильным» ветром будет сложно.
Очевидно, нужно искать новые методы - к примеру, давно обещанную эксплуатацию высотных ветров, о которых «КЛ» уже сообщала. В качестве технической основы высотных турбин предлагались и планеры, и кайты, и БПЛА самолётного типа на привязи, и (самые перспективные!) аэростаты, не требующие для парения дополнительных энергозатрат. Сектор переживает настоящий бум, хотя это пока всё больше стартапы. Более 20 компаний разрабатывают прототипы таких устройств; они зарегистрировали около 100 патентов в одних только США, и дело уверенно идёт к коммерциализации.
Но какое будущее у этого рынка? Много ли ветра там, наверху, на высотах от 300 до 3 000 м?
Пока прототипы Altaeros Energies имеют скромные размеры (вверху), однако серийные образцы (внизу) могут преобразиться до колоссальных «дирижабельных» габаритов. При этом технологии привязных аэростатов были отработаны и, следовательно, дёшевы уже к 1940-м годам. (Здесь и ниже иллюстрации Altaeros Energies.)
Кристина Арчер (Cristina Archer) из Делавэрского университета (США), вооружившись новой информацией о распределении высотных ветров, попыталась составить список регионов с максимальной скоростью воздушных потоков в диапазоне высот 300-3 000 м. «Таких территорий... довольно много, и располагаются они во множестве районов мира, - сообщает г-жа Арчер. - Это был сюрприз, этого мы не ожидали».
Напомним: ещё недавно общая тенденция была совсем иной. Сначала множество проектантов нацелились на стратосферные ветры, на высотах вплоть до 20 км. Однако расчёты показали, что вес кабеля, удерживающих тросов и прочего будет слишком большим, а в случае серьезных бурь в нижних слоях атмосферы установки придётся спускать, а затем - с большими затратами - поднимать снова. К тому же, согласно исследованиям атмосферных течений, потенциал у таких проектов есть лишь в ограниченном количестве регионов. Напротив, маловысотные турбины требуют в 20-30 раз меньше по весу кабелей и тросов, и их легко спускать (и затем вновь поднимать) при приближении экстремальных ураганов.
Кристина Арчер со товарищи использовала метрологические данные ежечасных замеров ветров по всей Земле, собранных Национальным центром атмосферных исследований США за 1985-2005 годы. Их интересовали высоты ниже 3 км, а в качестве «рентабельного» они брали ветер быстрее 10 м/с. Поскольку выработка ветряка зависит от куба скорости ветра, то 10 м/с дают примерно вдвое больше выработки в единицу времени, чем 8 м/с, считающиеся выгодными для наземных ветряков.
По итогам исследований оказалось, что ветер такой силы дул в ряде регионов планеты не менее 15% всего времени на протяжении любого из рассмотренных 240 месяцев. То есть весьма и весьма регулярно.
Что важно, эта замечательная ситуация характерна для четверти поверхности планеты. В частности, как сообщает исследовательница, таких мест полно над американскими великими равнинами, приэкваториальными ячейками Хадли и побережьем Сомали в районе Африканского Рога.
Если скорость ветра превысит 17 м/с, турбину можно будет быстро спустить с километровой высоты, избегая повреждения аэростата.
Даже исключив из расчётов приполярные и океанические районы (ибо удалены от мест скоплений людских масс), авторы работы обнаружили, что общая мощность летающих ветряных турбин при средней плотности их размещения даст 7,5 млрд киловатт - втрое больше средней цифры мгновенной мощности земной энергетики. Даже при коэффициенте использования установленной мощности в 35% (а для высотных ветров это вполне реально) ветряки в диапазоне от 300 до 3 000 м способны обеспечить электричеством всё человечество, начиная, разумеется, с той четверти планеты, что ближе всего к экватору или большим безлесным равнинам.
Как подчёркивает г-жа Арчер, она специально закладывала плотность размещения летающих ветряков небольшой, чтобы исключить вариант глобального торможения ветров такими установками. Однако для получения точной оценки возможного влияния «парящей ветроэнергетики» она уже готовится к исследованию обратной связи «ветряки - скорость ветра», равно как и других сторон такой эксплуатации нижних слоёв тропосферы.
