В шорт-лист международной премии "Глобальная энергия" этого года по номинации "Новые способы применения энергии" вошли ученые из США, Австралии, Дании и Греции, работавшие в разное время над созданием новых энергетических систем.

Одним из них стал американский ученый Эли Яблонович – один из самых известных специалистов в таких областях, как полупроводниковые лазеры, фотонные кристаллы и солнечные элементы. Яблонович родился в Австрии в 1946 году, но образование получил в университете Макгилла в Монреале (Канада). Позже в 1972 году в Гарвардском университете он получил степень доктора физических наук.

Яблонович работал в компании Bell Telephone Laboratories, профессором прикладной физики в Гарварде, а в 1979 году пришел в нефтегазовую компанию Exxon, где занимался исследованиями фотоэлектрической солнечной энергии. Затем стал директором по физике твердого тела Bell Communications Research. В 1992 году стал профессором электротехники в Калифорнийском университете в Лос-Анжелесе, а в 2007 году начал работать в Калифорнийском университете в Беркли.

Лауреат таких престижных премий, как медаль Бенджамина Франклина в области электротехники, медаль Эдисона, премия Оливера Бакли Американского физического общества, медаль и премия Исаака Ньютона Британского физического института. Он получил также израильскую премию Харви.

Одним из главных достижений Яблоновича можно назвать повышение эффективности солнечных батарей. Согласно выводам его команды, в идеальных условиях абсолютный лимит выработки электроэнергии от нагрева солнцем обычной панели может достичь 33,5%. Но современные солнечные батареи вырабатывают не более 26% полезной энергии. Команда Яблоновича поставила целью увеличить этот уровень и максимально привести к абсолютному лимиту.

Солнечные батареи производят электричество, когда фотоны нагревают полупроводниковый материал внутри батареи. Энергия фотонов выбивает из этого материала свободные электроны, позволяя им свободно течь. Но процесс выбивания свободных электронов может также породить новые фотоны. Этот процесс называется люминесценцией. Идея, лежащая в основе создания новой солнечной батареи, заключается в том, чтобы позволить новым фотонам выйти из батареи как можно легче. Логика этого решения заключается в том, что выход фотонов порождает напряжение, необходимое для выработки электричества. В результате солнечные батареи команды Яблоновича смогли достигнуть получения полезной энергии в 29%, что на сегодняшний день является абсолютным рекордом. Это позволит в будущем создать компактные батареи как для многоэтажных домов, так и небольших беспилотников. Сейчас компания Alta Devices Inc, принадлежащая ученому, занимается производством солнечных панелей на основе арсенида галлия (GaAs) - тонкопленочных солнечных элементов. Этот материал активно используется для солнечных панелей на искусственных спутниках и космических станциях.

Яблонович работал над созданием фотонных кристаллов. В них может меняться коэффициент преломления, что позволяет получить разрешённые и запрещенные зоны для энергии фотонов. Если на такой кристалл падает фотон, обладающий энергией, которая соответствует запрещённой зоне, то он не может распространяться в фотонном кристалле и отражается обратно, и наоборот. То есть фотонный кристалл выполняет функцию оптического фильтра. Фотонные кристаллы используются практически каждый раз, когда любой из нас заходит в интернет.

На основе данного открытия компания Яблоновича Luxtera разработала технологии внутренней оптической связи в основных центрах обработки данных, которую используют миллиарды пользователей по всему миру. Сейчас эту компанию купил Cisco Systems, один из мировых технологических лидеров.

Яблонович также занимался разработкой технологий на основе полупроводниковых лазеров. В таких твердотелых лазерах излучение обеспечивают атомы, составляющие кристаллическую решетку, поэтому они отличаются компактностью, инерционностью, высоким КПД и простотой конструкции. Разработанная ученым концепция эффективности используется в большинстве полупроводниковых лазеров по всему миру, в том числе при производстве DVD-плееров, лазерных указок и т.п.

Одна из его компаний также производит улучшенные антенны для мобильных телефонов. Объем продаж этих антенн уже достиг нескольких миллиардов.

