Раздел:   Главная страница Новости Новости по приоритетным направлениям Энергетика и энергосбережение

Энергетика и энергосбережение

01.11.2012 Солнечная космическая электростанция - самый перспективный источник экологически чистой энергии

На 63 Международном конгрессе по астронавтике в Неаполе, Италия, ученые из США и Японии изложили последние наработки по одному из самых перспективных источников экологически чистой энергии: солнечной космической электростанции (SSP).

Преимущества солнечной космической электростанции очевидны: экологически чистый неисчерпаемый источник энергии, который может работать вне зависимости от запасов ископаемых ресурсов, политической обстановки в мире и т.д.

Сторонники идеи использования космической солнечной энергии продолжают совершенствовать концепцию космической электростанции. Пока масштабы строительства крупной SSP настолько велики, а возможности современных ракет-носителей настолько малы, что на этом фоне глубоководное бурение, добыча угля срезанием вершины горы, гидроразрыв пласта и другие затратные способы добычи энергоресурсов кажутся почти бесплатными.

Основная проблема SSP – это необходимость постройки в космосе огромной системы с гигаваттами мощности, километровыми зеркалами и тысячами тонн массы. Однако в последние годы наметилась тенденция решения этой проблемы с помощью относительно легких спутников. Множество космических аппаратов, действующих как единое целое, смогли бы собираться в гигантское зеркало/солнечную панель, поглощать солнечную энергию и транспортировать ее на Землю. При этом отдельные спутники вывести в космос проще, нежели огромную космическую электростанцию с многокилометровым зеркалом.

По расчетам специалистов из японского Института науки и астронавтики, для того, чтобы начать развертывание коммерческих космических электростанций в 2030 году, в ближайшие 10 лет необходимо прежде всего достичь значительных успехов в технологиях беспроводной передачи электроэнергии. Также в течение 5 лет необходим прогресс в космической транспортной индустрии, который, к счастью, быстро движется вперед. Кроме того, необходимы фотоэлектрические элементы с КПД 35-40%, удельным весом до 1 грамма на ватт и сроком службы в космосе не менее 30-40 лет, а не 10 лет, как сегодня. При этом стоимость ватта электроэнергии, производимой солнечными панелями, должен упасть с 4-6 долл. сегодня до более-менее приемлемых 1-0,5 долл.

Когда эти ключевые пункты развития SSP будут достигнуты, можно начинать массовое производство "умных" космических аппаратов весом 100-300 кг. Эти аппараты будут собираться в массивы, как рой пчел, а затем собирать солнечный свет, преобразовывать его в электроэнергию и направлять ее на Землю с помощью фазированной антенной решетки. При этом каждый аппарат будет частью мощного микроволнового излучателя.

Источник >>


31.10.2012 Солнечные панели на квантовых точках: эффективнее на 30%

Ученые из Национальной лаборатории возобновляемых источников энергии (NREL, США) продемонстрировали высокую эффективность солнечных панелей на квантовых точках.

Используя процесс под названием множественная генерация экситонов (MEG), исследователи создали солнечную панель, в которой каждый синий фотон поглощенного света может генерировать на 30% больше электричества, чем при использовании обычных технологий.

Новые солнечные ячейки в ближайшее время смогут превзойти все существующие коммерческие фотоэлектрические технологии. Новая ячейка демонстрирует высокую внешнюю квантовую эффективность (EQE) – более 100% для фотонов солнечного спектра. Надо отметить, что EQE – это не КПД, а соотношение пар дырка-электрон к числу фотонов, попадающих на солнечную панель. В свою очередь внутренняя эффективность - это соотношение числа упавших на панель фотонов и произведенных электронов.

До сих пор ни у одной фотоэлектрической ячейки EQE не приближался к 100%. Традиционные полупроводники производят только один электрон от каждого фотона, остальная энергия рассеивается в виде тепла. В то же время кристаллические нанометровые структуры, такие как квантовые точки, обходят это ограничение, в результате чего потери энергии уменьшаются, а выход электричества увеличивается. Благодаря микроскопическому размеру квантовые точки ограничивают движение электронов и не позволяют энергии рассеиваться, что дает возможность максимально утилизировать энергию фотонов.

Технология MEG эффективно использует большую часть энергии фотонов и демонстрирует значение EQE на уровне 114%. Это позволяет говорить о возможности создания полномасштабных солнечных панелей на квантовых точках, которые будут существенно мощнее аналогичных панелей на традиционных полупроводниках.

Пока КПД опытной ячейки невысок – всего 4,5%. Однако это всего лишь лабораторный образец, предназначенный для демонстрации эффекта MEG, а не выработки электроэнергии. Ученые полагают, что в будущем солнечные панели на квантовых точках значительно превзойдут традиционные по мощности и станут экологически чистым источником энергии нового поколения.

Источник >>


03.10.2012 Многотопливная АЭС: готовится универсальный реактор

Компания Transatomic Power приступила к разработке реактора, который способен работать практически на любом ядерном топливе. Новый реактор сможет использовать в качестве топлива любой уран или торий, а также отработанное топливо из обычных реакторов на легкой воде. Новый реактор под названием Waste Annihilating Molten Salt Reactor должен открыть новую страницу в ядерной энергетике, в частности он позволит утилизировать высокорадиоактивные отходы, использовать дешевый торий и т.д.

Большинство урана на Земле находится в виде изотопа урана-238 (U238), который не годится для выработки электроэнергии. Обычные реакторы требуют изотоп U235, обогащенный до 3-5%. Уран U235, обогащенный до 20% является оружейным.

