Инновационные технологии в энергетике, электротехнике и производстве: примеры в мире и России

Содержание
  1. Мировые инновации
  2. Осмотические станции
  3. Светодиоды
  4. Реакция холодного синтеза
  5. Другие инновации
  6. Инновации в электрических сетях
  7. Особенности
  8. Направления
  9. Мировые новшества
  10. Инновации в нефтяной промышленности
  11. Особенности развития инновационной энергетики в России
  12. Ненаучный НИОКР
  13. Вертикально интегрированные инновации
  14. Нацпрограммы как двигатель НИОКР
  15. Регулируемая наука
  16. Государственный венчур
  17. Если догонять, то быстро
  18. Инновации по-беларусски: энергетика балансирует между атомной и возобновляемой
  19. В приоритетах бережливость, экономика и энергобезопасность
  20. Технологический импульс в 2400 МВт
  21. Оправдывает ли цель средства
  22. Импортный газ подешевел благодаря правительству
  23. От порубочных остатков до торфа
  24. Прибыльный ветер
  25. RDF-топливо: споры об экологичности и перспективе
  26. Импорта электроэнергии не будет
  27. Пятая часть исследований Института энергетики посвящена атомной энергетике
  28. Новые технологии в электронике, которые изменят наше будущее
  29. Гибкий дисплей
  30. Мемристор
  31. Электронная кожа и язык
  32. 3D Биометрия
  33. Электронный нос
  34. Молекулярная электроника
  35. Наноэлектромеханическая система
  36. Спинтроника
  37. Электронный текстиль
  38. Дисульфид молибдена
  39. Термальная медная стойка
  40. Цифровая технология запаха
  41. Участие технологических компаний в развитии энергетики
  42. Эффективность инноваций в электроэнергетике

Мировые инновации

Развитие энергетики ведет в направлении создания технологий, снижающих негативное воздействие на окружающую среду.

глобальные энергетические инновации

В этой области наиболее перспективными считаются следующие разработки:

  • Осмотические электростанции;
  • ВЕЛ;
  • Реакция холодного синтеза;
  • Тепловые насосы.

Новые энергетические технологии не ограничиваются этими разработками. Японские ученые экспериментируют с беспроводной передачей электричества. Исследования и разработки альтернативных источников энергии (возобновляемые.

Осмотические станции

Осмотическая станция

Это нововведение позволяет использовать практически неисчерпаемые запасы Мирового океана для развития энергетики.

На момент написания этой статьи работала единственная осмотическая станция, созданная Statkraft. Установка находится на территории норвежского города Тофте.

Суть этого нововведения в том, что энергия извлекается путем смешивания соленой и пресной воды. Процесс происходит в резервуаре, отделенном полупроницаемой мембраной. Из-за низкой концентрации соли в резервуаре с пресной водой происходит обмен жидкостями, за счет чего достигается равновесие. В результате этого процесса давление во втором отсеке увеличивается, что запускает гидротурбину, вырабатывающую электричество.

Низкая эффективность мембран — главный недостаток осмотических станций. Поэтому большая часть разработок касается уменьшения размеров последнего. Исследования по созданию мембран нового типа ведутся в General Electric, Hydranautics и других крупных компаниях.

промышленный обратный осмос

Развитие осмотических станций позволяет внедрять экологически чистые источники электроэнергии во всех районах, где есть доступ к воде (а не только к рекам). По предварительным подсчетам, потенциал нововведения составляет 1600-1700 ТВтч, что соответствует 10% мирового потребления электроэнергии.

Инвестиции, необходимые для реализации проекта осмотической станции, составили 20 миллионов долларов. При этом на разработку и внедрение нововведения ушло около 10 лет.

Светодиоды

светодиоды как энергетическая инновация

Светодиоды имеют множество преимуществ и выделяются среди других источников света:

  1. Энергоэффективность. Светопропускание светодиодов составляет 120-150 люмен / ватт, что является максимальным показателем.
  2. Экологическая совместимость. Эти источники света не выделяют вредных веществ.
  3. Длительный срок. Показатель 50 тысяч часов.

Светодиодным освещением можно управлять с помощью мобильных приложений, изменяя цвет излучаемого излучения и выполняя другие настройки.

Основной объем продаж (около 60%) светодиодного освещения на мировом рынке обеспечивают компании из Японии и Южной Кореи, среди европейских производителей инновации неизменно демонстрирует Phillips.

тип светодиодной подсветки

Среди современных новинок можно выделить следующие:

  1. Светодиоды из GaN на кремниевых подложках. Технология обеспечивает хорошую светоотдачу, что снижает затраты на электроэнергию.
  2. Светодиодное освещение на подложках из GaN. Обеспечивает лучшую цветопередачу и лучший световой поток (по сравнению с предыдущей технологией).
  3. SlimStyle LED. Особенностью источников света на основе этой технологии является наличие множества небольших светодиодов. Стоимость таких ламп около 10 долларов.

Современные источники света питаются от постоянного тока. Это устраняет мерцание света. Однако в настоящее время ведутся исследования по использованию переменного тока. За счет этого можно снизить энергопотребление. Светодиодное освещение переменного тока было разработано Lynk Labs и Seoul Semiconductor.

трудно подсчитать объем инвестиций, полученных в этот энергетический сектор. По прогнозам аналитиков, объем рынка светодиодного освещения в 2018 году достигнет 25,9 млрд долларов.

Реакция холодного синтеза

Группа итальянских ученых в начале 2010-х объявила о создании бесплатного источника тепла, производимого реактором E-Cat.

Андреа Росси и его коллеги разработали автономный реактор нового типа. Предназначен для отопления частных домов.

