Федеральная комиссия США по регулированию энергетики (FERC) вчера решила пересмотреть процесс утверждения новых энергетических проектов, который стал серьёзным препятствием для роста возобновляемой энергетики в США. Новое правило направлено на то, чтобы сократить время, необходимое для подключения проектов «зелёной» энергетики к энергосети, и устанавливает предельные сроки рассмотрения и штрафы за затягивания решений.

Источник изображения: unsplash.com

Сейчас для подключения нового энергетического проекта к сети требуется в среднем пять лет. Огромное количество проектов производства и хранения чистой энергии, совокупной мощностью более 2 000 гигаватт просто ждут своей очереди на одобрение. Это примерно равно мощности, которую генерируют все действующие электростанции США.

Такие гигантские сроки подключения связаны с тем, что раньше деятельность FERC была сосредоточена на нескольких крупных электростанциях, работающих на ископаемом топливе, и сроки их строительства соответствовали скорости подключения к энергосистеме. В последнее время комиссия столкнулась с тысячами набирающих обороты небольших солнечных, ветряных и аккумуляторных проектов, поскольку стоимость проектов ветровой и солнечной энергетики стала ниже затрат на строительство новых угольных или газовых электростанций.

Задержки могли стать ещё более длительными и, чтобы устранить отставание, новое федеральное правило потребует от управляющих сетями оценивать проекты покластерно, а не по одному. Установлены жёсткие сроки и штрафы за просрочку проверки. Новое правило отдаёт приоритет проектам, наиболее близким к завершению, и предусматривает защитные меры, такие как финансовые депозиты, от утопических нереализуемых прожектов. Председатель FERC Уилли Филлипс (Willie Phillip) назвал принятие нового правила переломным моментом для энергосети всей страны.

Сегодня возобновляемые источники энергии составляют чуть более 20 % электроэнергетического баланса США. Чтобы достичь цели 100-процентной экологически чистой электросети к 2035 году необходимо кардинально ускорить подключение новых источников «зелёной» электроэнергии. Американская ассоциация чистой энергии назвала решение FERC «крайне необходимым действием, которое является ключевым шагом на пути к предсказуемому и экономически эффективному подключению новых источников чистой энергии к электрической сети».

Учёные из Токийского университета разработали технологию для кратного повышения термоэлектрического эффекта при выработке электричества даже при небольших перепадах температуры. Это мусорное тепло можно брать отовсюду. Например, при охлаждении воздуха кондиционером, когда в процессе конденсации влаги выделяется немного энергии. И такие явления происходят везде от изготовления мороженного до выплавки стекла, чем можно будет воспользоваться.

Источник изображения: Pixabay

Предложение японских учёных строится на том, что даже малейшую разницу в температуре можно использовать для значительного усиления термоэлектрического эффекта. Сама разница в температуре вещества (жидкости или газа) возникает в процессе перехода вещества из одного агрегатного состояния в другое — это конденсация или кристаллизация воды и подобные процессы.

При фазовом переходе выделяется энергия (либо поглощается при других условиях). В ограниченном объёме её мало, например, внутри того же кондиционера. Но японцы придумали способ усилить отдачу от этой энергии. Они собрали полимер, который при охлаждении распрямляется в спираль, а при нагреве сворачивается в клубок (глобулу). По-сути полимер либо растворяется в воде при её охлаждении ниже определённого значения, либо «конденсируется» при нагреве выше границы для растворения. С точки зрения химии происходят окислительно-восстановительные реакции, о чём учёные рассказали в статье Advanced Materials.

Опытная установка. Источник изображения: University of Tokyo

Переход клубок-глобула резко освобождает молекулы воды от полимерных цепей — полимер совершает свой фазовый переход. Это как запустить лавину с горы. Небольшая доля энергии «первичного» фазового перехода, например, в процессе конденсации воды в кондиционере запускает лавинообразный процесс конденсации полимера, что умножает выделение тепла и усиливает работу термоэлемента.

Фактически процесс повышает так называемый коэффициент Зеебека — меру эффективности работы термоэлектрического преобразователя — до +2,1 мВ/К. Это более чем в два раза выше, чем для уже исследованных органических растворов. Открытие настолько удачное, говорят учёные, что пора искать производителя для таких систем. И тогда «можно будет вырабатывать электроэнергию, охлаждая серверную комнату или двигатель автомобиля», утверждают участники исследования.

Примерное представление процесса

«Мы впервые подтвердили, что скрытое тепло может быть использовано для термоэлектрического преобразования, — заявил профессор Теппей Ямада с химического факультета Высшей школы наук Токийского университета. — Мы считаем, что для термоэлементов можно использовать различные виды материалов. Каждое вещество при соответствующих условиях может совершать фазовый переход: например, сливки в мороженое, песок в стекло, вода в пар и т.д. В принципе, с помощью этого метода можно извлекать электрическую энергию даже из малейшей разницы температур, что значительно увеличивает число ситуаций, в которых можно использовать термоэлектрическое преобразование».

Американская компания Revkor и немецкая H2 Gemini сообщили о планах в течение года создать в США крупнейшее в мире производство перовскитных солнечных панелей. Первый комплекс мощностью 5 ГВт в год начнёт выпускать продукцию во втором квартале 2024 года. На полную мощность предприятие выйдет к концу 2025 года с объёмом 20 ГВт панелей в год. Это будет самое передовое производство солнечных панелей в мире, что отражает стремление США быть первыми в этой отрасли.

Цех будущего завода в представлении художника. Источник изображения: Revkor

Партнёры уже строят первую производственную площадку площадью около 93 тыс. м². Также начались работы по строительству исследовательского корпуса аналогичной площади. Работы ведутся в штате Юта в окрестностях Солт-Лейк-Сити, что позволяет рассчитывать на финансовые льготы и субсидии от властей города и штата.

