НТИ июнь 2011 Ч.1 Энергия, Электроника

С огромным опозданием (и отнюдь не по вине автора), начинаю размещать июньский материал рубрики НТИ.

Редактор

 

Уважаемые коллеги, читатели «Методолога»!

Так сложилось, что в июньском обзоре отсутствует «безраздельная» часть и раздел «ЭКОЛОГИЯ». К сожалению, ничего заслуживающего внимания в июне на эти темы мне не попалось. Вся информация рассредоточена по традиционным разделам обзора и общее количество (надеюсь, и качество) новостей сохраняется. 

 

В разделе ЭНЕРГИЯ, как обычно, много внимания уделено нетрадиционным источникам. «Ветер и солнце обеспечат от 19 до 63 % потребностей в электроэнергии», пишет 2 июня www.strf.ru.  «Переменные источники энергии могли бы обеспечить от 19 до 63% потребности в электроэнергии во многих странах, говорится в новом докладе Международного энергетического агентства (МЭА).Нанесён ещё один удар по пессимистам, которые считают, что перегруженные энергосистемы и жёсткие рынки затрудняют интеграцию возобновляемых источников энергии в нынешнюю инфраструктуру. В документе дана оценка восьми крупнейшим промышленно развитым странам и экономическим зонам. Делается вывод, что ветер и солнце могли бы обеспечить 19% потребности Японии и 63% — Дании. Остальные — Канада, Мексика, Скандинавия, Испания и Португалия, Великобритания и Ирландия, США — находятся между этими двумя цифрами. Главное препятствие на пути более широкого использования переменных источников энергии — перегруженная электросеть. В Мексике с этим сложнее всего, а в Скандинавии — проще. Другая важная проблема — жёсткость рынка. Угольные, газовые и отчасти атомные электростанции могли обеспечить гибкую поддержку энергетике на переменных источниках, но структура энергетических рынков, как правило, препятствует этому. Например, только 4% электроэнергии Соединённого Королевства продаются на открытом рынке, тогда как в Нидерландах — 30%, а в Скандинавии — 70%. Остальная доля приходится на долгосрочные контракты. Пока суд да дело, в некоторых странах использование переменных источников энергии растёт довольно быстро. В 2010 году ветер давал Дании уже 24% электроэнергии, а Испании и Португалии — 14%. 9 ноября прошлого года Испания даже поставила своеобразный рекорд: 46,7%».

«Турция первой построит электростанцию нового типа», сообщает 10 июня www.membrana.ru. «Впервые в мире в одной электростанции одновременно будут задействованы три источника энергии — природный газ, ветер и солнце. В такой гибридизации туркам помогут партнёры из США. 7 июня 2011 года было объявлено, что турецкая MetCap Energy Investments выбрала в качестве базы для своей инновационной электростанции недавно разработанную американской компанией GE технологию FlexEfficiency. Это высокоэффективная газотурбинная электростанция, отличающаяся к тому же относительно простой и очень рациональной конструкцией, высокой ремонтопригодностью и выдающейся гибкостью в настройках. Суть же новой идеи такова: энергетическая установка на основе газовой турбины (как центральное ядро комплекса) будет дополнена термальной солнечной электростанцией и небольшой ветровой фермой. Причём дополнена так, чтобы у этих установок было максимальное количество общих узлов и систем. Скажем, у солнечной и газовой частей станции будет единый общий генератор. Он сидит на одном валу с газовой и паровой турбинами. Для последней пар поставляет бойлер на солнечной башне (solar power tower), освещаемой зеркалами, а ещё — парогенератор, работающий за счёт тепла отработанных газов основной (метановой) турбины. Заметим, идея скрещивания классической тепловой электростанции с альтернативной не нова. К примеру, прошлым летом в США заработала первая солнечно-угольная электростанция. Но теперь турки и американцы намерены соединить в одном объекте сразу и тепловую станцию, и солнечную, и ветровую. Последняя тоже получит выгоду от интеграции — она будет использовать единые для всех трёх частей комплекса системы управления и подключения к энергетической сети. Таким образом, FlexEfficiency извлекает несколько плюсов из идеи скрещивания технологий. Во-первых, снижается стоимость альтернативных источников. Та же солнечная электростанция в новом комплексе не нуждается в отдельном генераторе и аппаратуре управления, и даже в собственной паровой турбине, а использует те, что поставлены для электростанции на газе. Набор же ветряков исключает из своей стоимости всяческие трансформаторы и ЛЭП, да всё ту же контролирующую электронику. Во-вторых, газовая составляющая комплекса может гибко реагировать на перемены в ветре и солнце, сглаживая колебания в выработке электричества от этих источников. Ведь для своей системы FlexEfficiency GE разработала стационарную газотурбинную установку, которая способна намного быстрее предшественниц менять вырабатываемую мощность, сохраняя высокий КПД даже при частичной нагрузке. Все три части предполагаемой станции так дополняют друг друга, что, по расчётам GE, новая «газово-альтернативная» электростанция сможет быть конкурентоспособной, то есть будет поставлять электричество по умеренной цене… Передовая станция, реализующая комбинированный цикл с интеграцией возобновляемых источников (Integrated Renewables Combined Cycle), должна заработать в 2015 году. Располагаться она будет в турецком городе Караман (Karaman). Эта электростанция должна развивать мощность в 530 мегаватт, из которых на ветер и солнце придётся 22 и 50 мегаватт соответственно. Расчётная общая эффективность турецкой станции составляет 69%».