В отличие от Яблоновича, который занимался разработкой новых энергетических технологий и материалов, другой претендент на премию "Глобальная энергия" Николаос Хатциаргириу проводил исследования в области работы автономных энергосистем, передачи и распределения энергии, экономических проблем производства электроэнергии. Thomson Reuters трижды включали ученого в 1% самых цитируемых исследователей мира.

Хатциаргириу родился в 1953 году в Афинах, окончил Афинский национальный технический университет, а позже стал его профессором и директором. На сегодняшний день Хатциаргириу является главным исполнительным директором Греческой распределительной сети (DEDDIE) и заместителем руководителя Государственной энергетической корпорации (PPC) Греции. Он входит в энергетический комитет Афинской академии наук.

Ученый принимал участие в более чем 60 исследовательских проектах в электроэнергетике, финансируемых Еврокомиссией и частными инвесторами.

Он является почетным членом ведущего международного сообщества для экспертизы всех аспектов функционирования электроэнергетических систем CIGRE, получил премию Energy Globe, награду за признание рабочей группы техкомитета IEEE PES, премию техкомитета CIGRE. Является автором более чем 350 публикаций в международных изданиях и материалах конференций.

Хатциаргириу одним из первых в мире занялся созданием и проработкой концепции микросетей и умных электросетей - так называемых микрогридов. Они представляют собой локальные автономные энергетические системы с собственными источниками генерации, которые могут взять на себя удовлетворение нужд потребителей как в минимальные, так и в пиковые нагрузки. Такие системы могут использовать несколько источников энергии, в том числе и возобновляемые, гибко реагировать на изменение уровня потребления и подстраиваться под них. Они могут работать на уровне нескольких домов и постепенно расширяться в зависимости от увеличения количества потребителей. На практике такие системы крайне необходимы для удаленных территорий и островов, у которых нет возможности подключаться к централизованным системам.

Для таких микросетей Хатциаргириу разработал инструменты моделирования и анализа, усовершенствовал и создал новые интеллектуальные методы управления ими.

Он разработал оригинальные методы децентрализованного управления, основанные на принципе "подключи и работай".

Профессор занимался новаторским внедрением искусственного интеллекта в энергосистемы, применением алгоритма "муравьиной колонии" в энергетике, разработал инструменты для оценки безопасности энергосистем. Его разработки позволяют обеспечивать стабильное обеспечение электричеством островов, получающих энергию с помощью ветра и солнца. Дома в таких замкнутых системах могут даже при перебоях получать электричество благодаря оптимальному перераспределению запасов мощности.

При разработке микрокгридов Хатциаргириу включал технологии искусственного интеллекта. Его работа предполагает применение сетевых графиков, нейронных сетей и нечетких кластеров для оценки безопасности энергетических систем, таких как Греческая взаимосвязанная система.

Самым значительным вкладом ученого является разработка инструментов для динамической оценки безопасности энергосистем (DSA). Это позволило оптимизировать и скорректировать подачу мощности в нужное время, то есть обеспечить стабильную работу островных энергосистем в случае отдельных помех, таких как перебои в работе газовых или дизельных агрегатов, отключение ветропарка или большие колебания ветровой энергии.

Хатциаргириу нельзя назвать теоретиком. Он реализовал ряд пилотных микрогридов, в частности, на небольшом греческом острове Китнос с населением в 1,45 тысячи человек. Энергосистема Китноса стала первой в Европе микросетью, полностью работающей от солнечных и аккумуляторных батарей с интеллектуальной системой. "Умный контроль" следит не только за электропотреблением всего дома, но и за разными группами техники (например, насос, кондиционер, холодильник). Это позволяет в случае проблем с электроэнергией не отключать критически важные устройства.

Область исследований другого номинанта на премию "Глобальной энергии" доктора наук Синьгуо Юй из Австралии – "умные" электросети и новые способы применения энергии в киберфизических средах.

Синьгуо Юй родился в Китае в 1960 году, закончил университет науки и технологий в Китае, стал доктором наук в Юго-Восточном университете Китая. В Австралии начал академическую карьеру в 1989 году в Университете Аделаиды. Сейчас является заместителем проректора и заслуженным профессором по электротехнике и электронике Мельбурнского королевского технологического института.

