Новый комплекс моделей и натурные испытания в городах Индии, Австралии, США и Европы показали, что размещение на крышах домов в городах солнечных панелей улучшает перемешивание воздуха и делает его чище на уровне земли, а также делает дни теплее, а ночи прохладнее.

Источник изображения: University of Calcutta

Международная группа учёных из Индии, Австралии, США и Европы провела первое в своём роде комплексное исследование вопроса влияния на городской климат солнечных фотоэлектрических установок, размещаемых на крышах. Но самым ценным в исследовании стало создание наиболее полной цифровой модели по оценке влияния солнечных панелей на микроклимат городов.

Предложенный учёными инструмент для расчётов использует новейшую модель исследований и прогнозирования погоды (WRF), интегрирующую в себя энергетическую модель здания (BEM) и параметризацию эффекта здания (BEP). Модель была проверена на десяти объектах наблюдения в Калькутте (Индия) с использованием экспериментально полученных данных.

«Хотя в существующей литературе сообщается о воздействии RPVSP [солнечных установок на крышах] на городскую среду, большинство из них основаны на конкретных полевых экспериментах или моделировании в масштабе здания, без всестороннего анализа в масштабе нескольких городов. В этих исследованиях также не учитывалась конвективная теплопередача между поверхностью крыши и нижней частью солнечных панелей, — пояснили учёные. — Наша работа устраняет эти пробелы, включив новые параметры для RPVSP, в том числе конвективную теплопередачу, что приводит к более согласованным результатам с другими исследованиями, включающими аналогичные соображения».

В Калькутте было проведено 5 экспериментов в течение одного самого жаркого месяца. Отражательная способность голой крыши (альбедо) принималась за значение 0,15. В ходе опыта исследовались варианты с покрытием городских крыш солнечными установками на уровне 0,25, 0,50, 0,75 и 1,0 площади. Альбедо для панелей, эффективность преобразования и излучательную способность установили на отметках 0,11, 0,19 и 0,95 соответственно.

Методика была протестирована сначала в Калькутте, а затем подтверждена в Сиднее (Австралия), Остине (США, Техас), Афинах (Греция) и Брюсселе (Бельгия), чтобы гарантировать, что результаты не ограничиваются конкретной климатической зоной. Выяснилось, что размещение на крышах домов в городах солнечных панелей повышает дневную температуру на уровне земли на 1,1–1,9 °C (в одних местах больше, в других — меньше). Также панели на крышах способствуют тому, что ночью температура воздуха на уровне земли становится чуть ниже — на 0,3-0,8 °C.

Наконец, что самое существенное, панели на крышах интенсифицируют перемешивание воздуха на городских улицах, что поднимает так называемый планетарный пограничный слой — самую низкую часть атмосферы, на которую непосредственно влияет поверхность Земли — до высоты 615,6 м. Это снижает уровень загрязнения воздуха на уровне земли, что можно считать благом для городов и их жителей.

Действующий министр окружающей среды Австралии Таня Плиберсек (Tanya Plibersek) объявила о выдаче экологического разрешения на создание в стране крупнейшей в мире солнечной электростанции. Детали проекта будут улажены к 2027 году, а ввод станции в строй ожидается в 2030 году. Две трети энергии Австралия оставит себе для питания 3 млн домов, а остальное по подводному кабелю передаст Сингапуру, став мировым центром солнечной энергетики.

Источник изображения: SunCable

Проект намерена реализовать местная компания SunCable. Его стоимость составит $24 млрд. Экологи согласились выдать разрешение только после того, как проектировщик убедил власти в бережном отношении к местам популяции местной разновидности бурундуков — кроличьих бандикутов.

Солнечная ферма раскинется на севере Австралии на площади 12 тыс. га. В стоимость работ войдёт создание линии электропередачи длиной 800 км до города Дарвин и прокладка подводного кабеля длиной 4300 км до Сингапура. Пиковая мощность выработки будущей электростанции будет достигать 20 ГВт. Буфером станет пул аккумуляторов ёмкостью до 42 ГВт·ч. Для потребностей Дарвина и округи будет предоставлено 4 ГВт, а для Сингапура — 2 ГВт. Министр и источники путаются в размерностях, но, скорее всего, речь о гигаватт-часах.

