Бъдещето е зелено

Зелено бъдеще: Пауловния, Епизод 1 Част 1 (Юли 2019).

$config[ads_text] not found
Anonim

Няма смисъл да се бори с него: промените в трансформацията идват в енергийната индустрия

От Alix Paultre, водещ редактор
Енергийното развитие е труден бизнес, усложнен от фактори от производствената логистика до политиката. Поради огромните инфраструктурни инвестиции и критичния, живото-и смъртен характер на съвременните нужди от енергия, енергийната индустрия е по-малко податлива на промени и по-способна да се бори срещу нея. Но в момента се случва динамична и разрушителна промяна, тъй като обществото мигрира от системи, основаващи се на изкопаеми горива, до "зелени" системи за генериране на енергия с ниски отпечатъци.

Разпадането на дори огромни международни милиарда доларови индустрии чрез разрушителни промени не е нищо ново. Отвъд старата тропа от карета и камшици, добър пример е изчезването на филма.
В един момент сребърно покрити пластмасови листове бяха как всичко се е справило, от зъбни рентгенови лъчи до публикуване до производството на IC. Само Кодак (за да не не се съобразява с Фуджи и Агфа) реализира печалба от 2, 5 милиарда долара през 1999 г. с приходи от близо 20 милиарда долара и е наела повече от 145 000 работници по целия свят. Днес филмовият пазар - заедно със стотици компании, които са участвали в него, и още стотици, които го подкрепят - е изчезнал.
Същото може да се случи и днес в производството на енергия. Не само начините, по които генерираме енергия, но и начините, по които го използваме, се променят радикално. Десетките светлинни лампи, базирани на светодиоди, в типичен модерен дом колективно използват по-малко енергия, отколкото само няколко стари нажежатели, а интелигентните системи за движение в хладилници и други домакински уреди позволяват също толкова значимо намаляване на потреблението на електроенергия.
Интелигентните вградени системи и усъвършенстваните алтернативни енергийни технологии се укрепват един друг, като използват силните си страни и балансират своите слабости. От по-добрите вятърни турбини и слънчевите клетки до интелигентното управление на мрежата и интелигентния термостат на стената, начините, по които правим и взимаме енергия, стават зелени по същество.
Ядрена енергия
Първо, нека да дефинираме дефинициите си. За целите на тази статия ще считаме ядрената енергия, базирана на делене на ядрената енергия, за незелена поради произтичащите от нея отпадъци. Дори ако отпадъците не са токсични, само фактът, че мощта, основана на делене, генерира отпадъци, които създават скъпи проблеми с изхвърлянето и съхранението, я отстраняват от разглеждане.
Не е така при синтез. Многогодишното дразнене, синтезът е изявен едва 20 години от повече от 40 години, но по-новите технологии и подобрените техники правят важни печалби. Най-забележителният пример е постигнатият от проекта за синтез Wendelstein 7-X в Института за плазмена физика на Макс Планк ( IPP, Greifswald, Германия).
Миналата година станахме свидетели на изпълнението на няколко важни модернизацията на реактор за синтез тип Stellarator Wendelstein 7-X, който функционира от 2015 г. Подобренията включват нови системи за отопление и измерване, както и инсталирането на повече от 8000 графитни стенни плочки за защитават стените на съда при по-високи температури, позволявайки структурата да толерира плазмените разряди с продължителност до 10 секунди ( фиг.1 ). Това е важно, защото показва, че научните изследвания в областта на термоядрения синтез са напреднали извън събитията, измерващи само части от секундата.

Фигура 1: Повече от 8000 графитни плочки защитават стените на съда на стеларатора Wendelstein 7-X, позволявайки на структурата да толерира плазмените заряди с продължителност 10 секунди. Изображение: Ян Майкъл Хосан.
Един аспект от немския пробив е в начина, по който звездното устройство управлява магнитните си полета. Устройството избягва традиционните недостатъци на наследствените токамакови реактори чрез използването на превключватели или наклонени панели, прикрепени към стената на плазмения съд, които подравняват и управляват въртящата се граница на херметичната обвивка. Разклонителите предпазват стените на съда чрез подобряване на чистотата и плътността на плазмата.
Проектът планира да достигне до изхвърляния до 30 минути и в крайна сметка да постигне непрекъсната работа, вероятно чрез друг модерен дизайн на плавателния съд.
Електрически превозни средства
Докато цялата бръмча е около живота на батерията EV, реалният прогрес - и мястото, където ще се реализират повечето подобрения - е в областта на силовата електроника, както в автомобила, така и извън него. Вътре разработчиците работят за подобряване на управлението на захранването чрез по-добра електроника за задвижване; подобрено управление на двигателя; и съвременни материали, вариращи от полупроводници с широкоъгълен обхват под качулката до следващо поколение леки композитни материали в тялото (разбира се, монокок).
В областта на инфраструктурата не е по-важно аспектът да е по-важен за проникването на пазара на ЕП, отколкото бързото таксуване (защо никой не казва "презареждане"?), Тъй като не само дава възможност на хората да предприемат пътувания с разумно очакване на "нормална" станция - времето за спиране, но също така смекчава проблемите с размера на батерията. Ако можете да "заредите" вашето ЕП за 15 минути на станции, разположени удобно в уреда за шофиране на EV, тогава всеки аргумент за превозно средство с изкопаеми горива се свежда до висцерално удовлетворение от обема и качеството на генерирания шум.
В Европа проектът Ultra-E, включващ енергийни компании, производители на автомобили, доставчици на автомобили и обществени институции, разработва коридори за бърза таксуване чрез страни от Европейския съюз, за ​​да насърчи развитието и приемането на ЕГ като част от инициативата "Свързване на Европа" ( фиг. 2 ). Устройствата ще бъдат отделени една от друга с 120 км до не повече от 150 км.

