Ученые ТПУ создали полупромышленную установку для производства и сжигания композиционного топлива
#наукаИРТТЭК

Ученые лаборатории тепломассопереноса Томского политехнического университета при поддержке программы Минобрнауки РФ «Приоритет 2030» запустили установку полного цикла по созданию композиционных топлив в условиях, приближенных к реальным теплоэнергетическим производствам. Установка позволяет моделировать процесс сжигания топлива в топках котельных агрегатов с возможностью контроля и управления технологическими параметрами. На ней будут проводить полупромышленные исследования композиционных топлив на основе низкосортного сырья и коммунальных отходов.

Принцип действия энергоустановки заключается в последовательном приготовлении, воспламенении и сжигании композиционного топлива. На первой стадии твердое топливное сырье взвешивается и измельчается в дробилке до размера не более одного сантиметра. После этого твердое топливное сырье загружается в шаровую мельницу мокрого помола при помощи шнека, где частицы измельчаются до пылевидного состояния и предварительно смешиваются с водой и жидкими горючими компонентами.

На второй стадии полученная суспензия подается в смешивающую емкость при помощи насоса, куда также дополнительно добавляются жидкие горючие отходы (отработанное масло, сточные воды и прочее). Для получения стабильной топливной смеси помимо перемешивания лопастной мешалкой выполняется рециркуляция топлива через насос-гомогенизатор. На третьем этапе готовое суспензионное топливо подается дозировочным насосом на форсунку муфельного предтопка для последующего сжигания в топке котла.
Мощность комплекса — 63 кВт. Этого хватит, чтобы отопить производственное помещение площадью около 500 квадратных метров. Установка может производить около 25 килограмм композиционного топлива в час. Потенциальная стоимость такого топлива — 2,5 рубля за килограмм. Комплектация установки позволяет ей работать круглосуточно в течение всего года. В год она способна выработать около 470 гигакалорий тепловой энергии.

⛴ Инфографика: транспортные артерии, прилегающие к Красному морю (Суэцкий канал и Баб-эль-Мандебский пролив), используются не только для перевозки не только нефти и нефтепродуктов, но и сжиженного природного газа (СПГ).

🧮 В первой половине 2023 г. на их долю приходилось 8% глобальной торговли СПГ, согласно оценке Управления энергетической информации (EIA).

Аналитика «Глобальной энергии»: лучшее за неделю

📌 Тренд: Китай снизил энергоёмкость ВВП более чем втрое

📌 Факт: Казахстан – крупнейший в мире производитель урана

📌 Прогноз: Глобальный спрос на нефть в 2024 году вырастет почти на 2%

📌 Инфографика: АЭС – лидер по средней загрузке генерирующих мощностей

📌 Ликбез: как классифицируются угольные ТЭС?

Минутка ликбеза: Роль Красного моря в транспортировке нефти и нефтепродуктов

⛴ Ряд перевозчиков временно приостановил транспортировку сырья через Красное море, которое используется для поставок нефти и нефтепродуктов по двумя направлениям:

✔️ Из Персидского залива в Европу: выходящие из Персидского залива танкеры проходят через Ормузский пролив, Аравийское море и Аденский залив, а затем – через Баб-эль-Мандебский пролив и Красное море, откуда сырье поставляется к портам Средиземного моря через Суэцкий канал либо через нефтепровод SUMED на севере Египта;

✔️ Из Европы в страны АТР: этот маршрут проходит по тем же точкам, но в обратном направлении, и используется для поставок российских нефти и нефтепродуктов в Индию и Китай.

👉 В первой половине 2023 г. объём среднесуточной транспортировки нефти и нефтепродуктов через Красное море превысил уровень 2021 г. на 80%, в том числе из-за эмбарго ЕС, которое привело к увеличению поставов сырья из Ближнего Востока в Европу, а также из России – в страны АТР.

Без оксида азота

🇷🇺 Учёные из Пермского национального исследовательского политехнического университета разработали новый метод очистки продуктов сгорания газотурбинных установок. Инновация позволяет снизить концентрацию оксида азота на 90% в структуре выбросов.

