Учитель рассказал о зеленой энергетике. В конце задал вопрос - как вы думаете, возможно ли полностью перейти на зеленую энергетику? Ну и пригласил высказывать свое мнение. Один пацаненок и сказал, что сомневается, что это возможно. Получил тут же самую низкую оценку. Аналог нашей единицы. Высказал мнение. Мой сын, когда мне это пересказывал, сказал, что хорошо, что он не успел поддержать. Но это он мои инструкции нарушил бы. Я ему уже несколько концепций рассказывал в таком ключе - вот так есть на самом деле, вот так сейчас модно-можно говорить, потому если кто-то говорит иначе, ты с ним ни в коем случае не спорь и не высказывай свое мнение. Учимся жить при свободе слова :)

В одном моменте при переводе потерялась игра слов. Персонаж, символизирующий гидроэнергетику, произносит Damn! (Чёрт!), которое можно трактовать и как слово Dam (дамба), непосредственно связанное с гидроэнергетикой. Не придумал, как это можно сохранить в переводе. Остальные каламбуры вроде худо-бедно передал.

Некоторое время назад увидел новость о создании солнечных батарей с сорокапроцентной эффективностью. И это была крутая новость! Ведь те панели, что давно находятся в продаже имеют эффективность 15-20%, а то и меньше.

И я принялся ждать когда же высокоэффективные элементы появятся в продаже

Время шло, а новинок все не было. И вот, в один прекрасный день в моей душе произошел БУНД! И я отправился искать что же это за чудесные элементы и где они вообще.

И ведь нашел! Данные батареи называются "фотоэлементы с несколькими переходами" и используются они в системах под названием CPV, что расшифровывается как "концентрированная фотовольтаика".  Как можно догадаться из названия, в таких системах используется концентрация солнечного излучения посредством линз и зеркал.

Панель с многочисленными линзами Френеля и многослойными фотоэлементами (маленькие блестящие точки в центре коричневых квадратов).

С традиционными однослойными кристаллическими кремневыми панелями такой фокус не пройдет: даже если сфокусировать на них свет, то они просто начнут перегреваться и их эффективность упадет, не приспособлены они под такое мероприятие.

А тем временем солнечные электростанции на CPV системах активно строятся примерно с середины 2010-ых годов.

CPV панели на поворотных платформах.

Крупнейшая такая станция - китайский солнечный парк Голмуд в Китае, мощностью 110 МВт

Ну а теперь я раскрою вам ТАЙНУ: почему же этих панелей нет в широкой продаже для частного применения? Ну, во-первых, они должны быть очень четко направлены на солнце, из-за чего им нужен трекер, поворачивающий их, и для установки на крыши они не применимы, а во-вторых...

Вот табличка, отражающая какие слои какой спектр излучения солнца поглощают (справа), ну а слева вы можете видеть из каких элементов какой слой состоит.

Самые доступные элементы в этом списке - это алюминий и фосфор, а потом мы можем видеть такие металлы как индий, галлий, германий, их комбинации и соединения с мышьяком (арсениды).

Технология многослойных фотоэлементов пришла из космической отрасли, где использование редких и дорогостоящих элементов не представляет проблемы. Поэтому 40% панели производятся и даже используются в промышленных масштабах, но, я полагаю, количество их сильно ограничено ввиду использования редких материалов и все это количество успешно поглощается теми же самыми промышленными проектами.

Так что в продаже CPV системы мы если и увидим, то только тогда, когда производится их будет больше чем нужно масштабным проектам, когда это произойдет - не знает никто. 

PS: если кому интересно вот несколько источников, где можно подробнее почитать про CPV

- русскоязычная статья https://alter220.ru/solnce/kontsentratornye-fotoelementy.htm...

- википедия по CPV https://translated.turbopages.org/proxy_u/en-ru.ru.3e4c0234-639542e2-8d52b069-74722d776562/https/en.wikipedia.org/wiki/Concentrated_Photovoltaics_(CPV)

- википедия по многослойным фотоэлементам https://translated.turbopages.org/proxy_u/en-ru.ru.2817b7a8-...

Водород сегодня - один из главных претендентов на замену углеводородного топлива.

Экологи всех мастей указывают на этот замечательный газ и вторят: "Смотрите, он сгорает с образованием водяного пара", указывая на естественность такого выхлопа.

Правда они забывают о том, что водяной пар - это более сильный парниковый газ нежели СО2, но сегодня не об этом.

Водород, на первый взгляд, и правда выглядит неплохой альтернативой углеводородному топливу, но с ним есть ряд проблем.

1) Он очень легкий. Килограмм Н2 занимает более 11 кубометров объема при нормальных условиях. Поэтому его приходится сжимать. В некоторых водородных авто поддерживается давление 700 атмосфер (Honda Clarity). Что заставляет тратить энергию на этот процесс и снижает КПД всей затеи.

Honda Clarity

2) Его сложно хранить. Мало того, что он просачивается через любые щели и те же владельцы водородных авто, не ездя на нем несколько дней, обнаруживают что заметная часть топлива исчезла. Так есть еще и такое явление как "водородное охрупчивание металла": процесс, при котором атомы водорода проникают в металл и вызывают его разрушение.

3) Легко воспламеняется, из-за чего может становится причиной пожаров, особенно учитывая пункт 1.

Именно эти 3 проблемы предлагает решить исследовательская группа из Дрездена, посредством "Энергетической пасты". Это жижа на основе гидрида магния MgH2.

Power paste

По словам создателей данная паста содержит в 10 раз больше энергии в единице объема, нежели литиевые батареи. А бак с пастой более энергоемкий чем 700-сот атмосферные баллоны для Н2 того же веса.

Кроме того к достоинствам геля можно отнести:

1) Паста содержится в емкости при атмосферном давлении.

2) Соединение полностью стабильно при температурах до 250 градусов Цельсия.

3) Газ в связанной форме не повреждает металл контейнера.

4) При попадании в воду гель вступает с ней в реакцию и начинает выделять водород, который уже можно использовать для получения энергии.

5) Опустевший контейнер с жижей может быть легко и быстро заполнен новой, что удобно при заправке авто, к примеру.

Энергетическая паста, казалось бы, решает вопрос транспортировки и хранения водорода. Но есть проблемы:

1) Магний и водород вступают в реакцию при температуре 350 градусов Цельсия и давлении 5-6 атмосфер. Создание этих условий требует энергии.

2) Нужно каким-то образом произвести сам водород для вступления его в реакцию, что требует либо нефтепродуктов, либо большого количества электроэнергии.

3) Бак с нефтепродуктами все еще содержит больше энергии, нежели емкость с энергетической пастой.

4) В случае транспортными средствами необходимо возить с собой бак, заполненный водой, в котором будет проходить реакция разложения MgH2, а также извлекать и сдавать осадок магния.

В общем главная проблема водородной энергетики "Где взять энергии, чтобы произвести энергоноситель" не решена. Уместно говорить о том, что предложен вариант решения проблем транспортировки и хранения.

В конце 21ого года Институт машиностроения и прикладных исследований материалов Фраунгофера должен был закончить экспериментальную установку для производства 4 тонн пасты в год. Точной информации не нашел, но подозреваю что ценовой кризис на рынке углеводородов застопорил этот проект.

Такие дела.

PS: Основной источник информации для данного поста - прикрепленное видео. Перевод и расшифровка мои, тег "мое".

В графстве Дорсет начали монтировать электростанцию на могиле Джона Толкина.

Кинокритики и инженеры полагают, что энергия вращения писателя поможет Юго-Западной Англии сравнительно комфортно пережить зиму.

На фото ниже приведены эрозионные повреждения передней кромки лопастей ветрогенераторов.

Данные повреждения лопасть, будучи установленной на ветрогенераторе в шельфовой зоне Северного моря, получила всего за два года эксплуатации.