До сих пор самой мощной в мире солнечной электростанцией был новый объект в Китае с проектной мощностью 8 ГВт. Если власти Австралии сдержат обещания, то смогут гордиться новой супердержавой на карте мира — самой могучей в мире солнечной энергетикой.

«Это будет самый большой солнечный комплекс в мире, который провозгласит Австралию мировым лидером в области зеленой энергетики», — заявила министр окружающей среды Таня Плиберсек.

Подводный электрический кабель сможет удовлетворять до 15 % потребностей Сингапура в электричестве. В основном проект направлен на обеспечение Австралии экологически чистой энергией. Правда австралийские учёные бьют тревогу, указывая на то, что страна стремительно превращается в свалку убитых солнечных панелей. Однако политики у руля Австралии непреклонны — атомной энергетики с её дорогими и медленно строящимися реакторами в стране не будет.

В Норвегии на крыше футбольного стадиона «Уллевол» (Ullevaal Stadion) построена самая большая в мире солнечная электростанция с вертикальными панелями. Это позволило разместить работающие поверхности панелей бок о бок, чтобы свет работал с обеих сторон пар, что увеличило выход мощности на 20–30 %. Вертикальное расположение имеет также массу других преимуществ, чем норвежцы намерены воспользоваться ещё не один раз.

Источник изображений: Over Easy Solar

Солнечные панели мощностью по 200 Вт местная компания Over Easy Solar разместила в количестве 1242 штук на площади 2500 м². Заявленная мощность поля достигает 248 кВт. За год электростанция сможет выработать до 219 МВт·ч электричества. Панели ориентированы с севера на юг с отклонением на 20 ° на восток с южной стороны. Это позволит им работать зимой с большей эффективностью. Также отражение от снега сыграет значительную роль в увеличении выхода мощности зимой, что также является преимуществом вертикального расположения панелей. Данный фактор особенно важен, если принять во внимание не самое благоприятное расположение электростанции: она находится в Осло — городе, находящемся на широте Санкт-Петербурга и не избалованном солнечным светом.

Самым сложным вопросом для разработчика и изготовителя массива вертикально ориентированных панелей была возросшая масса системы крепления и оттяжки, чтобы удерживать панели в вертикальном положении. Проблему решили, снизив общую массу массива до 11 кг/м², а это огромное пространство для манёвра, что позволит создавать вертикальные солнечные фермы на крышах множества зданий.

К другим преимуществам вертикальной ориентации солнечных панелей подрядчик относит освободившееся пространство для инспекции состояния крыши и лёгкое обслуживание массива. Вместе с возросшей отдачей за счёт двухстороннего освещения, что создаёт два пика выработки вместо одного, метод вертикального размещения солнечных панелей обещает стать весьма востребованным, поэтому установленный рекорд компания обещает вскоре побить новым достижением.

Несмотря на то, что уголь по-прежнему остаётся основным источником энергии в Китае, страна активно развивает возобновляемую энергетику. В первой половине года на долю ветровой и солнечной энергии пришлось 38,4 % от общей выработки электричества, тогда как доля угольных электростанций снизилась до 38,1 %, открывая путь к более «зелёному» будущему.

Источник изображения: Alexey Komissarov / Unsplash

Как сообщает китайское издание SCMP, ссылаясь на отчёт Ассоциации торговли электроэнергией (CEC), ожидается, что в этом году Китай подключит к сети около 300 ГВт солнечных и ветряных электростанций, что немного превысит показатель предыдущего года в 293 ГВт. Это увеличит суммарную мощность возобновляемых источников энергии до 1350 ГВт к концу года, составив более 40 % от общей мощности в 3300 ГВт всех используемых на территории Китая источников энергии.

Продолжающийся рост установки солнечных и ветровых электростанций также приведёт к тому, что общая мощность источников энергии, включая атомную и гидроэнергетику, достигнет 1900 ГВт к концу 2024 года, что составит 57,5 % от общего энергетического баланса страны по сравнению с 53,9 % в 2023 году. При этом Китай, являющийся крупнейшим в мире источником выбросов парниковых газов и потребителем электроэнергии, намерен достичь углеродной нейтральности, доведя выбросы CO₂ к 2060 году до нуля и получая 80 % своего общего энергобаланса из возобновляемых источников энергии.

Источник изображения: American Public Power Association / Unsplash

По данным CEC, на конец первого полугодия общая мощность ветряных и солнечных электростанций в стране составила 1180 ГВт, что составляет 38,4 % от общей мощности в 3070 ГВт. Между тем, мощность угольных электростанций к концу июня сократилась до 1170 ГВт, или 38,1 % от общей установленной мощности, и по прогнозам опустится ниже 37 % к концу года.

Президент Си Цзиньпин заявил в 2021 году, что страна будет «строго контролировать потребление угля» до 2025 года и постепенно сокращать его потребление с 2026 года. Однако на данный момент инфраструктура Китая по-прежнему нуждается в модернизации для повышения гибкости передачи и хранения энергии.

Компания China Three Gorges Renewables Group сообщила о скором запуске строительства невообразимой по мощности солнечной электростанции мощностью 8 ГВт. В гигантский энергетический хаб стоимостью $11 млрд также войдут другие мощности, а обслуживать он будет треугольник Пекин-Тяньцзинь-Хэбэй. Мегастройка стартует в сентябре этого года и завершится в 2027 году. Можно не сомневаться, что повторить такой трудовой подвиг сегодня никто не сможет.

Источник изображения: CGTN

Чтобы примерно представить масштабы новой солнечной электростанции достаточно знать, что три самые большие в мире солнечные фермы вырабатывают каждая примерно по 3 ГВт. Все они, к слову, размещены в Китае. Новая площадка будет создана в регионе Внутренняя Монголия на севере Китая. Потребителям она будет передавать электричество по линиям сверхвысоковольтного напряжения. Вот где сверхпроводимость была бы к месту, но пока её нет.

Кроме собственно солнечного поля мощностью 8 ГВт проект предусматривает создание ветряной электростанции мощностью 4 ГВт, буферного хранилища мощностью 5 ГВт, комплекса по сбору солнечной тепловой энергии мощностью 200 МВт и угольной электростанции мощностью 4 ГВт. Владеть всем этим будут компания China Three Gorges Renewables (56 % доли) и компания Inner Mongolia Energy Group (44 %). В эксплуатацию объект сдадут к июню 2027 года.

В понедельник в энергосистему Китая была включена крупнейшая в мире солнечная электростанция. Её пиковая мощность достигает 5 ГВт, а за год эксплуатации создаётся до 6 ГВт·ч электрической энергии. Теперь три крупнейших в мире солнечных фермы размещены в Поднебесной: две по 3 ГВт и одна на 5 ГВт. Это настолько много, что, по мнению аналитиков, национальные линии электропередач перестают справляться с распределением выработки.

Источник изображения: CGTN

Согласно грандиозному плану китайских властей, в стране должно быть создано 455 ГВт генерирующих мощностей на возобновляемых источниках энергии — солнечной и ветряной. Солнечные станции создаются в отдалённых пустынных районах страны, откуда энергия передаётся в центральные и восточные прибрежные мегаполисы. Это подразумевает создание сверхсовременных линий электропередач со сниженными потерями. К тому же, учёные пока не до конца понимают степень воздействия электромагнитных полей таких линий на экосистему и климат. Но голова боится, а руки делают.

Новая солнечная электростанция была включена в сеть в минувший понедельник. Солнечная ферма мощностью 5 ГВт раскинулась на площади 81 тыс. га недалеко от столицы Синьцзян-Уйгурского автономного района города Урумчи. Примерный подсчёт говорит, что возможностей этой электростанции хватит на круглогодичное обеспечение энергией 2 млн электромобилей. Это означает, например, что для снабжения энергией всего парка автомобилей США (285 млн), если бы они были электрическими, потребовалась бы солнечная ферма площадью со штат Пенсильвания.

Впрочем, от солнечных электростанций масса других выгод, кроме эксплуатации бесплатной энергии Солнца. Во-первых, они поддерживают экономику Китая. Во-вторых, они вытесняют ископаемую энергетику с её выбросами. В-третьих, это позволяет рационально использовать не имеющую других выгод территорию. Для густозаселённых стран это не самое лучшее решение, но никто не мешает вырабатывать энергию в пустынях и, например, по подводным кабелям передавать в Европу. Но это уже другая история.

