А что будет в следующем энергетическом укладе?
#говоритнаука
Чуть не забыли рассказать. На прошлой неделе мы были на III Конгрессе молодых учёных - ключевом событии в рамках десятилетия науки и технологий. Среди множества тем живой интерес вызвала дискуссия "Энергетика будущего: неисчерпаемый источник энергии". Центр Энерджинет представлял Павел Мельников.
☀️ Коллеги из Росатома подробно рассказали о текущем статусе сложнейшего международного проекта - ИТЭР, посвященного созданию пилотного термоядерного реактора. Росатом активно участвует в его реализации.
🧲 Прогресс последних лет в области сверхпроводимости позволил сильно улучшить систему удержания плазмы, основанную на магнитных катушках.
🔝Одна из ключевых компетенций России - это диагностические системы для протекающих в плазме процессов.
❓Ключевыми барьерами для практической эксплуатации остаются два: система удержания плазмы и материал первой стенки (обращённой внутрь реакционной камеры). От бериллиевого покрытия отказались, и наиболее перспективными считаются вольфрам и жидкий литий.
🌍В последние годы в мире отчетливо ощущается рост интереса к тематике. Он виден и по патентной активности, и по появлению стартапов с амбициозными планами по демонстрации работающих прототипов до 2030 года. Планы ИТЭР более консервативны - 2040-50 года.
В случае успеха термоядерные электростанции потенциально могут стать ключевым компонентом энергетического баланса во второй половине этого столетия, став источником неограниченной, безуглеродной, чистой энергии. Кто преуспеет на этом пути - крупные игроки с фундаментальным подходом вроде ИТЭР или амбициозные стартапы вроде Helion Energy - покажет время. Мы желаем коллегам успеха и надеемся, что старый анекдот про наступление "эры термояда" через 20 лет наконец-то перестанет быть актуальным!
Веры в успех добавляет недавнее сообщение разработчиков реактора JT-60SA - младшего брата ИТЭР - о достижении превышения выделившейся энергии над затраченной.
#говоритнаука
Чуть не забыли рассказать. На прошлой неделе мы были на III Конгрессе молодых учёных - ключевом событии в рамках десятилетия науки и технологий. Среди множества тем живой интерес вызвала дискуссия "Энергетика будущего: неисчерпаемый источник энергии". Центр Энерджинет представлял Павел Мельников.
☀️ Коллеги из Росатома подробно рассказали о текущем статусе сложнейшего международного проекта - ИТЭР, посвященного созданию пилотного термоядерного реактора. Росатом активно участвует в его реализации.
🧲 Прогресс последних лет в области сверхпроводимости позволил сильно улучшить систему удержания плазмы, основанную на магнитных катушках.
🔝Одна из ключевых компетенций России - это диагностические системы для протекающих в плазме процессов.
❓Ключевыми барьерами для практической эксплуатации остаются два: система удержания плазмы и материал первой стенки (обращённой внутрь реакционной камеры). От бериллиевого покрытия отказались, и наиболее перспективными считаются вольфрам и жидкий литий.
🌍В последние годы в мире отчетливо ощущается рост интереса к тематике. Он виден и по патентной активности, и по появлению стартапов с амбициозными планами по демонстрации работающих прототипов до 2030 года. Планы ИТЭР более консервативны - 2040-50 года.
В случае успеха термоядерные электростанции потенциально могут стать ключевым компонентом энергетического баланса во второй половине этого столетия, став источником неограниченной, безуглеродной, чистой энергии. Кто преуспеет на этом пути - крупные игроки с фундаментальным подходом вроде ИТЭР или амбициозные стартапы вроде Helion Energy - покажет время. Мы желаем коллегам успеха и надеемся, что старый анекдот про наступление "эры термояда" через 20 лет наконец-то перестанет быть актуальным!
Веры в успех добавляет недавнее сообщение разработчиков реактора JT-60SA - младшего брата ИТЭР - о достижении превышения выделившейся энергии над затраченной.