Отчёт об исследовании опубликован в журнале Renewable Energy.
Подготовлено по материалам Делавэрского университета.
http://compulenta.computerra.ru/tehnika/energy/10012496/
Сахаре нашли работу
Создается крупнейшая в мире солнечная станция
Текст: Сергей Деменко
В пустыне Сахара установлено 500 тысяч параболических зеркал, которые ловят энергию Солнца. Фото: AP
Сооружение, прямо скажем, поражает. В пустыне Сахара установлено 500 тысяч 12-метровых параболических зеркал, расположенных в 800 рядов.
Для того чтобы обойти пешком эту армаду необходимо около двух часов. Как работает такая станция? Все зеркала через каждые несколько минут поворачиваются за Солнцем, чтобы взять от него максимум его энергии. В фокусе каждого зеркала установлена труба, по которой течет синтетическое масло. Оно нагревается до температуры около 400 градусов Цельсия и превращает воду в пар, который направляется в электрогенератор, вырабатывающий электроэнергию. Причем, так как масло не успевает остыть и в течение 7-8 часов продолжает давать пар, то станция работает и ночью, и когда облака закрывают Солнце. То есть фактически круглосуточно.
Уже к 2018 году электростанция на краю пустыни Сахара будет размером с марокканскую столицу Рабат и обеспечит электричеством 1,1 миллиона человек. После завершения строительства площадь СЭС составит 2500 гектаров, а установленная мощность станции достигнет 580 МВт. Стоимость строительства этой грандиозной электростанции оценивается в 1,5 миллиарда евро.
Марокко планирует к 2030 году генерировать 52 процента своих потребностей в электричестве за счет возобновляемой энергии, уменьшив тем самым импорт нефти и других энергоносителей. До нынешнего времени энергетика страны почти полностью зависела от импорта углеводородов. А вот если построить еще несколько сотен таких солнечных станций, то можно обеспечить электричеством не только свою страну, но и всю Европу - тогда Марокко станет лидером мировой солнечной энергетики. Но такие проекты пока только в фантазиях марокканских энтузиастов солнечной энергетики.
"Российская газета" - Федеральный выпуск №6895 (27)
Солнечная электростанция Израиля самоочищается при помощи роботов
Одним из пунктов, от которых зависит эффективность работы солнечной электростанции, является сохранение её панелей в чистоте и своевременная ИХ очистка от пыли.
Особенно это касается солнечных панелей, расположенных в очень засушливых районах (в пустыне на них оседает большое количество мелких частиц). Для решения этой проблемы израильская компания Eccopia разработала интеллектуального робота, который способен автоматически очищать панели.
Сотня централизованно управляемых роботов E4 была установлена на фотоэлектрических панелях израильской солнечной электростанции Ketura Sun, расположенной в пустыне Негев − горячем южном регионе, страдающем от песчаных бурь и засухи. Эта коммерческая солнечная электростанция производит 9 миллионов киловатт-часов электроэнергии в год - рекорд для Израиля. Её площадь охватывает 8 гектаров.
Панели на солнечной электростанции Ketura Sun в Израиле в настоящее время очищаются автономными роботами Е4 (фото Ecoppia).
К слову, для уборки панелей не требуется никакой воды. Вместо этого каждый вечер (очистка, как правило, происходит в первые часы после наступления темноты) роботы выходят на работу, осторожно и аккуратно очищая поверхности солнечных панелей с помощью вращающейся щётки, покрытой мягкой многослойной тканью из микрофибры, и контролируемого потока воздуха.
Роботы, по сути, используют гравитацию, чтобы переместить частицы пыли с панели обратно на землю. Они передвигаются по жёсткой алюминиевой раме с помощью колёс, покрытых полиуретаном, не касаясь поверхности самих солнечных батарей. Движение можно осуществлять во всех направлениях, кроме диагонального.
Когда роботы отдыхают, они базируются на станции: в это время солнечные батареи, на которых они работают, продолжают генерировать энергию. Роботами можно управлять с помощью приборной панели или мобильного приложения.
Каждую ночь роботы Ecoppia Е4 удаляют 99% пылевых загрязнений (фото Ecoppia).
