Всепогодный солнечный элемент, который генерирует энергию из капель дождя

Китайские исследователи создали гибридную солнечную батарею, которая работает даже во время дождя. Их секрет состоял в том, чтобы генерировать электричество из капель дождя с помощью трибоэлектрического эффекта или статического электричества.

Они использовали трибоэлектрические наногенераторы (ТЭНГ) – заряд от трения двух материалов.

Команда сообщила, что гибридное солнечное устройство имело пиковый ток короткого замыкания около 33 нА и пиковое напряжение холостого хода около 2,14 В. Недостаточно, но хватило для демонстрации работы концепции. Инженеры использовали энергию движения капель дождя, скатывающихся с поверхности солнечного элемента.

Два полимерных слоя были добавлены для образования ТЭНГ поверх фотоэлектрического элемента. Верхний слой представлял собой полимер, называемый полидиметилсилоксаном, а нижний – из поли (3,4-этилендиокситиофена): поли (стиролсульфоната). Оба полимера были текстурированы с канавками для улучшения их характеристик. Верхний слой активировался, когда на него падали и скатывались капли дождя, в результате чего полимер соприкасался с нижним слоем.

Нижний слой действует как общий электрод между наногенератором и солнечным элементом, проводя энергию от первого к последнему. Чтобы фотоэлемент продолжал работать в солнечную погоду, оба полимерных слоя прозрачны. В принципе идея может быть масштабируемой, но первый этап – заставить её работать.

 

Голограммы увеличивают выход солнечной энергии

Энергия, доступная от солнечного света, в 10 000 раз больше, чем требуется для удовлетворения мировых потребностей. Солнечный свет имеет два основных свойства, которые полезны при проектировании систем возобновляемой энергии:

  1. Количество энергии, падающее на фиксированную область, например, на землю или крышу человека. Оно зависит от времени суток и сезона.
  2. Цвета или спектр солнечного света.

Один из способов улавливать солнечную энергию – использовать солнечные элементы, которые напрямую превращают солнечный свет в электричество. В солнечных модулях, подобных тем, которые люди размещают на крыше, многие элементы собраны на жёсткой панели, соединены друг с другом, герметизированы и покрыты защитным стеклом. Этот элемент лучше всего работает, когда на него падает солнечный свет определённых цветов и когда вся площадь покрыта фотоэлементами. Однако для соединения ячеек требуется некоторая площадь панели, а форма солнечного элемента может не позволить всей оставшейся площади панели собирать солнечный свет. Эти эффекты делают панель менее эффективной, чем она могла бы быть. Улавливание как можно большего количества солнечного света на солнечной панели имеет решающее значение для эффективного использования солнечной энергии.

Исследователи из Университета Аризоны недавно разработали инновационный метод улавливания неиспользованной солнечной энергии, которая освещает солнечную панель. Как сообщается в Journal of Photonics for Energy (JPE), они создали специальные голограммы, которые можно легко вставить в корпус солнечной панели. Каждая голограмма разделяет цвета солнечного света и направляет их на солнечные элементы внутри панели. Этот метод может увеличить количество солнечной энергии, преобразуемой в течение года, примерно на 5%. Это снизит стоимость и количество солнечных панелей, необходимых для питания дома, города или страны.

Исследование проводилось при поддержке Центра инженерных исследований QESST, который спонсируется Национальным научным фондом США и Министерством энергетики США для решения проблемы преобразования производства электроэнергии для устойчивого удовлетворения растущих потребностей в энергии.

Низкая стоимость, экологичный дизайн

Разработанный аспирантом Цзянбо Чжао под руководством Раймонда К. Костука, профессора электротехники, компьютерной инженерии и оптики, и в сотрудничестве с другим аспирантом Бенджамином Крайслером, голографический светоприёмник сочетает в себе недорогой голографический оптический элемент с диффузором. Оптический элемент расположен симметрично в центре фотоэлектрического модуля для получения максимально эффективного сбора света.

Команда вычислила ежегодное улучшение выработки энергии для Тусона, штат Аризона, и представила воспроизводимый метод оценки эффективности сбора энергии голографическим светоприёмником в зависимости от углов солнечного света в разное время дня, в разное время года и в разном географическом местрорасположении.

По словам главного редактора JPE Шона Шахина из Университета Колорадо в Боулдере, новый элемент и связанный с ним метод заслуживают особого внимания, потому что они недорогие, масштабируемые, а также эффективные: «Увеличение годового выхода солнечной энергии примерно на 5%. Эта технология может иметь большое влияние при масштабировании даже до небольшой доли из 100 гигаватт фотоэлектрических систем, установленных во всем мире. Команда профессора Костука продемонстрировала свой голографический подход с помощью недорогого материала на основе желатина, который легко производится в больших объемах. И хотя желатин обычно получают из животного коллагена, прогресс в лабораторных версиях сделал вероятным, что синтетические альтернативы можно будет использовать в больших масштабах».

Вертикальные турбины могут стать будущим ветряных электростанций

Привычные сейчас традиционные винтовые ветряные турбины в будущем могут быть заменены ветряными электростанциями с более компактными и эффективными вертикальными турбинами. Новое исследование Оксфордского университета Брукса показало, что конструкция вертикальной турбины намного более эффективна, чем традиционные турбины в крупных ветряных электростанциях, а при парной установке вертикальные турбины увеличивают производительность до 15%.

Исследовательская группа из Школы инженерии, вычислений и математики в Оксфорд-Брукс под руководством профессора Яковоса Цанакиса провела углубленное исследование с использованием более 11 500 часов компьютерного моделирования, чтобы показать: ветряные фермы могут работать более эффективно, заменяя традиционные пропеллерные ветряные турбины с горизонтальной осью (HAWT).

Вертикальные турбины более эффективны, чем традиционные ветряные турбины

Исследование впервые демонстрирует в реалистичном масштабе потенциал крупномасштабных VAWT (ветряные турбины с вертикальной осью) по сравнению с нынешними турбинами ветряных электростанций HAWT.

VAWT вращаются вокруг оси, вертикальной к земле, и они демонстрируют поведение, противоположное хорошо известной конструкции пропеллера (HAWT). Исследование показало, что VAWT повышают эффективность друг друга, если расположены в виде сетки. Расположение ветряных турбин для максимальной отдачи имеет решающее значение при проектировании ветряных электростанций.

Профессор Цанакис комментирует: «Это исследование доказывает, что будущее ветряных электростанций должно быть вертикальным. Ветровые электростанции с вертикальной осью могут быть спроектированы таким образом, чтобы они были намного ближе друг к другу, что повысило их эффективность и, в конечном итоге, снизило цены на электроэнергию. В долгосрочной перспективе они могут помочь ускорить переход наших энергетических систем к «зелёному», чтобы получать больше чистой и устойчивой энергии из возобновляемых источников».

Учитывая, что к 2030 году мощность ветроэнергетики в Великобритании увеличится почти вдвое, полученные данные являются ступенькой к разработке более эффективных ветровых электростанций, пониманию крупномасштабных методов сбора энергии ветра и, в конечном итоге, к совершенствованию технологии возобновляемой энергии для более быстрой замены ископаемого топлива в качестве источников энергии.

Экономичный способ достижения целей в области ветроэнергетики

Согласно Глобальному отчёту о ветре 2021 года, мир должен устанавливать ветроэнергетику в три раза быстрее в течение следующего десятилетия, чтобы достичь чистых нулевых целей и избежать наихудших последствий изменения климата.

Ведущий автор отчёта и выпускник бакалавриата технических наук Йоахим Тофтегаард Хансен прокомментировал: «Современные ветряные электростанции являются одним из наиболее эффективных способов получения зелёной энергии, однако у них есть один серьёзный недостаток: когда ветер приближается к переднему ряду турбин, возникает турбулентность, которая отрицательно сказывается на производительности последующих рядов. Другими словами, передний ряд будет преобразовывать около половины кинетической энергии ветра в электричество, тогда как для заднего ряда это число снижается до 25-30%. Каждая турбина стоит более 2 миллионов фунтов стерлингов за МВт. Кажется, что должен быть более экономичный способ».

Это первое исследование, в котором всесторонне проанализированы многие аспекты характеристик ветряных турбин, касающиеся угла установки, направления вращения, расстояния между турбинами и количества роторов. Это также первое исследование, в котором выясняется, сохраняются ли улучшения производительности для трёх турбин VAWT, установленных в серию.

Доктор Махак, соавтор статьи, и старший преподаватель комментирует: «Нельзя недооценивать важность использования вычислительных методов для понимания физики потока. Это особенно важно на начальном этапе проектирования и чрезвычайно полезно для отраслей, стремящихся достичь максимальной проектной эффективности и выходной мощности».

Инициатива Digital Watermark Initiative «HolyGrail 2.0»: BASF в деле!

Наш партнёр – немецкий концерн BASF – объявил, что присоединяется к инициативе Digital Watermark Initiative «HolyGrail 2.0» в области интеллектуальной переработки упаковки. Упаковочная промышленность стремится развивать технологию цифровых водяных знаков.

Более 120 компаний и организаций уже объединили свои усилия, чтобы оценить вклад новаторской технологии цифровых водяных знаков в повышение качества вторичной переработки. Лучшая сортировка бытовых отходов обеспечивает более высокое качество вторичного сырья и способствует циркулярной экономике пластика.

Под эгидой AIM Европейская ассоциация брендов, BASF и более 120 компаний и организаций из цепочки создания стоимости упаковки объединили свои усилия в инициативе, чтобы доказать жизнеспособность технологий цифровых водяных знаков для точной сортировки и коммерческого обоснования в крупном масштабе.

«Пластмассы, используемые для упаковки, являются чрезвычайно ценными материалами для защиты товаров и сокращения пищевых отходов. Когда пластмассы отсортированы должным образом, мы можем предложить подходящий пакет присадок, чтобы вернуть их в высокопроизводительные приложения. Таким образом, мы рады поддержать HolyGrail 2.0 в их поиске оптимизированной круглой пластиковой упаковки », – сказал Ахим Стис, старший вице-президент подразделения Performance Chemicals Europe, BASF.

Неэффективная сортировка является одним из основных препятствий на пути к более широкой переработке легких упаковочных отходов и, таким образом, к достижению экономики замкнутого цикла для упаковки. Чем лучше сортировка и идентификация упаковки, тем эффективнее процесс механической переработки и тем выше качество переработанных материалов.

Открытие цифровых водяных знаков было сделано в рамках программы New Plastics Economy Фонда Эллен МакАртур, которая исследовала различные инновации для улучшения вторичной переработки отходов. Цифровые водяные знаки оказались самой многообещающей технологией. Инициатива HolyGrail 2.0 будет включать запуск промышленного пилотного проекта, чтобы доказать жизнеспособность технологий цифровых водяных знаков для более точной сортировки упаковки и более качественной переработки, а также бизнес-модель в крупных масштабах.

Цифровые водяные знаки – это незаметные коды размером с почтовую марку, покрывающие поверхность упаковки товаров народного потребления. Они могут нести широкий спектр атрибутов, таких как производитель, складская единица (SKU), тип используемого пластика и состав для многослойных предметов или использование пищевых продуктов в сравнении с непродовольственными.

Долгосрочные последствия выбросов CO2

Жизнь почти всех животных в океане зависит от наличия кислорода, который растворяется в морской воде в виде газа. Однако Мировой океан непрерывно теряет кислород в течение нескольких десятилетий. За последние 50 лет потери в глобальном масштабе составляют около 2% от общего объёма запасов. Основная причина этого – глобальное потепление, приводящее к снижению растворимости газов и, следовательно, кислорода, а также к замедлению циркуляции океана и вертикального перемешивания.

«В исследовании использовалась модель земной системы для оценки того, что произойдёт в океане в долгосрочной перспективе, если все выбросы CO2 будут немедленно прекращены», – объясняет автор, профессор Андреас Ошлис из Центра исследований океана им. Гельмгольца GEOMAR. «Результаты показывают, что даже в этом экстремальном сценарии истощение запасов кислорода будет продолжаться веками, что более чем в четыре раза увеличивает потери кислорода, которые мы наблюдали на сегодняшний день в океане».

Долговременное снижение содержания кислорода происходит в основном в более глубоких слоях. По словам профессора Ошлиса, это также влияет на морские экосистемы. Так называемый «метаболический индекс», который измеряет максимально возможную активность организмов, дышащих кислородом, показывает повсеместное снижение до 25%, особенно в глубоком море (ниже 2 000 метров). Это может привести к серьёзным сдвигам в этой среде обитания, которая ранее считалась очень стабильной. Океанограф рекомендует провести всестороннее исследование до того, как морская экосистема значительно изменится из-за ожидаемого сейчас сокращения кислорода.

В верхних слоях океана модель показывает гораздо более быструю реакцию на климатические воздействия: там дальнейшее расширение зон относительно приповерхностного минимума кислорода можно остановить в течение нескольких лет, если прекратить выбросы.

 

Биотопливо из озёр с нулевым выбросом углерода

Озёра хранят огромное количество метана, и в новом исследовании учёные-экологи Базельского университета (Швейцария) предлагают способы его извлечения и использования в качестве источника энергии в виде метанола. Обсуждение текущего климатического кризиса обычно сосредоточено на двуокиси углерода (CO2). Метан, вызывающий парниковый эффект, менее известен, но, хотя он гораздо реже встречается в атмосфере, его потенциал глобального потепления в 80-100 раз больше на единицу.

Более половины метана, образующегося в результате деятельности человека, поступает из нефтедобычи и сельскохозяйственных удобрений. Но газ также создается в результате естественного разложения биомассы микробами, например, в озерах. В своей последней публикации исследователи описывают потенциальные и теоретические возможности использования метана из озёр и других пресноводных водоёмов для устойчивого производства энергии.

Метан из озёр и водохранилищ составляет около 20% мировых миссий природного метана. Теоретически этого было бы достаточно для удовлетворения мировых потребностей в энергии. Озёра непрерывно поглощают CO2 из атмосферы за счёт роста фитопланктона. При переработке биомассы микробы превращают углерод, закреплённый фотосинтезом, в метан. Таким образом, связанный в метане углерод остается в естественном цикле во время сгорания. Ископаемое топливо можно частично заменить «природным» возобновляемым метаном. Метан уже сжигается на газовых электростанциях для производства электроэнергии и используется в качестве топлива в виде жидкого метанола.

Озера как огромные хранилища энергии

Идея не нова: с 2016 года метан в озере Киву между Руандой и Демократической Республикой Конго добывался с глубины 260 метров, очищался и использовался для энергоснабжения напрямую с помощью генераторов. Ещё несколько лет назад из-за низких концентраций извлечение метана из обычных озер казалось технически трудным, но новые микропористые мембраны из полимерных материалов теперь позволяют гораздо более эффективно отделять газ от воды.

Положительное воздействие на экосистемы

До сих пор не проводились исследования, посвященные влиянию удаления метана на функционирование экосистемы озера, но нельзя предвидеть немедленных негативных последствий. Однако удаление избыточного углерода может даже помочь обуздать чрезмерное цветение фитопланктона и сократить выбросы естественных парниковых газов из озёр. И, прежде чем приступить к практической реализации этой первоначальной теоретической идеи, необходимо провести дополнительную работу: эта концепция может однажды внести важный вклад в достижение наших климатических целей.

Большой прорыв в области безмассового хранения энергии

Исследователи из Технологического университета Чалмерса создали структурную батарею, которая работает в десять раз лучше, чем все предыдущие версии. Он содержит углеродное волокно, которое одновременно служит электродом, проводником и несущим материалом. Их последний научный прорыв открывает путь к практически безмассовому хранению энергии в транспортных средствах и других технологиях.

Аккумуляторы в современных электромобилях составляют большую часть веса транспортных средств, не выполняя при этом никакой несущей функции. С другой стороны, структурная батарея – это батарея, которая работает и как источник энергии, и как часть конструкции, например, в кузове автомобиля. Это называется «безмассовым» накопителем энергии, потому что, по сути, вес аккумулятора исчезает, когда он становится частью несущей конструкции. Расчёты показывают, что этот тип многофункционального аккумулятора может значительно снизить вес электромобиля.

Разработка структурных батарей в Технологическом университете Чалмерса продолжалась в течение многих лет исследований, включая предыдущие открытия, связанные с определенными типами углеродного волокна. Помимо того, что они жесткие и прочные, они также обладают хорошей способностью накапливать электрическую энергию химическим способом. Эта работа была названа Physics World одним из десяти крупнейших научных достижений 2018 года.

Первая попытка создать структурную батарею была предпринята ещё в 2007 году, но до сих пор оказалось трудным производить батареи с хорошими электрическими и механическими свойствами. Но теперь разработка сделала реальный шаг вперед: исследователи из Чалмерса в сотрудничестве с Королевским технологическим институтом KTH в Стокгольме представили структурную батарею со свойствами, которые намного превосходят все, что когда-либо было замечено, с точки зрения хранения электроэнергии, жесткости и прочности. . Его многофункциональные характеристики в десять раз выше, чем у предыдущих прототипов структурных батарей.

Батарея имеет плотность энергии 24 Втч/кг, что означает примерно 20-процентную ёмкость по сравнению с сопоставимыми литий-ионными батареями, доступными в настоящее время. Но поскольку вес транспортных средств может быть значительно уменьшен, для управления электромобилем потребуется меньше энергии, а меньшая плотность энергии также приведет к повышению безопасности. А с жесткостью 25 ГПа структурная батарея действительно может конкурировать со многими другими широко используемыми строительными материалами.

«Предыдущие попытки создать структурные батареи привели к получению элементов либо с хорошими механическими свойствами, либо с хорошими электрическими свойствами. Но здесь, используя углеродное волокно, мы преуспели в разработке структурной батареи с конкурентоспособной емкостью накопления энергии и жесткостью», – объясняет Лейф Асп. , Профессор Chalmers и руководитель проекта.

Сверхлегкие электрические велосипеды и бытовая электроника скоро могут стать реальностью

Новый аккумулятор имеет отрицательный электрод из углеродного волокна и положительный электрод из алюминиевой фольги, покрытой фосфатом лития-железа. Они разделены стеклотканью в матрице электролита. Несмотря на свой успех в создании структурной батареи, в десять раз лучше, чем все предыдущие, исследователи не выбирали материалы, чтобы попытаться побить рекорды – скорее, они хотели исследовать и понять влияние структуры материала и толщины разделителя.

Сейчас реализуется новый проект, финансируемый Шведским национальным космическим агентством, в котором характеристики структурной батареи будут ещё больше увеличены. Алюминиевая фольга будет заменена углеродным волокном в качестве несущего материала в положительном электроде, обеспечивая как повышенную жесткость, так и плотность энергии. Сепаратор из стекловолокна будет заменен на ультратонкий вариант, который даст гораздо больший эффект, а также более быстрые циклы зарядки. Ожидается, что новый проект будет завершён в течение двух лет.