Энергетика будущего стала на шаг ближе
#говоритнаука
🗓 В начале декабря мы делились новостями о прогрессе и текущих проблемах в развитии международного проекта термоядерного реактора ИТЭР. Среди ряда технических сложностей одной из самых важных является достижение условий для самоподдерживающейся реакции, при которой количество выделяющейся энергии превышает затраченную.
🥇Впервые этого удалось достичь в декабре 2022 учёным из Ливерморской национальной лаборатории им. Э. Лоуренса (LLNL) на установке NIF, однако больше года потребовалось для проверки, и лишь сейчас удалось получить независимое подтверждение.
⚛️ На капсулу с топливом было подано 2,05 МДж энергии, а высвободилось 3,15 МДж, что примерно в 1,5 раза больше. Учёные шли к этой цели около 50 лет! Позже в середине 2023 при той же подаваемой мощности удалось высвободить ещё больше - 3,5 МДж.
🔬Такая длительная проверка связана с принципом работы использованной установки, поскольку NIF представляет собой 192 мощных лазера, сведённых в одну точку (мишень с топливом), и создавалась она для моделирования термоядерных взрывов. Моделированием термоядерного синтеза учёные занимались на установке в качестве условной подработки. Долгие годы такой путь считался малоперспективным, и тот же проект ИТЭР, как мы знаем, опирается на проверенные временем «бублики» токамаков. На работу лазеров и поддержку процесса фактически было затрачено на пару порядков больше энергии, и на таком фоне обнаруженный излишек ~1 МДж вполне можно было принять за погрешность измерений.
👨🔬Тем не менее, главное в этих экспериментах - доказательство того, что инерциальный метод термоядерного синтеза показал свою работоспособность, и в будущем он может стать основой для запуска управляемых термоядерных реакций.
#говоритнаука
🗓 В начале декабря мы делились новостями о прогрессе и текущих проблемах в развитии международного проекта термоядерного реактора ИТЭР. Среди ряда технических сложностей одной из самых важных является достижение условий для самоподдерживающейся реакции, при которой количество выделяющейся энергии превышает затраченную.
🥇Впервые этого удалось достичь в декабре 2022 учёным из Ливерморской национальной лаборатории им. Э. Лоуренса (LLNL) на установке NIF, однако больше года потребовалось для проверки, и лишь сейчас удалось получить независимое подтверждение.
⚛️ На капсулу с топливом было подано 2,05 МДж энергии, а высвободилось 3,15 МДж, что примерно в 1,5 раза больше. Учёные шли к этой цели около 50 лет! Позже в середине 2023 при той же подаваемой мощности удалось высвободить ещё больше - 3,5 МДж.
🔬Такая длительная проверка связана с принципом работы использованной установки, поскольку NIF представляет собой 192 мощных лазера, сведённых в одну точку (мишень с топливом), и создавалась она для моделирования термоядерных взрывов. Моделированием термоядерного синтеза учёные занимались на установке в качестве условной подработки. Долгие годы такой путь считался малоперспективным, и тот же проект ИТЭР, как мы знаем, опирается на проверенные временем «бублики» токамаков. На работу лазеров и поддержку процесса фактически было затрачено на пару порядков больше энергии, и на таком фоне обнаруженный излишек ~1 МДж вполне можно было принять за погрешность измерений.
👨🔬Тем не менее, главное в этих экспериментах - доказательство того, что инерциальный метод термоядерного синтеза показал свою работоспособность, и в будущем он может стать основой для запуска управляемых термоядерных реакций.
Есть ли жизнь после лития?
#СНЭ #говоритнаука
Не секрет, что на сегодняшний день в электронике и электротранспорте, в частности доминирующей технологией хранения энергии, являются различные виды литий-ионных аккумуляторов.