По утверждениям представителей Eccopia, роботы Е4 удаляют 99% загрязнений с поверхностей солнечных батарей. Это способствует повышению вырабатываемой мощности солнечной электростанции на 35%.
До того как Ketura Sun перевели на роботизированный процесс очистки, солнечные батареи станции чистились всего около 9 раз в год. Это был сложный и трудоёмкий процесс, занимавший до пяти дней. Рабочий персонал в этот период бездействовал, а станция простаивала.
Есть и ещё один минус: человек может по неосторожности сломать чувствительные и хрупкие элементы, а потому вероятность того, что после чистки не все детали будут работать, как прежде, была достаточно велика. Вместе с тем, из-за накопления грязи и пыли на фотоэлектрических поверхностях батарей станция работала не в полную силу и в промежуточный период между циклами очистки, что приводило к уменьшению количества поставляемой электроэнергии.
Как отмечают эксперты, создание команды роботов-уборщиков − ещё один показатель того, что мир заинтересован в получении солнечной энергии и усовершенствовании методов поддержания панелей в чистоте.
Добавим, что в ноябре 2013 года токийская компания Sinfonia Technology разработала робота с камерой и датчиками, который может двигаться самостоятельно и чистить солнечные батареи крупных электростанций. Правда, это устройство было совсем другим и включало в себя кисти, стеклоочиститель, моющее средство и бак с водой.
Повышать энергоэффективность солнечных электростанций роботы помогают и другим способом - направляя панели на солнце.
http://www.vesti.ru/doc.html?id=1437148&cid=2161
Гигантские солнечные электростанции Сахары
В 1914 году американский изобретатель Фрэнк Шуман в интервью журналу Scientific American заявил, что, если человечество не овладеет энергией Солнца, его ждет возврат к варварству. Буквально через год первая в мире ирригационная установка с параболическими зеркальными концентраторами и паровыми насосами, возведенная Шуманом на хлопковых плантациях близ Каира, была варварски разрезана на металлолом для переплавки в стволы орудий.
Владимир Санников
17 апреля 2012
Главный технолог компании SkyFuel Рэнди Джи утверждает, что применение зеркальной пленки, которая не теряет своих оптических характеристик более 30 лет, снизит цену 1кВт•ч промышленного солнечного электричества до 4−5 центов
Каждые сутки пустыни планеты поглощают в 10 000 раз больше энергии, чем потребляет население Земли в течение года
Неисчерпаемый источник
Предполагаемая конфигурация южного сектора Desertec займет всего 0,14% пригодных территорий. По мере роста энергопотребления сеть сможет наращивать мощности за счет модернизации существующих комплексов CSP и установки ветряков (в Сахаре полно районов с устойчивыми ветрами «промышленного» значения)
Жнецы солнца
Электричество, полученное на 20 м кв. поверхности Сахары с помощью параболических концентраторов с КПД 25%, может обеспечить потребности среднестатистического европейца с учетом ежедневной зарядки аккумулятора личного электромобиля
…да рубль перевоз
Цена укладки 1000 км кабеля на морское дно колеблется от 1,8 до 2,5 млрд евро, поэтому по мере увеличения объемов генерации в Сахаре емкость cети будет наращиваться добавлением новых линий к уже существующим. Пока что Европу и Африку связывает всего одна подводная ЛЭП переменного тока напряжением 400 кВ, лежащая на дне Гибралтара
По оценке президента Nexans Фредерика Венсана, для того чтобы сложить детали пазла Desertec в единое целое, потребуется 35 лет напряженной работы и бюджет в 210 млрд
Как и многие другие гении, Шуман опередил свое время. Над проектом строительства в Северной Сахаре 2,7-тераваттного (тераватт - это миллион мегаватт!) комплекса солнечных концентраторов суммарной площадью 52 000 км², который был им предложен британскому генконсулу лорду Китченеру, потешался весь научный бомонд Европы. Даже добрый друг Шумана, известный физик сэр Чарльз Вернон Бойс, автор идеи по использованию линейных параболических зеркал для концентрации солнечного излучения, объявил проект утопией. Единственным человеком, принявшим американца всерьез, был кайзер Германии Вильгельм II, крайне заинтересованный в усилении немецкого влияния в ключевых районах Африки.