6 июня www.membrana.ruсообщает, что «Открыта первая ночная солнечная электростанция». «Первая в мире коммерческая солнечная электростанция, основанная на центральной башне, полях зеркал-концентраторов и большом накопителе расплавленной соли, введена в эксплуатацию близ Севильи в городе Фуэнтес-де-Андалусия. В конце мая компания Torresol Energy запустила в работу электростанцию GemasolarPowerPlant(ранее известную как проект SolarTresPowerTower). Про эту систему, ещё на стадии разработки, и про нескольких её предшественниц мы рассказывали четыре года назад. Теперь испанцы, объединившие для реализации замысла компании из нескольких стран, рассказали, что получилось в итоге. Станция максимальной мощностью 19,9 мегаватта будет производить 110 гигаватт-часов энергии в год. Gemasolar гарантирует выработку электричества более 270 суток в году. Это примерно втрое больше, чем у других систем на альтернативной энергии, как известно, страдающих от непостоянства источника (будь то солнце, волны или ветер). Секрет станции заключается в большом накопителе расплавленной соли, которая играет роль промежуточного носителя на пути тепла от приёмника солнечного излучения до паровых турбин. Ранее инженеры уже проводили опыты с буферным сохранением тепловой энергии в солнечных электростанциях, но никогда в таком крупном масштабе. Дело в том, что накопитель тепла в Gemasolar способен обеспечивать комплекс энергией в течение целых 15 часов после захода Солнца. Возможности теплового буфера новой электростанции с запасом перекрывают всю ночь или, к примеру, целый облачный день. Это свойство позволяет установке работать без перебоев 24 часа в сутки и большую часть дней в году. Станция Gemasolar, которая обошлась партнёрам в $427 миллионов, уже подключена к энергетической сети. Она способна снабжать энергией до 25 тысяч домов, при этом расчётная экономия выбросов CO2 составляет 30 тысяч тонн в год...»

