Андрей Ковалёв,
Институт энергетики Высшей школы экономики
AKovalev@energy-hse.com
1. Прогресс в области ионных аккумуляторов
Одна из проблем, касающихся широкого внедрения литий-ионных аккумуляторов, связана с ограниченными извлекаемыми запасами лития. Будучи одной из наиболее разработанных технологий накопления энергии (за исключением гидронасосных станций), литий-ионные накопители тем не менее не могут пока стать магистральной технологией накопления энергии в долгосрочной перспективе в том числе и по этой причине.
Одним из направлений развития, которое может решить эту проблему, является разработка натрий-ионных накопителей. Прямой перенос технологий из литий-ионных аккумуляторов затруднителен, так как интеркаляция ионов лития и натрия отличается. По этой причине требуется создание специальных электродов вместо катодов на основе углерода. Тем не менее, в области натриевых аккумуляторов за последние годы продемонстрирован прогресс [Preetam Singh, Konda Shiva, Hugo Celio and John B. Goodenough. Eldfellite, NaFe(SO4)2: an intercalation cathode host for low-cost Na-ion batteries. Energy Environ. Sci., 2015, 8, 3000-3005. DOI: 10.1039/C5EE02274F]. В частности, появляются заявления о приближении ожидаемых показателей натрий-ионных аккумуляторов к литий-ионным. Например, [Yong Lei et al. Extended π-Conjugated System for Fast-Charge and -Discharge Sodium-Ion Batteries. Journal of the American Chemical Society, 2015, 137 (8), pp 3124–3130. DOI: 10.1021/jacs.5b00336] заявляют о применении ароматических транс-стильбенов (Organic sodium-ion batteries based on π-conjugated systems), позволяющих достичь емкости на уровне 160 мАч/г при плотности тока в 1 А/г.
Вторая возможность восполнения ограниченных природных запасов литий – переработка литий-ионных аккумуляторов. Это направление рассматривается в обзоре Marinos и Mishra [D. Marinos and B. Mishra. Processing of Lithium-Ion Batteries for Zero-Waste Materials Recovery. In: Sustainability in the Mineral and Energy Sectors. S. Devasahayam, K. Dowling (Eds.), CRC Press, 2016]. Анализ показывает, что возможности полной переработки лития с его возвратом в производственный цикл ограничены. Полная переработка требует внедрения широкого ряда разнородных химических технологий, которые имеют эффект с последовательно убывающей полезностью. В настоящее время утилизация литий-ионных аккумуляторов является одной из проблемных областей, которые ограничивают возможности их долгосрочного применения. Кроме того, это бутылочное горлышко связанно с использованием лития в перспективных проектах ядерного синтеза. Так как тритий, используемый в процессе D + T → α + n + 17.6 MэВ, не встречается в природе, его требуется нарабатывать. Для этих целей также планируется использовать литий: Li(6) + n = He(4) + T + 17.6 MэВ. С учетом этого обстоятельства в сейчас представляется приоритетным расширение списка технологий накопления энергии, в том числе создание интегрированных средств накопления энергии, которые не требовали бы применения материалов на основе лития. В этом отношении вызывает интерес совместный проект Max Bögl Wind AG и GE Renewable Energy, предложивших гибридную ветро/гидро генерирующую установку. В данном проекте фактически предлагается интегрированная гидронасосная станция малой мощности с закрытыми резервуарами, встроенными в основание мачт ветрогенераторов.
Источник – GE Reports
2. Инновационные ветрогенераторы
Испанский стартап Vortex Bladeless разрабатывает новый тип ветрогенераторов, который не использует турбооборудование. В основе технологии лежит аэродинамический эффект Кармана: пульсирующий вихревой след, образующийся за телом, обтекаемым потоком газа, оказывает пульсирующие нагрузки на само обтекаемое тело.
В данном случае таким телом является мачта. Изгибные нагрузки приводят к её колебаниям, которые передаются при помощи линейного привода на генератор, расположенный в основании мачты. Первоначально разработки использовали пьезоэлементы для производства электричества, но из-за низкого КПД это метода было решено применить механический привод в комбинации с традиционным генератором. Подобное решение позволяет существенно снизить затраты на обслуживание установки и удешевить её, так как нет нужды повышать прочность мачты для установки генератора. Предлагаемая схема лишена ряда недостатков, присущих лопастным ветрогенераторам: она не создает шума, не предоставляет опасности для птиц, почти не требует обслуживания, имеет более дешевую конструкцию, предполагает более плотную установку на единицу площади.
Разработчики заявляют об успешном тестировании образца мощностью 4 КВт и работают на предкоммерческой моделью мегаваттного класса, которая должна быть продемонстрирована в 2017 году. Несмотря на прозрачные физические принципы, на которых основана работа ветрогенератора, пока остаются вопросы, связанные с его ресурсом. Колебания мачты, являющейся активным аэродинамическим элементом, приводят к её усталостному износу. Работа такой конструкции в разных климатических условиях может приводить к ограничениями реального ресурса эксплуатации. Кроме того, необходимо предусматривать специальный механизм, защищающий мачту от сильного ветра. Также остаются неясными основные физические характеристики генератора: возможности управления генерацией, мощностная характеристика в зависимости от скорости ветра и среднегодовое производство электроэнергии в зависимости от средней скорости ветра, что усложняет технико-экономическое обоснование проектов, использующих данное оборудование.
3. Глубоководная добыча нефти
После снижения цен на нефть проекты по глубоководной добыче нефти испытывали постоянное давление в силу проблем с рентабельностью. В этом смысле показательна история развития проекта добычи глубоководной нефти у берегов Гайаны. К конце 2016 годы правительство страны одобрило создание нефтесервисного центра стоимостью USD$500 000 000 на основе государственно-частного партнерства, который должен обеспечить работу проекта по добыче на ближайшем месторождении, обнаруженном Exxon-Mobil ранее в 2016 году на основе данных разведочных скважин Liza-1 и Liza-2. Текущие оценки свидетельствуют о запасах на уровне 1.4 млрд BOE. По сообщениям открытых источников Exxon-Mobil подписала контракты, в соответствии с которыми добыча может начаться в 2020 году. Развитие работ в рамках данного проекта может стать признаком изменения стоимостных показателей при добыче на глубоководных месторождениях, которые позволили бы расширить добычу для этого типа ресурсов при текущем ценовом диапазоне на международных рынках углеводородов.
4. Экономика угольной отрасли
Lars Schernikau [Schernikau L. Economics of the International Coal Trade. Why Coal Continues to Power the World, 2nd ed. Springer, 2016] опубликовал обзор современного состояния экономики международной торговли углем, где утверждает, что отставание недавно введенных в эксплуатацию угольных станций от современных показателей обусловлено отсутствием экономической поддержки развивающимся странам со стороны развитых стран. Анализируя основные тренды, касающиеся угольной отрасли в развитых странах, Schernikau обосновывает тезис об отсутствии связи между глобальным потеплением и антропогенными выбросами парниковых газов, связанными с ископаемым топливами. Указанная точка зрения противоречит более широко распространенному убеждению, что такая связь имеется.
Являясь в значительной части обзором экономики угольно отрасли с точки зрения отраслевого сообщества, “Economics of the International Coal Trade” показывает, что этому сообществу пока не удается предложить позитивной технологической и экономической программы действий, которая согласовывалась бы с широко распространенными опасениями глобального потепления.
Updates on energy technology 