PSC - путь к прорыву

☀️Перовскитные солнечные элементы (PSC) быстро развивались со времён основополагающей работы Миясака и др. Эти исследователи использовали для преобразования видимого света органо-неорганические гибридные галогенидные перовскиты в качестве чувствительных элементов в сенсибилизированных красителем солнечных элементах (DSSC). Но добились, однако, скромного КПД преобразования энергии (PCE) в 3,8%.

📈Большой прорыв был сделан в 2012 году группой Гретцеля, которая представила перовскитные солнечные элементы на основе тригалогенида метиламмония свинца с КПД >9%. Подобно DSSC, эти устройства имели мезопористый слой диоксида титана (TiO2) с электронной проводимостью, поэтому их назвали мезоскопическими PSC. В это же время группа Снайза представила мезо-суперструктурированную архитектуру солнечных элементов, использующих изолирующий мезопористый глинозём в качестве инертного каркаса для перовскитной пленки и дальнейшего увеличения PCE до >12%.

💪В последующие годы была представлена архитектура планарных PSC с использованием тонкого и компактного перовскитного поглотителя. Достижения в методах нанесения тонких плёнок с использованием растворов или термического испарения позволили быстро увеличить их PCE и достичь к настоящему времени выдающихся значений. А ещё
✔️фундаментальное понимание основных физико-химических свойств тонкой плёнки перовскита и поверхности кристаллов,
✔️учёт электронной структуры материалов, несовершенства кристаллов, поверхностных ограничений и реакционной способности поверхности также позволило достичь прогресса в разработке материалов и устройств.
https://t.iss.one/globalenergyprize/2867

Инвестиции в снижение затрат

👉Достижение этих целей, поставленных властями Австралии, направлено на то, чтобы удешевить приоритетные технологии, обеспечить паритет стоимости произведённой с их применением продукции с существующими менее экологичными технологиями. Ближайшие задачи в этой области – выявление возможностей снижения затрат, которые помогут достичь поставленных экономических целей.

💸Ожидается, что дорожная карта инвестиций в технологии позволит направить на развитие этих технологий уже в период до 2030 г. не менее 20 млрд. долларов государственных инвестиций. Кроме того, правительство рассчитывает привлечь на эти цели более 80 млрд. долларов инвестиций частного сектора.
По оценкам Министерства промышленности, науки, энергетики и ресурсов Австралии и McKinsey, эти приоритетные технологии могут обеспечить примерно половину сокращения выбросов, необходимого для достижения чистого нулевого уровня выбросов.

Каир делает акцент на ВИЭ

🇪🇬Крупный ветропарк придётся Египту весьма кстати. Дело в том, что страна планирует к 2035 г. производить 42% электроэнергии из возобновляемых источников (ВИЭ). По оценке Ember,
📌ветрогенераторы, солнечные панели и гидроэлектростанции (ГЭС) в 2021 г. обеспечивали 11% выработки;
📌доля газа в структуре генерации составляла 76%,
📌а всех прочих ископаемых источников – 13%.
Доминирование газа во многом связано с наличием благоприятной ресурсной базы: на долю Египта приходится 17% доказанных запасов газа Африки и 25% региональной газодобычи. По этим показателям страна уступает только Алжиру (18% и 35% соответственно).

👉Египет является вторым (после ЮАР) производителем ветровой и солнечной энергии в Африке. А именно, установленная мощность
💨ветрогенераторов в стране в 2021 г. достигла 1 640 МВт (22% от общего для региона показателя),
☀️а фотоэлектрических панелей – 1 675 МВт (15%).
🌊При этом ключевым возобновляемым источником для Египта остаются ГЭС, мощность которых в 2021 г. составляла 2 832 МВт (против 4 071 МВт у лидирующей по этому показателю Эфиопии). Благодаря этому Египет превосходит среднемировые значения по удельным выбросам CO2 (2,5 т на душу населения против 4,5 т по миру в целом).
https://t.iss.one/globalenergyprize/2876

💸Доступность газа в странах Латинской Америки

Больше всего тратят на него жители Никарагуа, а зажиточные пуэрториканцы и бедные венесуэльцы - меньше всего.

🔜В преддверии церемонии объявления имён лауреатов премии «Глобальная энергия» 2022 года, которая состоится 12 июля в Ханты-Мансийске в Музее геологии, нефти и газа, продолжаем вас с знакомить с номинантами на премию.