В начале 1914 года через компанию Siemens & Halske AG Вильгельм II выделил Шуману 200 000 марок на топографические исследования в Сахаре и разработку новых параболических установок с паровыми турбинами низкого давления. Но Первая мировая превратила эти деньги в пыль. Процветающая компания Sun Power обанкротилась, а сам пионер солнечной энергетики был вынужден вернуться в Штаты, где и почил в бозе в 1918 году. После войны об идеях Шумана никто не вспомнил, ведь солнца в холодной Европе было гораздо меньше, чем угля и железа, а Америка уже купалась в легкой техасской нефти.
До начала 1990-х годов доля солнечной энергетики в общей массе исследовательских проектов была ничтожной. И даже когда лед тронулся, первоочередное финансирование потекло в область хайтековского фотоэлектричества, а ученые, занимавшиеся технологиями гелиотеплоэнергетики, еще долго перебивались случайными грантами. «Когда в 1987 году я попал в мир солнечной энергетики, то был поражен царившим в нем унынием. Вместо серьезной научной работы люди занимались поисками денег, - вспоминает известный немецкий физик и истинный солнцепоклонник Герхард Книс, посвятивший более четверти века реализации идей Шумана. - Правительству на фоне дешевой нефти эта тема казалась неинтересной, а лица венчурных инвесторов принимали постное выражение, стоило им услышать о «примитивных» параболических зеркалах, линзах Френеля или солнечных башнях с двигателями Стирлинга».
Солнцепоклонники
Вплоть до 2006 года Книс действовал практически в одиночку. Но игра стоила свеч: по его расчетам, всего 0,003% площади непригодных для жизни пустынь планеты (или 1% площади Сахары) способны обеспечить дешевым электричеством всю цивилизацию. И для этого не нужно никаких экзотических технологий - с задачей легко справятся всевозможные системы концентрации солнечного излучения, известные инженерам уже более сотни лет. Солнце сможет дать работу сотням тысяч жителей Северной Африки и, как бы парадоксально это ни звучало, окончательно решит проблему нехватки питьевой воды на Черном континенте.
Дело в том, что солнечная плантация отличается от обычной угольной или газовой ТЭЦ лишь источником тепла для получения перегретого пара. В среднем расход деминерализованной воды на 1 МВт мощности в установках с параболическими концентраторами составляет 17 000 т в год, из которых около 340 т уходят на очистку отражающих поверхностей. Для обеспечения технологического процесса на северном побережье Африки придется построить разветвленную сеть опреснительных заводов и насосных станций, которые дадут чистую воду десяткам миллионов людей. Разумеется, работать они будут также на энергии Солнца.
Сначала в научном сообществе над Герхардом Книсом посмеивались, затем принялись критиковать, потом делали вид, что проблемы не существует, и лишь через 20 лет идея столетней давности стала чем-то само собой разумеющимся. В 2009 году при поддержке политиков, коллег из Германского аэрокосмического центра (DLR) и группы ученых из Римского клуба Кнису удалось создать консорциум Desertec Industrial Initiative, в который вошли 59 корпораций из 15 стран мира, в том числе гиганты ABB, Deutsche Bank, Siemens.
Масштабы задуманного поражают воображение и на первый взгляд напоминают бредовые послевоенные планы СССР по переброске части стока Иртыша и Оби в Среднюю Азию. Судите сами: к 2050 году Desertec не только превратит Сахару в гигантскую солнечную электростанцию, но и свяжет подводными высоковольтными силовыми магистралями в единую сеть 20 офшорных ветровых плантаций, 7 гидроэлектрических и 11 тепловых станций на возобновляемом сырье от Исландии до Персидского залива. Стоимость этого мегапроекта составит не менее €400 млрд.
Основной объем генерации в сети обеспечат 36 комплексов по концентрации солнечной энергии (CSP) суммарной площадью 14500 км², расположенных в Сахаре, Ливийской, Нубийской и Аравийской пустынях. При этом около 50% энергии, а также вся продукция опреснительных заводов останется на местном рынке. Остатки «электрического пирога», выпеченного в африканской «духовке», через подводные высоковольтные линии постоянного тока (HVDC) будут экспортироваться в Европу.