Поперечное сечение термоядерного реактора

Реактор E-Cat генерирует тепло за счет реакции никеля и водорода. Медь также образуется в результате реакции этих элементов. Принцип действия E-Cat основан на технологии LENR, то есть ядерной реакции низкой энергии.

По расчетам разработчика, автономный реактор мощностью 1000 кВт потребляет 10 кг никеля и 18 кг водорода за шесть месяцев.

Общий бюджет инноваций не разглашается. E-Cat будет производиться в США. Установки будут использоваться американской энергетической промышленностью. Когда разработка выйдет на рынок, потребители смогут арендовать реактор для собственных нужд. Стоимость 1 E-Cat составит 400-500 долларов.

Другие инновации

современные инновации в энергетике

Среди перспективных инноваций в области энергетики выделяются следующие:

  1. Беспроводная передача электроэнергии. Японские ученые активно развиваются в этом направлении.
  2. Ветровая и солнечная энергия. Инновация относится к изобретениям, которые снижают стоимость производства электростанций.
  3. Системы отопления на сжиженном углеводородном газе. Это нововведение было успешно протестировано и доказало свою эффективность.
  4. Энергетика атмосферы. Бразильские ученые обнаружили, что влажный воздух содержит частицы с небольшим зарядом. Плата, в которой используются металлы, может собираться и генерироваться электричество. Это нововведение имеет перспективы развития в энергетике стран с влажным климатом.
  5. Магнитомеханический усилитель мощности. Разработчики технологии говорят, что они нашли способ использовать магнитное поле Земли для ускорения работы электродвигателя.

Современная энергетика развивается в разных направлениях. Многие компании продолжают разрабатывать новые технологии для повышения эффективности светодиодных ламп. А энтузиасты и исследовательские лаборатории часто предлагают оригинальные решения, которые затем служат энергетическому сектору разных стран.

Инновации в электрических сетях

Инновации в электрических сетях

Появление новых машин и механизмов, средств связи, бытовой техники большей мощности, использующей электричество, приводит к увеличению перегрузок электрической сети, которая перестает справляться с нагрузкой. Пример тому — аварийные отключения электроэнергии в Санкт-Петербурге и Казани. Электрические сети, введенные в эксплуатацию в 70-80-х годах прошлого века, не соответствуют требованиям Правил эксплуатации электроустановок (ПУЭ). По данным Холдинга МРСК, в таком состоянии находится 54% линий электропередачи. Это 700 тысяч километров воздушных линий электропередачи. Инновация в электрических сетях должна решить существующую проблему.

Особенности

Для эффективной работы электрических сетей они должны быть саморегулирующимися и самовосстанавливающимися.

Электрические инновации

При возникновении аварийных ситуаций и перегрузок автоматика сама переключает электрические сети таким образом, чтобы не прерывать подачу электроэнергии на объекты и не возникало перегрузок. Эти нововведения внедрены в Канаде, Китае, Японии, США, Индии. В России также ведется работа по развитию подобных проектов.

Такие нововведения дорогие. Энергетические компании неохотно вкладываются в проекты, окупаемость которых начнется только через долгое время. Для решения этой проблемы необходимо принять законы, поощряющие инвестиции в перспективные проекты модернизации электроэнергетики. Нужна четкая и слаженная работа всех компаний, ранее входивших в РАО ЕЭС.

Компания FGC EU начала работу по созданию Smart Grids в России, где оценили перспективы инновационных инноваций. В деятельность компании входят крупные инвестиции в развитие отечественных Умных сетей.

Направления

Одно из направлений инноваций в электрических сетях — защита от перенапряжения. В электрических сетях жилых домов часто наблюдаются отклонения напряжения от нормы (220 В ± 10%). Сетевой вольтметр может показывать его изменения в диапазоне от 170 до 380 В. Такие падения могут повредить бытовую технику и нести опасность для жизни человека.

Направления инноваций в электрических сетях

Для предотвращения аварийных ситуаций используются стабилизаторы напряжения, которые компенсируют его изменение и восстанавливают его до нормального состояния. Реле напряжения используется для защиты бытовой техники. Когда напряжение превышает предельные значения, реле отключает электроприборы и повторно подключает их, когда оно возвращается в нормальное состояние.

Управление сетями предприятий, городов, регионов и их защита — более сложная задача, требующая внедрения инновационных решений с использованием современных автоматизированных систем, компьютеров и сложного оборудования. Поэтому важным шагом является разработка рекомендаций по эксплуатации инновационных энергетических систем.

Одно из приоритетных направлений отрасли — снижение потерь в электрических сетях. Это позволит сократить количество трансформаторных подстанций, снизить стоимость электрооборудования и добиться ощутимой экономической выгоды.

Нововведения, направленные на снижение потерь в сетях, предложены в статье Н.Н. Коблина «Инновационная распределительная сеть напряжением 0,95 кВ — альтернатива ВЛ 0,4 кВ». Автор приводит данные, что при повышении напряжения в электрической сети с 380 до 950 В потери уменьшаются в 6,5 раза.

сети передачи

Преимущества этого нововведения следующие:

  • Снизить вероятность незаконных подключений;
  • Количество подключенных потребителей увеличилось в 2,6 раза;
  • Нет необходимости устанавливать новое оборудование, так как единые ПУЭ до 1 кВ существуют для линий до 0,4 кВ и 0,95 кВ.