Сегодня - Каушик Раджашекара, заслуженный профессор Хьюстонского университета. Исследователь рассказывает о своей работе по повышению энергоэффективности в разных сферах, уже приведшей к сокращению выбросов СО2 на несколько миллионов тонн. В частности, учёный

📌Предложил концепт архитектуры автомобилей на топливных элементах;
📌Работал с Nasa и Boeing над принципами использования вспомогательной силовой установки на топливных элементов;
📌Преобразовывал пневматические и гидравлические системы в электрические;
📌Трудился над принципами движения электрических и гибридных установок для малых и больших воздушных судов, а также для летающих автомобилей.

Ушёл из жизни Олег Фаворский

Академик Российской академии наук (РАН) и лауреат премии «Глобальная энергия» скончался на девяносто четвёртом году жизни 24 июня 2022 г.

Основной сферой научных интересов Олега Николаевича были тепловые и физико-химические процессы в газотурбинных двигателях, а также в наземных и космических энергоустановках: под его руководством в МНПО «Союз» было разработано пять двигателей трех разных типов для самолетов и крылатых ракет. Олег Николаевич также возглавлял доводку двигателя для высоких скоростей полета, на котором впоследствии было установлено шесть мировых рекордов.

Будучи автором более двухсот более двухсот публикаций, семи монографий и шестидесяти изобретений, Олег Николаевич имел признанный авторитет в научной среде: в 1981 г. он был избран членом-корреспондентом Академии наук (АН) СССР по Отделению физико-химических проблем энергетики, в 1990 г. – академиком АН СССР, а в 2004 г. – возглавил секцию энергетики РАН. В 2008 г. он удостоился премии «Глобальная энергия» за исследования в области прикладной газовой динамики, а также создание высокоэффективных деталей и газоперекачивающих станций. Среди других его наград – Государственная премия РФ, а также ордена «Знак почета» и «За заслуги перед Отечеством» IV степени.

Ассоциация «Глобальная энергия» выражает соболезнования родным и близким Олега Николаевича.

https://globalenergyprize.org/ru/2022/06/27/ushel-iz-zhizni-akademik-ran-oleg-favorskij/

Проблемы и вызовы электрокаров

🚙Говоря об электромобилях, важно понимать: чрезвычайно важна инновационная конструкция силового агрегата, повышающая его эффективность и быстродействие. Кроме того, поскольку основными дилеммами, которые необходимо решить для повышения объёмов проникновения электромобилей, являются скорость зарядки и дальность пробега, следует повысить эффективность как быстрых зарядных устройств, так и беспроводной зарядки.

🔋С одной стороны, следует разработать инновационные конфигурации преобразователей для быстрых зарядных устройств, а также обеспечить их оптимальное управление. С другой стороны, новые схемы беспроводной зарядки с увеличенной мощностью и эффективностью передачи заряда будут намного удобнее в использовании. При решении этого вопроса необходимо продумать такие важные аспекты, как
📌увеличение расстояния между передатчиком энергии и приёмными катушками,
📌несовпадение центровки,
📌динамическая зарядка
📌и двунаправленная передача энергии.

👉На системном уровне всё большее значение приобретают два основных направления:
1️⃣инфраструктура зарядки,
2️⃣протоколы «умной зарядки».
Здесь необходимо обеспечить планирование инфраструктуры, в основном расположение и мощность зарядных станций, с учётом ограничений по мощности и транспортировке. Кроме того, необходимо рассмотреть возможность разработки оптимизированных и интеллектуальных протоколов тарификации, которые учитывали бы удобство как клиентов, так и агрегаторов. Также необходимо заняться повышением эффективности системы за счёт усовершенствования систем управления энергопотреблением и регенеративных протоколов.

Нет плохой погоды❓

➕Далеко не все климатические перемены будут негативными, многое изменится в лучшую сторону. «Там, где была вечная мерзлота, появятся болота, а затем на их месте могут появиться леса. Там, где была пустынная тундра, будет тайга. В Петербурге, например, климат станет мягче. Возможно, жителям придётся смириться с бесснежными зимами, но условия для сельского хозяйства в этом районе станут гораздо благоприятнее. Потепление откроет новые логистические возможности. Хороший пример тому – Северный морской путь», — перечисляет эксперт Александр Макаров.

🎙«Арктический климат наиболее чувствителен к изменению количества атмосферных парниковых газов. Без гидрометеорологической информации из арктической зоны построение долгосрочных прогнозов, в сущности, невозможно. Простой пример: сравнение результатов современных наблюдений с архивными данными демонстрирует устойчивый тренд к повышению температуры многолетней мерзлоты в течение последних 20-30 лет. Это означает, что со временем устойчивость всех сооружений, обустроенных на этих территориях, может быть нарушена», — объясняет эксперт.

