Направи дарение на училище!

Преходът към по-екологично устойчиво бъдеще е неизбежен, ако искаме да спасим нашата планета. Това провокира множество иновации, които оформят разнообразния съвременен сектор на възобновяемите енергийни източници (ВЕИ). Новите енергийни технологии стават все по-популярни, създавайки по-добра осведоменост относно преминаването към по-чисти решения. Много индустрии прилагат значителни промени и се фокусират върху създаването на по-устойчива среда – от слънчева енергия, различни методи за съхранение на енергията, електрически превозни средства до иновативни термопомпи, водородни технологии, интелигентни електрически мрежи и все повече алтернативи на въглищата, нефта и газа. Работи се дори върху амбициозни проекти за овладяването на слънчевия вятър от космоса и прехвърлянето на генерираната от него енергия на Земята.

С нарастването на всички тези ВЕИ има реален шанс да се отклоним от използването на изкопаеми горива и да го сведем до минимум. Фокусът все повече ще пада върху устойчивите иновации, формиращи ново, по-чисто бъдеще за света, които ще трансформират коренно енергийния сектор.

Бурното развитие на изкуствения интелект (ИИ), адитивното производство, автоматизацията и други технологии, могат да направят преходът към по-чисто бъдеще по-лесен, тъй като всичко това помага за контролиране и наблюдение на инфраструктури и подобряване на околната среда чрез замяна на старо оборудване с по-нови и по-добри решения. Термичните камери, например, показват повреди на слънчеви инсталации, причинени от прегряване, а предавателите на налягане могат да се използват във водородни приложения за изследвания.

С технологичния напредък много повече показатели и обекти могат да бъдат наблюдавани и измервани, създавайки възможност за целия свят да изгради по-устойчива среда. Ето защо днес трябва силно да се акцентира върху тенденциите, оформящи енергийната индустрия.

Разбери повече за БГ Наука:

***

И така, кои са разработваните в момента иновации, които могат да променят бъдещето на ВЕИ в най-скоро време?

Усъвършенствани фотоволтаици

Соларните компании интегрират фотоволтаични системи с всеки аспект от заобикалящата ни среда, като същевременно свеждат до минимум нуждата от допълнително използване на земни площи за разполагането им. В резултат на това, интегрираните фотоволтаици, плаващите волтаици и агроволтаиците са логични промени в тенденциите. Освен това стартиращите компании разработват тънкослойни клетки, за да направят слънчевите панели гъвкави, рентабилни, леки и щадящи околната среда. За да подобрят фотоволтаичните характеристики, компаниите разработват технологии за концентриране на слънчевата енергия с помощта на огледала и лещи. Иновациите във фотоволтаичните материали, като използването на перовскит, увеличават преобразуването на енергия многократно. Тези иновации са допълнително съчетани с фотоволтаични дизайни, които позволяват максимална ефективност и висока производителност. Заедно те насърчават устойчивостта чрез рециклиране, минимално използване на ресурси и използване на алтернативни материали.

В тази насока една особено устойчива концепция, разработена от компанията AuREUS, са соларните панели направени от хранителни отпадъци. Революционният материал, от които са направени, е създаден с помощта на блестящи частици от изхвърлени плодове и зеленчуци.

Нидерландската стартираща компания Lusoco разработва технология за луминисцентен слънчев концентратор. Той използва материали с висок индекс на пречупване като стъкла и полимери, заедно с флуоресцентно мастило, за да концентрира светлината към краищата, където са поставени тънкослойни слънчеви клетки. Освен това флуоресцентното покритие излъчва светлина през нощта и може да се използва за самоустойчиви табели и надписи денонощно. Това е решение, което събира енергия, като същевременно запазва естетиката. Следователно луминисцентните стъкла са подходящи за използване в автомобилостроенето, табелите и интериорния дизайн.

Norwegian Crystals е друг стартъп, който произвежда монокристални силициеви блокове с ниско съдържание на въглерод за високопроизводителни фотоволтаични устройства. За да произведе тези блокове, стартъпът топи силиций с висока чистота при високи температури, използвайки техниката на Чохралски (метод на израстване на кристали, използван за получаването на монокристали от полупроводници). Той също така произвежда слитъци, легирани с галий, които увеличават живота на слънчевите клетки и намаляват броя на етапите на стабилизиране в сравнение с монокристалния силиций. Посредством това Norwegian Crystals контролира въглеродния отпечатък на компонентите на слънчевите панели до изключително ниски нива, като дава възможности за потребителите и бизнеса, които вземат предвид цялостната устойчивост на генерирането на слънчева енергия.

Изкуственият интелект и големите бази данни

Енергийната мрежа е една от най-сложните инфраструктури и изисква бързо вземане на решения в реално време, което големите данни и ИИ алгоритмите позволяват на комуналните услуги. Освен анализите и управлението на мрежата, приложенията на ИИ в сектора на ВЕИ включват прогнозиране на потреблението на енергия и прогнозна поддръжка на системите. Също така позволяват Интернет на нещата в енергийни приложения, които предвиждат нивата на капацитет на мрежата и извършват базирана на времето автономна търговия и ценообразуване. 

С иновациите в облачните изчисления виртуалните електроцентрали допълват генерирането на електроенергия от комунални услуги. В допълнение, компаниите използват анализ на данни и машинно обучение за проектиране на модели за възобновяема енергия и анализ на ефективността.

Германският стартъп Likewatt разработва Optiwize, патентовано софтуерно решение, което осигурява анализ на енергийните параметри с помощта на машинно обучение. Optiwize също така изчислява историческото потребление на енергия и емисиите на въглероден диоксид, както и включва одити за възобновяема енергия и прогнозиране на времето. Това позволява на индивидуалните и колективните потребители да наблюдават моделите на потребление в реално време. Освен това, той позволява на производителите на електроенергия да хибридизират различни технологии и да оптимизират оразмеряването на товара.

Друг немски стартъп Resonanz позволява автоматизирана интелигентна търговия с енергия. Софтуерните инструменти на стартъпа интегрират и управляват данни в реално време, за да създават автономни алгоритмични решения. Освен това интерфейсът rDash визуализира производствени прогнози, индикатори за пазарни цени и счетоводни данни, които подпомагат решенията. Чрез тези продукти стартъпът позволява на участниците на пазара да увеличат своя дял от устойчива енергия и възвръщаемост едновременно.

Разширена роботика

Ефективността на производството и процесите се оказва основна пречка при овладяването на възобновяемата енергия. Роботиката позволява точност и оптимално използване на ресурсите за преодоляване на това предизвикателство. Например, автоматизираните слънчеви панели могат да се ориентират сами през деня за максимално преобразуване на енергия. Автоматизацията на оборудването също така ускорява процесите на поддръжка, като същевременно намалява нуждата от човешка работа. Инспекцията с дронове и базираните на роботика автоматични операции и поддръжка се справят с опасна повтаряща се работа, като по този начин подобряват безопасността и производителността. Пример за това е използването на дронове, базирани на ултразвукови изображения с фазова решетка, за бързо откриване на вътрешни или външни повреди на големи вятърни турбини. Дроновете допълнително позволяват създаването на дигитални близнаци на съоръженията и терена и 3D карти чрез изображения и изчисляване на данни за надморската височина.

За да замести човешкия труд по поддръжката Greenleap Robotics проектира автономни роботи за почистване на слънчеви панели. Техният робот Lotus A4000, използва ултра мека микрофибърна кърпа за премахване на прах и отломки, което позволява почистване без вода. Той също така пресича несъответствията между слънчевите панели, което води до подобрен диапазон на почистване. Освен това централизираният контрол улеснява предсказуемата поддръжка и самозареждането на робота. Greenleap Robotics позволява на големи слънчеви централи да автоматизират своята трудоемка работа, като същевременно могат да я контролират и наблюдават дистанционно.

Същевременно други компании предоставят дигитализирана диагностика на вятърни турбини, като използват ИИ за откриване на дефекти по лопатките и съответно за диагностициране при удари от мълнии. Различни софтуерни инструменти откриват структурните дефекти вътре в лопатките. Заедно те осигуряват точна, безопасна и прецизна диагностика, като по този начин намаляват времето на бездействие на вятърните турбини. Технологията облагодетелства големите ветрогенераторни паркове, като предлага мащабируеми решения за управление с минимални изисквания за персонал.

Блокчейн

Енергийните компании използват блокчейн технология, за да усъвършенстват надеждни транзакции в сектора на възобновяемата енергия. Например интелигентните договори насърчават peer-to-peer търговия с електроенергия за транс активна енергия. Гридовете са уязвими към кибер заплахи, поради което блокчейн се използва за криптиране на данните, свързани с операциите и мониторинга на мрежата. Чрез криптиране на данни блокчейн улеснява цифровите транзакции. Доставчиците на възобновяема енергия се възползват от блокчейна и за да проследят веригата на съхранение на мрежовите материали. Освен това позволява на регулаторите да имат лесен достъп до данни за съответствие с нормативните изисквания.

Използвайки интелигентни договори, различни компании улесняват търговията с излишък от електроенергия на открития пазар и поддържат запис на транзакцията. Те използват ИИ за оптимизиране на сделките, като по този начин се максимизират приходите за генераторите и минимизират разходите за потребителите.

Американският стартъп Tec Blockchain например внедрява енергийна криптовалута чрез блокчейн, за да стимулира възобновяемата енергия. Цифровата транзакция на криптовалутата на стартъпа, TEC token, е свързана със системата за възнаграждение. Колкото повече хора използват и търгуват с възобновяема енергия с този токен, толкова по-високи са автоматичните награди. По този начин системата за възнаграждение позволява на индустриите и хората да преминат към разпределена възобновяема енергия, като същевременно получават стимули за същото.

Нови технологични съоръжения на хоризонта

В съвсем близкото бъдеще ежедневният пейзаж около нас най-вероятно ще бъде доминиран от най-различни нови енергийни системи и технологии. Такива навярно ще бъдат влаковете, задвижвани изцяло със слънчева енергия. Този вид транспорт може да работи цял ден без презареждане, като влакът изнася 75% от енергията, която генерира в движение, обратно към мрежата.

