Новейшие энерготехнологии

29.01.09 11:41

В США открыт новый перспективный способ использования энергии воды 

Интернет ресурс www.alternative-energy-news.info сообщает о новой разработке команды ученых университета штата Мичиган. Они разработали устройство, которое преобразует любое, даже самое медленное течение воды в экологически чистую энергию. Это устройство названо VIVACE (Vortex Induced Vibrations for Aquatic Clean Energy).

Попытки использовать гигантский энергетический потенциал воды предпринимаются человечеством со времени изобретения водяной мельницы. Как говорит руководитель группы ученых, профессор подразделения морских разработок университета штата Мичиган Michael Bernitsas: «Освоение всего 0,1% энергетического потенциала океана, обеспечит энергией 15 млрд. человек!». Проблема освоения этого потенциала заключается в дороговизне сооружений и устройств, необходимых для преобразования энергии воды в электрическую энергию. Гидроэлектростанция может строиться десятки лет и стоимость ее сооружения составляет миллиарды долларов. 

Попытки создать более дешевые и менее экологически вредные устройства до сих пор упирались в очень узкую область применения. Например, волновые станции могут эффективно применятся лишь там, где существует серьезное волнение моря. Приливные станции требуют очень высоких отливов и приливов. Турбины для бесплотинных ГЭС, в свою очередь, требуют высокой скорости течения.

Установка американских ученых способна стать прорывом в области гидроэнергетики. Она предназначена для эффективной выработки энергии при скорости потока воды менее двух узлов в час (т.е. около 1 м/с). Нужно отметить, что большинство течений воды в природе имеют скорость менее 3 узлов в час, в то время, как турбины и водяные мельницы для эффективной работы требует скорость не менее 5 узлов в час. Установка VIVACE не требует наличия волн или приливов. При использовании этой установки нет необходимости возводить плотину.

Установка VIVACE использует достаточно простой способ преобразования кинетической энергии водных потоков в механическую энергию движения. Этот способ был открыт в результате анализа процесса передвижения в жидкости разных объектов: от сперматозойдов до китов. Наблюдая этот процесс, ученые обратили внимание на вихри, создаваемые позади объекта в результате движений хвоста. Ученые предположили, что возможен обратный процесс: то есть, возможно создание механических колебаний в результате воздействий водяных вихрей на какую-либо поверхность. Эти колебания потенциально могут быть использованы для привода электрогенератора.

Команда профессора Bernitsas в лаборатории университета построила действующий прототип установки, которая представляет собой цилиндр, помещенный в резервуар с водой и совершающий возвратно-поступательное движение в вертикальной плоскости.

Цилиндр в потоке воды создает турбулентные завихрения, оказывающие силовое воздействия на сам цилиндр. Природа турбулентных вихрей такова, что сила воздействия на цилиндр периодически меняет свое направление, толкая цилиндр вверх и вниз. 



Вследствие высокой плотности, энергетический потенциал потока воды в 800 раз больше потенциала потока воздуха при одинаковой скорости течения. Установка VIVACE способно производить от трех до десяти раз больше энергии, чем приливная турбина, использующая аналогичный по характеристикам поток воды.

Для того, чтобы увеличить эффективность установки, ученые предложили помещать в поток воды не гладкий, а шероховатый цилиндр (с поверхностью подобной рыбьей чешуе). По расчетам, это должно повысить выходную мощность установки от 40 до 70%.

Установка в действии (видео): Видео 1,  Видео 2:

Уже в этом году команда профессора Bernitsas планирует установить две опытные установки типа VIVACE. Одна из них пройдет опытную эксплуатацию на реке Детройт, вторая в условиях океана. Коммерческое использование установок VIVACE будет возможно еще не скоро, однако, учены уже подсчитали стоимость электроэнергии. Она составит около 5,5 центов за киловатт-час, что сравнимо с показателями ветроэнергетических установок.


Более подробно об установках VIVACE читаете на сайте www.vortexhydroenergy.com

Экономическому росту в развивающихся странах поможет новый ядерный реактор

Согласно докризисным прогнозам компании ExxonMobil глобальный спрос на энергию в период с 2005 по 2030 год будет в среднем ежегодно расти на 1,3 %. В результате чего, к 2030 году планете потребуется энергии на 40% больше, чем сегодня. Международное энергетическое агентство прогнозировало еще больший рост потребления – около 50%. Причем, на 70% рост будет обеспечен засчет развивающихся стран.