🤔 Газотурбинные установки превращают энергию входящего воздуха, образующуюся при сжигании природного газа, в механическую работу вала, тем самым обеспечивая движение электрогенератора. Однако их работа сопряжена с выбросами продуктов сгорания в атмосферу, в том числе оксида азота – бесцветного газа, высокие концентрации которого приводят к возбуждению нервной системы («веселящий газ»).

🌿 Согласно действующим в России экологическим нормам, концентрация оксида азота в выхлопных газах не должна превышать 30 миллиграммов на 1 кубический метр. Однако на практике этому требованию отвечают только установки нового поколения, которые оснащены специальными камерами сгорания. Тогда как на «старых» установках для обеззараживания выхлопных газов в их состав добавляются реагенты, однако этот метод не лишен недостатков из-за сложности получения однородной смеси для качественной очистки.

👍 Учёные Пермского политеха предложили решить эту проблему с помощью метода так называемого каталитического восстановления. Его суть сводится к тому, что в газ, помимо реагентов (аммиачная вода, карбамид), добавляют катализаторы – правда, на разных этапах процесса очистки. Сначала с помощью реагентов выхлопной газ восстанавливается до простейших компонентов (паров воды, углекислого газа, азота), в поток которых вводится катализатор, в результате на его поверхности происходит очистка.

🎙 «Мы определяли концентрации оксидов азота на разных режимах работы газотурбинной установки до и после системы восстановления. При этом меняли расход реагента, впрыскивая его в выхлопы. Все теоретические и экспериментальные исследования подтвердили 100% эффективность очистки выхлопных газов от оксидов азота при применении системы восстановления на режиме 0,5 мощности установки», – комментирует аспирант кафедры «Микропроцессорные средства автоматизации» Никита Черепанов.

💪 Согласно расчётам авторов исследования, эффективность очистки прямо пропорциональна количеству используемого реагента. При этом в качестве последнего лучше всего подходит аммиачная вода, нежели карбамид.
https://globalenergyprize.org/ru/2024/01/12/bez-oksida-azota-innovacija-dlja-ochistki-vybrosov-gazoturbinnyh-ustanovok/

Факт: Россия – второй по величине производитель кремния

🇨🇳 Китай по традиции возглавляет тройку крупнейших производителей кремния, важнейшего материала для солнечной энергетики. В 2022 г. на долю КНР пришлось 68% его глобального производства.

💪 В состав первой тройки также вошли Россия и Бразилия, на долю которых в 2022 г. пришлось в общей сложности 12% глобального производства кремния, согласно оценке Геологической службы США (USGS).

Факт: Ормузский пролив – главная нефтяная артерия мира

⛴ Ормузский пролив, соединяющий Персидский залив на юго-западе с Оманским заливом на юго-востоке и далее с открытым океаном, является крупнейшей нефтяной артерией мира. Его доля в глобальных морских перевозках нефти и нефтепродуктов в первой половине 2023 г. достигла 27%.

👉 Через Ормузский пролив проходят танкеры с нефтью и нефтепродуктами из Саудовской Аравии, Ирака, ОАЭ, Кувейта, Ирана, Бахрейна и Катара. Возможности для частичного обхода Ормузского пролива есть только у трех стран региона:

• Саудовской Аравии, использующей нефтепровод East-West мощностью 5 млн б/с, который выходит к побережью Красного моря;
• ОАЭ, которые используют нефтепровод ADCOP (1,5 млн б/с) для поставок нефти к порту Фуйджера на побережье Оманского залива;
• Ирака, который поставляет через Ормузский пролив нефть из южной провинции Басра, тогда как сырье из северных провинций транспортируется в Турцию по нефтепроводу Киркук — Джейхан.

Прогноз: Китай обеспечит 50% прироста мощности терминалов регазификации СПГ

👉 Глобальная мощность строящихся терминалов для регазификации сжиженного природного газа (СПГ) к октябрю 2023 г. составила 200 млн т в год, следует из данных Global Energy Monitor. Для сравнения: мощность действующих терминалов регазификации СПГ на тот момент составляла 1 066 млн т в год.

🇨🇳 Почти половину прироста мощности в ближайшие годы обеспечит КНР, где к октябрю 2023 г. на стадии строительства находилось 30 терминалов регазификации на 99,0 млн т СПГ в год.