Королевство кривых зеркал
Коренной технологией североафриканского гелиоэнергетического района Desertec будет концентрация солнечной энергии. Почему не прямая генерация при помощи фотоэлектрических панелей? Все просто: ТЭС на солнечном тепле могут вырабатывать мощность 24 часа в сутки, тогда как заведомо более дорогие панели всецело зависят от погоды. Теоретически, в фотоэлектрических комплексах имеется возможность запасать небольшие объемы энергии в литий-ионных батареях, но стоимость 1 кВт•ч при этом будет совершенно «несъедобной».
Наиболее эффективными из всех существующих систем CSP специалисты Desertec считают параболические линейные концентраторы, подобные тем, которые еще 100 лет назад использовал Фрэнк Шуман. Эти огромные зеркала внешне напоминают сегмент цилиндра, хотя на самом деле их профиль представляет собой параболу, а не сектор окружности. Типичный промышленный концентратор для проекта Desertec - это каскад из управляемых гелиостатами (устройствами для ориентации на Солнце) зеркал суммарной площадью апертуры (максимальная проецируемая площадь, на которую поступает солнечное излучение) от 500 000 до 2,5 млн м2, установленных рядами на стальных пилонах в направлении с севера на юг. Ширина отдельного параболического зеркала в апертуре колеблется в пределах 6 - 7,5 м, а степень концентрации излучения равняется 1000:1.
В линии фокуса параболы находится трубка-коллектор с жидким теплоносителем (дистиллированная вода, масло или солевой расплав). Под воздействием отраженных лучей коллектор нагревается до 350 - 700 °C, а теплоноситель «смывает» тепловую энергию с его стенок на теплообменник ТЭС или в тепловой аккумулятор (ТА). При этом давление в коллекторе подскакивает до 18 - 20 атм.
Классический ТА имеет двухкамерную конструкцию и использует в качестве теплоносителя солевой расплав - смесь 60% натриевой и 40% калийной селитры. Это вещество идеально для рабочих температур от 200 до 580 °C. Оно работает при куда меньшем давлении, чем водяной пар, и не разлагается при температурах свыше 400 °C, как органические масла.
Теплоноситель поддерживается в жидком состоянии в «холодной» камере с помощью газовых горелок (288°С). В ясную погоду расплав прокачивается через солнечные концентраторы и набирает рабочую температуру (565°С), после чего попадает в «горячую» камеру-термос. Камера так хорошо изолирована, что температура расплава может поддерживаться на этом уровне в течение недели. Ночью, при плотной облачности или при пиковых нагрузках в сети расплав из «горячей» камеры разряжается на теплообменниках ТЭС и генерирует перегретый пар. После этого в контуре водяного или воздушного охлаждения отработанный расплав сбрасывает остаточную теплоту и сливается в «холодную» камеру.
В настоящее время при проектировании новых проектов от двухкамерных ТА стали отказываться в пользу более эффективных однокамерных. Они работают по принципу термоклина - вертикального распределения несмешивающихся слоев жидкости с различной температурой. ТА с твердой средой - еще одна крайне перспективная технология хранения энергии, над которой работают ученые из Германского аэрокосмического центра DLR. Твердотельные ТА с относительно высоким уровнем саморазряда идеальны для солнечных ферм, расположенных в зонах со стабильно высокой инсоляцией. Кроме того, они практически не требуют обслуживания и замены рабочей среды.
ГОЭЛРО для Африки
Свое участие в Desertec уже подтвердили Алжир, Египет, Иордания, Ливия, ОАЭ, Саудовская Аравия, Сирия и Тунис. Но первой ласточкой Desertec станет ферма мощностью 500МВт близ Варзазата, Марокко. Сооружение этого комплекса стоимостью €2,1 млрд начнется уже в этом году, а коммерческие киловатты Варзазата начнут поступать в сеть в 2014-м. По словам президента Desertec Пауля Ван Сона, Варзазат станет основным полигоном для обкатки технологий и будет оснащен всеми типами устройств - параболическими концентраторами, солнечными башнями, зеркальными тарелками с двигателем Стирлинга, линейными линзами Френеля, фотоэлектрическими (PV) панелями и различными типами тепловых хранилищ.