Как удовлетворить такой рост энергетических аппетитов человечества и при этом не допустить катастрофического изменения климата планеты? Сайт департамента энергетики США (Department of Energy’s) публикует статью о проекте создания нового ядерного реактора предназначенного для развивающихся стран.

Команда ученых национальной лаборатории Oak Ridge Департамента Энергетики США ведет разработку ядерного реактора предназначенного для развивающихся стран. Приоритетом разработки реактора является его высокая экономическая эффективность. Сравнительно низкая стоимость строительства и эксплуатации такого реактора позволит развивающимся странам удовлетворять свои энергетические потребности и при этом использовать меньше угля, газа, нефти.

Мощность разрабатываемого реактора (рабочее название - «grid-appropriate reactor») уменьшена с 1500 МВт (стандартная мощность реактора в развитых странах) до 250-500 МВт. Меньшая единичная мощность блоков атомной станции делает их более привлекательными для развивающихся стран, как с точки зрения затрат на строительство, так и с точки зрения работы в составе национальных энергосистем. Такие страны, как правило, имеют не развитую электрическую сеть. Такая сеть не способна обеспечить эффективную работу блоков мощностью 1500-1600 МВт.

По мнению менеджера проекта Dan Ingersoll: «Разрабатываемый реактор должен стать локомотивом экономического роста в развивающихся странах, обеспечивая потребности промышленности в доступной по цене и экологически чистой электроэнергии. Важным достоинством реактора являются срок строительства, который составляет всего половину от времени необходимого на возведение блоков 1500-1600 МВт. Кроме того, новое поколение реакторов будет безопаснее и проще в эксплуатации».

Вследствие ориентации разрабатываемого реактора на рынки развивающихся стран было установлено несколько ключевых требований: 

• длительный срок использования топлива. По возможности, одна заправка топливом должна быть рассчитана на весь срок службы реактора,
• снижение количества необходимых манипуляций с топливом, полное обеспечение сохранности топлива при манипуляциях,
• высочайшая степень защиты реактора от диверсий и террористических актов,
• стандартизация всех элементов конструкции реакторов для любой мощности до 600 МВт, модульность конструкции,
• возможность использования тепла реактора для отопления и промышленности,
• простота эксплуатации,
• максимальное использование надежных, проверенных, уже сертифицированных решений в конструкции реактора,
• упрощение требований к инфраструктуре атомной станции,
  

Распространение атомной энергетики в развивающихся странах важно не только с точки зрения удовлетворения растущего спроса на энергию и сохранения экологии. Строительство и эксплуатация атомных станций потребует более квалифицированной рабочей силы и эксплуатирующего персонала с высокой подготовкой. Стране потребуются тысячи инженеров. Таким образом, распространение атомной энергетики может стать стимулом для интеллектуального развития наций, совершенствования технологий проектирования и строительства в стране. Размещение заказов на изготовление элементов блоков на местных предприятиях обеспечит им дополнительную прибыль и может послужить толчком к техническому перевооружению. В конечном итоге, атомная энергетика поможет изменить уровень жизни в развивающихся странах. Планируется, что все конструкторские работы будут завершены к 2016 году, когда начнется строительство первого образца. Подробнее о проекте читаете на сайте Global Nuclear Energy Partnership.

Испания будет опреснять соленую воду энергоэффективно

Для большинства россиян будет удивительным узнать, что во многих районах нашей планеты пресная вода является не менее ценным ресурсом, чем нефть или газ. Причем, это касается не только жарких стран, но и стран с умеренным климатом и высокой плотностью населения (таких как Великобритания, Япония, Испания). Вместе с тем, запасы соленой морской воды на планете огромны, что заставляет ученых и инженеров искать эффективного способы ее опреснения.

Издание ScienceDaily сообщает об успехе испанских ученых, которым удалось существенно повысить энергетическую эффективность методики опреснения с использованием электрохимических конденсаторов.

Существующие технологии опреснения, в том числе наиболее энергоэффективная из них (обратный осмос), требуют огромных затрат электроэнергии, а строительство опреснительных установок на основе этих технологий – капиталоемкий и долгий процесс.
Метод, который совершенствуется испанскими учеными, называется емкостной деионизацией (Capacitive Deionization). По сути, метод является альтернативой обратному осмосу, с той лишь разницей, что он лишен двух основных недостатков осмоса. Емкостная деионизация не требует использования дорогих мембран и может происходить с высокой скоростью. 