Эти меры применимы в краткосрочной перспективе. Будущее инновационных проектов — это использование сверхпроводящих материалов. Работы по созданию сверхпроводящих линий давно ведутся в США, Китае, Корее и Германии. В 2008 году в США была введена в эксплуатацию пилотная линия длиной 600 метров. Ток в нем достигает 2400 А, напряжение 138 кВ. К 2020 году Россия планирует подключить линию длиной 2,5 км с напряжением 20 кВ и током 2500 А. Потери в сверхпроводящих электрических кабелях минимальны.

Мировые новшества

Зеленая энергия

  1. Технология Smart Grid разработана и внедряется. Разработки в этой области ведут Microsoft, Hyundai, Siemens и другие.
  2. ПАО «ФСК ЕЭС» разработало технологию производства высокотемпературных сверхпроводников (ВТСП) для кабельных электрических сетей. Явление сверхпроводимости наблюдается при очень низких температурах (–269, –268 ° C). Чтобы получить эту температуру, требуется сложное оборудование. Были разработаны сверхпроводники, работающие при температуре жидкого азота (-165 ° C), названные высокотемпературными сверхпроводниками. Кабельные линии HTSC созданы и проходят испытания.
  3. Разработка эталонных средств измерений нового поколения для цифровых подстанций Объединяющего блока. Разработчики и производители оборудования — ООО «Марс-Энерго
  4. Газовые линии. В газонаполненном кабеле между жилой и изоляцией имеются полости, заполненные азотом под давлением до 3 МПа. Такие линии могут проводить электрические токи до 500 кВ. Одним из национальных девелоперов этого направления является ЗАО «РОСПРОЕКТ».
  5. Изготовление специалистами группы компаний ZM серии изделий для ремонта и подключения качественных кабелей, в том числе изоляционные муфты на горячую и холодную усадку, соединители Scotchlock с протыкающими соединительными контактами.
  6. Хранение энергии в сети. При низком энергопотреблении (ночью, летом) вырабатываемая электростанциями электроэнергия может храниться с помощью маховиков, суперконденсаторов (конденсаторов большой емкости) и аккумуляторных батарей.инновационные солнечные панели
    В случае сбоя в электроснабжении электросеть переключается на питание от накопительной станции. Это нововведение должно стать одной из составляющих Smart Grid. Примером такой разработки является аккумулятор Tesla Power Wall.
  7. Проволока из алюминиевого композитного материала от производственного объединения ZM для линий электропередачи высокого напряжения. По грузоподъемности он в 2-3 раза превосходит традиционные сталеалюминиевые проволоки. Одновременно улучшены прочностные и механические характеристики.
  8. Цифровой трансформатор. Значения тока и напряжения на подстанциях и линиях электропередач измеряются аналоговыми трансформаторами и емкостными делителями. Эти измерения имеют существенные погрешности. Цифровой трансформатор использует инновационную систему датчиков и электроники для передачи надежных показаний тока и напряжения в цифровой форме.
  9. Цифровая подстанция. Эта подстанция включает в себя комплекс цифровых измерительных приборов, релейной защиты, микропроцессорных систем управления и ряд других нововведений. Нововведение позволит удаленно контролировать параметры электрических сетей и оборудования, а также управлять подстанцией в автоматическом режиме. ПАО «ФСК ЕЭС» совместно с ОАО «НТЦ« ФСК ЕЭС »ввело в эксплуатацию опытный ЦТП на 110 кВ.
  10. Сверхпроводящий накопитель энергии. Самый простой вариант привода — индукционный. Катушка, сделанная из нерезистивного сверхпроводящего материала, может хранить энергию неограниченно долго, высвобождая ее по мере необходимости. Российская компания «Сверхпроводник» совместно с «Росэнергоатом» работает над созданием запоминающего устройства емкостью 24 МДж.

Инновации в нефтяной промышленности

Энергетические инновации внедряются разными странами в наиболее используемые отрасли, а также заимствуются друг у друга. Некоторые из наиболее значительных нововведений:

  • Технология ударно-волнового гидроразрыва пласта
  • Новейшие технологии добычи нефти
  • Используйте бактерии для очистки разливов нефти
  • Использование биотоплива для автомобилей

Говоря о первом нововведении, стоит отметить, что ударная волна — наиболее эффективный способ рассеивания энергии. Его можно успешно применять на глубинах сланцевых пластов до тысячи или полутора тысяч метров. Индийская исследовательская компания по гидроразрыву предложила использовать ударные волны как более простую и дешевую технологию гидроразрыва, чем гидроразрыв. Эта энергетическая инновация может коренным образом изменить нефтегазовую отрасль, устраняя необходимость использования воды в этой работе. Это значительно снизит загрязнение воды, поскольку для гидроразрыва требуется не менее 4 миллионов галлонов на скважину.

Самые интересные и современные инновации в сфере энергетики

Второе интересное нововведение в области энергетики — это улучшение добычи нефти. Так называемый метод расширенной нефтеотдачи включает доочистку пластов с целью извлечения как можно большего количества продукта. Эта технология основана на использовании углекислого газа, который увеличивает поток масла и снижает его вязкость.

Лучший способ добычи нефти

Когда дело доходит до использования бактерий для очистки разливов нефти, это нововведение основано на использовании двух групп бактерий, каждая из которых может окислять масло и, таким образом, уменьшать масштабы разлива или предотвращать его на ранней стадии. В настоящее время специалисты изучают род антарктических бактерий Oleispira, чтобы обнаружить способность существовать при низких температурах. Это нововведение позволит разработать эффективную стратегию сохранения окружающей среды и предотвращения загрязнения нефтью.

Наконец, еще одна инновация — автомобильное биотопливо, полученное из клеток растений и животных. Биодизель и этан, самые популярные виды биотоплива, помогут стабилизировать мировые цены и снизить затраты на исследования и разработки.