Но примечательны даже не столько сами повреждения, сколько то, что вызвало их. Это самые обычные капли дождя! Казалось бы, данный тип повреждений был бы ожидаем для засушливых районов, где ветер переносит частички песка и пыли, и в условиях большой влажности, присущей Северному морю, его не должно было бы быть. Однако расчёты показали, что при суммировании скоростей свободного падения капли и скорости вращения лопастей, тангенциальная скорость удара капли дождя о переднюю кромку лопасти ближе к наружному диаметру не падает ниже 80 м/с (288 км/ч). Если принять средний размер капли за 3мм (в реальности он варируется в зависимости от погодных условий от 0.5мм до 5мм) и вес 14мг, то получим, что суммарная сила воздействия на лопасть от такой капли будет равна 76N (приблизительно 7.6кг в весовом эквиваленте). Вроде бы немного? Но если посчитать, на какую площадь приходится данное воздействие (при условии, что капля при соударении расплющивается до 6мм), то получаются внушительные 26,5 атмосфер. То есть поверхность передней кромки лопасти подвергается воздействию микрогидроударов (вспомните, что делает кавитация с гребными винтами судов).

При наличии поверхностных дефектов (царапин, трещин и т.п.) полученных ещё на этапах изготовления, транспортировки и установки данное разрушительное воздействие только усиливается.

Чем чреваты подобные повреждения? Надо понимать, что повреждения как на фото вовсе не требуют немедленной замены лопасти из-за угрозы её разрушения. Однако они серьёзно нарушают аэродинамику лопасти и ведут к снижению эффективности ветрогенератора снижая вырабатываемую им мощность. Предварительные оценки (довольно оптимистичные) показывали, что падение эффективности составит всего 5%, но одно из исследований, результат которого был опубликован в июле прошлого года, показывает, что падение выработки электроэнергии вызванное эрозией лопастей может достигать 25%.

Почему проблема именно с каплями дождя, а не, скажем, с градом? Разрушительное воздействие града на лопасти работающей турбины куда более катастрофично, но более предсказуемо. Поэтому турбины на время неблагоприятных погодных условий либо сильно замедляют, либо вообще останавливают. Воздействие же капель дождя не было учтено должным образом и никому в голову не приходило, что турбины надо замедлять ещё и на время не столь уже редкого в Северном море дождя.

Исследования показали, что дождевая эрозия была сильно недооценена и лопасти потребуют замены гораздо раньше, нежели заявленные в рекламных буклетах 20-25 лет. Как выясняется масштабных исследований на этот счёт до последнего времени не производилось. И только сейчас, в связи с ростом парка ветрогенераторов и с сокращением субсидий со стороны государства, большинство эксплуатирующих компаний всерьёз озаботились проблемой продления срока службы турбин.

Уже предлагаются решения различной степени эффективности, от защитных плёнок и покрытий до подачи сжатого воздуха через сеть микроотверстий на поверхности лопасти, но любое из них однозначно приведёт в той или иной степени к удорожанию строительства и эксплуатации ветрогенераторов. Так же к удорожанию приведёт ужесточение правил транспортировки и монтажа лопастей с целью избежать появления поверхностных дефектов, которые способны усилить эрозию.

Источник №1

Источник №2 - тут статья на английском языке

Источник №3 - ссылка на PDF файл на английском языке про все виды повреждений

Источник №4

Источник №5 - ссылка на PDF файл на английском языке о физике воздействия капли на лопасть

Компания Energy Vault привлекла $100 млн инвестиций на запуск строительства первых гравитационных накопителей энергии. Среди инвесторов компании SoftBank и Aramco, что подчёркивает ценность проекта. Первую установку до конца года начнут строить в США, а со следующего года — в Европе, на Ближнем Востоке и в Австралии.
Установка EVx представляет собой автоматический башенный кран с шестью стрелами. Энергия запасается в процессе поднятия на высоту 35-тонных блоков, сделанных на месте из любого мусора. Днём и в ветреную погоду избыток возобновляемой солнечной или ветряной энергии пускается на электромоторы крана, которые поднимают блоки на высоту. Спуск блоков на землю под действием гравитации запускает обратный процесс — выработку электроэнергии в электрогенераторах.
Утверждается, что КПД установки достигает 85 %. В подготовленном проекте установка наиболее эффективна для отдачи максимальной мощности в течение 2–4 часов. Эксплуатационный ресурс EVx превышает 35 лет, а обслуживание кранами нескольких площадок позволяет масштабировать запасаемую ёмкость до нескольких гигаватт-часов.

P.S. сделали бы блоки разноцветными, чтобы веселее было. Думаю люди будут приходить полюбоваться.