На рисунке представлена схема процесса. Поток воды пропускается между двумя разнозаряженными электродами, в результате чего ионы растворенных в воде веществ притягиваются к электроду имеющему противоположный заряд. На электрод наносится абсорбирующее вещество, задача которого удержать ионы. По истечение некоторого времени, конденсатор нуждается в регенерации. Регенерация выполняется путем отключения электродов от электрического питания и промыванием их поверхностей водой.   


Метод емкостной деионизации исследуется уже более 40 лет, однако, до сих пор его распространению мешало отсутствие таких абсорбирующих материалов, которые можно было бы регенерировать с небольшими затратами воды. Решить задачу помогли нанотехнологии. На их основе испанским ученым удалось создать уникальные абсорбирующие материалы, легко подвергающиеся регенерации и разработать недорогие электрохимические конденсаторы на их основе.

Проект был осуществлен испанской компанией PROINGESA в сотрудничестве с фондами IMDEA Energy и IMDEA Water по заказу министерства туризма и торговли Испании.

Японцы предлагают заряжать автомобиль от электрической розетки

Журнал Technology Review сообщает, что на завершившемся недавно международном автосалоне в Детройте компания Toyota объявила о начале выпуска в этом году новой версии своего гибридного «бестселлера» - модели Prius. Новый Prius станет первым массовым представителем поколения «plug-in» гибридных автомобилей, аккумуляторные батареи которых заряжаются не только во время движения автомобиля, но и во время стоянки от обычной электрической сети.

Выпустив на рынок новый Prius, Toyota опередила своего главного конкурента в борьбе за первенство на автомобильном рынке планеты – компанию General Motors. GM планирует выпустить свою версию «plug-in» автомобиля (Chevy Volt) только в 2010 году.

Приверженность Toyota гибридным автомобилям идет вразрез с направлением развития других производителей, таких как, Mitsubishi и Renault. Эти компании делают ставку на «чистые» электромобили (electric vehicles - EV). На автосалоне в Детройте компания Ford объявила о своих планах двигаться тем же путем и уже в 2010 году выпустить на рынок коммерческий электромобиль. 

Не желая уступать конкурентам, Toyota «хеджируется» и параллельно с разработками в области гибридов ведет работу над собственным электромобилем (четырехместная модель iQ планируется к выпуску в 2012 году). Но направление гибридов компания считает приоритетным и долгосрочным.   

Новый Prius получит мощные литий-ионные (lithium-ion) батареи, вместо используемых сейчас никель-металл гидридных (nickel-metal-hydride). Такие батареи позволят преодолевать 40 миль (около 60 км) на одном заряде. 500 автомобилей с батареями такого типа уже передано в опытную эксплуатацию крупнейшим частным и государственным заказчикам.   

В ноябре 2008 года одним из университетов США была выполнена исследовательская работа, в ходе которой ученые изучали топливную, экономическую и экологическую эффективность «plug-in» гибридов. Ученые пришли к выводу, что такие гибриды действительно будут способствовать уменьшению эмиссии парниковых газов. Дело в том, что топливная эффективность электростанций значительно выше эффективности двигателей автомобилей. То есть, получать энергию из электрической сети экологически и экономически выгоднее. Однако, стоимость одной мили пути на «plug-in» гибриде при длительных поездках (40 миль) будет выше стоимости поездки на обычном гибриде в связи с высокой ценой литий-ионных аккумуляторов. В тоже время, при коротких поездках «plug-in» гибрид выигрывает по всем параметрам. Так как по данным исследования большинство автомобилей в США (около 60%) проезжают в день не более 30 миль, новый Prius, вероятно, ждет успех.


По словам Европейского пресс-секретаря Toyota, выводы американских ученых подтверждается опытом эксплуатации нескольких машин, переданных компании Electricité de France. При поездках до 25 километров топливная эффективность новой Toyota Prius на 60% выше показателя модели предыдущего поколения.

 Сейчас Toyota ведет работу по изучению опыта эксплуатации нового автомобиля в реальных условиях. В частности, инженеры компании пытаются выяснить, насколько часто владельцы машин используют возможность подзарядки от сети. Дело в том, что новый Prius стал эффективнее расходовать накопленную энергию и он научился накапливать энергию при торможении. То есть, в городских условиях функция подзарядки от сети может вам и не понадобиться.

По материалам Technology Review, ScienceDaily, www.alternative-energy-news.info, http://www.gnep.energy.gov.

Читайте также: