Инновации в возобновляемой энергетике

Как разработки повышают эффективность и надёжность возобновляемых источников энергии, делая их более доступными для широкого круга потребителей

Изображение freepik

Мир уделяет всё больше внимания поиску альтернативных источников энергии, которые могут обеспечить устойчивое развитие и снизить зависимость от ископаемых видов топлива. Одним из наиболее перспективных направлений признана возобновляемая энергетика, которая использует энергию солнца, ветра, воды, биомассы и других природных ресурсов.

За последние годы в этой области произошёл значительный прогресс, связанный с разработкой новых технологий и материалов. Так солнечные панели претерпели значительные изменения: инновации позволили повысить их эффективность и надёжность.

Современные солнечные панели обладают более высокой эффективностью и долговечностью, что позволяет им конкурировать с традиционными источниками энергии. Кроме того, они становятся всё более дешёвыми, что делает солнечную энергию доступной для массового использования.

Например, учёные Политехнического музея разработали технологию изготовления ультратонких солнечных панелей из перовскитов. Перовскиты — это класс минералов, которые обладают уникальными оптическими и электронными свойствами, позволяющими эффективно преобразовывать солнечный свет в электричество.

Вот некоторые особенности новой технологии:

Толщина новых панелей составляет всего несколько микрометров, что делает их одними из самых тонких в мире. Это позволяет им быть более гибкими и лёгкими, а также упрощает процесс производства.

Эти солнечные панели обладают высокой эффективностью преобразования солнечного света в электричество, достигая КПД до 25%. Это делает их конкурентоспособными по сравнению с традиционными солнечными панелями на основе кремния.

Инновационные технологии позволяют производить солнечные панели с низкой себестоимостью, что делает их доступными для массового использования.

Ещё одной инновацией считаются ветрогенераторы с вертикальной осью вращения — альтернативный тип ветряных турбин, который имеет ряд преимуществ перед традиционными горизонтальными ветряками. Они могут быть более эффективными в условиях низкой скорости порывов и не требуют ориентации на ветер. Кроме того, они могут быть установлены в городских условиях и на ограниченных пространствах.

Вот несколько примеров таких ветрогенераторов:

Ветрогенератор «Савониус» — один из самых простых и дешёвых типов ветрогенератора с вертикальной осью. Он состоит из двух полуцилиндров, которые вращаются вокруг вертикальной оси под воздействием ветра.

«Дарье» — более сложный и эффективный тип ветрогенератора, который использует эффект подъёмной силы для вращения лопастей вокруг вертикальной оси. Лопасти имеют форму крыла самолёта и могут быть изготовлены из различных материалов, таких как металл, пластик или дерево.

Геликоидный ротор — ещё один тип ветрогенератора с вертикальной осью, который обладает высокой эффективностью и надёжностью. Лопасти ротора имеют спиральную форму и вращаются вокруг вертикальной оси, создавая крутящий момент.

Многолопастные ветрогенераторы — это более сложные и дорогие типы ветрогенераторов, которые могут иметь от 3 до 20 лопастей. Они обладают высокой эффективностью и могут работать при низких скоростях ветра.

Изображение freepik

Инновации в области гидроэнергетики направлены на повышение эффективности и безопасности существующих ГЭС, а также на разработку новых технологий, которые позволят использовать гидроэнергию более эффективно и без ущерба для окружающей среды.

Вот некоторые примеры инноваций в гидроэнергетике:

Интеллектуальные системы управления позволяют оптимизировать работу гидротурбин и повысить их эффективность. Они могут автоматически регулировать скорость вращения турбин в зависимости от расхода воды и других параметров. Это позволяет избежать перегрузок и аварий, а также повысить выработку электроэнергии.

Новые источники сырья, такие как композитные материалы и сплавы с высокой прочностью и коррозионной стойкостью, позволяют создавать более лёгкие и прочные гидротурбины. Это снижает стоимость их производства и эксплуатации, а также повышает их надёжность.

Микро-гидроэлектростанции (микро-ГЭС) представляют собой альтернативный способ использования гидроэнергии, который позволяет избежать многих проблем, связанных со строительством крупных ГЭС. Микро-ГЭС могут быть установлены на небольших реках и ручьях, обеспечивая электроэнергией удалённые районы, где нет доступа к централизованной сети.

Новейшие способы очистки воды, такие как мембранные технологии и электрохимические методы, могут быть использованы перед использованием воды в гидротурбинах. Это позволит предотвратить загрязнение гидротурбин и снизить затраты на их обслуживание.

Биогазовые установки — это устройства, которые позволяют перерабатывать органические отходы в биогаз, который может использоваться для производства электроэнергии и тепла. Это не только снижает объёмы отходов, но и способствует улучшению экологической ситуации.