Биотопливо для автомобилей

Особенности развития инновационной энергетики в России

перспективы энергетических инноваций в России

На территории России внедрение энергетических инноваций осуществляется в основном государством или крупными компаниями, входящими в его состав. В последние годы в Алтайском крае открылись новые солнечные электростанции. А РОСНАНО запустило производство светодиодов на основе нанотехнологий. Эта компания также предлагает солнечные панели для российской энергетики, которые поглощают большую часть солнечного спектра.

Ненаучный НИОКР

Первый и самый очевидный показатель инновационности любой компании — это расходы на НИОКР. Они должны в первую очередь отражать потребность компаний в инновационных решениях. Но на самом деле доля этих затрат для российских энергетиков невелика. Так, Россети ежегодно тратят на всю программу НИОКР около 1,0 млрд рублей, РусГидро — 0,4 млрд рублей, Интер РАО — 0,2 млрд рублей, Газпром энергохолдинг — 0,35 млрд рублей

На практике большая часть этих средств (до 80%) применяется в природе и идет на разработку обновленных линеек используемых в настоящее время видов оборудования и требований к ним. Энергетические компании заказывают исследования у научно-исследовательских и производственных групп для создания оборудования с конкретными функциями или программного обеспечения на основе известной технической спецификации.

Исследования и разработки энергетических компаний в большинстве случаев проводятся на основе фундаментально исследованных научных принципов и проверенных технологических процессов. С одной стороны, такие исследования вряд ли выведут технологические разработки на новый уровень, но с другой стороны, они окажут серьезное влияние на рынок оборудования, формируя текущую техническую и конкурентную среду производителей.

Так, например, технологические стандарты интеллектуального учета электроэнергии и соответствующие требования основных покупателей таких систем — сетевых и сбытовых компаний, могут определять не только предпочтительные технологии передачи данных (радио, PLC, 4 / 5G), но и контуры будущего рынка производства оборудования годовым объемом 40-60 млрд руб на десятилетие вперед.

важно, что инициатором конкретной работы может быть и энергокомпания, и разработчик перспективного решения. Заказчик, заинтересованный в запуске нового устройства в промышленную эксплуатацию, определяет бюджет на исследования и разработки и проводит необходимые процедуры закупки.

Вертикально интегрированные инновации

Для таких компаний, как Госкорпорация «Росатом», которая представляет собой комплекс вертикально интегрированных компаний атомной энергетики, затраты на исследования и разработки достигают 4,5% выручки (около 40 млрд рублей в год) и становятся стандартным инструментом финансирования научно-исследовательских институтов отрасли.

При этом «Росатом» во многом ищет ресурсы для инновационных разработок в федеральном бюджете: например, в разрабатываемой национальной программе «Развитие ядерной науки, технологий и технологий» он заявляет 200 млрд рублей. В основном средства должны быть потрачены на разработку нового типа реактора — на быстрых нейтронах.

Затраты Росатома на НИОКР, в отличие от других российских энергетических компаний, в абсолютном выражении сопоставимы с зарубежными лидерами энергетики. Французская EDF тратит 0,9% своей выручки на исследования, испанская Iberdrola 0,8%, шведская Vattenfall 0,5% и канадская HydroQuebec 0,9%. Следует отметить, что многие из этих компаний ведут широко диверсифицированный энергетический бизнес, и большинство из них контролируется национальными правительствами. Это означает, что расходы на развитие науки и технологий идут рука об руку с государственными приоритетами.

Следует отметить, что среди мировых лидеров инноваций в энергетике практически не встречаются исключительно сети или, например, генерирующие компании. Большинство топливно-энергетических компаний в мире, которые вкладывают значительные средства в исследования и разработки, являются крупными вертикально интегрированными структурами или работают в секторах с экспортным потенциалом, таких как, например, добыча нефти и газа.

Нацпрограммы как двигатель НИОКР

В электроэнергетическом секторе компании, работающие в области возобновляемых источников энергии, сегодня в мире больше всего тратят на прикладную науку. Это, например, Canadian Solar, American First Solar, Chinese Guodian Technology, датская Vestas, испанская Siemens Gamesa и другие. Они занимаются строительством и эксплуатацией солнечных или ветряных электростанций, которые требуются в рамках национальных программ развития энергетики.

Национальные лидеры сегментов ВЭС и СЭС — Hevel, Solar Systems, NovaWind — также имеют амбиции войти в эти списки, которые по-прежнему ориентированы на реализацию первой фазы программы поддержки возобновляемой энергетики в России объемом 5,5. GW.

Серьезные инвестиции в исследования и разработки также могут потребоваться в рамках утвержденного Правительством России плана модернизации ТЭС. Для повышения топливной экономичности электростанций необходимо уникальное отечественное производство газовых турбин большой мощности и их комплектующих. Задача поистине амбициозная: например, итальянскому производителю Ansaldo потребовалось 14 лет (с 1991 по 2005 год), чтобы добиться технологической независимости от авторизованных газовых турбин Siemens. На этот рынок претендуют и Силовые машины, и Ростех, хотя во многом они основаны на государственных субсидиях.

Регулируемая наука

Таким образом, финансирование исследований и разработок в отношении инновационных технологий для России — в возобновляемой энергетике и в комбинированном цикле — становится возможным благодаря регулирующим решениям.

Правительство запустило механизмы поддержки возобновляемых источников энергии и модернизации тепловых электростанций, позволяющие использовать оборудование, произведенное только в России. Источником финансирования как строительства, так и исследований и разработок в конечном итоге станут дополнительные потребительские платежи, собираемые на оптовом рынке электроэнергии.