Лейф Асп, который также возглавляет этот проект, оценивает, что такая батарея может достичь плотности энергии 75 Втч/кг и жёсткости 75 ГПа. Это сделало бы батарею такой же прочной, как алюминий, но при сравнительно меньшем весе.

«Структурная батарея следующего поколения имеет фантастический потенциал. Если вы посмотрите на потребительские технологии, через несколько лет вполне возможно будет производить смартфоны, ноутбуки или электрические велосипеды, которые будут весить вдвое меньше, чем сегодня, и будут намного компактнее», – говорит Лейф. Asp.

А в более долгосрочной перспективе вполне возможно, что электромобили, электрические самолеты и спутники будут проектироваться с использованием структурных батарей и питаться от них.

«На самом деле мы здесь ограничены только нашим воображением. Мы получили много внимания со стороны самых разных компаний в связи с публикацией наших научных статей в этой области. Понятно, что существует большой интерес к этим легким, многофункциональным материалы».

В конструкционной батарее в качестве отрицательного электрода используется углеродное волокно, а в качестве положительного электрода – алюминиевая фольга, покрытая фосфатом лития-железа. Углеродное волокно служит хозяином для лития и, таким образом, накапливает энергию. Поскольку углеродное волокно также проводит электроны, отпадает необходимость в медных и серебряных проводниках, что ещё больше снижает вес. И углеродное волокно, и алюминиевая фольга способствуют механическим свойствам структурной батареи. Два материала электродов разделены стекловолоконной тканью в матрице структурного электролита. Задача электролита – транспортировать ионы лития между двумя электродами батареи, а также передавать механические нагрузки между углеродными волокнами и другими частями.

Проект осуществляется в сотрудничестве между Технологическим университетом Чалмерса и Королевским технологическим институтом KTH, двумя крупнейшими техническими университетами Швеции. Аккумуляторный электролит был разработан в KTH. В проекте участвуют исследователи из пяти различных дисциплин: механика материалов, материаловедение, легкие конструкции, прикладная электрохимия и технология волокон и полимеров. Финансирование поступило от исследовательской программы Европейской комиссии Clean Sky II, а также от ВВС США.

Океанские технологии

У нас есть более подробные карты Марса, чем собственного Мирового океана, и это проблема. Он поглощает 90% тепла, вызванного выбросами, и производит 50% кислорода, которым мы дышим. «Мы должны благодарить океан за многие аспекты нашей безопасности и благополучия», – говорит Дон Райт, океанограф и главный научный сотрудник компании Esri, предоставляющей географические информационные системы (ГИС), которая отмечает, что океан также обеспечивает возобновляемую энергию – основной продукт питания, источник и транспортный коридор не только для кораблей, но и для подводных интернет-кабелей.

Теперь те же интеллектуальные карты и геопространственные технологии, которые используются для исследования космического пространства, поддерживают стремление к лучшему пониманию и защите нашего океана. «Впервые наши знания об океане могут приблизиться к нашим знаниям о суше. Мы можем превратить неизведанное глубоко в известное».

Тонны данных

Более 80% дна океана остается не нанесенным на карту, однако комплексные карты океана будут иметь важное значение для решения проблем перелова рыбы, разрушения среды обитания, загрязнения и утраты биоразнообразия. Сказать «спасите наш океан» легко и это уже является клише, но карта, основанная на данных, заставляет людей понять, почему океан нуждается в спасении, с чего начать и что нужно делать. «Увидеть океан в его истинной глубине и сложности – это именно то, что нам нужно, если мы надеемся снизить риск критического разрушения или истощения морских ресурсов», – говорит Райт.

С момента выпуска в 2017 году первая в мире трёхмерная карта океана вызвала революцию в области инноваций и данных, а также решений касаемо устойчивого развития. На трехмерной цифровой карте океана глобальные водные массы сортируются по 37 различным объёмным областям, известным как экологические морские единицы, которые определяются факторами здоровья и восстановления экосистем: температурой, солёностью, кислородом и уровнями питательных веществ. Ученые, менеджеры по охране окружающей среды, рыбаки и грузоотправители могут использовать карту для виртуальной навигации и изучения океана.

Что делает возможным создание 3D-карты мирового океана, так это корпоративная технология, способная собирать и обрабатывать данные в огромных объемах и разнообразии. Вся эта идея морской робототехники – одно из самых больших видений будущего океана. Робототехника, датчики и другие инструменты создают тонны, тонны и тонны прекрасных данных.

«Мы даже можем делать прогнозы в отношении того, что данные будут говорить нам в 2030 году», – объясняет Райт. «Насколько тепло будет на побережье Флориды в 2050 году? Убьёт ли такая температура морскую траву в этом районе? Приведет ли такая температура к тому, что вокруг будет красный прилив, который  убьёт там всю рыбную ловлю?»

Океан уязвим

Выросший на Гавайских островах и работающий в Американском Самоа, Райт понимает океан как священное место. Этим настроением она руководствуется теперь в работе с коллегами-учеными, руководителями правительства и руководителями предприятий. «Я хочу, чтобы люди поняли, что океан уязвим, – говорит Райт. «То, что мы делаем с океаном прямо сейчас, имеет огромные последствия. Наша повседневная погода и долгосрочный климат полностью зависят от океана».

Для Райта создание и обеспечение соблюдения морских охраняемых территорий, таких как Морской парк островов Кука в Новой Зеландии и морской национальный памятник Папаханаумокуакеа в США, представляют собой триумф в обеспечении защиты океана. Пока что только 7% океана были отмечены как охраняемые по сравнению с 15% суши. «Несмотря на то, что около 7% океана защищено в этих парках или заповедниках, менее половины из них — это территория, где нельзя ловить рыбу, ловить кораллы или красивые камни», – объясняет Райт. «Итак, нам предстоит долгий, долгий, долгий путь».

Экологические морские единицы состоят из примерно 52 миллионов измерений глобального океана, которые были собраны за 50-летний период и обеспечивают трехмерное изображение мирового океана.

Например, судоходные компании работают над сокращением выбросов парниковых газов за счёт проектирования более эффективных судов, что способствует достижению устойчивости при одновременном сокращении коммерческих расходов. Такие отрасли, как розничная торговля и производство, внедряют принципы циркулярной экономики для восстановления или переработки материалов после того, как продукт завершил свое первоначальное использование.

Такие усилия продвигают нас к видению устойчивого океана и, следовательно, устойчивой планеты. Хотя специалисты уверены в таком большом количестве передовых технологий – «сейчас прекрасное время для составления карт».

Электрические и паровые газомазутные котлы — Беларусь

Берёзовская ГРЭС

Место: Белоозёрск, Беларусь
Проект: установка электрокотла и газомазутных котлов на Берёзовской ГРЭС. 1-я очередь строительства
Предмет поставки: водогрейный электродный котёл Parat IEH 30 МВт, 10,5 кВ в комплекте
Производитель: Parat Halvorsen A.S., Alfa Laval, Grundfos
Заказчик: РУП «Брестэнерго» филиал «Берёзовская ГРЭС»

Лидская ТЭЦ

Место: Лида, Беларусь
Проект: установка водогрейных электрокотлов с целью использования электрической энергии для регулирования мощности энергосистемы после ввода Белорусской АЭС
Предмет поставки: Водогрейный электродный котел Parat IEH 10MВт, 6,3кВ в комплекте
Производитель: Parat Halvorsen A.S., Alfa Laval, KSB
Заказчик: РУП «Гродноэнерго» филиал «Лидские тепловые сети»

Проблема: После ввода в эксплуатацию Белорусской АЭС в рамках перспективных направлений модернизации энергосистемы Республики Беларусь, с целью создания потребителя-регулятора мощности для прохождения минимальных в основном ночных электрических нагрузок планируется ввести в эксплуатацию электрокотлы установленной мощностью до 1000 МВт. Данное котельное оборудование – это ещё и надежный компонент в деле повышения манёвренности и безопасности эксплуатации энергосистемы страны.

В рамках реализации мероприятий по регулированию мощности на главных электростанция страны (в том числе на Минской ТЭЦ-3, Берёзовской ГРЭС, Лидской ТЭЦ) произведена поставка электрокотлов баками-аккумуляторами, предназначенными для работы в ночные часы.

Решение: Проектная организация РУП «Белнипиэнергопром» выполнила базовое проектирование и разработала задания на закупку.

Altenergy осуществляла подбор всего оборудования и рабочее проектирование технологического раздела водогрейных электродных котлов в обоих случаях, а наши решения были выбраны из многих для реализации, как соответствующие требованиям технических экспертов, подходящие под созданные проекты, а также как оптимальные по соотношению цена-качество.

Для Берёзовской ГРЭС: водогрейный электродный котёел Parat IEH 30 MВт 10,5кВ, насосное оборудование, теплообменник, система дозирования реагентов, трубопроводы, трубопроводная арматура, приборы КИПиА, автоматизация комплекса. Поставка водогрейного электрокотла и всего вспомогательного оборудования была завершена в мае 2020 года. Монтаж и электромонтаж оборудования произведен силами подрядных организаций Заказчика под контролем шеф-инженеров SIA Altenergy в период с июня по сентябрь 2020 года. Работы по пуско-наладке оборудования проведены в октябре-декабре 2020 года. На текущий момент водогрейный электродный котёл Parat IEH 30 MВт 10,5 кВ успешно эксплуатируются в ежедневном режиме.

