Ученые нескольких известных университетов опубликовали результаты недавних проектов, связанных с энергетикой.
В Крэнфилдском университете (Великобритания) технологии производства водорода развиваются с учетом снижения затрат и выбросов углекислого газа; исследователи Мичиганского университета опубликовали лучшие методы продления срока службы литий-ионных батарей; исследование Массачусетского технологического института (MIT) показало, что значительные выгоды могут быть достигнуты благодаря двусторонней схеме торговли электроэнергией между Северо-Востоком США и Квебеком.
Низкоуглеродная водородная технология.
Международное сотрудничество под руководством британского университета Крэнфилд работает над тем, чтобы водород стал «чистым топливом будущего».
В рамках проекта, известного как HyPER, будет использована современная 1,5-мегаваттная экспериментальная установка в Крэнфилдском университете для испытания инновационной технологии производства водорода с использованием парового риформинга с улучшенным сорбентом.
В проекте также участвуют американская научно-исследовательская (R&D) организация Gas Technology Institute (GTI), которая изобрела технологию производства, и Дузан Бабкок (Doosan Babcock).
Программа "Инновации в энергетике" Министерства бизнеса, энергетики и промышленной стратегии Великобритании предоставила 7,5 млн. фунтов стерлингов (9,675 млн. долл. США) для финансирования проекта.
Водород предоставляет возможность более чистого, экологически чистого топлива для отопления наших домов и доставки нас из пункта «А» в пункт «Б».
Инновационный проект от Университета Крэнфилда, GTI и Доосана Бэбкока - это еще один шаг в продвижении климатических проектов.
Ожидается, что в будущем спрос на низкоуглеродный водород значительно возрастет, так как он используется для декарбонизации газовых сетей, промышленности, энергетики и транспорта.
Технология производства водорода GTI по своей природе улавливает углекислый газ в процессе производства водорода и смещает химические реакции в пользу производства большего количества водорода.
В результате получаются потоки водорода и углекислого газа высокой чистоты, которые можно хранить, продавать или транспортировать туда, где это необходимо.
Ключевое преимущество нового процесса заключается в том, что он может быть более экономичным и эффективным, чем другие технологии, поскольку потоки продуктов находятся под давлением.
При этом процессе природный газ будет использоваться для непосредственного производства водорода.
Установка компактна, но при этом, по данным университета, способна работать на очень больших мощностях.
Она может производить водород высокой чистоты при стоимости на 30% ниже, чем обычные методы паровой конверсии метана, которые требуют улавливания СО 2 в качестве дополнительной дорогостоящей технологической стадии.
Традиционные технологии также ограничены в той части выбросов CO2, которую действительно можно избежать при разумных экономических затратах.
Ожидается, что после успешного завершения первого этапа экспериментальная установка будет введена в эксплуатацию в 2021 году.
Д-р Питер Клаф, преподаватель энергетического машиностроения в Университете Крэнфилда, прокомментировал: «Экспериментальная установка станет фантастической возможностью продемонстрировать расширение масштабов работы, а также станет уникальной учебной и исследовательской базой для студентов в университете Крэнфилд».
Работа первого этапа показала, что технология обладает огромным рыночным потенциалом и экономически выгодна.
Продвижение технологии вперед позволит свести к минимуму выбросы парниковых газов, и ожидаются значительные выгоды для потребителей, промышленности и водородного сектора.
Сведение к минимуму разложения литий-ионных батарей.
Исследователи из Университета Мичигана (UM) опубликовали в Журнале хранения энергии выводы о передовых методах продления срока службы литий-ионных аккумуляторов и минимизации их износа. Работа была поддержана Коалицией за ответственное отношение к батареям, коалицией компаний, ученых и организаций, приверженных принципам ответственного управления батареями.
Взаимосвязь между работой батарей и их деградацией и сроком службы является сложной.