Съществува адекватно решение за намаляване на емисиите от самолетите, полетите на които са едни от най-въглеродно-интензивните човешки дейности. Вместо реактивно гориво за тях биха могли да се използват биоотпадъци, като изхвърлен дървен материал, изгнила храна и битови отпадъци от контейнерите и канализациите. Тези самолети могат да се задвижват от такива отпадъци, тъй като те реагират с каталитични химикали.

Въздействията върху климата от това гориво биха били по-малки от тези на традиционното самолетно гориво, тъй като то се извлича от растения, които абсорбират въглероден диоксид от атмосферата. Според Popular Mechanics има достатъчно използваеми “мокри” отпадъци, за да се заменят 20% от цялото авиационно гориво, използвано в момента, което също означава то да се държи извън циклите на депата, които отделят метан.

Зелените сгради открай време вече се превърнаха в съществена част от градския дизайн, който се стреми да намали изменението на климата и да консумира по-малко енергия и вода. Но какво да кажем за това, че вече се проектират зелени сгради, които не се нуждаят дори от климатици, за да се охлаждат?

В дивата природа термитите изграждат извисяващи се на по няколко метра височина термитници, които се вентилират от сложна мрежа от тунели. Забележително е, че архитектът от Зимбабве Мик Пиърс използва метода на биомимикрия, за да създаде естествена система за охлаждане, която се докосва до природата чрез моделиране на креативността на термитите. Резултатът е архитектурен шедьовър, който използва охлаждащ въздух през нощта и изчерпване на топлината през деня, за да постигне 90% пасивен климатичен контрол.

Наред с развитието на нови технологии има и по-напреднали решения за вече съществуващи видове ВЕИ, като вятърните турбини. В някои страни като Дания започват да ги преместват в морето, където освен, че не заемат сухоземна площ, се оказва че ветровете духат по-силно и последователно отколкото при наземните инсталации.

Наблюдават се тенденции размерът на перките при вятърните турбини да нараства до особено голям (до 115 м), което изисква много площ за разполагането им, но сега е разработен нов дизайн на турбините, който не изисква въртящи се лопатки.

Този дизайн е проектиран от испанския стартъп Vortex Bladeless и при него еластичен прът се използва за фиксиране на 3-метрова безлопатна турбина вертикално в земята. Тя е направена да се люлее или осцилира в диапазона на скоростта на вятъра и вибрациите, които произтичат от това, произвеждат енергия. Тези безперкови турбини могат да се използват в градски или жилищни райони без необходимото пространство за изграждане на конвенционални вятърни паркове.

В заключение

За да се справят с изменението на климата и да изпълнят екологичните изисквания, компаниите все повече се обръщат към чистата и устойчива енергия. Предизвикателството се състои в това да направим възобновяемата енергия конкурентоспособна по отношение на разходите спрямо изкопаемите горива. Докато мащабните икономии решават проблема с разходите, технологии като автоматизация, блокчейн и машинно обучение подобряват ефективността. Освен това, хардуерни иновации като усъвършенствани фотоволтаици от под формата на нановлакна и панели, базирани на монопасивен емитер с реален контакт, подобряват ефективността на слънчевото преобразуване. В сектора на вятърната енергия, мини-вятърните турбини и плаващите въздушни турбини набират популярност. Напредъкът във водноелектрическата енергия улеснява използването на осцилиращи водни колони и преобразуватели на енергия с превишаване на мощността. Нещо повече, изследванията върху катализатори без платина, като калаен въглерод, позволяват по-евтини зелени водородни горивни клетки. Ефективните каталитични технологии също улесняват производството на по-висококачествени горива от разнообразни суровини.

Тенденциите и множеството стартиращи компании в областта на възобновяемата енергия тепърва се развиват и размножават. Наред с другото, напредъкът в икономиката на водорода и решенията, управлявани от данни, подпомогнати от ИИ, машинно обучение и усъвършенствани анализи, заедно с подобрения в използването на ВЕИ, ще трансформират до неузнаваемост сектора такъв, какъвто го познаваме днес. Непрекъснато нарастват новите възможности и технологии, които могат да бъдат внедрени в бизнеса още на ранен етап и да допринесат много за придобиването на конкурентно предимство сред стартиращите фирми.

Бъдещето на енергията е неизбежно свързано с дигитализация и устойчивост. Всички тези устойчиви иновации могат да превърнат енергийния сектор в зелен сектор, тъй като рационално използваните материали и ресурси на планетата най-накрая могат да създадат баланс между съвременните човешки общества и природата. Устойчивостта ни принуждава да преразгледаме това, което вече използваме, да го рециклираме и използваме наново, да открием и използваме капацитета на хранителните отпадъци, както и на всичките други потенциални енергийни съкровища, които природата все още крие от нас.

Съставил: Радослав Тодоров
Източници: startus-insights.com, knowhow.distrelec.com, edfenergy.com, wikipedia.org, cnbc.com

Изображения: canva.com

С подкрепата на Science+

Вземете (Доживотен) абонамент и Подарете един на училище по избор!