CP v2

Category: Energetika

  • Bitės įkvėpė naują saulės panelių formą: 3D korio struktūra leidžia sugauti daugiau šviesos kampu

    Bitės įkvėpė naują saulės panelių formą: 3D korio struktūra leidžia sugauti daugiau šviesos kampu

    Įprastos saulės panelės efektyviausiai dirba tada, kai saulė šviečia beveik statmenai, tačiau ryte, vakare ar žiemą spinduliai krenta kampu ir dalis šviesos paprasčiausiai atsispindi nuo apsauginio stiklo. Energetikos inžinieriai šią problemą sprendžia jau dešimtmečius, nes būtent kampinis apšvietimas dažnai lemia pastebimą gamybos kritimą.

    Pastaraisiais metais mokslininkai vis dažniau atsigręžia į gamtoje randamas formas, o viena sėkmingiausių idėjų atėjo iš bičių korio geometrijos. Tyrėjai sukūrė 3D įgaubtą fotovoltinį modulį, kurio šešiakampės sienelės nukreipia šviesą taip, kad ji ne pabėgtų atgal į atmosferą, o dar kartą patektų ant aktyvių paviršių.

    Kaip sumažinami šviesos nuostoliai

    Plokščioje panelėje, kai šviesa krenta įstrižai, didėja optinis atspindys ir dalis energijos prarandama dar nepasiekusi saulės elementų. Naujas 3D dizainas veikia kitaip: spindulys, pataikęs į įstrižą sienelę, atšoka į gretimą sienelę ir gauna antrą galimybę būti sugertas.

    Šis principas tyrime įvardijamas kaip sustiprintas šviesos sugrąžinimas, kai vidiniai atspindžiai tampa ne nuostoliu, o privalumu. Praktinis tikslas paprastas: kuo daugiau šviesos užrakinti modulio viduje ir kuo mažiau jos „išmesti“ atgal į aplinką.

    Kokį efektą rodo bandymai

    Tyrėjų pateikti bandymų rezultatai rodo, kad, lyginant su plokščiu moduliu tomis pačiomis sąlygomis, maksimalus galios prieaugis siekė 142,3 proc. Esant idealiam, nulinio laipsnio kritimo kampui, galios išėjimas augo 36,4 proc., o ties 60 laipsnių kampu, kuris tradicinėms panelėms yra vienas sudėtingiausių, fiksuotas 61,8 proc. pagerėjimas.

    Tokie skaičiai svarbūs todėl, kad realiomis sąlygomis saulė per dieną nuolat keičia padėtį, o daugelis stoginių ar antžeminių elektrinių nėra aprūpintos saulės sekimo mechanizmais. Jei didesnį efektyvumą pavyktų pasiekti vien forma, tai galėtų mažinti poreikį brangioms judančioms konstrukcijoms.

    Kodėl pasirinktas būtent korio principas

    Bičių korys gamtoje laikomas itin efektyvia konstrukcija: jis suteikia didelį tūrį ir tvirtumą, sunaudojant minimalų medžiagos kiekį. Inžinerijoje šešiakampė geometrija vertinama dėl mechaninio stabilumo ir lengvo kartojimo, todėl ji patogi ir modulinei gamybai.

    Kuriant 3D įgaubtą struktūrą, iššūkiu tampa ne tik optika, bet ir ilgaamžiškumas: sudėtingi kampai turi išlikti stabilūs, atsparūs vėjui, temperatūrų pokyčiams ir mechaninėms apkrovoms. Tyrime aprašomas sprendimas paremtas lanksčiu, spausdintu polimeriniu mechaniniu metamaterialu, kuris leidžia išlaikyti formą ir kartu suteikia konstrukcijai tam tikrą „prisitaikymą“.

    Dar vienas potencialus privalumas yra pritaikomumas ne vien plokštiems paviršiams. Jei tokia konstrukcija būtų sėkmingai perkelta į masinę gamybą, ji teoriškai galėtų būti diegiama ant lenktų fasadų, transporto priemonių ar kitų netipinių paviršių, kur klasikinės panelės geometriškai ne visuomet patogios.

    Tyrimą apie korio struktūros 3D įgaubtus fotovoltinius modulius ir šviesos sugrąžinimo efektą publikavo „Advanced Materials Technologies“ 2023 metais. Nors iki plataus pritaikymo dar reikalingi papildomi bandymai dėl kainos, gamybos mastelio ir patvarumo, kryptis aiški: net ir seniai pažįstama saulės energetika dar turi kur augti, jei keičiamas pats modulio dizainas.

  • Saulės parkai plečiasi, bet išryškėjo netikėta rizika: paukščiai modulius palaiko vandeniu

    Saulės parkai plečiasi, bet išryškėjo netikėta rizika: paukščiai modulius palaiko vandeniu

    Kiekvieną rudenį milijardai paukščių migruoja į pietus, orientuodamiesi pagal upes, pakrantes ir vandens telkinių atspindžius. Šis signalas gamtoje ilgai reiškė poilsio vietą ir maisto šaltinį, tačiau kraštovaizdyje atsirado naujas „veidrodis“.

    Dideli saulės parkai iš oro gali priminti ežerą, nes tamsus, lygus paviršius atspindi dangų panašiu kampu kaip vanduo. Dėl to dalis migruojančių paukščių leidžiasi ten, kur tikisi rasti vandenį, bet randa stiklą, metalą ir aptvertą teritoriją.