Без таких мер по стимулированию инвестиций энергетический сектор вынужден жить в условиях жестких тарифных ограничений, не имея ресурсов и стимулов для инвестиций в развитие. Кроме того, большинство их бизнес-процессов регулируется почти всем спектром отраслевых требований. Это стандарты на используемое оборудование и требования безопасности, стандарты проектирования объектов, требования к ремонту и техническому обслуживанию производственных активов, антимонопольные ограничения в работе с потребителями и поставщиками, стандарты обязательного обмена информацией с властями, нормативно-правовая база и рыночные инфраструктуры.

Все эти факторы не создают благоприятной среды для инновационного развития и инвестиций в новые технологии. Предприятия ограничивают свои расходы приоритетными потребностями и капиталовложениями для поддержания срока службы оборудования.

Государственный венчур

Неудивительно, что в условиях тарифного регулирования и жесткого отраслевого контроля инновации должны искусственно стимулироваться на уровне специального государственного законодательства или распоряжений.

В 2017 году президент России поручил крупнейшим госкомпаниям — Ростеху, Роскосмосу, Росатому, Объединенной авиастроительной корпорации и Объединенной судостроительной корпорации создать собственные венчурные фонды.

Из энергокомпаний в этом списке пока только «Росатом», который создал фонд на 3 млрд рублей, но этот инструмент очень важен, и отрасли он нужен. Инвестиции в венчурный капитал позволяют компании-клиенту с небольшой долей в капитале разработчика перспективного продукта выбирать и контролировать наиболее важные проекты. В то же время команда основателей сохраняет контроль над проектом и по-прежнему заинтересована в коммерческом внедрении технологии.

Пока этот рынок в России достаточно невелик и составляет около 20 миллиардов рублей в год, проявляясь в основном в сферах информационных технологий, транспорта и финансов. Очевидно, что госкомпании даже небольшими усилиями могут серьезно изменить расстановку сил здесь, создав новую инфраструктуру для исследований и отбора проектов.

Если догонять, то быстро

Несмотря на все препятствия, в энергетическом секторе есть многообещающие направления для исследований. Это вышеупомянутые технологии возобновляемых источников энергии и газовых турбин большой мощности, технологии топливных элементов, системы хранения энергии. Важно, что эти разработки также имеют экспортный потенциал.

Одна из самых насущных потребностей отрасли в инновациях — это оцифровка энергии. Прямо сейчас инженерам-энергетикам необходимо разработать домашнее программное обеспечение для управления электросетями и микроэнергетическими системами, системы защиты информации для критически важной инфраструктуры, технологии анализа данных и прогнозного анализа.

Но пока развитие инноваций живет в логике «восстановительной» модели, отнюдь не новой для нашей страны. И если рассматривать показания по отдельности, приложенные усилия кажутся очень скромными. Например, мировой рынок электрохимических накопителей энергии ежегодно удваивается и приблизится к 8 миллиардам долларов в 2019 году.

Национальные инициативы в этой чрезвычайно многообещающей и «горячей» области пока сводятся к дорожным картам и приятному поиску площадок для размещения пилотных проектов. Хотя именно этот рынок, имеющий серьезный экспортный потенциал, выглядит наиболее привлекательным для исследования и запуска инновационных производств.

Но независимо от того, о каком финансировании инноваций идет речь — госзаказ, корпоративные закупки или привлечение рискового инвестора, разработчик перспективного решения всегда может инициировать исследования и разработки. Это означает, что технологическое будущее российского энергетического сектора и его конкурентоспособность на мировой арене находятся в общих руках: государство, подконтрольные ему энергетические компании и активные исследовательские группы.

Инновации по-беларусски: энергетика балансирует между атомной и возобновляемой

Строительство атомной электростанции, сокращение выбросов и меньшее потребление импортируемого газа — самые новаторские стремления министерских чиновников. Они запланировали в ближайшем будущем избежать импорта электроэнергии и получать ее от атомных электростанций и возобновляемых источников.

В приоритетах бережливость, экономика и энергобезопасность

Модернизация белорусской энергосистемы началась в 2015 году и позволит ежегодно экономить около 200 миллионов долларов, заявили в Минэнерго на проходящем в настоящее время 21-м Конгрессе по энергетике и окружающей среде Беларуси.

Эффект в энергетическом секторе рассчитывается в долларах, в виде сэкономленного топливного эквивалента или сокращения выбросов. Кроме того, расставить приоритеты несложно: в ближайшие пять лет промышленность сосредоточится на экономической и энергетической безопасности, энергосбережении, развитии альтернативных и «зеленых» источников энергии и снижении энергоемкости ВВП.

Количество выбросов используется для измерения результата, но их сокращение не является стратегической целью, как и защита окружающей среды в целом. Вероятно, поэтому при обсуждении инновационных подходов к развитию энергетики возникают некоторые странности.

Технологический импульс в 2400 МВт

Начало использования атомных электростанций и развитие электрических сетей является одним из стратегических направлений развития энергетического сектора на 2016-2020 годы, а экономические показатели проекта высоко оценены властями:

«Создание атомной энергетики — новый интеллектуальный и технологический импульс в развитии страны», — перешел на лозунги министр энергетики Владимир Потупчик.

Доля атомных электростанций в общем энергобалансе Беларуси составит около 40% и будет заменять 5 млрд кубометров импортируемого природного газа в год. Установленная мощность станции — 2400 МВт. А мощность всей энергосистемы на 1 января 2016 года составила 9 740 МВт. Первый энергоблок АЭС должен был быть запущен в 2018 году, второй — в 2020 году.

Оправдывает ли цель средства

Власти надеются, что благодаря АЭС будет меньше выбросов, а значит, Беларусь приблизится к выполнению своих обязательств по Парижскому соглашению. По данным Минэнерго, установка позволит сократить выбросы парниковых газов на 7-10 миллионов тонн в год. Вероятно, именно это имел в виду первый заместитель министра природных ресурсов и охраны окружающей среды Ия Малкина, когда на пленарном заседании сказал: «Мы, безусловно, замечаем большой экологический эффект от внедрения БелАЭС».

Опираясь на дешевую энергию будущей АЭС, Беларусь будет активно использовать электромобили и отопление с использованием геотермальной энергии. По мнению экологов, в данном случае государство использует принцип «цель оправдывает средства». По мнению властей, сам проект АЭС не опасен.

Импортный газ подешевел благодаря правительству

Снизились тарифы на газ для промышленных потребителей. Модернизируя энергетический сектор, они надеются еще больше сократить их и удерживать цены на крайне низком уровне для населения.

«Это возможно благодаря проделанной работе по снижению затрат и решениям правительства о снижении стоимости природного газа, импортируемого в Республику Беларусь», — сказал министр энергетики Владимир Потупчик.

Стоимость его отпуска в 2015 году по сравнению с 2011 годом в долларовом эквиваленте снизилась на 20% (с 10,35 до 8,35 центов / кВтч), тепловой энергии — на 9,5% (с 40,4 до 36, 5 долларов США за Гкал).

От порубочных остатков до торфа

Несмотря на большую долю будущей АЭС в общей энергосистеме, Минэнерго отмечает: ведутся работы по диверсификации источников энергии. Правда, политика в этом секторе тонко напоминает внешнюю, где многовекторизм сосуществует с явным предпочтением.

Государство не первый год настаивает на использовании местных видов топлива. В Бобруйске он понимается как древесно-торфяной, а также лигнин.

За последние пять лет израсходовано около 4 миллионов тонн условного топлива. Местные виды топлива заменили примерно 3,5 миллиона кубометров импортируемого природного газа. По оценке Минприроды, перспективными являются переработка дров и использование лесных остатков. Из этих ресурсов можно добыть более 13 миллионов кубометров, или примерно 3 миллиона тонн условного топлива.

Благодаря совместным проектам с ЕС и ПРООН расширяется использование болотной биомассы в виде топливных гранул.

Прибыльный ветер

Другие возобновляемые источники энергии, такие как энергия ветра, также планируют развивать. Как сообщила Ия Малкина, Беларусь определила 22 перспективных региона для развития ветроэнергетики, где может быть размещено около 2000 установок.

Постепенно в стране развивается ветроэнергетика: если в 2011 году мощность станций составляла 1,6 МВт, то в 2016 году она достигла 69,2 МВт за счет 68 ветряных турбин.

РУП «облэнерго» заключило договоры на покупку этой электроэнергии с юридическими лицами и индивидуальными предпринимателями на сумму более 108 МВт. Мощность государственных станций в организациях Минэнерго — 56 МВт.

RDF-топливо: споры об экологичности и перспективе

В Беларуси действует 16 биогазовых комплексов общей мощностью более 22 МВт. Потенциал есть около 500 коммерческих структур. Свалочный газ используется для выработки энергии, а топливо из твердых бытовых отходов предполагается получать из бытовых отходов.

«По оценкам экспертов, потенциальный годовой объем производства этого вида топлива для использования в цементной промышленности составляет до 1 миллиона тонн условного топлива», — говорит Ия Малкина. Тем не менее, топливо из RDF недавно подверглось критике со стороны защитников окружающей среды как очень вредное.

Импорта электроэнергии не будет

Развитие энергосистемы в 2016-2020 годах, по расчетам Минэнерго, снизит долю природного газа в структуре энергоресурсов до 70% и позволит сэкономить до 850 тысяч тонн условного топлива.

«С 2019 года в энергобалансе страны не будет импорта», — заверил Владимир Потупчик. «Если вы помните, в последнее время мы импортировали до 7 млрд кВтч в год, что составляет значительную долю потребления внутри республики».

К 2021 году доля источников, работающих на природном газе, снизится с 97 до 70-75

Пятая часть исследований Института энергетики посвящена атомной энергетике

Следует добавить, что вектор развития энергетики определяется не только программными документами. Ученые также влияют, улучшая существующие системы и открывая новые.

Например, на Полоцкой ГЭС установлен прототип фильтра для очистки воды от органических примесей. Ученые также работают над оптимизацией работы солнечных панелей.

В государственном реестре НИОКР по разделу «Энергетика» 541 научная работа со сроком выполнения 2001-2015 гг. И 160 — в 2016-2020 гг. Во втором периоде изменилась структура исследований: из них не 9,2%, а 21,3% посвящены атомной энергетике%.

В целом данные указывают на то, что есть резервы для усиления направления альтернативной энергетики (в основном гидроэнергетики, но также солнечной и ветровой), считает руководство Института энергетики Национальной академии наук Беларуси.

Новые технологии в электронике, которые изменят наше будущее

Новые технологии — это те, чьи практические разработки и приложения не получили широкого распространения. Они представляют прогрессивные разработки в самых разных областях, от робототехники и искусственного интеллекта до когнитивных наук и нанотехнологий.

В частности, электронная промышленность играет жизненно важную роль в обработке сигналов, обработке информации и телекоммуникациях. Это электрические схемы, которые включают такие компоненты, как датчики, диоды, транзисторы и интегральные схемы. Проще говоря, он включает в себя сложные электронные инструменты и системы, такие как современные ноутбуки и смартфоны.