💡 Однако запасы лития ограничены, поэтому многие исследователи заняты поиском альтернативных вариантов систем хранения. Ранее мы писали о промышленных накопителях на базе натрий-серных (NAS) аккумуляторов, а в начале этого года начались первые поставки серийных электромобилей китайского производителя JAC с натрий-ионными аккумуляторами.
📋 Элементы имеют емкость 12 А·ч и плотность энергии, превышающую 140 Вт·ч/кг, что вполне сопоставимо с литиевыми батареями по технологии LFP, обладающими плотностью заряда до 160 Вт·ч/кг.
🔋 В ноябре прошлого года о своих планах по строительству завода для производства натриевых аккумуляторов мощностью 30 ГВт·ч сообщил другой китайский производитель BYD. Благодаря более низкой стоимости и меньшей плотности энергии натрий-ионные аккумуляторы будут устанавливаться на более дешевые электромобили, такие как хэтчбеки и электрические скутеры
✅ Основными преимуществами нового типа аккумуляторов, помимо меньшей стоимости, являются:
🔥 большая безопасность по сравнению с литиевыми батареями;
🌡 лучшая производительность при низких температурах;
♻ меньшее воздействие на окружающую среду при добыче и утилизации.
🔬 Однако на этом исследователи не останавливаются, и совсем недавно была продемонстрирована кальций-кислородная батарея.
🧣🧤 Оказалось, что разработка функциональна даже при сгибании конструкции на угол до 180 градусов. Батарею вплели в текстильные волокна, и получившаяся конструкция смогла успешно подзарядить смартфон. То есть, такая система может в прямом смысле использоваться как «носимая» электроника. Именно это свойство, несмотря на то, что другие характеристики кальций-кислородных батарей пока уступают аналогам с другими химиями, видится самой перспективной особенностью нового класса батарей.
#СНЭ #говоритнаука
Не секрет, что на сегодняшний день в электронике и электротранспорте, в частности доминирующей технологией хранения энергии, являются различные виды литий-ионных аккумуляторов.
💡 Однако запасы лития ограничены, поэтому многие исследователи заняты поиском альтернативных вариантов систем хранения. Ранее мы писали о промышленных накопителях на базе натрий-серных (NAS) аккумуляторов, а в начале этого года начались первые поставки серийных электромобилей китайского производителя JAC с натрий-ионными аккумуляторами.
📋 Элементы имеют емкость 12 А·ч и плотность энергии, превышающую 140 Вт·ч/кг, что вполне сопоставимо с литиевыми батареями по технологии LFP, обладающими плотностью заряда до 160 Вт·ч/кг.
🔋 В ноябре прошлого года о своих планах по строительству завода для производства натриевых аккумуляторов мощностью 30 ГВт·ч сообщил другой китайский производитель BYD. Благодаря более низкой стоимости и меньшей плотности энергии натрий-ионные аккумуляторы будут устанавливаться на более дешевые электромобили, такие как хэтчбеки и электрические скутеры
✅ Основными преимуществами нового типа аккумуляторов, помимо меньшей стоимости, являются:
🔥 большая безопасность по сравнению с литиевыми батареями;
🌡 лучшая производительность при низких температурах;
♻ меньшее воздействие на окружающую среду при добыче и утилизации.
🔬 Однако на этом исследователи не останавливаются, и совсем недавно была продемонстрирована кальций-кислородная батарея.
🧣🧤 Оказалось, что разработка функциональна даже при сгибании конструкции на угол до 180 градусов. Батарею вплели в текстильные волокна, и получившаяся конструкция смогла успешно подзарядить смартфон. То есть, такая система может в прямом смысле использоваться как «носимая» электроника. Именно это свойство, несмотря на то, что другие характеристики кальций-кислородных батарей пока уступают аналогам с другими химиями, видится самой перспективной особенностью нового класса батарей.