Инновации в этой области направлены на повышение эффективности и безопасности существующих установок, а также на разработку новых технологий, которые позволят использовать биогаз ещё эффективнее и снизить загрязнение окружающей среды.

К инновациям в области биогазовых установок относятся:

Интеллектуальные системы управления, которые могут автоматически регулировать параметры процесса переработки (температуру, давление и время), чтобы обеспечить максимальную выработку биогаза.

Композитные материалы и полимеры с высокой прочностью и коррозионной стойкостью, которые позволяют создавать более лёгкие и прочные реакторы. Это снижает стоимость их производства и эксплуатации, а также повышает их надёжность.

Микро-биогазовые установки, которые представляют собой альтернативный способ использования биогаза, позволяющих избежать многих связанных со строительством крупных установок проблем. Микро-установки могут быть установлены на небольших фермах, предприятиях и других объектах, где есть доступ к органическим отходам.

Возобновляемые источники энергии для биогазовых установок, которые могут использоваться для питания систем управления и автоматизации. Это позволит снизить зависимость установок от традиционных источников энергии и повысить их устойчивость к внешним воздействиям.

Техники очистки биогаза, такие как мембранные технологии и адсорбционные методы, могут быть использованы для удаления примесей из биогаза перед его использованием в качестве топлива или сырья. Это позволит повысить качество биогаза и продлить срок службы оборудования.

Использование искусственного интеллекта для оптимизации процесса переработки. ИИ может анализировать данные о составе и свойствах органических отходов, параметрах процесса переработки и других факторах, влияющих на выработку биогаза, чтобы определить оптимальные условия для каждого конкретного случая. Это поможет операторам биогазовых установок лучше контролировать процесс и повышать его эффективность.

Изображение freepik

Интеллектуальные системы управления позволяют оптимизировать работу возобновляемых источников энергии и повышать их эффективность. Они могут автоматически регулировать мощность в зависимости от погодных условий и предпочтений потребителей. Это снижает потери энергии и обеспечивает более стабильное электроснабжение.

Инновации в этой области направлены на повышение эффективности и безопасности, а также на разработку новых технологий, которые позволят использовать возобновляемые ресурсы более эффективно и без ущерба для экологии.

Некоторые примеры инноваций в этой области:

Интеграция с другими элементами энергетической системы, такими как аккумуляторы, преобразователи и распределительные устройства. Это позволяет создать более гибкую и эффективную систему электроснабжения.

ИИ может анализировать данные о погоде, выработке энергии и других параметрах, чтобы определить оптимальные настройки для каждого конкретного случая. Это поможет операторам возобновляемых источников лучше контролировать процесс и повышать его эффективность.

Разработка новых алгоритмов управления которые определяют, как система будет реагировать на различные условия. Новые алгоритмы могут быть более эффективными и надёжными, что позволит повысить выработку энергии и снизить риск аварий.

Применение новых материалов и технологий для создания более эффективных и надёжных компонентов интеллектуальных систем. Например, солнечные панели с более высоким КПД или ветрогенераторы с более низкой стоимостью.

Развитие систем мониторинга и диагностики, которые позволят отслеживать состояние оборудования и выявлять неисправности до того, как они приведут к сбоям в работе. Это предотвратит аварии и продлит срок службы оборудования.

Создание более сложных моделей прогнозирования, которые смогут предсказывать выработку энергии на основе данных о погодных условиях и других факторах. Это поможет операторам принимать обоснованные решения о том, когда и сколько энергии производить.

Внедрение систем самообучения, которые могут автоматически адаптироваться к изменяющимся условиям и улучшать свою работу со временем. Это сделает их более эффективными в долгосрочной перспективе.

Вот некоторые примеры интеллектуальных систем управления в России:

Система управления солнечной электростанцией «Хевел», которая может автоматически регулировать угол наклона солнечных панелей в зависимости от положения солнца. Это позволяет повысить выработку электроэнергии на 20–30%.

«Умная» ветроэлектростанция «Фортум», оснащённая системой управления, которая может прогнозировать выработку энергии на основе данных о скорости ветра и других параметрах. Это позволяет избежать избыточной выработки энергии, которая может привести к перегрузке сети или снижению эффективности.

Интеллектуальная система управления биогазовой установкой «Эко-Энергия», которая может контролировать процесс переработки органических отходов в биогаз. Это позволяет оптимизировать работу установки и повысить её эффективность.

Инновации в возобновляемой энергетике открывают новые возможности для её развития и делают её более конкурентоспособной по сравнению с традиционными источниками. Однако для дальнейшего прогресса необходимо продолжать исследования и разработки в этой области, чтобы обеспечить более широкое применение возобновляемых источников и способствовать устойчивому развитию технологий, которые сохраняют ресурсы нашей планеты.

Лидия Осник