👉«Решить этот вопрос может предложенная нашим институтом модель системы мониторинга вечной мерзлоты. Она позволит практически в режиме реального времени собирать данные о состоянии криосферы в 140 точках. Полученные данные позволят снизить риски от возможного разрушения различных объектов в арктической зоне и, как следствие, избежать экологических катастроф. Построение проактивной системы раннего предупреждения и реагирования может и должно начаться в арктической зоне. Это, пожалуй, самая актуальная задача для климатологов всего мира», — резюмирует Александр Макаров.

Н2 из угля - первые практики

👉В настоящее время стоимость возобновляемого водорода существенно выше, чем полученного по традиционным технологиям. Стоимость водорода, производимого именно из угля, имеет минимальные значения даже при совместном применении технологии улавливания и захоронения углекислого газа (carbon capture and storage, CCS).

🇦🇺В Австралии разрабатывается проект Latrobe Valley (также называемый Hydrogen Energy Supply Chain project), который состоит из пилотной установки по газификации бурого угля для производства водорода. План состоит в том, чтобы интегрировать производство H2 с технологиями утилизации CO2 и его доставки потребителям в сжиженном виде.

🇨🇳В Китае уголь в производстве водорода играет уже ключевую роль (62% против общемирового вклада 18%), и это направление продолжает развиваться. Крупнейшая установка по производству водорода из угля находится на территории Внутренней Монголии и включает два реактора для газификации угля, перерабатывающих по 2250 т угля в день.
https://t.iss.one/globalenergyprize/2883

По оценкам властей Австралии и экспертов, эти приоритетные технологии могут обеспечить примерно половину сокращения выбросов, необходимого для достижения чистого нулевого уровня выбросов.

Аммиак vs. водород

🚢Предпочтительным видом топлива для морских перевозок является аммиак. Это связано с тем, что его плотность энергии соответствует 23 МДж/кг и сравнима с плотностью энергии ископаемого топлива, такого как
✔️СПГ (55 МДж/кг)
✔️и бункерное топливо (т. е. мазут, 30-40 МДж/кг).
Несмотря на то, что сам водород имеет гораздо более высокую плотность энергии на единицу массы (142 МДж/ кг), объёмная плотность энергии водорода в условиях окружающей среды составляет всего 13 МДж/м3, что составляет лишь незначительную часть от объёмной плотности энергии мазута, равной 41500 МДж/м3.

🌡Сжижение водорода для достижения объёмной плотности энергии значения 10039 МДж/м3 требует охлаждения водорода до температуры - 253°C, что требует значительных затрат энергии. С другой стороны, аммиак можно сжижать, охладив его при атмосферном давлении до -33°C. Полученная в результате жидкость имеет объёмную плотность энергии 15600 МДж/м3, что делает аммиак более пригодным для использования, чем водород, в тех случаях, когда требуется высокая объёмная плотность энергии, например, при его использовании в качестве судового топлива.
https://t.iss.one/globalenergyprize/2898

Перовскит - путь через тернии

☀️Несмотря на успехи перовскитных солнечных элементов, общим признаком этих технологий является отсутствие достаточных доказательств долгосрочной стабильности устройств. А это препятствует их коммерческому применению.

🤔В частности, для коммерческого применения любой новой технологии солнечных элементов необходимо подтвердить её соответствие протоколу МЭК 61646 по стабильности и сроку службы. Этот протокол включает стандарты тестирования, в том числе испытания на термоциклирование и холодоустойчивость, а также испытания на освещённость и нагрев во влажной среде. Кроме того, необходимо обеспечить соответствие экономическим и маркетинговым стандартам, известным как протоколы ISOS.

👆В этих стандартах указаны, помимо прочего, требования к простоте изготовления и использованию недорогих материалов и процессов. Все эти требования могут быть выполнены
📌путём рационального выбора материалов,
📌тщательной проработкой устройств,
📌использованием подходящей компоновки/корпусирования устройств.
https://t.iss.one/globalenergyprize/2900

Самая передовая страна в области четвёртого энергоперехода - Дания. Более половины электроэнергии вырабатывается там с помощью ветра и Солнца

Электрокар в деталях

🚙Сегодня поговорим об архитектуре его трансмиссии на основе механической компоновки. Существует шесть её типов:

1️⃣Первый состоит из электродвигателя (EM), сцепления (C), коробки передач (GB) и дифференциала (D). Эта архитектура трансмиссии реализуется при преобразовании существующего транспортного средства с двигателем внутреннего сгорания в транспортное средство на электрической тяге.
2️⃣С одним электродвигателем вместе с фиксированной зубчатой передачей (FG). Эта конфигурация используется в некоторых традиционных системах привода без системы трансмиссии.
3️⃣Наиболее широко используемая архитектура трансмиссии - однодвигательная система заднего привода.
4️⃣Система двухмоторной трансмиссии, которая имеет два отдельных электродвигателя на колесах, используемых через фиксированную передачу.
5️⃣Архитектура с фиксированной планетарной передачей, которая называется системой внутриколёсного привода. Эта трансмиссия используется для снижения скорости двигателя до желаемой скорости вращения колес.
6️⃣Электрическая трансмиссия без механической зубчатой передачи.
https://t.iss.one/globalenergyprize/2906

Стоимость водорода в зависимости от применяемой технологии его получения

👉Использование угля выглядит экономически привлекательно.

Пять инвестиционных трендов в мировой энергетике

💰Доля низкоуглеродных отраслей в структуре глобальных инвестиций в энергетику в период с 2015 по 2021 гг. увеличилась с 46% до 59%. В 2022 г. рост продолжится и выйдет на уровень 60%. Это следует из годового обзора World Energy Investment, опубликованного МЭА. А вот и первый тренд:

1️⃣Рост доли «чистой» энергетики
Абсолютный прирост инвестиций в «чистую» энергию в 2015-2022 гг. составил $413 млрд. (c $1 026 млрд. до $1 439 млрд.). Это сопоставимо с прошлогодними капиталовложениями в нефтедобычу ($421 млрд.). Основной вклад внесли инвестиции
📌в развитие возобновляемой генерации (+$162 млрд.)
📌и повышение эффективности конечного использования энергии (+$205 млрд.).
Заметную роль также сыграл прирост инвестиций
📌в строительство атомных реакторов (+$21 млрд.),
📌производство «чистых» ископаемых топлив (+$8 млрд.),
📌использование накопителей (+$16 млрд.)
📌и расширение электросетевой инфраструктуры (+$1 млрд.).

Возможности интеграции нефтегазовой добычи и ветроэнергетики

Электрификация нефтегазовых платформ – это получение электроэнергии с берега или от морских возобновляемых источников. Такая мера необходима для смягчения последствий изменения климата.

Лидер в этой отрасли - компания Equinor. Она уже завершила электрификацию огромного нефтяного месторождения Johan Sverdrup, подключенного к электрической сети 200-километровым подводным силовым кабелем. Ее строящийся проект Hywind Tampen мощностью 88 МВт станет крупнейшей и первой в мире плавучей ветряной электростанцией для обеспечения электроэнергией морских нефтегазовых платформ.

Кроме того, существует потенциал для сотрудничества между нефтегазовой и ветровой отраслями в части перепрофилирования нефтегазовых объектов. Платформы могут быть модифицированы для размещения электролизеров для производства водорода из воды с использованием энергии ветра. Водород может храниться на платформе, а затем транспортироваться на берег по существующим нефте- и газопроводам.

Замкнутый ядерный цикл
Из нового доклада «10 прорывных идей в энергетике на следующие 10 лет»

⚡️Благосостояние людей, живущих в стране, хорошо коррелирует с энергопотреблением на душу населения. Чем больше потребляется энергии, тем выше уровень жизни и доходы населения. При этом следует учитывать, что численность населения Земли постоянно увеличивается, и для новых жителей нашей планеты нужны новые энергетические мощности.

🌏В 2019 году на каждого жителя Земли приходилось 75,7 ГДж потраченной первичной энергии. В 2020 году, несмотря на пандемию COVID-19, глобальное потребление сократилось незначительно и составило 71,4 ГДж потраченной первичной энергии. Доля угля, нефти и природного газа в энергетическом потреблении составила в 2019 году – 84,3%, в 2020 году – 83,1%. Будет не лишним напомнить, что при сжигании углеводородов выделяется СО2, который выбрасывается в атмосферу в гигантских количествах, исчисляемых миллиардами тонн.