Помимо Варзазата исследования проводятся также на действующей микроферме в египетском Кураймате, в котором годовая инсоляция составляет 2,4 МВт на 1 м² поверхности. На основе данных, полученных в этих полевых лабораториях, к 2020 году комплексы CSP будут построены в Египте, Ливии, Сирии и Саудовской Аравии. Еще через 10 лет в сеть вольется огромный энергетический район в Алжире мощностью 22 ГВт, в состав которого войдут газоперерабатывающие заводы алжирской группы Sonelgas. И наконец, к 2050 году генерация электричества должна начаться на всех 42 объектах Desertec в Сахаре и на Ближнем Востоке.
Основной объем
Основной объем генерации в сети обеспечат 36 комплексов по концентрации солнечной энергии (CSP) суммарной площадью 14500 км², расположенные в Сахаре, Ливийской, Нубийской и Аравийской пустынях.
При этом около 50% энергии, а также вся продукция опреснительных заводов останутся на местном рынке.
Остатки «электрического пирога», выпеченного в африканской «духовке», через подводные высоковольтные линии постоянного тока (HVDC) будут экспортироваться в Европу по цене 5 - 7 евроцентов за 1кВт•ч и перекроют не менее 15% спроса.
Золотая паутина
Превратить фотонный ливень Сахары в электричество - лишь полдела. Главное - с минимальными потерями доставить его до розетки, находящейся в нескольких тысячах километров от источника.
Переменный ток для межконтинентальной сети не годится из-за больших потерь на длинных дистанциях передачи. На каждой сотне верст подводного 750-киловольтного кабеля «обнуляется» до 60% энергии переменного тока. При этом равный ему по сечению подводный кабель HVDC (высоковольтной линии постоянного тока) теряет на таком же маршруте всего 0,3−0,4% энергии.
Для формирования HVDC-магистралей будет применяться медный кабель сечением 1600 мм² с усиленной изоляцией типа MIND с нестекающим вязким составом. Погонный метр MIND за счет тяжелого свинцового экрана и двойной броневой рубашки из стали весит целых 40 кг и стоит $1100. Серийно его не производят: для каждого конкретного проекта на заводах компаний Nexans и Prysmian разрабатывается оптимальная конструкция элементов MIND.
Для того чтобы сложить детали пазла Desertec в единое целое, потребуется 35 лет напряженной работы и бюджет в 210 млрд. До 2050 года в Европе необходимо модернизировать 34 существующие межсистемные ЛЭП HVDC протяженностью 5340 км до 600 - 800 кВ и построить 5125 км новых линий, а до 2020 года - протянуть по дну Средиземного моря шесть магистралей HVDC длиной 6000 км и пропускной способностью 20 ГВт.
Свет мой зеркальце
Эффективность преобразования солнечных лучей в тепло зависит в первую очередь от качества параболических зеркал.
Лучшие зеркала нюрнбергской компании Flabeg марки UltimateTrough с коэффициентом отражения свыше 94,4% обеспечивают точность фокусировки не менее 99,9%. По словам Олафа Кнебеля, технического директора Flabeg, изготовление огромных зеркал из отожженного стекла толщиной 4 - 5 мм на стальной основе и нанесение серебряной амальгамы - работа ювелирной точности. Цена небрежности чрезвычайно высока: отклонение лучей от линии идеального фокуса всего на 1 мм за 25 лет работы 50-мегаваттного CSP-комплекса приведет к потере 11 млн потенциальной выручки.
В 2011 году инженеры корпорации Alcoa и ученые из лаборатории NREL начали тестирование параболических зеркал с жестким алюминиевым корпусом и патентованным нанокомпозитным зеркальным покрытием MicroSun компании Alanod Solar.