«Соляные аккумуляторы смогут питать целые города», обещает 16 июня www.nanonewsnet.ru. «Команда ученых из министерства энергетики США и Университета Уханя (Китай) разработала технологию изготовления натрий-ионных аккумуляторов, которые могут стать дешевым и эффективным накопителем электричества, поступающего от альтернативных источников энергии. Как известно, для надежного подключения солнечных и ветряных источников энергии в национальную электрическую сеть требуется аккумулятор, который сможет отдавать электричество в момент простоя генераторов. Литий-ионные аккумуляторы, широко распространенные на рынке потребительской электроники, слишком дороги для такого использования. Натриевые аккумуляторы дешевы, но современные натрий-серные аккумуляторы работают при температурах выше 300 градусов по Цельсию, что снижает их емкость и создает серьезные проблемы по обеспечению безопасности таких батарей. Группа ученых постаралась совместить достоинства обоих типов аккумуляторов и создать новый тип – натрий-ионную батарею с дешевым натриевым электролитом и электродами из литиевых батарей. Натрий-ионный аккумулятор работает при комнатной температуре и использует ионы натрия, т.е. обычную поваренную соль. Новая технология позволит создавать дешевые натриевые аккумуляторные батареи, для крупномасштабного использования в национальных электросетях. ольше всего ученым пришлось поработать над электродами, «позаимствованными» у литий-ионных аккумуляторов. Эти электроды изготовлены из оксида марганца, атомы, которого образуют множество отверстий и тоннелей, в которые проходят ионы лития во время работы аккумулятора. Свободное передвижение ионов лития позволяет батарее накапливать или отдавать электричество. Однако простая замена ионов лития на ионы натрия невозможна – последние на 70% крупнее и не проходят сквозь поры оксида марганца. Чтобы найти способ решить эту проблему и увеличить размер пор в электроде, исследователи обратились к наноматериалам. Наиболее привлекательным оказался путь создания нанопроводов на основе оксида марганца, по которым ионы натрия могли бы беспрепятственно скользить и не зависеть от размера пор в электроде. Экспериментируя с различными условиями формирования нанопроводных электродов и контролируя результаты с помощью сканирующего электронного микроскопа, ученым удалось при температуре 750 градусов по Цельсию изготовить идеально ровные кристаллы оксида марганца. Прототип натрий-ионного аккумулятора с новыми электродами показал пиковую емкость в 128 миллиампер-часов на грамм материала электрода, что превосходит предыдущий «рекорд» в 80 миллиампер-часов на грамм. Кроме того, новый аккумулятор демонстрирует достаточную для потребительского использования долговечность: после 100 циклов зарядки-разрядки, он потерял только 7% своей емкости, а после 1000 – 23%. Единственный недостаток натрий-ионного аккумулятора заключается в том, что чем быстрее он заряжается, тем меньше энергии он может накопить. Ученые предполагают, что это связано с медленным движением ионов натрия. Для решения этой проблемы планируется создать еще более мелкие нанопровода, которые смогут обеспечить быструю зарядку и разрядку в условиях городской электросети».

 «Нанотехнологии сделают заряд аккумулятора бесконечным», полагает 23 июня www.nanonewsnet.ru. «Вскоре достаточно будет просто постучать пальцем по экрану вашего карманного гаджета и он подзарядится – с таким заявлением выступили австралийские ученые. Группе учёных Австралийского национального университета и Королевского университета Мельбурна удалось добиться успеха в области, которая уже давно привлекает исследователей-практиков – как эффективно преобразовывать механическую энергию в электрическую. Открытие было сделано при исследовании комбинированных материалов, состоящих из пьезоэлектриков, которые преобразуют энергию давления в электрическую и тонких пленок. В своем отчете ученые неоднократно используют термин «наноиндентирование», что означает совокупность методов, использующих прецизионное локальное силовое воздействие на материал и одновременную регистрацию деформационных откликов с нанометровым разрешением. С помощью наноинтедтирования им удавалось точно контролировать ток и напряжение, которое вырабатывали пьезоэлектрические тонкие пленки и составить точные схемы соотношения давления и производимого электричества. В результате исследователи создали композитную структуру, в которой тонкие пленки располагаются не большими слоями, а островками и именно благодаря такой структуре выработка тока увеличивается многократно. Если встроить пластины такого композита в экран устройства с тачскрином, например, ipod, то он будет подзаряжаться от прикосновений к экрану».