Первый тип транзистора был изобретен в 1947 году. С тех пор мы прошли долгий путь. Единственный смартфон, который вы используете сегодня, содержит более миллиарда транзисторов.

Это только начало. Многие революционные устройства еще не изобретены. Давайте узнаем, что нас ждет в будущем (в области электроники).

Гибкий дисплей

Многие производители бытовой электроники проявляют интерес к гибким дисплеям и работают над внедрением этой технологии в смартфоны и планшеты.

OLED на основе гибких подложек (металла, пластика или стекла) являются одними из наиболее перспективных складных электронных визуальных дисплеев. Металлические и стеклянные панели, используемые в гибких органических светодиодах, очень тонкие, легкие, прочные и практически неразрушимые.

На выставке CES 2018 компания LG представила первый прототип 65-дюймового 4K OLED-дисплея, который можно свернуть. Телевизор включается одним нажатием кнопки, а затем исчезает из поля зрения, когда в нем нет необходимости.

В сентябре 2019 года Samsung выпустила новый складной смартфон, который можно использовать как для планшетов, так и для смартфонов.

Складные устройства текущего поколения имеют много недостатков и слишком дороги. Большинство из них являются доказательством наличия концептуальных устройств для новичков, а не устройств массового потребления. Однако очевидно, что гибкие дисплеи превращаются во что-то совершенно иное, что может привести к неожиданным изменениям в технологической индустрии.

Мемристор

Концепция мемристоров была введена американским инженером-электриком Леоном Чуа в 1971 году. Он предположил возможность дополнительного нелинейного элемента цепи, соединяющего магнитный поток и заряд.

Каждая электронная схема состоит из пассивных компонентов, таких как катушки индуктивности, конденсаторы и резисторы. Существует четвертый компонент, называемый мемристорами, которые представляют собой полупроводники, используемые для создания маломощных запоминающих устройств.

Мемристор регулирует ток, протекающий в цепи, сохраняя количество заряда, ранее прошедшего через него. Мемристоры — это энергонезависимые компоненты, которые обладают очень высокой емкостью и быстродействием.

Патенты на мемристоры включают приложения в области обработки сигналов, интерфейсов мозг-компьютер, реконфигурируемых вычислений, программируемой логики и нейронных сетей. В будущем эти устройства могут использоваться для выполнения цифровой логики с использованием шлюза NAND на месте.

Электронная кожа и язык

Растяжимые, гибкие и самовосстанавливающиеся материалы, которые могут имитировать свойства кожи животных или человека, называются электронной кожей. Существует множество материалов, которые реагируют на изменения давления и тепла и способны измерять информацию посредством физического взаимодействия.

Эти материалы могут открыть новые двери для полезных приложений, таких как протезирование, мягкая робототехника, мониторинг здоровья и искусственный интеллект. В будущем новые дизайны электронных скинов будут включать материалы с высокой механической прочностью, улучшенной восприимчивостью, пригодностью для вторичной переработки и самовосстановлением.

С другой стороны, электронный язык измеряет и сравнивает вкусы. Он содержит несколько датчиков, каждый с разным спектром чувствительности, способных обнаруживать органические и неорганические соединения.

Электронные языки используются в самых разных областях, от пищевой промышленности до фармацевтической промышленности. Он также используется для сравнения целевых продуктов и мониторинга параметров окружающей среды.

3D Биометрия

Использование биометрической информации увеличивается с каждым годом, особенно в банковском секторе, судебной медицине и общественной безопасности. В большинстве случаев биометрического распознавания используются 2D-изображения.

Однако в последние годы было разработано несколько передовых биометрических методов. Сюда входят 3D-отпечатки пальцев, 3D-отпечатки ладоней, 3D-уши и 3D-методы распознавания лиц.

Будь то взаимодействие человека с компьютером или повышение безопасности, будут широко распространены приложения для надежных биометрических данных.

Электронный нос

Электронный нос определяет определенные компоненты духов и анализирует их химический состав. Содержит механизм обнаружения химических веществ, в том числе набор электронных датчиков и инструменты искусственного интеллекта для распознавания образов.

Такие устройства существуют уже более двух десятилетий, но обычно они дороги и громоздки. Исследователи стремятся сделать эти устройства более дешевыми, компактными и более чувствительными.

Электронные назальные инструменты используются научно-исследовательскими институтами, производственными отделами и лабораториями контроля качества для различных целей, таких как обнаружение загрязнения, порчи и взлома. Они также используются в медицинской диагностике и при обнаружении утечек газа и загрязняющих веществ для защиты окружающей среды.

Молекулярная электроника

Как следует из названия, молекулярная электроника использует молекулы в качестве основного строительного блока для электронных схем. Это междисциплинарная область, охватывающая материаловедение, химию и физику.

Эта технология позволит разрабатывать гораздо меньшие (наноразмерные) электронные схемы, чем это возможно в настоящее время с использованием традиционных полупроводников, таких как кремний. В таких устройствах движение электрона определяется квантовой механикой.

Хотя полные схемы, состоящие исключительно из элементов молекулярного размера, очень далеки от реализации, растущая потребность в большей вычислительной мощности и ограничения современных литографических технологий делают переход неизбежным.

В настоящее время ученые работают над молекулами с интересными характеристиками, чтобы добиться воспроизводимых и надежных контактов между молекулярными сегментами и основным материалом электрода.

Наноэлектромеханическая система

Наноэлектромеханическая система объединяет наноразмерные электронные элементы с механическими механизмами для формирования физических и химических датчиков. Они представляют собой следующий логический шаг миниатюризации так называемых микроэлектромеханических систем.