    Šis reiškinys siejamas su poliarizuotos šviesos tarša, kai atspindžiai klaidina gyvūnų orientaciją. Tyrėjai tokį paukščių elgsenos pokytį įvardija kaip vadinamąjį ežero efektą, kai dirbtinės dangos imituoja vandens telkinius ir nukreipia paukščius nuo įprastų maršrutų.

    Klaidinantis nusileidimas migruojančiam paukščiui nėra smulkmena, ypač ilguose maršrutuose ir prastomis oro sąlygomis. Papildomas manevras ir pakilimas kainuoja energijos atsargas, o praradus tinkamą poilsio vietą didėja išsekimo ir žūties rizika.

    Saulės energetikos plėtra pastaraisiais metais vyko itin sparčiai, ypač dėl gamybos masto ir pigusių modulių. Vis dėlto sparčiai augant infrastruktūrai, vis dažniau keliami klausimai ne vien apie elektros kainą ar tinklų pajėgumus, bet ir apie poveikį ekosistemoms bei migracijos koridoriams.

    Pramonė šiuo metu susiduria ir su ekonominiais iššūkiais: modulių kainos pasaulinėje rinkoje krito, o konkurencija padidino spaudimą gamintojams mažinti sąnaudas. Viena ryškiausių sektoriaus bendrovių, Kinijos „Longi Green Energy Technology“, buvo priversta mažinti darbuotojų skaičių, reaguodama į perteklių ir kainų kritimą.

    Specialistai pabrėžia, kad dalį neigiamo poveikio galima sumažinti dar projektavimo etape. Tarp siūlomų sprendimų minimos dangos ir nano dangos, mažinančios poliarizuotą atspindį, taip pat saulės parkų įrengimas ir priežiūra, paliekant natūralios augmenijos juostas bei gyvūnų judėjimo koridorius.

    Kai kur jau taikomi ir praktiniai sprendimai: išsaugomi vietiniai augalai, paliekami natūralūs lietaus vandens nuvedimo keliai, o tvorose suprojektuojamos angos smulkesnei faunai. Tokia praktika rodo, kad saulės parkai gali būti derinami su biologinės įvairovės apsauga, jei poveikis vertinamas ne formaliai, o realiai.

    Ekspertai akcentuoja, kad energijos transformacija neišvengiamai keičia kraštovaizdį, todėl svarbiausia tampa kokybė: kur ir kaip statoma. Kuo daugiau saulės parkų atsiras migracijos keliuose, tuo aktualesnis bus reikalavimas mažinti atspindžių efektą ir projektuoti infrastruktūrą taip, kad ji netaptų spąstais laukinei gamtai.

  • Saulės moduliai virš pasėlių kuria lietaus užuolaidas: mokslininkai aiškinasi poveikį krituliams

    Saulės moduliai virš pasėlių kuria lietaus užuolaidas: mokslininkai aiškinasi poveikį krituliams

    Saulės elektrinės vis dažniau projektuojamos ne tik atvirose aikštelėse, bet ir virš žemės ūkio laukų, kad vienoje teritorijoje būtų galima ir auginti, ir gaminti elektrą. Toks sprendimas, vadinamas agrivoltaika, daug kur pristatomas kaip dviguba nauda: dalinis pavėsis gali mažinti karščio stresą, o ūkininkai gauna papildomų pajamų iš elektros.

    Tačiau naujesni matavimai rodo, kad didelių saulės modulių masyvai gali netikėtai keisti lietaus pasiskirstymą pačiame lauke. Krentant krituliams, moduliai veikia tarsi didžiuliai skėčiai: dalį lietaus sulaiko, dalį nukreipia į savo kraštus, o vanduo vietomis krenta sutelktais vertikaliais srautais.

    Lietus krenta nevienodai

    Tyrimuose, atliktuose bandymų sklype Prancūzijos Monpeljė apylinkėse, stebėta, kad po moduliais susiformuoja skirtingos zonos. Ten, kur moduliai dengia augalus, dirva gali likti sausesnė, o tarp modulių eilių kritulių kiekis dažniau būna artimesnis natūraliam.

    Didžiausia problema fiksuota pakraščiuose ir tose vietose, kur nuo modulių kraštų vanduo krenta koncentruotomis juostomis. Tokios lietaus užuolaidos gali lemti, kad vienoje lauko dalyje augalai gauna per daug vandens, o kitoje jo stinga, o tai ypač pavojinga jautresnėms kultūroms.

    Kodėl atsiranda lietaus užuolaidos?

    Mechanizmas gana paprastas: ant lygaus modulio paviršiaus krituliai surenkami į didesnį kiekį, kuris nubėga į kraštą ir nuo aukščio staiga nukrenta žemyn. Kai moduliai įrengti kelių metrų aukštyje, o dar prisideda vėjo kryptis ir gūsiai, susidaro tankios, lokalios vandens sienos.

    Šis efektas tampa ryškesnis, kai naudojamos dinaminės sistemos, kur moduliai keičia kampą pagal saulę. Keičiantis pasvirimui, keičiasi ir nubėgančio vandens trajektorija, todėl vanduo lauke gali persiskirstyti dar chaotiškiau, ypač per intensyvias liūtis.

    Sprendimas gali būti valdymas realiu laiku

    Tyrėjai nurodo, kad problema nėra neišsprendžiama, jei agrivoltaikos parkai projektuojami atsižvelgiant į hidrologiją. Modeliavimas ir valdymo algoritmai gali padėti parinkti modulių padėtį taip, kad per audrą vanduo būtų paskirstomas tolygiau, o ne sutelkiamas į siauras juostas.

    Eksperimentuose taikant lietaus perskirstymo modelius ir dirvožemio drėgmės skaičiavimus, pavyko reikšmingai sumažinti kritulių netolygumą. Praktikoje tai reikštų, kad moduliai galėtų būti ne tik apsauga nuo kaitros, bet ir priemonė kontroliuoti, kurioje lauko vietoje vanduo labiausiai reikalingas.

    Vis dėlto mokslininkai pabrėžia, kad plečiantis agrivoltaikai svarbu vertinti ne vien elektros gamybą ir derlių, bet ir mikroklimato pokyčius. Projektuojant didelius parkus, lemiami gali būti tokie veiksniai kaip modulių aukštis, eilių tarpai, pasvirimo režimas, vietos vėjų statistika ir ekstremalių kritulių dažnėjimo tendencijos.

  • Sahara padengus saulės panelėmis: modeliai rodo daugiau lietaus Sahelyje, bet kiltų rizikų kitur

    Sahara padengus saulės panelėmis: modeliai rodo daugiau lietaus Sahelyje, bet kiltų rizikų kitur

    Saharos dykumoje lietus yra itin retas reiškinys, tačiau klimato modeliai rodo, kad milžiniškos saulės elektrinių teritorijos teoriškai galėtų pakeisti šį vaizdą. Tyrėjai skaičiavo, jog tamsūs saulės moduliai, pakeitę šviesų smėlį, galėtų sustiprinti oro kilimą ir paskatinti debesų formavimąsi.

    Ši idėja nėra realus statybų planas, o mintinis eksperimentas su fizikiniais dėsniais paremtais skaičiavimais. Mokslininkai analizavo scenarijų, kai didžiulė Saharos dalis būtų užklota saulės ir vėjo jėgainėmis, o modeliai leistų įvertinti ilgalaikius atmosferos ir paviršiaus pokyčius.

    Ką parodė tyrimų modeliai

    2018 metais žurnale Science publikuotame darbe klimato mokslininkų komanda naudojo modelį, kuriame įvertintas ir augmenijos atsakas į pasikeitusį klimatą. Simuliacijose didelė Saharos teritorija buvo „padengta“ saulės ir vėjo jėgainėmis, o rezultatai rodė ženkliai didesnius kritulių kiekius dykumoje ir greta esančiame Sahelyje.

    Vien saulės elektrinių dalis tokiame scenarijuje būtų generavusi energijos kiekį, daug kartų viršijantį dabartinį pasaulio poreikį, todėl mastas yra praktiškai neįgyvendinamas. Vis dėlto tokie skaičiavimai padeda suprasti, kaip dideli žemės paviršiaus pokyčiai gali paveikti regioninę cirkuliaciją.

    Kodėl saulės panelės „šildo“, o ne vėsina

    Dažnai manoma, kad saulės panelės dykumoje turėtų ją vėsinti, tačiau modeliuose svarbiausias mechanizmas yra priešingas. Smėlis yra šviesus ir dalį saulės spinduliuotės atspindi, o tamsūs moduliai sugeria daugiau energijos, todėl paviršius įkaista labiau.

    Įkaitęs paviršius skatina oro kilimą aukštyn, kylantis oras vėsta, o drėgmė kondensuojasi į debesis ir gali iškristi krituliais. Kitaip tariant, panelės „nesukuria“ vandens, bet gali pakeisti, kur ir kaip atmosferoje susidaro sąlygos debesuotumui.

    Grįžtamasis ryšys: lietus gali skatinti daugiau lietaus

    Modeliai taip pat parodė, kad prasidėję krituliai gali įjungti teigiamą grįžtamąjį ryšį. Kai dykumoje atsiranda daugiau drėgmės, gali suaktyvėti augmenija, o augalai paprastai yra tamsesni už smėlį ir dar labiau didina šilumos sugėrimą.

    Dėl to sustiprėja oro kilimas ir kritulių tikimybė, todėl ciklas gali „maitinti“ pats save. Mokslininkai primena, kad Sahara praeityje jau buvo žalesnė ir drėgnesnė, o klimato sistema gali turėti slenksčius, kuriuos peržengus pokyčiai įsibėgėja.

    Kur slypi didžiausia rizika globaliu mastu

    Vėlesniuose tyrimuose, kuriuose naudoti platesni Žemės sistemos modeliai, išryškėjo svarbi detalė: tokio masto „naujas šilumos šaltinis“ galėtų perorganizuoti vėjų ir kritulių juostas visoje planetoje. Kai kuriuose scenarijuose tropinė lietaus juosta slinktų į šiaurę, o tai reikštų, kad dalis papildomų kritulių Saharoje galėtų būti „paimta“ iš kitų regionų.

    Tokie modeliai kėlė prielaidą, kad tam tikrose pasaulio vietose galėtų didėti sausrų rizika, o atmosferos cirkuliacijos pokyčiai paveiktų ir audrų trajektorijas. Tai viena priežasčių, kodėl mokslininkai pabrėžia, kad planetinio masto infrastruktūra net ir atsinaujinančios energijos kontekste turi būti vertinama kaip klimato sistemos trikdis.

    Praktikoje dabartiniai saulės parkai yra nepalyginamai mažesni, todėl negali „pastumti“ pasaulinių kritulių juostų. Vis dėlto jie gali turėti vietinį poveikį mikroklimatui, paviršiaus temperatūrai ar ekosistemoms, todėl didelių projektų planavime vis dažniau kalbama ne tik apie pagamintą energiją, bet ir apie poveikį aplinkai bei klimatui.

  • Vėjo jėgainė be menčių: 3 metrų stulpas virpėjimu gamina elektrą ir žada mažesnes sąnaudas

    Vėjo jėgainė be menčių: 3 metrų stulpas virpėjimu gamina elektrą ir žada mažesnes sąnaudas

    Tradicinės trijų menčių vėjo jėgainės jau dešimtmečius laikomos patikimu atsinaujinančios energetikos standartu, tačiau smulkesniems vartotojams jos dažnai lieka nepraktiškos. Įrengimas, priežiūra, triukšmas ir mechaninių dalių dėvėjimasis ypač skaudžiai atsiranda tada, kai elektros reikia tik namui, sodybai ar nedidelei sodo bendrijos pastogei.

    Šią nišą bando užpildyti neįprasta idėja: vėjo generatorius be besisukančių menčių, kuris energiją ima ne iš rotoriaus, o iš pačio virpėjimo. Tokios technologijos principas siejamas su aerodinaminiu reiškiniu, dėl kurio konstrukcijos kartais ima svyruoti taip stipriai, kad inžinieriams tai tampa rimta problema.

    Kaip virpesiai virsta elektra

    Kai vėjas apteka liekną vertikalią konstrukciją, už jos susidaro sūkuriai, periodiškai stumiantys stulpą į skirtingas puses. Šis reiškinys vadinamas sūkurių sukelta vibracija, o kraštutiniais atvejais jis gali sukelti rezonansą, kai svyravimai stiprėja ir tampa pavojingi.

    Būtent šią „problemą“ kai kurie kūrėjai mėgina paversti privalumu: stulpas sąmoningai suprojektuojamas taip, kad vėjyje virpėtų, o jo judėjimas per mechaninę jungtį ar generatoriaus mazgą būtų paverčiamas elektra. Kadangi nėra sparnų, pavarų dėžių ir sudėtingų besisukančių mazgų, teoriškai mažėja priežiūros poreikis ir triukšmas.

    „Vortex Bladeless“ sprendimas

    Ispanijos startuolis „Vortex Bladeless“ kuria vadinamąją be menčių vėjo jėgainę, kuri išoriškai primena vertikalų stulpą. Bendrovės pristatomame namų modeliui dažnai priskiriamas apie 3 metrų aukštis, o tikslinė galia siejama su maždaug 100 vatų lygiu, todėl tai būtų labiau pagalbinis, o ne pagrindinis elektros šaltinis.

    Įmonė teigia, kad tokio tipo konstrukcija gali būti pigesnė pagaminti ir pigiau eksploatuojama už įprastas mažas vėjo turbinas, nes paprasčiau mechanika ir mažiau dėvinčiųsi dalių. Taip pat akcentuojama, kad be menčių įrenginiai turėtų kelti mažiau rizikos paukščiams ir gali būti tinkamesni tankesnėms vietovėms, pavyzdžiui, ant stogų ar mažesniuose sklypuose.

    Kur slypi ribojimai

    Didžiausias tokios technologijos „kabliukas“ yra galia: 100 vatų lygio įrenginys vienas pats nepajėgtų patikimai aprūpinti vidutinio namų ūkio, ypač šildymo sezono metu. Realistiškesnis scenarijus būtų mažų vartotojų maitinimas, akumuliatorių įkrovimas, apšvietimas, maršrutizatorius ar kitos nedidelės galios apkrovos.

    Kitas klausimas yra faktinė išeiga realiomis sąlygomis, nes vėjo krypties kaita, gūsiai ir turbulencija miestuose gali mažinti stabilumą bei efektyvumą. Todėl tokie sprendimai dažniau vertinami kaip papildymas saulės elektrinei, kai dieną energiją duoda saulė, o vakare ar naktį, sustiprėjus vėjui, dalį poreikio padengtų vibracinis generatorius.

    Pastaraisiais metais Europoje daugėja diskusijų apie smulkiosios generacijos plėtrą, energijos kaupimą ir vartotojų norą mažinti sąskaitas ne tik dideliais projektais, bet ir mažais, moduliniais sprendimais. Jei be menčių technologijoms pavyktų įrodyti stabilų našumą ir patikimumą, jos galėtų tapti dar viena alternatyva ten, kur klasikinė turbina per brangi, per triukšminga ar tiesiog netelpa.

  • Plaukiojantys saulės moduliai Čilės lašišų ūkyje sumažino dyzeliną ir netikėtai pritraukė žuvų

    Plaukiojantys saulės moduliai Čilės lašišų ūkyje sumažino dyzeliną ir netikėtai pritraukė žuvų

    Čilėje veikiančiame jūriniame lašišų ūkyje pradėta taikyti plaukiojančios saulės elektrinės technologija, kuri dalį energijos poreikio leidžia patenkinti be dyzelinių generatorių. Tikslas buvo mažinti išmetamųjų dujų kiekį ir triukšmą, tačiau netrukus paaiškėjo dar vienas, iš anksto ne iki galo įvertintas poveikis ekosistemai.

    Ūkyje vandens paviršių virš žuvų aptvarų dengiantys saulės moduliai tapo ne tik energijos šaltiniu, bet ir savotišku stogu. Po juo susiformavęs pavėsis ir ramesnė aplinka ėmė traukti lašišas, kurios dideliais kiekiais rinkosi po konstrukcijomis ir ten užsilaikydavo.

    Energija be dyzelio ir mažiau triukšmo

    Atviroje jūroje ar fiorduose įrengtoms žuvų fermoms būtina nuolatinė elektra: ji reikalinga stebėsenos sistemoms, apšvietimui, šėrimo įrangai, ryšiui ir kitiems procesams. Tokiose vietose dažnai pasirenkami dyzeliniai generatoriai, nes prijungti prie elektros tinklo būna sudėtinga arba labai brangu.