Покрытие MicroSun обладает великолепным коэффициентом отражения 95% и чрезвычайно устойчиво к абразивному воздействию. В целом оснащение солнечной плантации алюминиевыми параболами взамен хрупких и тяжелых стеклянных зеркал позволит сэкономить инвесторам до 25% бюджета. Американская компания SkyFuel предлагает еще более радикальное решение - самоклеящуюся рулонную полимерную пленку ReflecTechPlus с гибким серебряным слоем и модульные цельноалюминиевые панели SkyTrough. В 2010 году технология прошла независимые испытания в лаборатории NREL, которые подтвердили ее термальную эффективность на уровне 75% при температуре теплоносителя 350 °C.
Статья «Сахара на экспорт» опубликована в журнале «Популярная механика» (№115, май 2012).
Насчёт КПД вот знакомые кинули ссылку - https://www.ise.fraunhofer.de/de/presse-und-medien/presseinformationen/presseinformationen-2014/solarzelle-mit-46-prozent-wirkungsgrad-neuer-weltrekord
Solarzelle mit 46% Wirkungsgrad - neuer Weltrekord
Französisch-deutsche Kooperation bestätigt Wettbewerbsfähigkeit der europäischen Photovoltaikindustrie
Солнечная батарея с КПД 46% - новый мировой рекорд франко-немецкой кооперации подтверждает конкурентоспособность европейской фотовольтаиковой индустрии.
Говорят, можно и до 50% догнать ))
В Австралии КПД повысили за счёт установки фильтра особой конструкции. А вот немцы с французами создали многослойный фотоэлемент. Он, разумеется дороже обычных однослойных кремниевых батарей. Но он может трудиться при концентрации солнечного света зеркалами, до 297 раз превосходящей обычную освещённость летнего полудня.
"Нынешний результат достигнут при помощи солнечных батарей с четырьмя p-n-переходами, когда квартет разных фотоэлементных подъячеек поглощает излучение определённой длины.
В норме полупроводники, составляющие каждую подъячейку, не могут быть выращены друг на друге. Для того чтобы реализовать такую солнечную батарею, её конструкторы применили сращивание подложек, на которых рос кристалл каждого из полупроводниковых слоёв. Этот процесс заметно сложнее используемого для создания обычных батарей, но и итоговая эффективность вдвое выше. При этом площадь новых фотоэлементов может быть в сотни раз меньше, что компенсирует высокую стоимость производства многослойных структур.
....
А теперь коротко о том, зачем нам с вами это надо. Вспомним для примера космос. Там многослойные солнечные батареи применяются довольно давно, ибо в этих горних высях приоритетна не цена, а качество и лёгкость энергоисточника. Коммерциализацией же подобных многослойных технологий на Земле с 2005 года занимается Soitec - стартап, сотрудники которого начинали в Институте гелиоэнергетических систем Общества Фраунгофера. Нынче установки по использованию концентрированного солнечного света эксплуатируются уже в 18 странах, в первую очередь в Италии, Франции, Южной Африке и штате Калифорния (США). По мере дальнейшего роста КПД компания, безусловно, значительно расширит географию своего бизнеса за счёт меньших цен, напрямую конкурируя с кремниевыми аналогами, у которых сейчас больше рынка.
И если немцы всё-таки сумеют подобраться к чистым 50%, всё это легко может стать реальностью."
Подготовлено по материалам Института гелиоэнергетических систем Общества Фраунгофера
Источник (Фраунгофер - основное объединение институтов прикладных исследований )
Парящие ветряки способны без особого труда обеспечить планету энергией
Александр Березин
Сегодня ветер даёт чуть больше каждого тридцатого киловатт-часа, который вы, дорогой землянин, потребляете. И хотя темпы роста эоловой генерации по-прежнему высоки, уже в ближайшие годы не избежать проблем, выход из которых надо искать именно сейчас.
Выгодная ветровая генерация и впрямь требует среднегодовой скорости ветра в 7-8 м/с, что мало где есть. А там, где с ветром всё в порядке (скажем, в некоторых регионах Южной Европы и США), нет мощной единой энергосети, поэтому дешёвые эоловые киловатт-часы некуда перебрасывать, и дальше развивать потенциал мест с «правильным» ветром будет сложно.