Фигура 2: Проектът Ultra-E на ЕС работи съвместно с Allego и други, за да създаде коридори за бърза таксуване през Европа. Изображение: Алего.
Първите сайтове бяха открити през декември 2017 г. В град Kleinostheim, близо до автомагистрала А3 на изхода Aschaffenburg-West, бяха инсталирани четири бързорежещи зарядни устройства Ultra-E в град Kleinostheim, близо до Франкфурт на Майн, Германия. Тази пролет, два от четирите станции с капацитет 175 киловата ще бъдат модернизирани до 350 кВт за още по-бързо зареждане и ще се добави допълнително, многостандартно съвместимо зарядно устройство с 50 кВт за малки ЕП и е-мотори. В крайна сметка мрежата ще има 25 многостепенни станции за бързо зареждане: 12 в Германия, 5 в Холандия, 4 в Австрия и 4 в Белгия.
По-разумна мрежа
Енергийната мрежа продължава да се развива в нещо по-интелигентно, гъвкаво и надеждно. Съвременните енергийни системи трябва да отчитат множество източници, безброй товари и мрежа от правила. Подобрението във всички аспекти на технологията с интелигентна мрежа премества топката напред много агресивно, тъй като този сегмент на индустрията е силно ценен и зеленият е най-успешен, когато е рентабилен.
Мрежовото съхранение е проблем с горещи бутони, защото е необходима основна инфраструктура за управление на алтернативна енергия като слънчева и вятърна енергия (геотермалната енергия е достатъчно последователна, за да не се разглежда тук). Аргументът за зелената енергия е далеч по-слаб, ако излишната енергия не може да бъде изместена до местата, които е необходима във времето, когато е необходимо.
Отвъд обществените успехи на усилията на Tesla за съхранение на микрогриди в Пуерто Рико и Австралия, значимите решения включват технология, разработена от изследователите на университета "Пурдуй", за да подобри батериите за обновяване, като същевременно ги направи по-рентабилни и екологични. Развитието обещава влияние отвъд мрежата за съхранение, тъй като би осигурило алтернатива за презареждане на електрически и хибридни превозни средства в процес, много подобен на управлението на бензина днес.
Екипът беше ръководен от Джон Кушман, професор по земя, атмосфера и планетарна професор, и професор по математика ( Фигура 3 ), който е съосновател на компания, наречена Ifbattery (IF-батерия), за да комерсиализира технологията. А ако батерията ще зарежда електрическите или хибридните превозни средства, като замени използваните течни електролити с прясна течност по начин не само познат на потребителя, но и гъвкав за дизайнера на превозното средство по отношение на капацитета и разположението. Отработеният електролит ще бъде рециклиран, презареден и повторно използван, допълнително намалявайки екологичното въздействие на батерията.