    Čilės Los Lagoso regione veikiančiame Mowi Huar Norte ūkyje, įrengus plaukiojančius saulės modulius ir energijos kaupimo sprendimus, dalis poreikio pradėta padengti atsinaujinančiais ištekliais. Skelbiama, kad hibridinė sistema dabar padengia apie 57 proc. ūkio energijos poreikių, o per metus leidžia atsisakyti daugiau nei 36 000 galonų dyzelino.

    Perskaičiavus šį kiekį, tai sudaro apie 136 000 litrų degalų per metus. Mažesnis dyzelino vartojimas reiškia ne tik mažesnes tiesiogines išlaidas kurui, bet ir mažiau degalų pristatymo reisų į atokesnę vietą, todėl sumažėja ir su logistika susijusi tarša bei rizikos.

    Kartu sumažėjo ir nuolatinis variklių keliamas triukšmas bei vibracijos, kurios povandeninėje aplinkoje sklinda toliau nei sausumoje. Toks foninis triukšmas gali kelti stresą tiek žuvims, tiek darbuotojams, o ramesnė aplinka tampa papildomu praktiniu privalumu kasdienėje ūkio veikloje.

    Netikėtas efektas po moduliais

    Saulės moduliai suformavo pavėsį virš aptvarų, o tai pakeitė sąlygas vandenyje. Pavėsis ir sumažėjęs judėjimas virš vandens, taip pat retesni laivų atvykimai su kuru, sukūrė ramesnę zoną, kurioje lašišos ėmė telktis po konstrukcijomis.

    Tokį elgesį galima aiškinti keliais veiksniais: pavėsis gali mažinti šviesos stresą, o stogo efektas suteikia papildomą priedangą nuo plėšriųjų paukščių. Be to, sumažėjęs triukšmas ir vibracijos gali keisti žuvų pasiskirstymą aptvaruose, nes jos jautriai reaguoja į aplinkos dirgiklius.

    „Tikėjomės mažesnių emisijų ir tylesnio darbo, bet netikėtai pamatėme, kad lašišos masiškai renkasi po moduliais“, – sakė projekto įgyvendinime dalyvavę atstovai, apibūdindami netikėtą technologijos poveikį.

    Tokie sprendimai dažnai pristatomi kaip žingsnis tvaresnės akvakultūros link, tačiau jie kartu primena, kad infrastruktūros pokyčiai gali turėti ir papildomų ekologinių pasekmių. Šiuo atveju efektas atrodo palankus žuvų elgsenai, tačiau ilgalaikiam vertinimui reikėtų stebėti, kaip kinta vandens parametrai, deguonies režimas ir žuvų sveikatingumas skirtingais metų laikais.

    Plaukiojančios saulės elektrinės: auganti kryptis

    Plaukiojančios saulės elektrinės pasaulyje sparčiai plinta vandens telkiniuose, nes leidžia išnaudoti plotus nekonkuruojant su žemės naudojimu. Jūrinėse ar pakrančių akvakultūros vietose ši kryptis ypač patraukli dėl to, kad energijos poreikis yra nuolatinis, o tradiciniai sprendimai dažnai remiasi dyzelinu.

    Tokie projektai paprastai derinami su baterijų kaupimo sistemomis, kad būtų galima subalansuoti gamybą ir vartojimą, ypač naktį ar esant prastesnėms oro sąlygoms. Praktikoje tai leidžia didinti atsinaujinančios energijos dalį, mažinti generatorių darbo laiką ir užtikrinti stabilesnį ūkio energijos tiekimą.

    Čilės pavyzdys rodo, kad energijos transformacija pramonėje gali turėti ir papildomą naudą gamtinei aplinkai, net jei ji nebuvo pagrindinis projekto tikslas. Vis dėlto ekspertai pabrėžia, kad kiekvienoje vietoje reikalingas atskiras poveikio vertinimas, nes skirtingos akvatorijos, srovės ir ekosistemos į tokias konstrukcijas gali reaguoti nevienodai.

  • Plaukiojanti vėjo jėgainė su duomenų centru po vandeniu: Norvegijoje bus bandoma 10 MW DI galia

    Plaukiojanti vėjo jėgainė su duomenų centru po vandeniu: Norvegijoje bus bandoma 10 MW DI galia

    Plaukiojančios jūrinės vėjo jėgainės gali tapti ne tik elektros gamybos, bet ir skaitmeninės infrastruktūros dalimi. JAV startuolis „Aikido Technologies“ pristatė idėją duomenų centrą įrengti pačios jėgainės povandeninėse atramose, taip sprendžiant ir energijos, ir aušinimo iššūkius.

    Projektas orientuotas į DI skaičiavimams reikalingą kompiuterinę galią, kuri pastaraisiais metais sparčiai auga. Didžiausia problema tokiai infrastruktūrai paprastai tampa ne tik elektros poreikis, bet ir šiluma, kurią reikia patikimai pašalinti ištisus metus.

    Kodėl duomenų centrai keliasi nuo kranto?

    Tarptautinė energetikos agentūra skaičiuoja, kad duomenų centrai 2022 metais sunaudojo apie 460 teravatvalandžių elektros, o artimiausiais metais šis skaičius gali viršyti 1 000 teravatvalandžių. Augimą skatina debesija, vaizdo transliacijos ir ypač DI modelių mokymas bei naudojimas.