Китай, крупнейший в мире производитель и потребитель солнечной энергии, столкнулся с неожиданной проблемой — избытком солнечной электроэнергии, которую его энергосистема не в состоянии полностью использовать и хранить.

Источник изображения: Moritz Kindler/Unsplash

Согласно отчету агентства Reuters, опубликованному на днях, Китай установил настолько много солнечных панелей, что страна просто не в состоянии потребить или сохранить сгенерированную электроэнергию в таком количестве даже с помощью систем хранения.

Источник изображения: Reuters

Эта ситуация заставила китайские власти сократить некоторые субсидии для солнечной отрасли, что привело к замедлению темпов установки новых мощностей. Тем не менее, несмотря на это замедление, Китай по-прежнему опережает все остальные страны по объемам ввода новых мощностей солнечной генерации. Так, по состоянию на март 2024 года, установленные мощности солнечной энергетики Китая достигли 660 ГВт. Для сравнения, в США, которые занимают второе место в мире в этой сфере, на конец 2023 года работало 179 ГВт солнечных станций.

Как отмечает Businessinsider, стремительный рост солнечной энергетики является частью китайской стратегии развития «новых трех отраслей» — ветряной энергетики, солнечной энергетики и электромобилей. Однако теперь Китай столкнулся с тем, что его энергосистема не поспевает за высоким ростом генерации электроэнергии.

Эксперты предупреждают, что избыток производства солнечных панелей в Китае может привести к еще большему затовариванию мирового рынка и падению цен. Так, крупнейший китайский производитель солнечных панелей Longi Green Energy уже объявил о сокращении нескольких тысяч рабочих мест из-за перепроизводства и, соответственно, низких цен.

Чтобы справиться с ситуацией, Китайская ассоциация фотоэлектрической промышленности призывает к консолидации отрасли, ограничению внутренней конкуренции и большему контролю за мощностями. Однако пока неизвестно, будут ли предприняты конкретные шаги правительством для решения этой проблемы и если будут, то когда.

Тем временем, несмотря на внутренние трудности, Китай, вероятно, продолжит наращивать экспорт солнечных панелей. Это, в свою очередь, вызывает обеспокоенность США, ЕС и других стран, которые видят в этом угрозу для своих производителей. Запад призывает Китай сдерживать экспорт.

У используемого на солнечных электростанциях оборудования SolarView, выпускаемого японской компанией Contec, выявлены две критические уязвимости — они могут позволить злоумышленникам удалённо управлять этим оборудованием и нарушать работу установок. Уязвимости были закрыты в новых прошивках для устройств, но две трети клиентов так и не обновили оборудование.

Источник изображения: Jukka Niittymaa / pixabay.com

По сведениям самого производителя, его оборудование используется на 30 000 электростанций, из которых, согласно данным поисковой службы Shodan, не менее 600 объектов доступны через интернет. Эти устройства оказались подвержены двум уязвимостям, которые отслеживаются под номерами CVE-2022-29303 и CVE-2023-293333, сообщили эксперты по кибербезопасности из Palo Alto Networks.

Уязвимостям присвоен рейтинг 9,8 из 10 с критическим статусом. Первая из них активно эксплуатируется с марта прошлого года, а с мая в открытом доступе находится исходный код её эксплойта, позволяющий установить на уязвимое устройство шелл — интерфейс удалённого контроля. Взломанное оборудование оказывается включённым в ботнет Mirai наряду с маршрутизаторами и устройствами интернета вещей.

Признаков использования уязвимости CVE-2023-23333 злоумышленниками не обнаружено, но рабочий код эксплойта появился в открытом доступе ещё в феврале, а к настоящему моменту несколько сценариев взлома выложены на GitHub. Contec уже выпустила обновление ПО для оборудования SolarView. По заявлению производителя, уязвимости закрыты в прошивках версий 8.0 и 8.10, но эксперты по кибербезопасности уверяют, что надёжную защиту от взломов обеспечивает только последняя. Впрочем, более двух третей работающих устройств SolarView до сих пор не получили ни одно из этих обновлений, выяснили в компании VulnCheck.