 

РазделЭЛЕКТРОНИКА продолжает и развивает тематику предыдущего раздела. «Установлен рекорд эффективности для гибких солнечных элементов на полимерной подложке», пишет 2 июня www.nanonewsnet.ru. В Швейцарских федеральных лабораториях по испытанию и исследованию материалов (Empa) создан гибкий солнечный элемент на полимерной подложке, который демонстрирует эффективность преобразования энергии в 18,7%. Светопоглощающим материалом в новом элементе служит составной полупроводник, диселенид галлия-индия-меди (CIGS). Швейцарская научная группа уже давно экспериментирует с этим материалом: в 2005 году она представила гибкое устройство с эффективностью преобразования в 14,1%, в 2010-м — достигла 17,6%, а нынешнее значение в 18,7% можно считать рекордным для любого типа гибких элементов, выращенных на полимерной подложке или металлической фольге. Представленные результаты измерений, заметим, были проверены в германском Фраунгоферовском институте солнечных энергосистем. В случае CIGS-элементов на металлической фольге с диффузионным барьером высокие значения эффективности, доходящие до 17,5%, были получены при температуре изготовления, которая превосходила 550 ˚C. Оригинальный низкотемпературный процесс осаждения CIGS, разработанный швейцарцами, позволил увеличить эффективность до 17,7% без диффузионного барьера, а теперь, как видим, утвердил превосходство полимерной плёнки над фольгой. «Сейчас перед нами стоит другая задача, — говорит руководитель Empa Джан-Лука Бона (Gian-Luca Bona). — Необходимо наладить производство солнечных модулей и попытаться снизить их стоимость». Некоторые шаги в этом направлении уже сделаны: коммерциализацией технологии начал заниматься стартап FLISOM».

«Открыт невиданный метод обращения тепла прямо в электроток», сообщает 29 июня www.membrana.ru. «Исследователи из университета Миннесоты испытали новый материал, конвертирующий слабое рассеянное тепло в электрический ток способом, который никогда прежде не демонстрировался. Учёные из США разработали экзотический сплав-мультиферроик, сочетающий необычайно «эластичные» магнитные и сегнетоэлектрические свойства. Физики сумели переплести на атомарном уровне ряд элементов так, что получился состав с упрощённой формулой Ni45Co5Mn40Sn10. В серии опытов он проявил поистине необычные возможности. В эксперименте сплав испытывал быстрые и обратимые фазовые превращения, в которых одно твёрдое тело словно сменялось другим по строению, но тоже твёрдым телом. В момент самого перехода сплав претерпевал резкое изменение магнитных свойств, которое было использовано в устройстве преобразования энергии. Во время демонстрации установки новый материал сначала пребывал в немагнитном состоянии, представляя по структуре мартенсит. Но когда температура незначительно повысилась, материал вдруг стал сильно ферромагнитным, обратившись при этом в аустенит. Когда это произошло, сплав поглотил тепло и спонтанно обратил его в электричество при посредничестве окружающей деталь катушки. Некоторая доля тепловой энергии в таком цикле теряется из-за гистерезиса. Критическое открытие команды – это способ минимизации гистерезиса при фазовом превращении. Учёные подчёркивают перспективу новинки: «Теория предсказывает, что при оптимальных условиях производительность (нового метода конверсии) выигрывает в сравнении с лучшими примерами термоэлектричества. Из-за низкого гистерезиса сплава перспективным направлением применения этой концепции представляется преобразование энергии при малых ΔT. Это предлагает новый путь к освоению огромного количества энергии, накопленной на Земле в виде небольшой разницы температур».