    Kitas jautrus klausimas yra aušinimas: dalis duomenų centrų naudoja didelius gėlo vandens kiekius, o tai kai kuriose vietovėse kelia konfliktus su vietos bendruomenėmis ir didina rizikas sausros metu. Dėl to ieškoma sprendimų, kurie mažintų priklausomybę nuo vandens ir leistų šilumą šalinti efektyviau.

    Duomenų centras jėgainės atramose

    „Aikido Technologies“ siūlomas sprendimas pavadintas AO60DC. Tai plaukiojanti jūrinė vėjo platforma su trimis didelėmis tuščiavidurėmis plieninėmis atramomis, kuriose vietoj įprasto balastinio vandens būtų įrengta serverinė įranga.

    Bendrovė teigia, kad viena tokia konstrukcija galėtų derinti 15–18 megavatų vėjo turbiną, 10–12 megavatų skaičiavimų pajėgumą ir bateriją. Skaičiavimo apkrova būtų maitinama vėju ir baterija, o jungtis su tinklu reikalinga kaip papildoma galimybė, ypač ramesniais periodais.

    Šaltas jūros vanduo kaip aušintuvas

    Pagrindinis sumanymo argumentas yra aušinimas: jūroje šiluma gali būti perduodama per povandeninių atramų plienines sieneles į aplinkinį jūros vandenį. Tokiu būdu būtų mažinamas poreikis aktyvioms aušinimo sistemoms, kurios sausumoje sudaro reikšmingą duomenų centro energijos sąnaudų dalį.

    Teoriškai tai leistų apsieiti beveik be gėlo vandens ir išvengti aušinimo bokštų ar didelių vandens rezervų. Vis dėlto praktikoje tokiam sprendimui reikės aiškiai įrodyti, kad šiluminis poveikis aplinkai yra ribotas ir valdomas.

    Kada bus realus bandymas ir kokios rizikos?

    Pirmasis koncepcijos bandymas numatytas Šiaurės jūroje prie Norvegijos krantų iki 2026 metų pabaigos. Planuojama apie 100 kilovatų demonstracinė sistema, sukurta panaudojant atnaujintą turbiną, kuri turėtų parodyti, ar serveriai patikimai veikia jūrinėje aplinkoje.

    Pilno masto komercinis projektas, kaip skelbiama, taikomas Jungtinei Karalystei ir galėtų startuoti 2028 metais. Bendrovė taip pat nurodo prisijungusi prie „NVIDIA“ startuolių programos, o tai signalizuoja apie orientaciją į didelio našumo skaičiavimus ir DI darbo krūvius.

    Rizikų sąrašas ilgas: druskingas vanduo ir korozija, sudėtingesnė priežiūra atviroje jūroje, kibernetinio saugumo ir patikimumo reikalavimai, taip pat galimas poveikis jūrų ekosistemoms dėl šilumos sklaidos. Prie viso to prisideda ir plaukiojančių vėjo parkų kaštų spaudimas, kuris pastaruoju metu yra viena karščiausių jūrinės energetikos temų Europoje.

    Vis dėlto kryptis atitinka platesnę tendenciją: skaičiavimai vis dažniau planuojami ten, kur yra pigi, mažai anglies dioksido išskirianti energija ir natūraliai efektyvus aušinimas. Jei bandymas prie Norvegijos pasiteisins, dalis būsimų DI duomenų centrų gali atsidurti ne pramoniniuose rajonuose, o ten, kur pučia stipriausias vėjas.

  • Abu Dabio saulės jėgainė su 4 mln. modulių tapo pavėsiu dykumos gyvūnams: ką tai keičia

    Abu Dabio saulės jėgainė su 4 mln. modulių tapo pavėsiu dykumos gyvūnams: ką tai keičia

    Abu Dabio vakarinėje dykumoje vasarą žemės paviršius gali įkaisti iki maždaug 66 laipsnių Celsijaus, todėl atvira erdvė daugeliui rūšių tampa beveik neįveikiama. Tačiau po saulės moduliais susiformuojantis pavėsis kuria vėsesnes mikrozonas, kuriose gyvūnai randa trumpalaikį prieglobstį.

    Toks netikėtas efektas pastebimas Al Dhafra saulės elektrinėje – vienoje didžiausių vienoje vietoje pastatytų fotovoltinių jėgainių pasaulyje. Ji užima daugiau nei 20 kvadratinių kilometrų ir naudoja beveik 4 mln. saulės modulių, o mastas jau daro apčiuopiamą įtaką vietos ekosistemai.

    Milžiniškas projektas dykumoje

    Projektas oficialiai atidarytas 2023 metais ir yra įrengtas maždaug 35 kilometrų atstumu nuo Abu Dabio. Skelbiama, kad pagaminamos elektros užtenka apie 200 000 namų ūkių poreikiams, o metinis išmetamųjų teršalų sumažėjimas vertinamas apie 2 400 000 tonų.

    Statybų metu kasdien vidutiniškai būdavo sumontuojama apie 10 megavatų saulės modulių galios. Dykumoje toks tempas ir plotas reiškia ne tik energetinį, bet ir fizinį kraštovaizdžio pokytį – didžiulė teritorija dalį dienos lieka šešėlyje.

    Kaip pavėsis keičia mikroklimatą

    Saulės moduliai užstoja tiesioginę spinduliuotę, keičia šilumos sugėrimą ir atspindį, todėl po jais susidaro skirtingos temperatūros lopai. Ten, kur laipsniai lemia išlikimą, net nedidelis atvėsimas gali tapti esminiu pranašumu.