Они обладают невероятными свойствами, открывающими путь для различных применений, от микроволновых резонаторов до химических и биологических датчиков. Ниже приведены некоторые важные атрибуты наноэлектромеханических систем —

  • Основные частоты в микроволновом поле
  • Активная масса в диапазоне фемтограмм
  • Массовая чувствительность до уровней актограммы и субактограммы
  • Чувствительность к силе на уровне Аттоньютона
  • Потребляемая мощность около 10 Вт.
  • Очень высокий уровень интеграции, достигающий одного триллиона элементов на квадратный сантиметр.

Спинтроника

Спинтроника (или спиновая электроника) относится к правильному вращению электрона и связанному с ним магнитному моменту в физике твердого тела. Он сильно отличается от обычной электроники: вместе с состоянием заряда спины электронов используются для увеличения степени свободы.

Системы Spintronic могут использоваться для эффективного хранения и передачи данных. Эти устройства представляют особый интерес в области нейроморфных вычислений и квантовых вычислений.

Эта технология также используется в медицине (для обнаружения рака) и имеет большие перспективы для цифровой электроники.

Электронный текстиль

Электронные ткани (или умная одежда) — это ткани, в которые встроены цифровые и электронные компоненты, обеспечивающие дополнительную ценность для владельца. Есть много других приложений, которые полагаются на интеграцию электроники в текстиль, например, технологии дизайна интерьера.

Этот тип технологии считается революционным, потому что он способен делать несколько вещей, недоступных нормальным тканям, в том числе проводить энергию, общаться, трансформировать и расти.

Будущие приложения для умной одежды могут быть разработаны для отслеживания состояния здоровья, отслеживания солдат и наблюдения за пилотами. Персональный и портативный физиологический мониторинг, связь, обогрев и освещение могут извлечь выгоду из этой технологии.

Дисульфид молибдена

Дисульфид молибдена — неорганическое соединение, широко используемое в электронике в качестве сухой смазки из-за его низкого трения и прочности. Как и кремний, это диамагнитный полупроводник с непрямой запрещенной зоной с шириной запрещенной зоны 1,23 эВ.

Дисульфид молибдена — это обычная сухая смазка с размером частиц в диапазоне 1-100 микрометров. Его часто используют при производстве эффективных транзисторов, фотоприемников, двухтактных двигателей и подвесов.

В 2017 году двумерный дисульфид молибдена был использован для создания 1-разрядного микропроцессора, содержащего 115 транзисторов. Также он был использован для создания 3-х полюсного мемтранзистора. В ближайшие несколько лет это соединение может стать основой всех видов электронных устройств.

Термальная медная стойка

Термо-медный полюс представляет собой микроэлектрическое термоэлектрическое устройство, используемое для упаковки электроники и оптоэлектроники, такой как лазерные диоды, полупроводниковые оптические усилители, центральные и графические процессоры.

Компания Nextreme Thermal Solutions разработала эту технологию в дополнение к функциям активного терморегулирования на уровне кристалла. Этот метод в настоящее время используется техническими гигантами, включая Intel и Amkor, для прикрепления микропроцессоров и других современных микросхем к различным поверхностям.

Когда ток проходит по цепи, тепловой удар поглощает тепло и передает его другому. Этот процесс известен как эффект Пельтье, и именно так тепловой удар помогает уменьшить нагрев электронных схем.

Он работает как полупроводниковый тепловой насос и добавляет функции контроля температуры поверхности микросхемы. Сегодняшние тепловые неоднородности составляют около 20 микрон в высоту и 238 микрон в ширину (диаметр). Технология нового поколения снизит высоту теплового удара до 10 микрон.

Цифровая технология запаха

Было проведено множество исследований обонятельной технологии, которая позволяет устройствам (или электронным носам) распознавать, передавать и принимать носители с запахом, такие как аудио, видео и веб-страницы.

Первая система выпуска духов под названием Smell-O-Vision была изобретена в конце 1950-х годов. Она могла издавать запахи во время показа фильма, чтобы улучшить восприятие зрителей.

С тех пор многие научно-исследовательские институты разработали аналогичные устройства. Одним из них был iSmell, разработанный в 1999 году. Он состоял из 128 картриджей запаха, из которых можно было производить различные смешанные запахи. Однако из-за некоторых ограничений продукт так и не поступил в продажу.

На CEATEC 2016 компания представила носимое ароматизированное устройство, которым можно управлять с помощью смартфона и ПК. Ему все еще предстоит преодолеть множество препятствий, включая время и распространение ароматов, а также риски для здоровья, связанные с синтетическими запахами.

Участие технологических компаний в развитии энергетики

Крупные компании разрабатывают новые энергетические технологии, например, Google предложил самолет, похожий на воздушный змей, который летает по кругу на высоте, где дует самый сильный ветер. Такой самолет выдает мощность 600 кВт. В России Росатом строит ветряные электростанции.

Частные инвесторы и крупные технологические компании, такие как Microsoft, General Electric и другие, сформировали коалицию для достижения безуглеродного энергетического будущего. Коалиция работает во всех секторах альтернативной и традиционной энергетики.

Эффективность инноваций в электроэнергетике

Отрасль и промышленность, связанная с электроэнергетикой, имеют следующие характеристики:

  • освоение ресурса основных деталей и узлов электрооборудования происходит через 20, 30 и более лет;
  • необходимы большие вложения для модернизации или замены оборудования;
  • вложение окупается надолго.

Затраты компаний, в том числе компаний энергетического сектора, на исследовательские и опытно-конструкторские работы низкие. Тем более важно понимать, что развитие промышленности и новых технологий в энергетическом секторе возможно за счет использования инновационных методов работы.

Оцените статью
Блог об энергетике