 «Технический прорыв: биоэлектроника заработала», пишет 22 июня www.nanonewsnet.ru. «Ученые из Университета Пенсильвании разработали метод интеграции биологических компонентов в электронные схемы. Новая технология позволяет не только создавать биоэлектрические схемы, работающие на открытом воздухе, но и изучать электрические свойства подобных устройств. Новая биоэлектрическая схема состоит из искусственных белков, пептидных спиралей с фотоактивными молекулами внутри. Эти белки расположены на электродах, которые передают электрические заряды между металлическими и неметаллическими элементами. При облучении белков светом они превращают фотоны в электроны и передают их на электроды. В ходе разработки изобретатели столкнулись с серьезной проблемой: они смогли проверить пептидные сборки на предмет реакции на свет, однако не было никакой возможности количественной оценки их электрических свойств.Проектирование кремниевых схем и устройств изначально проще, чем биологической электроники, поскольку можно измерить «большой кусок» кремниевой схемы и экстраполировать данные на более миниатюрные устройства. Однако с белками это невозможно, а необходимых инструментов с нанометровой чувствительностью просто не существует. Поэтому ученым пришлось придумать новый способ измерения электрических свойств белков, чтобы их можно было использовать не только в лабораторном растворе, но и в обычных «бытовых» электронных схемах. Для решения этой задачи команда исследователей разработала новый тип атомного силового микроскопа, который обеспечивает пространственное разрешение от нескольких нанометров до отдельных атомов. Ноу-хау заключается в использовании металлической иглы микроскопа (так называемого кантилевера) для создания колеблющегося электрического поля, с помощью которого определяется реакция электронов биоэлектрической схемы. Определив эту реакцию, можно изучать сложные взаимодействия внутри цепи, а также ее свойства, например электрическую емкость.Для создания биоэлектрических схем изобретатели используют метод самосборки белков авторства Богданы Дишер (Bohdana Discher) и новую методику штамповки пептидов на графитовые листы электродов. Биоэлектроника может найти широчайшее применение. Наиболее очевидные области приложения: фотоэлектрические панели, а также биохимические датчики, способные реагировать на присутствие в воздухе определенных токсинов».

 «С помощью новой технологии были получены нанопроводники километровой длины», сообщает 20 июня www.nanonewsnet.ru. «Разработав новую технологию обработки высокотехнологичных материалов, исследователи сплели совершенные нити, состоящие из нескольких высококачественных нанопроводов. При этом, длина каждой сплетенной нити составляла порядка тысяч метров. Эта технология позволит производить тончайшие и однородные нанопроводники. Такие нанопроводники найдут широкое применение во всевозможных датчиках, энергетических устройств, в области медицинской техники и диагностики, и в любых малогабаритных электронных устройствах. Весьма крайне редко можно увидеть сочетание приставок нано- и кило-, ведь эти величины разнятся между собой на 12 порядков, говорит Мехмет Бейиндир (Mehmet Bayindir), ученый, возглавляющий данные исследования в Институте материаловедения и нанотехнологий университета Билкент (Institute of Materials Science and Nanotechnology at Bilkent University) в Турции. Современная реализация классической прялки, позволила исследователям вытянуть нанонити, размеры которых исчисляются миллиардными долями метра, на километровую длину. Исходным материалом для производства нанопроводников стал металлический твердый прут, диаметром 10 миллиметров, покрытый прочным полимерным покрытием. Металл прутка был размягчен с помощью высокой температуры и вытянут в длинную нить, толщиной в несколько микрометров. Полученная нить была разделена на отрезки длиной по 15 сантиметров, из которых, практически классическим способом, был сплетен конечный нанопроводник. Повторная обработка сплетенного нанопроводника высокой температурой позволила упорядочить расположение нитей, которые уложились в безупречную структуру, наподобие структуры стальных тросов, которые каждый из нас видел не один раз. После нескольких таких этапов исследователи получили длинный нанопроводник, состоящий из сотен нанопроводов. Если расплести и расположить в ряд все нанопровода этого проводника, то суммарной их длины хватило бы на то, что бы «поймать в петлю» земной шар полностью. Достижение турецких исследователей преследует собой цель не только стать одной из записей книги рекордов Гиннеса, куда, кстати, уже была подана соответствующая заявка. Как уже упоминалось ранее, такие нанопроводники могут быть очень полезными для разработки новых светочувствительных устройств, осветительных приборов, миниатюрных транзисторов, микросхем и прочих электронных приборов, где требуются электрические соединения, выполненные с помощью тончайших проводников. Разработанная технология, согласно заявлению разработчиков, была успешно применена и к другим материалам. Среди материалов, из которых удалось спрясть нанопроводники, было стекло, различные полимерные материалы и пьезоэлектрические материалы, вырабатывающие электричество при физической деформации».

Алфавитный указатель: 

Рубрики: 

Subscribe to Comments for "НТИ июнь 2011 Ч.1  Энергия, Электроника"