Космическая энергетика
#технологии #говоритнаука
🌍 Орбитальная энергетическая система (ОЭС) — новый вид альтернативной энергетики, использующий энергию Солнца для выработки электроэнергии за счет расположения энергетической станции на земной орбите или на Луне.
✍️ Концепцию предложил известный писатель-фантаст Айзек Азимов ещё в 1941 в рассказе «Логика» (англ. «Reason»), и, хотя практическая эксплуатация на сегодняшний день ещё невозможна, это направление вызывает повышенный интерес последние несколько лет.
🛰 Решения для беспроводной передачи энергии (БПЭ) были продемонстрированы на Земле, а совсем недавно опубликованы результаты первого эксперимента с использованием спутника.
🛜 Передача осуществлялась с помощью радиочастотных интегральных схем (RFIC), закрепленных на небольшом спутнике CubeSat размера 6U, запущенного 3 января 2023 года с помощью ракеты-носителя SpaceX Falcon 9.
📡 За 8 месяцев специалисты Caltech провели серию успешных экспериментов, включая наведение луча антенной решетки на Землю и его обнаружение наземной станцией, а также оценили скорость деградации системы.
🧮 Согласно подсчётам НАСА, затраты на жизненном цикле для ОЭС в 12–80 раз выше, чем использование ВИЭ на Земле. Средства, затраченные на вывод на орбиту системы общей массой 3 млн тонн окупятся только в течение 20 лет, и это при удельной стоимости доставки грузов с Земли на опорную орбиту 100 $/кг (сейчас минимальная стоимость 1500 $/кг для Falcon Heavy).
✅ Более перспективной областью считается беспроводное питание наноспутников, причем термоэлектрических, а не фотоэлектрических приёмных систем.
🪐 Несмотря на то, что ОЭС пока что, очевидно, слишком дорогое решение для обеспечения энергией земных объектов, такие станции могут быть полезны для энергоснабжения будущих объектов на Луне, Марсе и других планетах, где собственных источников энергии на поверхности нет, и к системам энергоснабжения предъявляются совсем другие требования.
#технологии #говоритнаука
🌍 Орбитальная энергетическая система (ОЭС) — новый вид альтернативной энергетики, использующий энергию Солнца для выработки электроэнергии за счет расположения энергетической станции на земной орбите или на Луне.
✍️ Концепцию предложил известный писатель-фантаст Айзек Азимов ещё в 1941 в рассказе «Логика» (англ. «Reason»), и, хотя практическая эксплуатация на сегодняшний день ещё невозможна, это направление вызывает повышенный интерес последние несколько лет.
🛰 Решения для беспроводной передачи энергии (БПЭ) были продемонстрированы на Земле, а совсем недавно опубликованы результаты первого эксперимента с использованием спутника.
🛜 Передача осуществлялась с помощью радиочастотных интегральных схем (RFIC), закрепленных на небольшом спутнике CubeSat размера 6U, запущенного 3 января 2023 года с помощью ракеты-носителя SpaceX Falcon 9.
📡 За 8 месяцев специалисты Caltech провели серию успешных экспериментов, включая наведение луча антенной решетки на Землю и его обнаружение наземной станцией, а также оценили скорость деградации системы.
🧮 Согласно подсчётам НАСА, затраты на жизненном цикле для ОЭС в 12–80 раз выше, чем использование ВИЭ на Земле. Средства, затраченные на вывод на орбиту системы общей массой 3 млн тонн окупятся только в течение 20 лет, и это при удельной стоимости доставки грузов с Земли на опорную орбиту 100 $/кг (сейчас минимальная стоимость 1500 $/кг для Falcon Heavy).
✅ Более перспективной областью считается беспроводное питание наноспутников, причем термоэлектрических, а не фотоэлектрических приёмных систем.
🪐 Несмотря на то, что ОЭС пока что, очевидно, слишком дорогое решение для обеспечения энергией земных объектов, такие станции могут быть полезны для энергоснабжения будущих объектов на Луне, Марсе и других планетах, где собственных источников энергии на поверхности нет, и к системам энергоснабжения предъявляются совсем другие требования.