🇮🇳 Вторую строчку по этому показателю занимала Индия (6 терминалов на 25,0 млн т в год), а третью – Бразилия (4 терминала на 14,8 млн т в год). На долю Индии и Бразилии к октябрю 2023 г. приходилось 19,9% мощности строящихся терминалов регазификации СПГ, а на долю всех прочих стран – 30,6% (61,2 млн т в год).

Тренд: ввод терминалов регазификации СПГ увеличился более чем втрое

👍 Отчётливый тренд последних лет – ускорение ввода терминалов регазификации сжиженного природного газа (СПГ). Если в кризисном для мировой экономики 2020 г. по всему миру было введено в строй всего 7 терминалов по «приёму» СПГ, то в 2021 и 2022 гг. – по 12 единиц, а за неполный 2023 г. – 16.

👉 Как следствие, растёт и общая мощность новых проектов: в 2020 г. общая мощность введённых в строй терминалов регазификации достигла 19,2 млн т в год, тогда как в 2021 г. этот показатель составил 27,2 млн т в год, в 2022 г. – 45,3 млн т в год, а в 2023 г. (к октябрю) – 70,6 млн т в год.

Революция в солнечной энергетике: новые батареи собирают энергию в помещении

🇺🇸 Калифорнийская компания Ambient Photonics представила инновационные солнечные батареи, которые могут собирать энергию от любого источника света, даже при слабом освещении в помещении. Эти батареи, работающие при низкой освещенности, способны заряжать повседневные устройства, такие как пульты дистанционного управления и беспроводные клавиатуры, что может исключить необходимость в обычных батареях и уменьшить размер и вес электроники.

Солнечные элементы Ambient основаны на технологии сенсибилизированных красителями солнечных элементов (DSSC), которые были разработаны в 1990-х годах. Эта технология позволяет использовать естественный и искусственный свет в помещениях для получения энергии, что делает их идеальными для использования в умных устройствах и электронике.

Источник

Как Индия снижает углеродный след❓

🇮🇳 Ввод ветровых генераторов в Индии в 2023 г. достиг 2,8 гигаватта (ГВт). Это на 52% больше, чем годом ранее. Лидером по строительству новых мощностей стал штат Гуджарат, расположенный на западе страны, где было введено в эксплуатацию 1,3 ГВт.

☀️ Ввод солнечных генераторов по итогам 2023 г. сократился на 28%, достигнув ровно 10 ГВт, из них 6,5 ГВт приходилось на солнечные электростанции, подключённые к общей сети, ещё 3 ГВт – на панели, монтируемые на крыше, а остальные 0,5 ГВт – на распределённую солнечную генерацию, использующуюся преимущественно для энергоснабжения удаленных территорий. Лидерами по вводу солнечных генераторов стали штаты Раджастхан (на севере Индии) и Махараштра (в центральной части страны), где было введено в строй 1,3 ГВт и чуть менее 1 ГВт мощности соответственно.

👉 В целом, установленная мощность ВИЭ в Индии по итогам 2023 г. достигла 133,9 ГВт, из которых 55% приходится на солнечные генераторы. Ранее премьер Нарендра Моди заявлял о намерении довести установленную мощность ВИЭ до 500 ГВт к 2030 г. Это позволит уменьшить зависимость от угля, на долю которого в 2022 г. в стране приходилось 74% электрогенерации.

⚛️ Помимо развития ВИЭ, Индия планирует снижать углеродный след за счёт развития атомной энергетики: в дополнение к существующим 19 реакторам общей «чистой» мощностью 6,29 ГВт, в стране идет строительство еще 8-ми энергоблоков на 6,03 ГВт.
https://globalenergyprize.org/ru/2024/01/12/indija-vvela-v-stroj-2-8-gvt-vetrogeneratorov-v-2023-godu/

Китай прирастает реакторами

🇨🇳 Госсовет КНР в конце декабря 2023 г. одобрил строительство четырёх новых реакторов. Речь идёт о третьем и четвёртом энергоблоках атомной электростанции (АЭС) «Тайпинлин» в провинции Гуандун на юго-востоке КНР, а также первых двух реакторах АЭС «Цзиньцимэнь» в провинции Чжэцзян на востоке страны.

