Лео Лоренц. Транзистор на миллион

Если посмотреть непрофессиональным взглядом на биполярный транзистор с изолированным затвором, то можно увидеть лишь небольшой пластиковый блок с тремя штекерами не больше спичечного коробка, однако за этой неказистой деталью кроется одно из самых значимых открытий современной физики.

Сейчас такой транзистор установлен в 96% всех электроприборов. Он позволяет увеличить экономию производства в несколько десятков раз, сократить потребляемую энергию, а значит – улучшить климат на Земле. Разработкой этой технологии занимался советник директора по технологиям Infineon Technologies AG, номинант премии «Глобальная энергия» Лео Лоренц.

Созданный Лоренцом новый тип биполярного транзистора с изолированным затвором (БТИЗ) произвёл настоящую революцию в области преобразования энергии. «Принимая во внимание тот факт, что более 50% всей потребляемой электроэнергии перерабатывается в электрических машинах, эта новая технология оказала большое влияние на энергосбережение. Новый тип БТИЗ, выполненный по технологии «Trench/Field Stop» обладает прочностью, устойчивостью к перегрузкам и коротким замыканиям, низкими потерями в открытом состоянии и динамическими потерями; он прост в управлении, имеет отличные тепловые характеристики», – пояснил Л. Лоренц в интервью «Глобальной энергии».

По сравнению с предыдущими технологиями, БТИЗ обладает улучшенными электрическими и тепловыми характеристиками, более высокой надёжностью, прочностью и более длительным сроком службы. «Выдающиеся электрические характеристики с точки зрения коммутационных свойств, показатели потерь в открытом состоянии, способность противостояния перегрузкам и короткому замыканию, а также простота в эксплуатации убедили системных инженеров сразу же начать применять эти устройства, заменяя ими предыдущие технологии», — отметил учёный.

Но это не все достоинства БТИЗ. Продолжение следует.
https://globalenergyprize.org/ru/2021/08/30/leo-lorenc-tranzistor-na-million/

Так выглядит первый в мире летающий ветрогенератор.

Изготовители современных ветряков пытаются сделать их как можно выше, чтобы поместить лопасти турбин в ту часть атмосферы, где дуют постоянные ветры. Но некоторые из компаний, работающие в сфере ВИЭ, считают, что легче создать летающий ветрогенератор в виде дирижабля. Одна из таких компаний – Altaeros Energies, которая уже запустила первый летающий ветрогенератор над Аляской.

В отличие от больших стационарных ветрогенераторов, летающие не предназначены для отдачи вырабатываемой ими энергии в общую сеть. Они хороши для военных баз, удаленных мест добычи полезных ископаемых и зон, в которых нарушено обычное энергоснабжение из-за техногенных катастроф или стихийных бедствий.

Проект компании Altaeros Energies финансируется государственным фондом Alaska Energy Authority Emerging Energy Technology Fund и компанией RNT Associates International, владелец которой руководит также крупнейшей индийской энергокомпанией Tata Power.

Энергосистема в процессе перемен

- Современное преобразование энергии сталкивается с вызовами, по крайней мере, в двух основных направлениях. Первая задача – удовлетворить растущий спрос на энергию на планете по мере повышения уровня жизни и роста населения. Вторая – разработать долгосрочное устойчивое производство электроэнергии, чтобы добиться желаемой декарбонизации.

На глобальной повестке стоит изменение климата, и потребность в осуществлении энергетического перехода высока; мы видим, что у многих стран уже составлены серьёзные планы по изменению своих энергетических систем в краткосрочной и долгосрочной перспективе. Германия, США и Китай на данный момент обладают крупнейшими мощностями возобновляемых источников энергии. Однако эти показатели являются относительными, поскольку, например, ведущей страной с точки зрения получения возобновляемой энергии является Дания, где более 60% электроэнергии вырабатывается из возобновляемых источников.

Также важно более эффективно использовать энергию и ограничить рост энергопотребления, а также потребность в новых генерирующих мощностях. В данном контексте необходимо, помимо прочего, повышать объёмы электрификации, чтобы сделать его более эффективным сократив выбросы углерода. Поскольку ключевыми факторами для такой трансформации являются возобновляемые / устойчивые генерирующие мощности, то они должны стать ещё дешевле.