Очевидно, нужно искать новые методы - к примеру, давно обещанную эксплуатацию высотных ветров, о которых «КЛ» уже сообщала. В качестве технической основы высотных турбин предлагались и планеры, и кайты, и БПЛА самолётного типа на привязи, и (самые перспективные!) аэростаты, не требующие для парения дополнительных энергозатрат. Сектор переживает настоящий бум, хотя это пока всё больше стартапы. Более 20 компаний разрабатывают прототипы таких устройств; они зарегистрировали около 100 патентов в одних только США, и дело уверенно идёт к коммерциализации.
Но какое будущее у этого рынка? Много ли ветра там, наверху, на высотах от 300 до 3 000 м?
Пока прототипы Altaeros Energies имеют скромные размеры (вверху), однако серийные образцы (внизу) могут преобразиться до колоссальных «дирижабельных» габаритов. При этом технологии привязных аэростатов были отработаны и, следовательно, дёшевы уже к 1940-м годам. (Здесь и ниже иллюстрации Altaeros Energies.)
Кристина Арчер (Cristina Archer) из Делавэрского университета (США), вооружившись новой информацией о распределении высотных ветров, попыталась составить список регионов с максимальной скоростью воздушных потоков в диапазоне высот 300-3 000 м. «Таких территорий... довольно много, и располагаются они во множестве районов мира, - сообщает г-жа Арчер. - Это был сюрприз, этого мы не ожидали».
Напомним: ещё недавно общая тенденция была совсем иной. Сначала множество проектантов нацелились на стратосферные ветры, на высотах вплоть до 20 км. Однако расчёты показали, что вес кабеля, удерживающих тросов и прочего будет слишком большим, а в случае серьезных бурь в нижних слоях атмосферы установки придётся спускать, а затем - с большими затратами - поднимать снова. К тому же, согласно исследованиям атмосферных течений, потенциал у таких проектов есть лишь в ограниченном количестве регионов. Напротив, маловысотные турбины требуют в 20-30 раз меньше по весу кабелей и тросов, и их легко спускать (и затем вновь поднимать) при приближении экстремальных ураганов.
Кристина Арчер со товарищи использовала метрологические данные ежечасных замеров ветров по всей Земле, собранных Национальным центром атмосферных исследований США за 1985-2005 годы. Их интересовали высоты ниже 3 км, а в качестве «рентабельного» они брали ветер быстрее 10 м/с. Поскольку выработка ветряка зависит от куба скорости ветра, то 10 м/с дают примерно вдвое больше выработки в единицу времени, чем 8 м/с, считающиеся выгодными для наземных ветряков.
По итогам исследований оказалось, что ветер такой силы дул в ряде регионов планеты не менее 15% всего времени на протяжении любого из рассмотренных 240 месяцев. То есть весьма и весьма регулярно.
Что важно, эта замечательная ситуация характерна для четверти поверхности планеты. В частности, как сообщает исследовательница, таких мест полно над американскими великими равнинами, приэкваториальными ячейками Хадли и побережьем Сомали в районе Африканского Рога.
Если скорость ветра превысит 17 м/с, турбину можно будет быстро спустить с километровой высоты, избегая повреждения аэростата.
Даже исключив из расчётов приполярные и океанические районы (ибо удалены от мест скоплений людских масс), авторы работы обнаружили, что общая мощность летающих ветряных турбин при средней плотности их размещения даст 7,5 млрд киловатт - втрое больше средней цифры мгновенной мощности земной энергетики. Даже при коэффициенте использования установленной мощности в 35% (а для высотных ветров это вполне реально) ветряки в диапазоне от 300 до 3 000 м способны обеспечить электричеством всё человечество, начиная, разумеется, с той четверти планеты, что ближе всего к экватору или большим безлесным равнинам.
Как подчёркивает г-жа Арчер, она специально закладывала плотность размещения летающих ветряков небольшой, чтобы исключить вариант глобального торможения ветров такими установками. Однако для получения точной оценки возможного влияния «парящей ветроэнергетики» она уже готовится к исследованию обратной связи «ветряки - скорость ветра», равно как и других сторон такой эксплуатации нижних слоёв тропосферы.
Отчёт об исследовании опубликован в журнале Renewable Energy.
Подготовлено по материалам Делавэрского университета.
http://compulenta.computerra.ru/tehnika/energy/10012496/