    Aridiniuose regionuose pavėsis taip pat gali padėti ilgiau išsilaikyti dirvos drėgmei ir sudaryti sąlygas augti vietinėms žolėms ar kitiems augalams, kuriems atviroje saulėje būtų per sunku. Tai reiškia daugiau slėptuvių, maisto ir trumpalaikių poilsio vietų įvairiems dykumos gyventojams.

    Gyvūnai ateina be kvietimo

    Arabijos pusiasalyje gyvena smėlinės gazelės, dykumų ežiai, stebiniai driežai, įvairios paukščių rūšys ir kiti karščiui prisitaikę gyvūnai, kuriems pavėsis yra nuolatinė būtinybė. Saulės jėgainės struktūros suteikia naujų vietų slėptis, ilsėtis ar medžioti, net jei tai nebuvo numatyta projekte.

    Panašūs reiškiniai fiksuojami ir kituose dykumų regionuose, kur gyvūnai naudojasi modulių šešėliu bei konstrukcijų teikiama priedanga. Tačiau kartu specialistai pabrėžia, kad dideli saulės parkai gali turėti ir nepageidaujamų pasekmių, jei jų planavime neatsižvelgiama į biologinę įvairovę.

    Kada saulės parkas padeda, o kada trukdo

    Mokslinėje literatūroje vis dažniau pabrėžiama, kad saulės infrastruktūra užima didelius sausumos plotus ir neišvengiamai keičia vietos buveines. Vienas dažniausių įvardijamų pavojų – netinkamai suprojektuoti plotai gali trikdyti paukščius ir šikšnosparnius, o atspindžiai kartais klaidina migruojančius paukščius, kurie blizgantį paviršių palaiko vandeniu.

    Dėl to klausimas dabar vis dažniau formuluojamas ne taip, ar saulės elektrinės keičia ekosistemas, bet kaip tą pokytį valdyti atsakingai. Praktikoje tai gali reikšti vietinių augalų išsaugojimą, apželdinimą tinkamomis rūšimis, aiškiai suplanuotus gyvūnų judėjimo koridorius ir tvorų sprendimus, kurie neblokuoja smulkesnės faunos.

    „Saulės elektrinė nebuvo kuriama kaip laukinės gamtos prieglobstis, tačiau pavėsis ir mikroklimatas paskatino gyvūnus ja pasinaudoti“, – teigia ekologijos tyrėjai, vertinantys panašius projektus dykumų zonose.

    Al Dhafra atvejis rodo, kad didelio masto energetikos infrastruktūra kartais sukuria papildomą, netikėtą vertę, tačiau ji nėra automatinė. Kuo didesni parkai statomi dykumose ir kitose jautriose teritorijose, tuo svarbiau projektavimą grįsti duomenimis, nuolat stebėti poveikį ir koreguoti valdymą taip, kad švari energija nekainuotų biologinės įvairovės.

  • Vokietijos mokslininkų proveržis: „Drugelio sparnų“ mikrostruktūra saulės moduliams išlaiko 95 proc. šviesos

    Vokietijos mokslininkų proveržis: „Drugelio sparnų“ mikrostruktūra saulės moduliams išlaiko 95 proc. šviesos

    Vokietijos Fraunhoferio Saulės energijos sistemų instituto ISE tyrėjai pristatė sprendimą, kuris gali pakeisti požiūrį į saulės modulių dizainą: spalvotos ir raštuotos plėvelės leidžia moduliams vizualiai susilieti su pastatų fasadais, bet beveik neprarasti našumo. Pagrindinis pažadas – iki 95 proc. į modulį patenkančios šviesos vis dar pasiekia saulės elementus.

    Iki šiol bandymai „pagyvinti“ fotovoltinius modulius dažniausiai reiškė kompromisą: kuo daugiau spalvos, tuo daugiau šviesos užblokuojama, o elektros gamyba krenta. Dėl to saulės elektrinės miestų centruose, istoriniuose kvartaluose ar reprezentaciniuose pastatuose neretai susiduria su estetika ir paveldosauga susijusiais ribojimais.

    Naujoji technologija remiasi ne įprastais pigmentais, o šviesą „valdantiems“ mikroreljefams būdingu principu, vadinamu struktūrine spalva. Kitaip tariant, spalvos įspūdis sukuriamas geometrija, o ne dažais, todėl galima atspindėti tik labai siaurą šviesos spektro dalį ir didžiąją dalį spinduliuotės praleisti toliau į elementus.

    Kaip sukuriamas raštas be pigmentų

    Fraunhofer ISE sprendime naudojamos specialios plėvelės, kurios gali būti integruojamos į modulio konstrukciją kaip kapsuliavimo sluoksnis arba galinis sluoksnis. Raštai ir spalviniai efektai formuojami preciziškai apdorojant paviršių lazeriais ir kompiuteriniu projektavimu, taip sukuriant itin smulkius, akiai „spalvą“ imituojančius paviršiaus elementus.

    Institutas skelbia, kad nepriklausomi matavimai parodė: tokie raštuoti moduliai gali išlaikyti iki 95 proc. našumo, palyginti su standartiniais juodais moduliais. Kai kurių sprendimų atveju minimas iki 94 proc. našumas, jei raštas dengia visą paviršių ir yra vizualiai intensyvesnis.

    Praktiškai tai reikštų, kad moduliai galėtų atrodyti kaip fasado apdaila, stogo danga ar architektūrinis akcentas, o ne kaip tamsūs vienodi skydai. Tokia kryptis ypač aktuali tankiai užstatytuose miestuose, kur didelė dalis potencialo slypi būtent ant fasadų, o ne tik ant stogų.