⚛️ Все четыре энергоблока относятся к категории водо-водяных реакторов, которые используют обычную воду как для замедления нейтронов (с целью контроля ядерной реакции), так и в качестве теплоносителя. «Чистая» мощность каждого реактора составит 1 116 мегаватт (МВт), что сопоставимо с аналогичным показателем для любого из четырех энергоблоков АЭС «Аккую» (1 114 МВт), первой атомной электростанции в истории Турции.

💪 Реализация новых проектов упрочит позиции КНР в качестве глобального лидера по темпам развития атомной энергетики. По данным МАГАТЭ, в стране к началу 2024 г. на стадии строительства находилось 23 энергоблока общей «чистой» мощностью 23,7 гигаватта (ГВт). Китай по этому показателю существенно опережал все другие страны, в том числе Индию, где шло строительство 8 энергоблоков на 6 ГВт, Турцию (4 энергоблока на 4,5 ГВт), Южную Корею (3 энергоблока на 4 ГВт) и Египет (3 энергоблока на 3,3 ГВт). Ввод энергоблоков также позволит КНР выйти на второе общемировое место по количеству и общей мощности действующих реакторов, опередив тем самым Францию, где сегодня насчитывается 56 реакторов общей мощностью 61,4 ГВт (против 55 реакторов на 53,2 ГВт в КНР).

👉 Развитие низкоуглеродной энергетики позволило Китаю снизить энергоёмкость ВВП: если в 2012 г. в Китай на каждый доллар ВВП приходилось 8,4 мегаджоуля (МДж) затрат первичной энергии, то в 2020 г. – 6,4 МДж (при расчетах удельных энергозатрат учитывался размер ВВП по паритету покупательской способности, выраженный в долларах США 2017 года).
https://globalenergyprize.org/ru/2024/01/12/kitaj-odobril-stroitelstvo-chetyreh-novyh-reaktorov/

Тренд: ГАЭС – один из быстрорастущих сегментов ВИЭ

🌊 Глобальный ввод гидроаккумулирующих электростанций (ГАЭС) ускорился в последние годы: если в период с 2017 по 2020 гг. по всему миру было введено в эксплуатацию 7,1 гигаватта (ГВт) ГАЭС, то лишь в одном 2021 г. этот показатель достиг 9,9 ГВт, а в 2022-2023 гг. – 10,6 ГВт и 10,7 ГВт соответственно, согласно данным Global Energy Monitor.

🇨🇳 Ключевую роль играет КНР, где в 2022 г. было введено в эксплуатацию 7,1 ГВт мощности ГАЭС, а за неполный 2023 г. – 7,9 ГВт. При этом Китай в одном лишь 2022 г. обеспечил 46% глобального ввода ветровых и солнечных генераторов (123,1 ГВт из 266,2 ГВт).

👉 ГАЭС, как правило, оснащены двумя резервуарами с перепадом высот: ночью и днём вода перекачивается из нижнего резервуара в верхний за счет электроэнергии из общей сети, а утром и вечером – сбрасывается в нижний резервуар. Поэтому ГАЭС могут обеспечить эффективную утилизацию избытков электроэнергии с ветровых и солнечных установок.

Прогноз: глобальная мощность геотермальных ТЭС может увеличиться почти вдвое

♨️ Глобальная мощность геотермальных ТЭС к июлю 2023 г. достигла 13,6 гигаватта (ГВт), с учётом объектов мощностью менее 30 мегаватт (МВт). При этом в случае успешного ввода строящихся ТЭС, а также реализации всех запланированных проектов глобальная мощность увеличится практически вдвое – до 26,1 ГВт.

👉 Для сравнения: «чистая» мощность действующих в России атомных реакторов к январю 2024 г. составляла 27,7 ГВт (с учётом мощности, необходимой для обеспечения работы самих энергоблоков).

🇮🇩 Драйвером развития отрасли может стать Индонезия, где мощность «перспективных» проектов 3,4 ГВт; в первую четверку также входят Лаос (2,0 ГВт), Кения (1,9 ГВт) и США (1,2 ГВт).

👍 Драйвером развития геотермальной энергетики может стать использование нефтегазовых технологий – распределённого оптоволоконного зондирования и горизонтального бурения, позволяющих находить и извлекать ресурсы подземных гейзеров.