По данным Ember, прошлый год характеризовался достижением рекордных показателей по доле электроэнергии, генерируемой солнечными и ветровыми электростанциями. Если в 2021 году эта доля достигла 10 %, то по итогам 2022 года выросла до 12 % в масштабах мировой энергетики. По итогам текущего года доля генерируемой за счёт ископаемых источников электроэнергии достигнет исторического максимума и начнёт снижаться в дальнейшем, как считают эксперты.

Источник изображения: EPA, Picture Alliance

Статистика Ember учитывает данные по энергопотреблению из 78 стран, охватывающие 93 % мирового рынка. Солнечные электростанции уже восемнадцатый год подряд представляют собой самый активно растущий сегмент энергетики, в прошлом году они прибавили 24 % или 245 ТВт‧ч. Этого хватило бы для энергоснабжения всей Южной Африки. Ветряные электростанции в прошлом году прибавили в генерируемой мощности 17 % или 312 ТВт‧ч — такого прироста достаточно для энергоснабжения почти всей Великобритании.

Свыше 60 стран, попавших в статистику, по данным источника, получают более 10 % своей электроэнергии от ветряных и солнечных генерирующих мощностей. Если учитывать и объекты атомной энергетики, которые специалисты Ember тоже относят к экологически чистым, то доля таких источников по итогам 2022 года достигла рекордно высоких 39 % в масштабах планеты. При этом страны Евросоюза до 22 % всей электроэнергии получают от ветряных и солнечных электростанций, но на первом направлении они немного отстают от общемировых темпов.

Локомотивом перехода на солнечную и ветряную энергетику в прошлом году оказался Китай, но он же активнее всего потребляет и электроэнергию, вырабатываемую за счёт сжигания угля. В целом, данный вид ископаемого топлива остаётся наиболее популярным, занимая 36 % в мировой энергетической системе. Впрочем, рост спроса на электроэнергию в прошлом году достигал 80 %, и на этом фоне прогресс угольных электростанций в 1,1 % не кажется существенным, поскольку альтернативные источники развивались более активно. Генерация электричества с использованием природного газа в прошлом году сократилась на 0,2 %, но весь энергетический сектор всё же увеличил углеродные выбросы на 1,3 % до рекордного значения. Эксперты ожидают, что по итогам текущего года генерация электричества с использованием ископаемого топлива сократится на 0,3 % и положит начало тенденции к дальнейшему сокращению.

По прогнозам специалистов, энергетический сектор должен первым перейти к углеродной нейтральности уже в 2040 году, чтобы позволить достичь полной нейтральности в масштабах всех отраслей мировой экономики к 2050 году. Сейчас основной объём выбросов углекислого газа осуществляется именно объектами мировой энергетической системы. К 2040 году ветряные и солнечные электростанции должны будут генерировать до 41 % всего электричества в мире.

По предварительным прогнозам, в этом году планируется добавить 54,5 ГВт новых электрогенерирующих мощностей в энергосистему США в 2023 году. 54 % этих мощностей будет приходиться на солнечную энергетику. На втором месте с 17 % окажутся системы аккумулирования энергии. И впервые за 30 лет будут введены в строй два новых атомных энергоблока.

Источник изображения: pexels.com

Несмотря на тенденцию к росту за последнее десятилетие, в 2022 году прирост солнечных мощностей коммунальных предприятий снизился на 23 % по сравнению с 2021 годом. Ожидается, что некоторые из отложенных в 2022 году проектов запустятся в 2023 году, когда разработчики планируют установить в США 29,1 ГВт мощностей солнечной генерации, что более чем вдвое превысит текущий рекорд (13,4 ГВт в 2021 году). В 2023 году больше всего новых солнечных энергомощностей, безусловно, будет установлено в Техасе (7,7 ГВт) и Калифорнии (4,2 ГВт), что в совокупности составит 41% запланированных новых солнечных мощностей.

Источник изображения: U.S. Energy Information Administration

Ёмкость систем аккумулирования энергии в США быстро росла за последние пару лет. В 2023 году она, вероятно, увеличится более чем вдвое. Разработчики сообщили о планах добавить 9,4 ГВт аккумуляторных мощностей к существующим 8,8 ГВт. Системы хранения на базе аккумуляторов все чаще устанавливаются в проектах ветровой и солнечной энергетики. Ветер и солнце являются непостоянными источниками генерации, аккумуляторы могут накапливать избыточную электроэнергию от ветряных и солнечных источников для последующего использования. Ожидается, что в 2023 году 71 % новых аккумуляторных батарей будет находиться в Калифорнии и Техасе, штатах со значительными солнечными и ветровыми мощностями.

Девелоперы планируют в 2023 году построить 7,5 ГВт новых мощностей, работающих на природном газе, 83% из которых приходится на парогазовые установки. Ожидается, что в 2023 году будут введены в эксплуатацию две крупнейшие электростанции на природном газе: Guernsey мощностью 1836 МВт в Огайо и энергетический центр CPV Three Rivers мощностью 1214 МВт в Иллинойсе.

Источник изображения: U.S. Energy Information Administration

В 2023 году планируется добавить в энергосистему США 6,0 ГВт ветроэнергетических мощностей. Ежегодный прирост ветроэнергетических мощностей в США начал замедляться после рекордного увеличения более чем на 14 ГВт как в 2020, так и в 2021 году. Наибольший объём ветроэнергетических мощностей будет добавлен в Техасе в 2023 году — 2,0 ГВт. Единственной морской электростанцией, которая, как ожидается, будет введена в эксплуатацию в этом году станет система мощностью 130 МВт в Нью-Йорке под названием South Fork Wind.

Источник изображения: pexels.com

Два новых ядерных реактора на АЭС Vogtle в Джорджии должны быть введены в эксплуатацию в 2023 году, на несколько лет позже, чем планировалось изначально. Реакторы общей мощностью 2,2 ГВт являются первыми новыми ядерными блоками, построенными в США за более чем 30 лет.

Группа китайских инженеров представила интересный проект орбитальной солнечной электростанции для передачи энергии на Землю. Изюминкой разработки стала «бионическая» система охлаждения, вдохновлённая крыльями бабочек. Тонкие и ажурные радиаторы с циркулирующей в них жидкостью будут сочетать малый вес и высокую эффективность, что сделает китайскую установку одной из самых удачных в мире.

Источник изображений: Xidian University

Космическая солнечная электростанция проекта OMEGA-2.0 (Orb-shaped Membrane Energy Gathering Array) представляет собой половину шара диаметром 1 км со светоотражающим покрытием внутри. Предыдущий проект OMEGA предусматривал полностью сферическую форму с полупрозрачным покрытием, но от этого отказались, как от сверхсложного решения.

Чаша зеркала OMEGA-2.0 будет всегда обращена к Cолнцу, а вся попавшая в него лучистая энергия будет фокусироваться на фотопанелях, размещённых на центральном стержне. Главной проблемой будет охлаждение панелей и, в целом, блока генерации электричества. Радиаторы в форме крыльев бабочек, для которых проблема охлаждения крыльев также стоит на первом месте в борьбе за выживание в природе, обеспечат высокую эффективность охлаждения и будут удерживать температуру центрального стержня не выше 50 °C.

Передача энергии на Землю в проекте OMEGA-2.0 планируется в виде микроволнового излучения с помощью двух дискообразных фазированных антенных решёток. Это позволит избежать использования движущихся механизмов и не проиграть в точности и скорости фокусирования. Грубой ориентацией чаши и удержанием её на орбите высотой свыше 30 тыс. км будут заниматься мощные электрические ракетные двигатели (на ионной тяге), разработкой которых также занимаются в Китае.

По словам разработчиков, проект OMEGA-2.0 обеспечит выработку 8,4 кВт электроэнергии на килограмм своего веса, что намного лучше альтернативных предложений. А такие проекты есть у всех космических стран, включая Россию, хотя дальше всех в экспериментах пошли американцы. Ряд их ранних прототипов солнечных электростанций на орбите уже проходят испытания, тогда как те же китайцы приступят к космическим испытаниям соответствующих технологий не раньше, чем через пару лет, а то и позже.