Важно отметить, что немецкий производитель оборудования — компания H2 Gemini — передаст американской стороне секреты производства и технологии, что позволит на базе производства продолжить научно-исследовательские работы по совершенствованию перовскитных солнечных панелей, графена и ряда других материалов и процессов.

Сравнение структуры современных солнечных ячеек и HJT

Также компания Revkor приобрела у компании Suzhou Maxwell Technology лицензию на использование в Северной Америке и на Ближнем Востоке техпроцессов производства солнечных панелей с гетеропереходом (HJT). Тем самым новые панели будут сочетать все самые передовые технологии в солнечной фотовольтаике — перовскит и HJT. В теории они будут иметь КПД заметно выше 22 %, на чём остановились массовые кремниевые фотоячейки.

Вклад компании H2 Gemini в совместное предприятие будет сделан технологиями, промышленным оборудованием и в виде управления процессами по установке и запуску производства. Компания Revkor берёт на себя строительство, что также потребует несколько миллиардов долларов вложений. Часть средств Revkor надеется вернуть благодаря новым инфраструктурным инициативам властей США, в частности, по Закону об инфраструктуре и Закону о чипах и науке (CHIPS Act).

Диаграмма вариантов производства солнечных ячеек (действующих и перспективных)

Преимущества перовскитных солнечных панелей, напомним, заключается в сравнительно простых процессах изготовления. Например, они могут выпускаться с применением струйных технологий. Технология гетеропереходов, в свою очередь, также упрощает производство за счёт снижения числа технологических операций и благодаря низкотемпературному процессу. Но всё это требует совершенно нового производственного оборудования, что пока крайне затратно и до конца не изучено на практике.

Китайская компания Three Gorges Energy сообщила о подключении к сети первого в мире ветрогенератора мощностью 16 МВт. Высота башни этой морской установки достигает 152 м, что примерно равно высоте типичного 50-этажного жилого дома. Колоссальная установка сможет выдержать порывы ветра со скоростью почти 290 км/ч и обеспечит чистой энергией до 36 тыс. китайских домохозяйств.

Источник изображений: China Three Gorges Corporation

Каждая из лопастей обладает длиной 123 м. Общий вес трёх лопастей равен 54 т. Вес «машинного отделения» с генератором на вершине башни составляет 385 т. За один оборот лопасти очерчивают в воздухе круг площадью около 50 тыс. м². «Урожай» энергии с этой площади составляет 34,2 кВт·ч. Ожидается, что в год объём выработки с этой турбины будет достигать 66 ГВт·ч.

Демонстрационная установка размещена в Фуцзяньском морском ветропарке в Тайваньском проливе, где проявляется эффект естественной аэродинамической трубы. По данным компании Three Gorges Group, в этом месте более 200 дней в году наблюдаются условия «почти шторма» с ветром, превышающим скорость 51 км/ч. Расчётная устойчивость установки к ветру составляет 287 км/ч. Это выше, чем ранее зарегистрированный тайфун рекордной ураганной силы, который случился в 1979 году, когда скорость ветра достигала 260 км/ч.

Самое интересное, что Китай продолжит наращивать размеры ветроустановок, поскольку каждый новый метр лопасти даёт ощутимый прирост к генерируемой мощности. Ближе к концу года может начаться монтаж или даже запуск 18-МВт турбины, высота башни которой превысит 70-этажный дом. А также велика вероятность, что будет объявлено о разработке или даже производстве 20-МВт турбины.

Компания Fervo Energy заявила об успешных 30-дневных испытаниях геотермальной электростанции на новой прорывной технологии. После ввода в эксплуатацию установка позволит получить 3,5 МВт энергии круглосуточно без вредных выбросов в атмосферу. Уникальность объекта заключается в бурении горизонтальных стволов длиной до одного километра на глубине свыше двух километров. Это даст гарантированную мощность почти в любых условиях.

Источник изображений: Fervo Energy

Компании Fervo Energy и Google сообщили о совместной работе над уникальным геотермальным проектом два года назад. Google обязалась покупать у Fervo электроэнергию, добытую при конвертации тепла из геотермальных источников в электричество. Доставкой тепловой энергии из геотермальных источников сегодня никого не удивишь, но эффективного способа получения электричества из таких источников ещё не было.

Проект Fervo Energy основывается на рукотворном создании геотермальных источников едва ли не в любом месте Земли. Причём поставляющие тепло скважины бурятся на целевой глубине горизонтально, что увеличивает площадь теплового обмена и даёт гарантированный поток воды. В проекте в Неваде компания получила стабильный поток воды со скоростью 63 л/с и максимальной температурой 191 °C. На пике мощности это позволит генерировать 3,5 МВт электричества, что хватит для питания 750 домохозяйств.

Если ввод установки в строй окажется успешным и докажет свою эффективность, Fervo Energy намерена реализовать ещё более масштабный проект в штате Юта. Возможности нового проекта позволят подать безуглеродную электроэнергию в 300 тыс. домов, что примерно соответствует четверти домохозяйств в штате.

Чуть подробнее о проекте в Неваде. Для его реализации были пробурены три вертикальные скважины глубиной около 2347 м: скважина для нагнетания воды, рабочая скважина и скважина для мониторинга горизонтального канала. Горизонтальные скважины пробурены диаметром 25 см с установкой обсадных труб диаметром 17,78 см. Длина боковых скважин достигает 990 м. Такие работы требуют значительных затрат, но в компании надеются, что по мере отработки технологий бурения стоимость работ существенно снизится.