Для Лидской ТЭЦ: водогрейный электродный котёл Parat IEH 10MВт 6,3кВ, насосное оборудование, теплообменник, система дозирования реагентов, трубопроводы, трубопроводная арматура, приборы КИПиА, автоматизация комплекса. Поставка водогрейного электрокотла и всего вспомогательного оборудования была завершена в мае 2020 года. Монтаж и электромонтаж оборудования произведён силами подрядных организаций Заказчика под контролем шеф-инженеров нашей компании в период с июня по август 2020 года. Работы по пуско-наладке оборудования проведены в августе-сентябре 2020 года. На текущий момент водогрейный электродный котёл Parat IEH 10MВт 6,3кВ успешно эксплуатируются в ежедневном режиме.

Наша команда искренне рада успешно реализовать настолько сложное техническое решение с помощью надёжных партнёров из стран Европы и СНГ. Компания SIA Altenergy не просто достигла всех поставленных целей, но и превзошла требования Заказчика.

Электрокотлы Parat Halvorsen IEH:

Стандарты проектирования
Поставляемые котлы имеют маркировку CE в соответствии с PED/2014/68/EU и правилами котельного надзора EN12953. Опционально изготавливаются по требованиям ASME. Электродный котёл также доступен в версии EX для установки во взрывоопасных зонах 2-й категории согласно ATEX.

Принцип работы котла
Котёл Parat состоит из наружного и внутреннего корпусов резервуара, которые электрически изолированы от конструкций с закрепленными электродами. Оборудование разработано для сетей с напряжением 6-24 кВ, а нагрев воды происходит за счет активного сопротивления, возникающее между электродами при их подключении к высоковольтной сети. Фактически электродный котёл является обычным активным сопротивлением в электрической цепи: вода и внутренний резервуар образуют изолированную нулевую точку в соединении звездой между электродами. PARAT успешно применяет эту концепцию электродов с 1993 – благодаря геометрии сила тока настолько мала, что они со временем не изнашиваются.

Система контроля
Parat Halvorsen A.S. разработал современную и надёжную систему управления котлом на базе платформы Siemens S7 Fail-safe PLC и контроллеров S7-400 c функцией «горячего резервирования», которая при  проста в использовании. Опционально котельное оборудование может быть дополнено системой дистанционного мониторинга PARAT. Дистанционный веб-мониторинг котельной из любой точки мира включает в себя онлайн-поиск неисправностей и обновление ПО системы управления из сервисного центра PARAT в Норвегии.

Электрокотельные системы — Беларусь

Место: Минск, Беларусь
Проект: повышение стабильности энергосистемы в период разгрузки
Предмет поставки: электрокотельные системы Parat IEH 50 МВт
Заказчик: Минская ТЭЦ-3 филиала РУП «Минскэнерго»

В рамках выполнения комплекса мер по режимной интеграции Белорусской АЭС в балансе энергосистемы Республики Беларусь Заказчиком РУП «Минскэнерго» была поставлена задача обеспечить стабильную работу станции в период низкого потребления электроэнергии потребителями – в ночное время. В целях разгрузки по электрической мощности теплофикационных турбин в ночной период времени предусматривалась установка электрических котлов (общая мощность – 100 МВт) для подогрева сетевой воды в режимах разгрузки паровых турбин очереди 14 МПа ниже технического минимума. Таким образом, Минская ТЭЦ-3 должна обеспечить эффективное использование турбоустановок в манёвренном режиме, максимально снижая выдачу электрической мощности в энергосистему в ночное время (в том числе до нуля).

Для решения данной задачи в мировой энергетике используют аккумуляторы электроэнергии и электрокотлы. На момент реализации проекта аккумуляторы такой мощности имели значительные капитальные и операционные затраты. Решение с электрокотлами выходило значительно дешевле, однако Заказчик к ним применял жёсткие требования:

  • высокая скорость набора мощности;
  • широкий диапазон регулирования;
  • минимальное потребление электроэнергии в режиме stand-by и высокая готовность к моментальному пуску;
  • минимальные затраты по эксплуатации оборудования на протяжении всего срока службы оборудования;
  • высокая степень надежности работы системы автоматического управления всей электрокотельной установки.

Благодаря слаженной работе наших партнёров: Parat Halvorsen (Норвегия), KSB (Германия), Alfa-Laval (Швеция), Siemens (Германия) – SIA Altenergy предложило наиболее выгодное решение для РУП «Минскэнерго». Предварительно Parat Halvorsen, как основной завод-изготовитель, прошёл аттестацию службами Заказчика, где было отмечено: это единственный изготовитель, имеющий полный цикл производства такого оборудования. Специалисты также высоко оценили технологическое оснащение и культуру производства, что отнюдь не удивительно, поскольку завод работает по строжайшим международным нормам не только в области промышленной безопасности, но и судостроительной и шельфовой промышленности.

Строительный (рабочий) проект внутренних контуров электрокотлов был разработан ведущим проектным институтом РУП «БелНИПИэнергопром». Все работы партнёром были выполнены точно в назначенный срок, а качество проектной документации отметили норвежские специалисты.