КПД выше 100%? - Легко!
#говоритнаука
🔋 Системы хранения электрической или тепловой энергии могут сглаживать переменчивый характер выработки возобновляемых источников энергии. Кроме того, эти системы могут эффективно справляться с изменениями спроса как на тепло, так и на электроэнергию.
♨️ В недавно вышедшей работе учёных из Государственного университета Наварры и Национального центра возобновляемых источников энергии Испании исследован потенциал использования термоэлектрической системы теплового насоса (ТН) в сочетании с электрическим нагревателем для применения в накопителе тепловой энергии. Для достижения повышенных температур система объединяет блоки термоэлектрических ТН в двухступенчатой конфигурации с воздухом в качестве теплоносителя.
❗️ В новой конфигурации достигнуто 30% увеличение преобразования электроэнергии в тепловую по сравнению с обычным электрическим нагревом до 120-200°C. Показано, что модельная установка эффективно повышает температуру с начальной 25°C (окружающая среда) до впечатляющих 113,1°C, достигая КПД ТН 135% при расходе воздуха 23 куб.м/ч. Достигнутое значение КПД не является рекордным для ТН, поскольку они не создают тепловую энергию, а "перекачивают" её из окружающей среды. При этом на "перекачку" тепла уходит меньше электрической энергии, чем на образование тепла, и разница это может достигать даже 400% при некоторых условиях.
🏘 Фактически в работе продемонстрировано, как сочетание современных технологий ТН и ВИЭ может повысить эффективность комбинированного цикла производства и хранения тепла и электроэнергии. Такого рода комплексные решения могут быть полезны для построения эффективных микрогридов - как в составе изолированных энергоузлов, так и в малоэтажной застройке, например, проекте "Сбер-сити" в Рублево-Архангельском, о котором мы писали ранее.
🔬 В дальнейшем научная группа собирается исследовать поведение системы при различных температурах источника холода и изучить использование различных жидкостей в качестве теплоносителя, а также интеграцию материалов с фазовым переходом для увеличения общего КПД системы.
#говоритнаука
🔋 Системы хранения электрической или тепловой энергии могут сглаживать переменчивый характер выработки возобновляемых источников энергии. Кроме того, эти системы могут эффективно справляться с изменениями спроса как на тепло, так и на электроэнергию.
♨️ В недавно вышедшей работе учёных из Государственного университета Наварры и Национального центра возобновляемых источников энергии Испании исследован потенциал использования термоэлектрической системы теплового насоса (ТН) в сочетании с электрическим нагревателем для применения в накопителе тепловой энергии. Для достижения повышенных температур система объединяет блоки термоэлектрических ТН в двухступенчатой конфигурации с воздухом в качестве теплоносителя.
❗️ В новой конфигурации достигнуто 30% увеличение преобразования электроэнергии в тепловую по сравнению с обычным электрическим нагревом до 120-200°C. Показано, что модельная установка эффективно повышает температуру с начальной 25°C (окружающая среда) до впечатляющих 113,1°C, достигая КПД ТН 135% при расходе воздуха 23 куб.м/ч. Достигнутое значение КПД не является рекордным для ТН, поскольку они не создают тепловую энергию, а "перекачивают" её из окружающей среды. При этом на "перекачку" тепла уходит меньше электрической энергии, чем на образование тепла, и разница это может достигать даже 400% при некоторых условиях.
🏘 Фактически в работе продемонстрировано, как сочетание современных технологий ТН и ВИЭ может повысить эффективность комбинированного цикла производства и хранения тепла и электроэнергии. Такого рода комплексные решения могут быть полезны для построения эффективных микрогридов - как в составе изолированных энергоузлов, так и в малоэтажной застройке, например, проекте "Сбер-сити" в Рублево-Архангельском, о котором мы писали ранее.
