В последние годы западные страны направляют огромные ресурсы
на практическую реализацию передовых технологий интеллектуальных сетей
(smart grid). Интеллектуальные энергосети станут для нас надежным и
безопасным источником электричества, но чтобы добиться этого, необходимо
постоянное обновление технологической базы. Представляем вашему
вниманию ряд инженерных решений, которые в перспективе помогут проектировщикам smart grid благополучно
миновать множество подводных камней и обойти ряд ловушек на пути к
коммерциализации, повысить экономическую эффективность и добиться
необходимого уровня простоты изготовления узлов интеллектуальных сетей.
Хотя некоторые решения и могут показаться странноватыми фантазиями
химиков и инженеров, но на самом деле они заслуживают внимания.
Само собой разумеется, что одним из самых больших препятствий на пути
развития smart grid является создание масштабной системы хранения
энергии. Считается, что этот элемент жизненно необходим, если в smart grid
интегрированы возобновляемые источники энергии: ветряки и солнечные
батареи. Инженеры попытались приспособить для этой цели огромное
количество технологий. Всевозможные аккумуляторные батареи, лед, сжатый
воздух, маховики, тепловую энергию и энергию жидкости, а также соль -
вот более-менее популярные варианты. Далее приводятся несколько новых
решений.
Система хранения энергии на основе нанокабеля
В более ранних
материалах мы рассказывали вам о графене. Это удивительное вещество,
которое в пару сотен раз прочнее стали. Три миллиона листов из графена
можно сложить в стопку толщиной в один миллиметр. Оказывается,
исследователи из Университета Райса (США) недавно разработали то, что
они сами называют нанокабелем. Речь идет о крошечном коаксиальном кабеле
из медной проволоки, покрытом тонким слоем углерода. Изобретение было
сделано с помощью методов, которые впервые были использованы в
относительно новой области исследования графена. Ученые обнаружили, что
из нанокабеля можно создавать конденсаторы с выдающимися
характеристиками. Коаксиальный кабель также может применяться в
устройствах аккумулирования энергии, таких как конденсаторы.
Исследование показало, что трёхслойный металлический диэлектрик обладает
ёмкостью в 10 раз больше, чем у типичной электростатики.
"Мы не ожидали, что добьемся таких результатов, когда проект только
начинался", сказал Джун Лу, соавтор исследования, "С самого начала нам
было просто любопытно посмотреть, что произойдет с точки зрения
электрических и механических характеристик, если взять небольшую медную
проволоку и покрыть ее тонким слоем углерода".
Дешевые никель-цинковые батареи
Инженеры Университета Нью-Йорка
выбрали другой подход. Они разработали технологию производства
никель-цинковых аккумуляторов, которые получаются даже дешевле
свинцово-кислотных батарей (имеют короткий срок службы). Одновременно с
этим новые аккумуляторы столь же долговечны, как литий-ионные,
которые на данный момент являются одними из самых дорогих. Ученые
настолько обрадовались своему изобретению, что запустили стартап для
коммерциализации технологий. В настоящее время проект находится на фазе
создания прототипа. Изобретатели надеются нанять на работу 20 человек к
концу года. Если они смогут успешно коммерциализировать свою задумку, то
рынок систем хранения энергии ожидает двойной удар: стоимость и
долговечность.
Отметим, что их никель-цинковые батареи в расчете на киловатт-час в
настоящее время стоят от 300 до 500 долл. США. Как ожидается, цена
снизится до 200 долл. с развитием технологии. Сравните эту цифру с 1200
долл. за киловатт-час для литий-ионных аккумуляторов. Системы хранения
энергии на базе 200 никель-цинковых батарей будут стоить около 100 тыс.
долл. Продолжительность их службы составит до 15 лет, говорят инженеры.
Сможет ли BlackLight Power превратить воду в энергию?
Средневековые
алхимики пытались превратить свинец и другие распространенные металлы в
золото и серебро. Эта идея пока не работает (насколько мы знаем). К
счастью для инвесторов BlackLight Power данная компания добилась
значительных успехов в преобразовании водяного пара непосредственно в
электричество и "новую, более устойчивую форму водорода". Технология,
которая была разработана в недрах BlackLight, позволяет преобразовывать
водяной пар в стабильную форму водорода, которая была названа Гидрино
(Hydrino). Ученые компании добились технологического прорыва в рамках
сразу шести независимых исследований. Вероятнее всего, большинство наших
читателей не имеют ученых степеней в области химии, поэтому пропустим
длинное описание того, как работает этот процесс. Суть в том, что
Гидрино при создании электричества выпускает в 200 раз больше энергии,
чем при непосредственном сжигании водорода. По словам д-ра Рэндалла
Миллса, изобретателя техпроцесса и главного исполнительного директора
компании BlackLight, для дальнейшей разработки и коммерциализации
технологии ему удалось привлечь дополнительные 75 млн. долл. США.
Tellurex предлагает заряжать смартфон прямиком "из костра"
Корпорация
Tellurex пытается найти средства и дистрибьюторов для начала
распространения электрического генератора размером с консервную банку.
Всем известно, что тепловую энергию можно преобразовывать в
электричество. Сейчас на рынке присутствует широкий спектр портативных
устройств, способных на подобные преобразования без значительного
количества промежуточных этапов. Но отличительная особенность устройства
tPOD1 от Tellurex заключается в том, что оно очень компактно и
идеально подходит для туристов, путешественников и жителей удаленных от
цивилизации регионов. tPOD1 (акроним от "thermoelectric Power On
Demand") обладает приличным КПД. Для работы устройства достаточно тепла,
выделяемого маленькой свечкой. С ее помощью tPOD1 способен обеспечивать
энергией светодиодные лампы
(на 25 светодиодов) вплоть до четырех часов. Заряжать смартфон теперь
можно будет прямиком "из костра". Единственный минус новинки -
стоимость. За tPOD1 придется выложить 69-79 долларов США. Tellurex хочет
продавать tPOD1 по всему миру. Компания надеется получить
дополнительное финансирование через платформу Kickstarter.