NASA инвестирует в разработку солнечного летательного аппарата MAGGIE для исследования Марса

В рамках программы NASA Innovative Advanced Concepts, NASA объявила о поддержке новаторского проекта MAGGIE (Mars Aerial and Ground Intelligent Explorer) — солнечного электрического летательного аппарата с вертикальным взлетом и посадкой (eVTOL), предназначенного для всестороннего исследования Марса.

MAGGIE спроектирован для проведения атмосферных и геофизических исследований на Марсе. Аппарат будет исследовать марсианскую историю, условия для потенциального существования жизни и искать ресурсы.

С помощью 14 воздушных винтов и способности летать на скорости до 0.25 маха на высоте до 1000 метров, MAGGIE значительно расширит возможности исследований на Марсе.

Ожидается, что за марсианский год аппарат сможет изучить более 16 тыс. км планеты. На текущем этапе MAGGIE находится в процессе концептуального проектирования. Предстоят дальнейшие исследования и адаптация к условиям марсианской атмосферы, что делает проект одним из самых амбициозных в области космических исследований.

Инфографика: в отличие от инфраструктуры по «приёму» сжиженного природного газа (СПГ), темпы ввода новых мощностей по производству СПГ в последние годы постепенно замедлялись.

🗓 Последний по времени пик пришёлся на 2018 г., когда по всему миру было введено в строй 12 технологических линий по производству СПГ общей мощностью 42,0 млн т в год. Для сравнения: в 2021 г. было введено 5 очередей на 11,9 млн т в год, а за неполный 2023 г. – лишь одна очередь на 3,8 млн т в год.

❗️ Однако в ближайшие годы отрасль ждёт всплеск новых проектов: если объём действующих мощностей по производству СПГ к октябрю 2023 г. достиг 464,4 млн т в год, то объем строящихся – 192,7 млн т в год, из них чуть больше половины приходилось на США (74,0 млн т в год) и Катар (33,0 млн т в год). С учётом более длительного, нежели в сегменте регазификации СПГ, инвестиционного цикла, это отразится на статистике ввода новых производственных линий во второй половине 2020-х.

Транзисторы. Пример №3

4️⃣ Органические запоминающие устройства.
С использованием адаптируемых органических электронных материалов в качестве каналов и материалов для хранения память на основе OFET стала одной из наиболее многообещающих технологий хранения данных и получила применение в различных новых запоминающих устройствах, таких как сенсорная память, память хранения и устройства нейроморфной обработки данных.

👉 При этом возникновение узкого места фон Неймана является естественным результатом использования шины для передачи данных между подсистемами памяти. Обмен данными между различными уровнями иерархии памяти обычно сопряжён со значительными задержками и энергопотреблением в связи с анализом неструктурированных данных, обработкой больших изображений и решением других задач искусственного интеллекта. В связи с этим крайне желательно применение новых технологий для энергонезависимой памяти, позволяющих выполнять параллельные вычисления.

👍 Использование энергонезависимой памяти в качестве искусственного синапса для реализации нейронных систем (по аналогии с человеческим мозгом) стало очень привлекательным в качестве потенциальной возможности для будущих нейроморфных вычислений. Кроме того, память на основе OFET может быть выполнена на бумаге с целью модуляции многоуровневых энергонезависимых состояний тока сток-исток путём поляризации распределённого домена сегнетоэлектрического слоя на полупроводниковом канале.

💪 Органическое запоминающее устройство на бумажной основе не только имеет множество преимуществ, таких как низкая стоимость, способность к биологическому разложению и возобновляемость ресурсов, но также ожидается, что оно будет использоваться в качестве одноразового диагностического биосенсора для хранения персональных данных о состоянии здоровья в повседневной жизни и обеспечения хорошей защиты конфиденциальности благодаря возможности лёгкого физического уничтожения в технологии «Интернет всего».
https://yangx.top/globalenergyprize/5788

📈 Инфографика: мощность систем хранения энергии в США в период с декабря 2017 г. по октябрь 2023 г. выросла более чем в двадцать раз – с 633 МВт до 13,4 ГВт соответственно.

👉 Однако среднегодовой коэффициент их использования по-прежнему составляет 5-6%. Косвенно это говорит о том, что, с поправкой на климатические условия различных регионов и наличие «традиционной» генерации, необходимость «поддержки» энергоснабжения в периоды пасмурной и безветренной погоды остаётся примерно на одном и том же уровне.