Деградация батарей приводит к преждевременной замене или выходу из строя продукта, в результате чего возникает экологическая нагрузка, связанная с производством и переработкой новых материалов для батарей, а также перегрузки в конце срока службы. Это также накладывает значительные расходы на пользователей, так как батареи могут составлять более 50% стоимости некоторых изделий.
Многие из рекомендуемых методов, обнаруженных группой исследователей U-M, связаны с тремя основными переменными, которые влияют на здоровье батареи: температура, состояние заряда и ток.
Конкретные рекомендации:
- Избегайте экстремальных температур, как высоких, так и низких, при использовании или хранении литий-ионных аккумуляторов, следуйте конкретным рекомендациям по защите батарей от прямого солнечного света и храните их в затененных и прохладных местах.
- Минимизация 100% или 0% заряда батареи, так как батареи находятся в состоянии напряжения как при очень высоком, так и низком уровне заряда.
- Избегайте быстродействующих зарядных устройств, которые, хотя и удобны, но разлагают литий-ионные аккумуляторы быстрее, чем стандартная зарядка.
Батареи благодаря соблюдению минимальных условий могут прослужить дольше, что оказывает положительное воздействие на окружающую среду, поскольку производство батарей является источником выбросов парниковых газов и многих других загрязняющих веществ.
По мере того, как мир переходит на экономику, питающуюся от аккумуляторов, первостепенное значение для окружающей среды заключается в максимальном продлении срока службы всех типов батарей.
Хранение энергии в гидроплотинах.
Недавнее исследование, проведенное исследователями Массачусетского технологического института (MIT), показало, что штаты на северо-востоке США могут перейти на низкоуглеродистую электроэнергию с меньшими затратами за счет использования гидроэнергетических резервуаров в Квебеке для аккумулирования энергии.
Вопреки общепринятому мнению, в исследовании утверждается, что гидроэнергетические резервуары Квебека лучше всего использовать северо-восточные штаты как виртуальный энергонакопитель, а не как непрерывный источник энергии.
Эта концепция не нова.
Выступая на саммите BloombergNEF в Нью-Йорке в марте прошлого года, Эрик Мартел, президент и главный исполнительный директор Hydro-Quebec, сказал: «Наши водохранилища - это наши батареи».
Гидро-Квебек эксплуатирует около 60 гидроэлектростанций.
По словам Мартеля, резервуары компании настолько велики, что коммунальное предприятие «может хранить 175 ТВтч, что обеспечит весь штат Нью-Йорк электроэнергией почти на полтора года».
Поскольку штаты США обязуются производить 100% чистую электроэнергию, производство электроэнергии будет все в большей степени зависеть от возобновляемых технологий, таких как использование энергии ветра и солнца.
Поскольку эти технологии не являются стабильными и не могут поступать по мере необходимости, то необходим резервный источник для обеспечения стабильности системы электроснабжения в течение часов, дней и сезонов.
Исследование Массачусетского технологического института показало, что при низком содержании углерода стоимость гидроэлектроэнергии Квебека максимизируется, если ее использовать для баланса и хранения возобновляемой электроэнергии, вырабатываемой из непостоянных ветряных и солнечных ресурсов.
Однако существующая система трансграничной передачи не оптимизирована для этой цели.
По словам исследователей, для более эффективного использования активов по производству и передаче гидроэлектроэнергии необходимо перейти от одностороннего экспорта электроэнергии из Канады к США к двусторонней торговле электроэнергией.
Существующие ограничения в отношении трансграничных передающих мощностей также должны быть устранены.
Исследования показывают, что двусторонняя торговля между северо-востоком США и Квебеком может помочь снизить общие затраты на энергосистему, уменьшить зависимость от природного газа и снизить потребность в улавливании и связывании углерода в обезуглероженной электрической системе.
Добавление 4 ГВт новой передачи между Новой Англией и Квебеком приведет к снижению затрат на электроэнергетическую систему с нулевым выбросом углерода в этих регионах на 17–28%.
Существующих гидроэнергетических ресурсов достаточно для обеспечения этих услуг по балансированию на Северо-востоке без необходимости создания новых гидроэнергетических резервуаров.