Водогрейных электрокотлов Parat, работающих с тепловой мощностью 50 МВт, нет ни на одном объекте в мире. Однако это оборудование не новой разработки. Точно такие же котлы работают в г. Орхус (Дания) с 2014 года, но при тепловой мощности 40 МВт. Изготовление котлов контролировалось SIA Altenergy на всех этапах: начиная с приёмки материалов для изготовления и заканчивая отгрузкой оборудования Заказчику. Испытания сосуда под давлением, электродов и системы автоматического управления проходили на заводе-изготовителе в Норвегии с присутствием представителей эксплуатации, где они подробно ознакомились с особенностями работы такого котельного оборудования. Насосные агрегаты KSB с расходом 860 м3/ч было решено протестировать на стенде завода, а за ходом испытания наблюдать в Минске, за что мы благодарны своим белорусским партнёрам – ОДО «Акваэкология».

Несмотря на сложную логистику и доставку крупногабаритного оборудования по дорогам общего назначения, наша команда свои обязательства ранее назначенного срока.  Котёл был поставлен в максимальной готовности к монтажу. Вся теплоизоляция, арматура и контрольно-измерительные приборы смонтированы уже на заводе. На данный момент необходимо лишь разместить электрокотёл на нужной отметке и подключить к нему системы энергообеспечения.

Благодаря нашему решению по установке двух электрокотельных систем Parat IEH 50 МВт в июне 2019 года РУП «Минскэнерго» получило следующие преимущества:

  • регулирование тепловой мощности от 1 до 50 МВт происходит за 30 секунд на каждом котле; при необходимости задержку можно настраивать и увеличивать до нужных значений;
  • время запуска установок из «холодного» состояния занимает всего за 15 минут; такая скорость значительно повышает манёвренность станции;
  • диапазон регулирования электрокотла 2-100%, что помогает определять наиболее экономически эффективную работу ТЭЦ в разное время года;
  • полностью резервируемая система автоматического управления на базе Siemens PLC S400 обеспечивает автономность: Заказчику не требуется нанимать новых сотрудников для обслуживания;
  • благодаря энергоэффективному вспомогательному оборудованию потребление электроэнергии всей электрокотельной установки при номинальном режиме 50 МВт не превышает 50 кВт;
  • минимальные эксплуатационные затраты: визуальный осмотр котла проходит раз в год, электроды в котлах Parat не изнашиваются и при нормальных условиях эксплуатации не подлежат замене;
  • отказ от системы поддержания давления во внутреннем контуре электрокотла благодаря запатентованной технологии предотвращения закипания воды в котле с помощью технического азота; эта же система помогает надёжно эксплуатировать циркуляционные насосы без кавитации.

Работы по пуско-наладке оборудования были проведены в июле-августе 2020 года.

Наша команда искренне рада успешно реализовать настолько сложное техническое решение с помощью надёжных партнёров из стран Европы и СНГ. Компания SIA Altenergy не просто достигла всех поставленных целей, но и превзошла требования Заказчика.

Электрокотлы поставленные на площадку Минской ТЭЦ-3 являются самыми мощными электрокотельными установками на территории CНГ. На текущий момент оборудование Parat IEH 50 МВт успешно эксплуатируются в ежедневном режиме.

 

 

 

 

 

 

 

 

Электрокотлы Parat Halvorsen IEH:

Стандарты проектирования
Поставляемые котлы имеют маркировку CE в соответствии с PED/2014/68/EU и правилами котельного надзора EN12953. Опционально изготавливаются по требованиям ASME. Электродный котёл также доступен в версии EX для установки во взрывоопасных зонах 2-й категории согласно ATEX.

Принцип работы котла
Котёл Parat состоит из наружного и внутреннего корпусов резервуара, которые электрически изолированы от конструкций с закрепленными электродами. Оборудование разработано для сетей с напряжением 6-24 кВ, а нагрев воды происходит за счет активного сопротивления, возникающее между электродами при их подключении к высоковольтной сети. Фактически электродный котёл является обычным активным сопротивлением в электрической цепи: вода и внутренний резервуар образуют изолированную нулевую точку в соединении звездой между электродами. PARAT успешно применяет эту концепцию электродов с 1993 – благодаря геометрии сила тока настолько мала, что они со временем не изнашиваются.

Система контроля
Parat Halvorsen A.S. разработал современную и надёжную систему управления котлом на базе платформы Siemens S7 Fail-safe PLC и контроллеров S7-400 c функцией «горячего резервирования», которая при  проста в использовании. Опционально котельное оборудование может быть дополнено системой дистанционного мониторинга PARAT. Дистанционный веб-мониторинг котельной из любой точки мира включает в себя онлайн-поиск неисправностей и обновление ПО системы управления из сервисного центра PARAT в Норвегии.