🔬 В дальнейшем научная группа собирается исследовать поведение системы при различных температурах источника холода и изучить использование различных жидкостей в качестве теплоносителя, а также интеграцию материалов с фазовым переходом для увеличения общего КПД системы.
Зарядить электромобиль за время заправки на АЗС? Почему нет!
#СНЭ #говоритнаука
🔋 Одной из ключевых проблем, сдерживающих внедрение электрохимических систем накопления энергии (СНЭ), является высокая стоимость и недостаточная скорость заряда-разряда. Одним из выходов по снижению цены является переход с лития на гораздо более доступный натрий. Однако, существующие натрий-ионные батареи сталкиваются с фундаментальными ограничениями, включая более низкую выходную мощность и более длительное время зарядки.
🔬👨🔬 Исследовательская группа из Департамента материаловедения и инженерии Корейского института передовых технологий (KAIST) создала гибридную натрий-ионную батарею, сочетающую типичные для аккумуляторов анодные материалы с катодными материалами, которые обычно используются в суперконденсаторах. Анодный материал был улучшен за счёт включения частиц активных материалов в пористый углерод, полученный из металлоорганических каркасов.
⚙️⚡️ Такое сочетание позволяет устройству достигать как высокой ёмкости, так и высокой скорости заряда-разряда, что делает его жизнеспособной альтернативой следующему поколению литий-ионных батарей. Плотность хранения энергии прототипа составила рекордные для натрий-ионных СНЭ 247 Вт·ч/кг при удельной мощности зарядки до 34,8 кВт/кг, что более чем в 100 раз превышает скорость зарядки "обычного" аккумулятора. При этом образец показал циклическую стабильность с ~100% кулоновским КПД в течение 5000 циклов зарядки-разрядки.
🚗 Если получится довести предложенную систему до промышленного образца, то такие быстрые и доступные по цене СНЭ смогут обеспечить прорыв в преодолении текущих ограничений систем хранения энергии в различных электронных устройствах, включая электромобили. В том числе будет преодолено ресурсное ограничение этой отрасли, связанное с недостаточными запасами лития.
#СНЭ #говоритнаука
🔋 Одной из ключевых проблем, сдерживающих внедрение электрохимических систем накопления энергии (СНЭ), является высокая стоимость и недостаточная скорость заряда-разряда. Одним из выходов по снижению цены является переход с лития на гораздо более доступный натрий. Однако, существующие натрий-ионные батареи сталкиваются с фундаментальными ограничениями, включая более низкую выходную мощность и более длительное время зарядки.
🔬👨🔬 Исследовательская группа из Департамента материаловедения и инженерии Корейского института передовых технологий (KAIST) создала гибридную натрий-ионную батарею, сочетающую типичные для аккумуляторов анодные материалы с катодными материалами, которые обычно используются в суперконденсаторах. Анодный материал был улучшен за счёт включения частиц активных материалов в пористый углерод, полученный из металлоорганических каркасов.
⚙️⚡️ Такое сочетание позволяет устройству достигать как высокой ёмкости, так и высокой скорости заряда-разряда, что делает его жизнеспособной альтернативой следующему поколению литий-ионных батарей. Плотность хранения энергии прототипа составила рекордные для натрий-ионных СНЭ 247 Вт·ч/кг при удельной мощности зарядки до 34,8 кВт/кг, что более чем в 100 раз превышает скорость зарядки "обычного" аккумулятора. При этом образец показал циклическую стабильность с ~100% кулоновским КПД в течение 5000 циклов зарядки-разрядки.
🚗 Если получится довести предложенную систему до промышленного образца, то такие быстрые и доступные по цене СНЭ смогут обеспечить прорыв в преодолении текущих ограничений систем хранения энергии в различных электронных устройствах, включая электромобили. В том числе будет преодолено ресурсное ограничение этой отрасли, связанное с недостаточными запасами лития.