Специалисты Transatomic Power планируют через 5 лет построить прототип реактора на расплавах солей (MSR), у которого будет гораздо более высокий фактор выгорания топлива, чем у обычных реакторов. Другими словами, в то время как обычные реакторы используют лишь около 3% энергии, содержащейся в определенном объеме урана, новый тип реактора будет превращать в полезную энергию до 98% ядерного топлива. Правда, инженеры полагают, что в ближайшие годы более реалистично добиться выгорания в 50%, что, тем не менее, тоже очень неплохо. Кроме того, реакторы MSR используют жидкое топливо, которое при нагревании расширяется, тем самым замедляя скорость ядерных реакций. Это существенно повышает безопасность эксплуатации АЭС. Даже если что-то пойдет не так, горячее топливо растопит специальную сливную пробку и стечет в укрепленное подземное хранилище, предотвращая радиационное загрязнение местности. Таким образом Transatomic Power планирует решить две основные проблемы атомной энергетики: безопасность и утилизация отходов.

Руководство Transatomic Power ожидает, что коммерциализация новой технологии начнется уже через 15 лет. Надо отменить, что компания не планирует строительство и эксплуатацию АЭС – только лицензировать свою технологию.

Источник >>


20.08.2012 Производство биотоплива: решены две главные проблемы

Новый процесс, разработанный учеными из Университета Иллинойса, удваивает производство альтернативных видов топлива при одновременном сокращении расходов.

Данное открытие должно сделать горючее на основе бутанола более коммерчески выгодным. Ученые, наконец, нашли способ обойти проблемные места в производственной цепочке, которые ранее разочаровали промышленность и не позволили наращивать объемы производства альтернативного горючего.

Главная проблема при производстве бутанола с помощью микроорганизмов (например, Clostridium pasteurianum) состоит в том, что при определенной концентрации бутанол становится токсичным для бактерий. Это ограничивает количество топлива, которое можно изготовить в единицу времени в одном биореакторе. Соответственно, на тонну горючего требуется больше оборудования, что увеличивает стоимость конечного продукта. Вторая проблема заключается в большом расходе энергии на удаление бутанола из "супа" с ферментами в биореакторе.

Американские ученые решили обе эти проблемы. Для этого ученые использовали неионные поверхностно-активные вещества или сополимеры, которые захватывают и удерживают молекулы бутанола. Это позволяет поддерживать низкую концентрацию бутанола в биореакторе, а значит - бактерии не гибнут и продолжают производить горючее. В целом выход бутанола увеличивается на 100 и более процентов.

Но это только начало высокоэффективного процесса. Ученые также используют одно из свойств сополимера – термочувствительность. После нагрева ферментного раствора с бутанолом первый разделяется на два слоя: богатый бутанолом и насыщенный сополимером. Благодаря этому не только легко отделить горючее, но и можно использовать сополимер повторно до трех раз. При этом наблюдается 3-4-кратная экономия электроэнергии по сравнению с современными технологиями разделения.

Бутанол – очень перспективный вид топлива. Его можно производить из отходов, но при этом он содержит на 30% больше энергии, чем этанол. Кроме того, бутанол менее горюч и легко смешивается с бензином.

Источник >>


26.07.2012 Рентген показал химические проблемы аккумуляторов

С помощью рентгеновской микроскопии ученым из Стэнфордского университета впервые удалось понять, из-за чего постоянно ломаются литий-серные аккумуляторы. Оказалось, проблема кроется в неправильно организованном процессе химической реакции.

Большинство современных электромобилей используют литий-ионные батареи – очень дорогие, составляющие половину стоимости всей машины. Одной из самых перспективных замен дорогому и не очень емкому литий-ионному источнику питания являются литий-серные аккумуляторы. Они не только стоят дешевле, но еще при этом могут хранить в 5 раз больше энергии. Однако все эксперименты с новой батареей заканчиваются неутешительно: после нескольких десятков циклов зарядки/разрядки она перестает работать. Этого естественно очень мало – аккумулятор автомобиля должен иметь срок службы 10-20 лет, т.е. выдерживать много тысяч циклов заряд/разряд.

Литий-серный аккумулятор состоит из двух электродов - анода из лития и катода из серы и углерода. Несколько исследователей пришли к выводу, что короткий жизненный цикл батареи связан с химическими реакциями, разрушающими серу в катоде.

Однако новое исследование опровергло выводы предыдущих экспериментов. С помощью мощного источника рентгеновского излучения впервые удалось заснять мельчайшие детали аккумулятора непосредственно в процессе работы. В результате выяснилось, что частицы серы в катоде не деградируют.

Проблема крылась в процессе реакции ионов лития с серой при разряде аккумулятора. Побочным продуктом этой химической реакции являются соединения, известные как полисульфиды лития. Они просачиваются в электролит и создают прочные связи с литием. В результате активная среда разрушается и аккумулятор перестает работать.

К счастью, оказалось, что сера в аккумуляторе разрушается очень слабо и причина неисправности кроется не в этом. С другой стороны, даже небольшого количества полисульфидов лития достаточно, чтобы аккумулятор начал терять работоспособность. Но, по мнению ученых, с подобной проблемой можно справится, предотвратив утечку полисульфидов в электролит.

Источник >>


Остальные материалы
19.06.2012 Dassault Systemes и Росатом расширяют партнерство в сфере Multi-D-инжиниринга и управления жизненным циклом АЭС
16.05.2012 Ветряки греют землю по ночам
10.04.2012 Тоньше паутины: солнечные панели можно разместить везде
02.04.2012 Производство электроэнергии из химических веществ в живых организмах
16.02.2012 Как удвоить КПД солнечных панелей?

Поиск материалов

Сентябрь 2017