Фигура 3: Професор Джон Къшман от Purdue е основал компания, за да продава комерсиална батерия за рефлоу, която не е с мембрана, която е по-ефективна от гледна точка на разходите и е екологична, отколкото технологиите за пренапреждение. Изображение: Джон Кушман / Пурду.
Допълнително предимство би било способността да се използват съществуващите подземни тръбопроводи, помпени системи и системи за търговия на дребно, опростяване на осиновяването и намаляване на отпадането от страна на индустрията, тъй като съществуващите доставчици ще имат неразделна роля в новата технология.
Несъдържащата мембрана конструкция на Итабетър е в основата на икономическата ефективност и елиминира проблемите, свързани с замърсяването на мембраната. В допълнение, нетоксичният електролит разширява областите, в които може да се използва разтворът, от домовете до превозните средства до фабриките.
Електрически превозни средства
Въпреки че всички очи са на потребителски автомобили, реалните пазари (и първоначалните бойни полета) на приемането на EV ще бъдат в автомобилите на флота, като най-накрая камионите са в новините. Противно на популярното изображение на шофьора на дълги разстояния, много камиони се движат по сравнително къси, фиксирани маршрути между депата. Дълго използвана вътре в сградите и кампусите за товари или движение на хора, най-накрая пристигнаха електронни камиони и автобуси.
Това не е само за шумотевицата, която заобикаля полуострова на Тесла, съобщиха миналата година на великолепни фенове и с душ на авансови поръчки. Въпреки че съобщението беше наистина историческо, отбелязвайки първото по-голямо движение (за пореден път) в основния поток за електрически камиони, клиентите на Tesla ще чакат до две години за доставка на обещаното превозно средство.
Други предстоящи разполагания включват договор за стартиране на Proterra за предоставяне на 25 автобуса за батерии на Министерството на транспорта в Лос Анджелис и неотдавнашната поръчка за електрическите автобуси на New Flyer от Лос Анджелис. Е-камионите от китайския BYD, междувременно, се използват в пристанищата на Калифорния.
Но детето на плакат за широкомащабно комерсиализиране на електронни камиони е безспорно Мерцедес, чието превозно средство започна да се движи през февруари миналата година и сега е на улицата ( фиг.4 ). Електрическият камион на Мерцедес притежава свой собствен автомобил срещу подобни камиони с вътрешно горене с двигатели с вътрешно горене във всяко отношение, дори и от теглото му. Тройното осово моторно превозно средство има допустимо общо тегло от 26 тона и има задвижвана задна ос с електродвигатели в близост до главините на колелата с максимална мощност от 125 кВт и въртящ момент от 500 Нм на всяка страна.

Фигура 4: Електрическият камион на Мерцедес притежава свой собствен автомобил срещу подобни камиони с вътрешно горене и сега е на улицата. Изображение: Мерцедес-Бенц.
Литиево-йонната батерия има капацитет от 212 кВтч за обхват до 200 километра, с предсказуемо управление на заряда, проактивен предсказуем контрол на задвижването и други системи за управление на енергията, осигуряващи максимална ефективност. Камионите използват и ново решение, наречено FleetBoard за градско разпределение, което свързва телематичната система с управлението на задвижването за гъвкав график, осигуряващ оптимално използване на флота.
Синтетични горива
Независимо от това, колко добри ЕП ще получат, ще има клиенти и приложения, които се нуждаят от някакъв тип горивосъдържащо решение за превозни средства, за да служат там, където ЕП не са най-добрият начин за решаване на проблем или когато логистиката сериозно ограничава външната подкрепа. Докато батериите и горивните клетки могат да решат проблемите, синтетичните горива могат да направят това, като същевременно са почти 100% съвместими със съществуващата инфраструктура за захранване, съхранение, транспорт и търговия на дребно.
ExxonMobil и Synthetic Genomics наскоро обявиха пробив в напредналите биогорива, постигнати чрез модифициране на алгонов щам Nannochloropsis gaditana, за да се удвои експресията на маслото без големи странични ефекти ( фиг.5 ). Използването на генетичен превключвател за регулиране на конверсията между въглерода и маслото увеличава масленото съдържание на водораслите от 20% на повече от 40%, като същевременно поддържа растежа на водораслите.

Фигура 5: ExxonMobil и Synthetic Genomics генетично модифицирани щамове на водорасли, за да удвоят нефтеното си съдържание, без да потискат растежа си. Изображение: Синтетична геномика.
Развитието е насочено към дългогодишния проблем на икономическата ефективност в производството на биогорива. Ограничаването на хранителни вещества като азот може да увеличи производството на мазнини в водорасли, но за сметка на фотосинтезата, което отрицателно влияе върху растежа на водораслите. Поддържането на растежа, докато се увеличава съдържанието на петрол, би направило горивото, базирано на водорасли, по-високо от традиционните биогорива, тъй като суровината процъфтява в солена вода и при тежки условия на околната среда. Освен че може да използва съществуваща инфраструктура за транспортиране и съхранение, горивото от водорасли може да бъде преработено в съществуващи рафинерии с малка модификация, произвеждайки газ, който за потребителя няма да се различава от съществуващите продукти на базата на изкопаеми горива.
Очаквам
Тази година без съмнение ще донесе своя дял от интересни разработки, непредвидени събития, хладна технология и разрушителни съобщения. Потърсете новини от обичайните заподозрени - електромобили, интелигентна мрежа и потребителски продукти - но също така да бъдете отворени за разработката, която разстройва кошчето за ябълки и прави предупрежденията на всички (дори и моите) подвижни.