Сегодня энергия ветра и солнца вполне способна конкурировать с ископаемым топливом, но ожидается, что технологии станут ещё более эффективными и дешёвыми благодаря закону подобия. Ветру и солнцу не нужно никакого топлива для производства энергии – кроме них самих – а следовательно, они являются устойчивыми источниками энергии, поскольку, производя её, они не производят выбросов углерода.

Фреде Блобьерг, профессор, руководитель Центра отказоустойчивой силовой электроники (CORPE), Ольборгский университет

📚Из второго ежегодного доклада «10 прорывных идей в энергетике на следующие 10 лет»

«Мёртвая корова» в деле

Бразилия обсуждает с Буэнос-Айресом возможность строительства газопровода из аргентинской гигантской сланцевой провинции Vaca Muerta (в переводе с испанского «Мёртвая корова»), заявил президент страны Жаир Болсонару.

Стоимость трубопровода может составить около 5 млрд. долларов. По оценкам Reuters, в 3,7 млрд. долларов обойдётся реализация проекта на территории Аргентины, ещё 1,2 млрд. — в Бразилии. Пока неизвестно, как именно будет финансироваться строительство. Между тем, проект позволил бы добиться Бразилии снижения внутренних цен на газ. Страна в этом году импортирует большие объёмы СПГ на фоне сильнейшей засухи.

Vaca Muerta, добыча на которой восстанавливается после пандемии, является вторым по величине сланцевым газовым месторождением. Его извлекаемые ресурсы составляют 16 млрд. баррелей нефти и 308 трлн. кубических футов газа.
https://globalenergyprize.org/ru/2021/08/31/gazoprovod-argentina-braziliya/

Не все методы очистки НСО одинаково полезны

Самым распространённым примером этого на практике является то, что комплексообразованные материалы проявляют неустойчивость к влаге, поступающей из атмосферы или грунтовых вод, что приводит к их разрушению и высвобождению в окружающую среду загрязняющих веществ.

Также высок риск того, что при смешивании буровых нефтесодержащих отходов (НСО) с вяжущими материалами в состав буровых шламов будут входить глины с низкой проницаемостью воды, что может привезти при обильных атмосферных осадках к подтоплению территорий, где будут размещаться «обезвреженные» отходы.

ЦД для ЕЭС - что важно?

Вопросы информационной обеспеченности цифровых двойников (ЦД) особенно актуальны для территориально распределённой и структурно сложной сети. Например, Единой электроэнергетической системе России (ЕЭС) это важно для эффективного управления её режимами, планирования мероприятий по обслуживанию и ремонтам, предотвращения аварийных ситуаций и др.

Сложившаяся к настоящему времени эффективно работающая иерархическая система диспетчерского и автоматического управления режимами ЕЭС России обеспечивается детальной текущей измерительной информацией, получаемой от традиционных и векторных средств измерений систем SCADA и СМПР (Система мониторинга переходных режимов). На основе получаемых данных формируются текущие информационные модели ЕЭС, Объединённых и Региональных энергетических систем, являющиеся основой для решения технологических задач мониторинга и прогнозирования режимов и управления ими. Они реализуются системой EMS (Energy Management System) на каждом уровне территориальной иерархии. Для управления режимами ЕЭС вырабатываются управляющие воздействия, выполняемые диспетчером и системой автоматического управления.

Разработанная и используемая Системным оператором (СО) ЕЭС России распределенная иерархическая информационная модель ЕЭС является представительной развитой базой для формирования цифрового двойника энергообъединения на всех уровнях территориальной иерархии. Создание информационных моделей цифрового двойника представляется целесообразным осуществлять по нескольким направлениям, о которых завтра.

Оставайтесь с нами 👀
https://yangx.top/globalenergyprize/1230

Транзистор Лоренца. Достоинства и перспективы

Помимо перечисленных плюсов есть у разработки ещё одно существенное преимущество - стоимость биполярных транзисторов с изолированным затвором (БТИЗ) оказалась значительно ниже по сравнению со старыми технологиям, а его энергосберегающий потенциал достиг 30%.

В результате всего за несколько лет БТИЗ заменили собой почти все имеющиеся технологии и стали применяться в большинстве как промышленных, так и бытовых электроприборов. Одновременно новые транзисторы стали активно применяться в принципиально новых энергетических областях, таких как производство электромобилей, технологии возобновляемых источников энергии, сети среднего напряжения для подключения к энергосистемам.

На сегодня БТИЗ применяются более чем в 96% всех электрических устройств. Эти устройства доступны в диапазоне мощностей от 500 В до 6500 В, от 1 А до 5000 А. Ими пользуются компании по всему миру, разрабатывающие и производящие системы управления двигателями – от очень малой мощности в 100 Вт в домашних и офисных помещениях до нескольких МВт в двигателях высокоскоростных поездов, насосах для откачки рудных вод, установках снабжения больших городов.

Перспективной областью являются источники возобновляемой энергии, такие как ветряные или солнечные электростанции, ЛЭП или любые сети постоянного тока, робототехника в автоматизации производства или просто системы хранения энергии в центрах обработки данных и в больницах. Помимо них существует множество других областей применения систем преобразования энергии: индукционный нагрев, твердотельные трансформаторы, применение в химической промышленности. Эти устройства необходимы для точного управления потоком электроэнергии, высокой эффективности, надёжности и компактности.
https://yangx.top/globalenergyprize/1242

Возобновляемая энергия и хранение

Поскольку генерация возобновляемых источников энергии зависит от природных факторов, погоды и сезона, различные энергоносители (например, электричество, газ, тепло и т.д.) должны работать в комплексе, взаимодействуя друг с другом, обеспечивая высокую эффективность и надёжность системы. Кроме того, большой проблемой с точки зрения энергосистемы является поиск решений по хранению энергии для более длительного срока службы и, таким образом, более быстрого, безопасного и плавного перехода к возобновляемой генерации. В качестве аккумуляторов электроэнергии все чаще используются батареи, являющиеся эффективным носителем.

В некоторых местах до 60% всех фотоэлектрических систем для частного жилья продаются вместе с батареями; по мере снижения цен на эту технологию она станет ещё более привлекательной. Батареи в настоящее время также интегрируются в ветряные электростанции и другие более крупные установки. Процесс, что называется, пошёл, поэтому ожидается, что батареи значительно упадут в цене. Однако же, батареи не смогут хранить очень большие объёмы энергии в течение более длительного времени, а в современной энергетической системе это является необходимым условием.

Следовательно, электричество необходимо преобразовывать в другие энергоносители. Здесь на сцену выходит водород, получаемый через электролизёр; данный метод известен уже несколько десятилетий. Но водород часто бывает необходимо переработать в другие виды топлива путём проведения химических процессов, например с использованием CO2.
https://yangx.top/globalenergyprize/1244

❗️Президент Татарстана примет участие в церемонии объявления лауреатов премии «Глобальная энергия»

Мероприятие состоится 6 сентября в Казанской Ратуше. На нём будут оглашены результаты закрытого заседания Международного комитета, который выберет лучших из 15 претендентов, попавших в шорт-лист премии и разделённых по трём номинациям:
📌«Традиционная энергетика»,
📌«Нетрадиционная энергетика»,
📌«Новые способы применения энергии».

Кроме Рустама Минниханова в церемонии примут участие: президент ассоциации «Глобальная энергия» Сергей Брилёв, Нобелевский лауреат и председатель Международного комитета по присуждению премии Рае Квон Чунг, члены комитета: Марта Бониферт из Венгрии и Дмитрий Бессарабов из ЮАР.

По словам Сергея Брилёва, «с точки зрения энергобаланса Татарстан представляет собой словно модель всей России: несмотря на исторические запасы нефти, в республике мощно представлена, например, гидроэнергетика. Одновременно в последние годы, во-первых, всё большая доля добытой нефти идёт на нефтехим, а в рамках разумного своё развитие проучила и альтернативная энергетика: ветряная и солнечная. Казань — идеальное место и для объявления лауреатов и для серии дискуссий о дальнейших путях развития российской и мировой энергетики».
https://globalenergyprize.org/ru/2021/08/31/prezident-tatarstana-primet-uchastie-v-ceremonii-obyavleniya-laureatov-premii-globalnaya-energiya/

🎞Райнер Зеле: о планах развития OMV и энергоресурсах будущего.
Новое видео на нашем Youtube-канале!

Гендиректор крупнейшей нефтяной компании в Центральной Европе о стратегии в отношении энергоперехода и трансформации OMV в игрока химической отрасли. Во что инвестирует компании? Какие сегменты возобновляемой энергетики может ожидать стремительный рост? Есть ли у OMV планы по сотрудничеству с Россией в водородной сфере? Ответы на эти и другие вопросы - по ссылке.
https://www.youtube.com/watch?v=jXCt8JjPaUs

СО2 как мягкий окислитель

На лабораторном уровне проводятся исследования процессов, в которых СО2 выступает в качестве мягкого окислителя.

На рисунке - Механизм фотокаталитического окислительного дегидрирования этана с использованием СО 2 в качестве окислителя в присутствии катализатора Pd/TiO2.

В окислительной конденсации метана (СО2-ОКМ) с образованием этана и этилена в присутствии катализатора (MnO-SrCO3, ZnO-CeO2 или CaO-CeO2) конверсия СО2 составляет 5–7%, выход С2-углеводородов до 5–7%.

Реакцию окислительного дегидрирования лёгких алканов c участием СО2 осуществляют при 650–700оС в присутствии катализаторов различного типа (Pd/CeZrAlOx, CoMo/CeO2, GaN/SiO2) [47]. Выход целевых продуктов (этилен, пропилен) достигает 70%.

Транзистор Лоренца. Два в одном

Система Лоренца основана на сочетании трёх технологий:
1️⃣ биполярном транзисторе,
2️⃣ МОП-транзисторе с «суперпереходом» (в большинстве случаев диэлектриком в таком транзисторе является двуокись кремния SiO2, поэтому обычно используется название МОП-транзисторы, металл – оксид – полупроводник),
3️⃣ карбидокремниевых диодах Шоттки.

Первые две технологии основаны на кремнийсодержащей подложке, а последняя – на материале с широкой запрещенной энергетической зоной.

По сути, новый БТИЗ – это трёхэлектродный силовой полупроводниковый прибор, сочетающий два транзистора в одной полупроводниковой структуре: биполярный (образующий силовой канал) и полевой (образующий канал управления). Он используется, в основном, как мощный электронный ключ в импульсных источниках питания, инверторах, в системах управления электрическими приводами. Каскадное включение транзисторов двух типов позволяет сочетать их достоинства в одном приборе: выходные характеристики биполярного (большое допустимое рабочее напряжение и сопротивление открытого канала) и входные характеристики полевого (минимальные затраты на управление).

Именно поэтому разработка нового улучшенного полевого МОП-транзистора с суперпереходом с применением карбидокремниевых диодов Шоттки стала важной вехой в работе по запуску сверхкомпактных высокоэффективных преобразователей переменного и постоянного и переменного/постоянного тока во всех автономных источниках питания и в сфере ИКТ мощностью до 10 кВт.
https://yangx.top/globalenergyprize/1249

Чистая энергия Дальнего Востока

Документальный фильм «Глобальной энергии» и Общественного телевидения Приморья к Восточному экономическому форуму-2021.

Цифровой двойник ЕЭС
Направления, по которым его следует создавать

📍Формирование цифрового двойника Единой энергосистемы (ЦД ЕЭС) как единого информационного пространства энергообъединения, реализуемого по единым принципам и распределенного по уровням территориальной иерархии управления.

📍Разработка и использование ЦД двойника ЕЭС, учитывая масштабы энергообъединения, необходимую детальность представления элементов системы и информационные возможности используемых средств измерения, должны быть связаны с работой на уровне больших данных.

📍При обработке и анализе больших объёмов данных целесообразно использовать CIM-модели (Common Information Model).

📍В качестве технологий интеллектуальной поддержки принятия решений диспетчером целесообразно исследовать возможности онтологического, когнитивного и событийного моделирования, интегрированные в рамках ИТ-инфраструктуры.

Подробнее - во втором ежегодном докладе «10 прорывных идей в энергетике на следующие 10 лет»

Достоинства УВН

1️⃣ Большая пропускная способность.

Линии УВН называют «электрическими магистралями». Натуральная мощность ЛЭП переменного тока представлена в формуле на рисунке:

Где U — линейное напряжение, Zc — волновое сопротивление линии, L и C — погонная индуктивность и ёмкость линии соответственно. Натуральная мощность P линии переменного тока пропорциональна квадрату напряжения U. Аналогичные выводы можно применить и к линиям постоянного тока:

Где U — линейное напряжение, Zc — волновое сопротивление линии, L и C — погонная индуктивность и ёмкость линии соответственно. Натуральная мощность P линии переменного тока пропорциональна квадрату напряжения U. Аналогичные выводы можно применить и к линиям постоянного тока.
https://yangx.top/globalenergyprize/1139

От простого транзистора к революции производства. Рассказывает учёный

«Работа по запуску и массовому внедрению в производство нового транзистора - биполярного с изолированным затвором (БТИЗ) - шла в три этапа и заняла несколько лет.

1️⃣ На первом этапе, начало которого было положено в 1986 году, для БТИЗ была создана новая технология ультратонкой кремниевой подложки-пластины из очень дешёвого материала без эпитаксиального слоя. Это явилось прорывом, приведшим к созданию очень стабильного и недорогого устройства, устойчивого к току короткого замыкания и обладающего отличными коммутационными характеристиками.

2️⃣ Но понадобилось разработать совершенно новую конструкцию корпуса и технологию сопряжения чипов. В 1988 году был создан изолированный многокристальный силовой модуль на основе подложки, изоготовленной при помощи технологии прямого присоединения меди и предварительно согнутых базовых пластин.

3️⃣ Здесь уже стояла задача по запуску новых устройств в серийное производство. Сложность заключалась в том, что новый транзистор приводил к переосмыслению всего производственного процесса техники. «Потребовалось создание очень разумной структуры обучения для компаний во всем мире, наряду с созданием выдающейся университетской концепции по внедрению обучения новым технологиям силовых полупроводников и задачам в применении этих новых устройств», – комментирует Лео Лоренц.

Для вашего удобства - интервью с гендиректором OMV Райнером Зеле прямо на нашем телеграм-канале.

И оно же - в Youtube «Глобальной энергии».

В Китае электроэнергию успешно передали без проводов на расстояние 10 м.

Прототип устройства 10-метровой передачи энергии с помощью микроволн прошел экспертную приемку Китайской национальной корпорации электросети.

Ученые ожидают, что с помощью подобной системы можно передать электричество мощностью 1 кВт на расстояние до 20 м. Общая эффективность передачи энергии составляет 25,5%. 

Передача электроэнергии с помощью микроволн поможет дополнить традиционную проводную сеть и стать незаменимой в условиях ограничения передачи по проводам  — в особых географических условиях, на космических беспилотных аппаратах и зарядки беспроводной сети.

http://russian.news.cn/2021-09/01/c_1310161954.htm

В России появится первый частный карбоновый полигон

«СДС-Уголь» намерен создать в Кузбассе первый в России частный полигон для мониторинга выбросов CO2. К решению о создании полигона компанию могло подвести ужесточение углеродного законодательства, произошедшее в нынешнем году не только в Европе, но и в России. Это не могло не простимулировать поиск решений, снижающих углеродный след, в том числе за счёт создания карбоновых полигонов, позволяющих оценить секвестрационный потенциал различных культур.

Первый такой полигон был открыт в конце августа в Сибири на озере Кучак на базе биостанции Тюменского государственного университета. Оборудование полигона позволит осуществлять мониторинг выбросов CO2 на территории 10,6 тыс. га (что в четыре раза превышает площадь Москвы). Результаты работы полигона будут использоваться при создании карбоновых ферм, которые будут выращиваться специально для поглощения CO2.

Базой для карбонового земледелия могут стать заброшенные сельскохозяйственные земли. По оценкам экспертов ВШЭ, МШУ СКОЛКОВО и Международного центра конкурентного права и политики стран БРИКС, в России насчитывается около 80 млн. га неиспользуемых сельхозземель, которые ежегодно могут поглощать не мене 600 млн. т эквивалента CO2. Для сравнения: в 2020 г., по данным BP, объём эмиссии CO2 в России составил 1 432 млн. т.
https://globalenergyprize.org/ru/2021/09/02/v-kuzbasse-poyavitsya-pervyj-v-rossii-chastnyj-karbonovyj-poligon/

Декарбонизируя Штаты

В значительной мере электрогенерация США строится на использовании газа - более 40%. Далее идут атом и уголь - почти 20% и свыше 17% соответственно.

Если же рассматривать штаты по отдельности, картина становится гораздо более разнообразной. Так, Гавайи вырабатывают электроэнергию преимущественно из нефти - более 66%, находясь по этому показателю на первом месте в стране. И вот другие чемпионы:

Уголь - Западная Вирджиния, 80%.
Газ - Делавэр, 92%.
Ядерная энергия - Нью-Гэмпшир, 59%.
ГЭС - Вашингтон, 66%.
Геотермальная энергия - Невада, 10%.
Солнце - Калифорния, 16%.
Ветер - Айова, 58%.
Биомасса - округ Колумбия, 26%.

Источник