    Įkvėpimas iš drugelio sparnų

    Tyrėjai aiškina, kad idėja siejasi su morpho drugeliu, garsėjančiu ryškiai mėlynais sparnais. Šią spalvą sukuria ne pigmentas, o mikroskopinės trimatės struktūros, kurios selektyviai atspindi labai siaurą bangos ilgių ruožą, o kitas bangas praleidžia arba nukreipia taip, kad akiai susidaro intensyvios spalvos įspūdis.

    Fraunhofer ISE nurodo, kad panašus principas perkeltas į fotovoltinių modulių stiklą: taikant vakuuminį procesą sukuriama mikrostruktūra galinėje dengiamojo stiklo pusėje. Taip modulis gali „rodyti“ norimą atspalvį ar raštą, tačiau saulės elementai vis tiek gauna didžiąją dalį šviesos, reikalingos elektros gamybai.

    Ekspertų akimis, tokie sprendimai gali tapti svarbiu postūmiu pastatų integruotai fotovoltikai, kai energijos gamyba planuojama kartu su architektūra. Tai taip pat gali sumažinti konfliktus tarp atsinaujinančios energetikos plėtros ir estetinių reikalavimų, nes vizualiai saulės moduliai nebeatrodytų kaip svetimkūnis.

  • Po jūra slepiamas DI duomenų centras: plūduriuojanti vėjo turbina Norvegijoje taps bandymu

    Po jūra slepiamas DI duomenų centras: plūduriuojanti vėjo turbina Norvegijoje taps bandymu

    Daugiau nei šimtmetį vėjo turbinos buvo suvokiamos kaip įrenginiai, verčiantys vėją elektra. Tačiau sparčiai augant skaitmeninei ekonomikai ir DI skaičiavimo poreikiui, inžinieriai ieško būdų, kaip elektros gamybą sujungti su pačiu didžiausiu jos vartotoju.

    Nauja idėja – duomenų centrą perkelti nuo sausumos į jūrą ir integruoti jį į plūduriuojančios vėjo turbinos konstrukciją. Tokia schema žada vienu metu spręsti dvi problemas: kur gauti daug energijos ir kaip efektyviai aušinti serverius.

    Kas siūloma ir kodėl tai aktualu

    San Fransiske įsikūrusi bendrovė „Aikido Technologies“ pristato koncepciją, kurioje DI duomenų centras būtų įrengtas tuščiavidurėse plūduriuojančios platformos kojose po vandens linija. Įprastai tokiose konstrukcijose būna balastinės ertmės stabilumui, o šiame modelyje jos virstų serverių moduliais.

    Planuojama, kad vienoje platformoje būtų derinama 15–18 megavatų galios jūrinė vėjo turbina, 10–12 megavatų skaičiavimo apkrova ir baterijų sistema. Idėja paprasta: kai vėjas pučia, elektra gaminama vietoje ir iškart sunaudojama skaičiavimams, o ryšys su krantu reikalingas kaip papildoma arba sezoninė atrama.

    Aušinimas jūros vandeniu

    Duomenų centrų efektyvumą dažnai riboja ne tik elektros kaina, bet ir šilumos šalinimas. Serveriai skaičiavimo metu generuoja daug šilumos, todėl aušinimas tampa viena didžiausių eksploatacinių sąnaudų dalių, o kai kuriais atvejais reikalauja ir didelių gėlo vandens kiekių.

    Po vandeniu esantis korpusas leidžia šilumą perduoti per plienines sieneles į aplinkinį jūros vandenį, kuris veikia kaip didžiulis šilumos sugėriklis. Tokiu būdu tikimasi sumažinti aktyvaus aušinimo poreikį ir beveik atsisakyti gėlo vandens naudojimo, kas sausumoje vis dažniau kelia konfliktų dėl išteklių ir infrastruktūros.

    Terminai, rizikos ir ką parodys bandymas

    Pirmasis realus bandymas numatytas prie Norvegijos krantų: iki 2026 metų pabaigos planuojama įrengti bandomąjį apie 100 kilovatų galios sprendimą, paremtą atnaujinta turbina. Tai būtų praktinis įrodymas, ar serveriai gali patikimai veikti jūrinėje aplinkoje, kai energija ir aušinimas gaunami vietoje.

    Komercinis projekto etapas taikomas Jungtinei Karalystei, o veikimo pradžia siejama su 2028 metais. Vis dėlto išlieka svarbūs klausimai: korozija ir druskų poveikis, sudėtingas aptarnavimas jūroje, kibernetinio ir fizinio saugumo reikalavimai, taip pat poveikis ekosistemoms, jei šilumos išmetimas keistų vietines sąlygas.

    Panašios krypties eksperimentai jau buvo vykdomi, įskaitant „Microsoft“ bandymą laikyti serverius po vandeniu ir vertinti gedimų dažnį bei patikimumą. Tačiau plūduriuojančios vėjo turbinos ir DI duomenų centro sujungimas yra ambicingesnis žingsnis, nes čia vienoje vietoje sutelkiami energijos gamybos, kaupimo ir skaičiavimo procesai.

    Jei bandymai pasiteisins, toks modelis galėtų tapti alternatyva dideliems sausumos serverių ūkiams, kurie vis dažniau susiduria su ribota elektros infrastruktūra, vietos bendruomenių pasipriešinimu ir aušinimo išteklių trūkumu. Tuomet dalis skaičiavimų persikeltų ten, kur vėjas stabilus, o aušinimas – praktiškai „nemokamas“.