👉Признавая важность сокращения выбросов парниковых газов в энергетической отрасли, нельзя не задаться вопросом о новой энергетической политике, которая будет опираться на безуглеродные источники энергии. Одним из безуглеродных способов производства энергии является атомная генерация. Высокая калорийность ядерного топлива, которое в миллион раз калорийнее органического топлива, позволяет надеяться, что развитие атомной энергетики поможет человечеству обеспечить энергетические потребности и, при этом, не выбрасывать в атмосферу парниковые газы.

❗️Однако существующие технологии производства электроэнергии в ядерных реакторах на тепловых нейтронах не обеспечены топливными запасами, которые позволят развивать масштабную атомную генерацию. По оценкам МАГАТЭ, сырьевых запасов атомной энергетики на тепловых нейтронах, работающей в открытом ядерном топливном цикле, с существующими темпами роста ядерной генерации хватит на 130-150 лет. Поэтому для перехода к масштабной ядерной энергетике, обеспеченной ресурсами на тысячи лет, человечеству необходимо переходить на замкнутый ядерный топливный цикл и ядерные реакторы нового поколения с быстрым спектром нейтронов.

Продолжение следует 

Авторы:
Першуков Вячеслав Александрович, специальный представитель госкорпорации «Росатом» по международным и научно-техническим проектам, руководитель центра технологий Госкорпорации «Росатом»
Тихомиров Георгий Валентинович, профессор НИЯУ МИФИ, Заместитель директора
института ядерной физики и технологий

Перовскит - обратный отсчёт

☀️Интенсивные исследовательские усилия по развитию перовскитных элементов были направлены на
✔️проектирование интерфейса,
✔️оптимизацию размеров и состава активного слоя перовскита,
✔️а также определение параметров процесса осаждения тонкой плёнки.
Кроме того, значительное влияние на эксплуатационные характеристики и стабильность устройств оказали
✔️разработка неорганических соединений для перовскитного поглотителя и интерфейсов,
✔️исследования пассивирующих материалов
✔️и определение подходов, позволяющих снизить поверхностные, интерфейсные и объёмные дефекты в перовскитах.

❗️Эти усилия недавно привели к значительному повышению фотоэлектрической эффективности и улучшению долгосрочной стабильности PSC. А значит, эта технология в настоящее время становится всё более отработанной, что вскоре позволит перовскитным элементам выйти на рынок.
https://t.iss.one/globalenergyprize/2911

🚢Обзор потенциальных сокращений выбросов и ключевых характеристик альтернативных видов судового топлива

В развитие темы

Пять инвесттрендов в энергетике. Номер второй

💰Продолжаем разговор об инвестициях в энергетику. Одно из наиболее востребованных направлений капиталовложений - аккумуляторы. Интерес инвесторов в ним понятен и логичен. И вот почему:

2️⃣Бум накопителей
Динамика инвестиций такова –
👉c $2 млрд. в 2015 г.
👉до $18 млрд в 2022 г.
Данный бум напрямую связан с кратным приростом глобальной установленной мощности солнечных и ветровых генераторов (644 гигаватт в 2015 г. до 1 674 гигаватт в 2021 г.), которые сильно зависят от погодных условий. В частности, средняя загрузка ветроустановок в США составляла в прошлом году 35%, а солнечных панелей – 21%, уступая аналогичному показателю для газовых станций (62%).

🔋Использование накопителей может снизить риск перебоев в подаче энергии, благодаря чему промышленное применение находят всё новые виды батарей. Например, в Испании в 2022 г. были опробованы так называемые «непроточные» цинк-бромные аккумуляторы, в которых роль проводника электрического тока играет гелевый раствор бромида цинка; в отличие от литий-ионных аккумуляторов, они не требуют специальных охлаждающих и противопожарных систем.

❗️Схожее предназначение имеют проекты в области транспортировки «чистой» электроэнергии:
📌Китай в 2018 г. ввёл в строй линию сверхвысокого напряжения Чанцзи-Гуцюань протяженностью 3 324 км, призванную снять дисбаланс между энергопрофицитным западом и энергодефицитным востоком КНР,
📌австралийская Sun Cable в нынешнем году подготовила технико-экономическое обоснование (ТЭО) мегапроекта по экспорту электроэнергии с севера Австралии в Сингапур за счёт шести подводных кабельных систем. Правда, ограничением для таких инициатив может стать рост сырьевых цен: по оценке МЭА из-за удорожания меди и алюминия доля расходов на эти металлы в структуре расходов на строительство трансмиссионных мощностей выросла до 30% (против 10% в период с 2010 по 2020 гг.).