Clarivate Analytics дважды называли его высоко цитируемым исследователем в инженерной категории. Среди наград - австралийская премия за выдающийся вклад в области искусственного интеллекта, награда Юджина Миттельмана за достижения, награда за лучшую теоретическую работу Общества по системам и схемам IEEE, премия Чан Цзян-Чжан. Ему принадлежит более 500 публикаций в научных журналах, книгах и конференциях. Его исследование взаимодействия интеллектуальных сетей и киберофизических систем вошло в 50 наиболее скачиваемых статей в самом престижном в мире журнале по электротехнике и электроинженерии Proceedings of the IEEE.

Киберфизическая среда — это комплексная система из вычислительных и физических элементов, которая постоянно получает данные из окружающей среды и использует их для дальнейшей оптимизации процессов управления. С помощью такой системы можно собирать в режиме реального времени данные о потребляемой энергии, фиксировать даже незначительные их изменения, прогнозировать возможные отклонения, в том числе критические, и в итоге добиться максимальной энергоэффективности.

Реализуя эту концепцию на практике, Синьгуо Юй вместе с инженерными сетями австралийского города Виктория создал технологию, позволяющую массово предотвращать пожары на деревянных опорах для линий электропередач.

Власти Австралии уже начали внедрять и новые правила контроля безопасности энергосистем, основанные, в том числе, на предложениях исследовательской группы ученого. Эти правила особенно важны на фоне активного интереса к возобновляемой энергетике.

Еще один австралиец, претендующий на премию "Глобальная энергия", Эндрю Брюс Холмс получил мировую известность благодаря революционным исследованиям в области применения органических электронных материалов и оптоэлектронных полимеров.

Он родился в 1943 году в Мельбурне. Получил образование в Мельбурнском университете, занимался наукой в Лондонском университете и в Кембридже. Ученый работал над полным синтезом витамина В12 в постдокторантуре. Холмс является доктором наук, при этом его докторская работа была поддержана мировым нефтегигантом Shell, и почетным профессором университета Мельбурна.

Среди престижных званий и наград Холмса - медаль Королевского общества, премия Декарта, награда Королевского химического общества имени Джона Гуденафа. Кавалер Ордена Австралии и член Королевского общества. В течение 5 лет возглавлял Австралийскую академию наук.

Под руководством Холмса научной группой химиков было установлено, что некоторые органические полимеры способны излучать свет при подаче на них электрического тока. На базе этого открытия появились технологии светоизлучающих полимеров, которые сейчас активно используются в промышленности. Дальнейшие разработки привели к применению этих органических электронных материалов в транзисторах и солнечных батареях.

Консорциум под руководством Холмса с участием ведущих университетов и мировых компаний работал над созданием и поставками гибких печатных солнечных батарей, которые являются эффективным и недорогим источником возобновляемой энергии.

Австралийский ученый, как и другие номинанты, является успешным практиком. Он стал одним из основателей компании Cambridge Display Technology, которая занимается коммерческим использованием органических полимеров в электронике. Компания стала одной из первых, появившихся в знаменитом кембриджском технологическом хабе, с английским юмором названном "Кремниевое болото" (Silicon Fen). Сейчас компания входит в японскую Sumitomo Chemical.

Номинант премии "Глобальная энергии" Хенрик Лунд из Дании концентрируется на анализе энергосистем, методах их проектирования, экономических и экологических последствиях их внедрения и госрегулирования. Он работает над технологиями в области энергосбережения, комбинированного производства энергии и возобновляемых источников.

Ученый родился в 1960 году в Ольборге в Дании. Профессор Ольборгского университета, где и изучал инженерию, является доктором наук. Лунд является главным редактором научного журнала Energy, входящего в 15 лучших энергетических журналов мира.

Он один из наиболее цитируемых исследователей в своей области, что было официально признано Thompson Reuters. Одна из его научных работ также была признана лучшей в области энергетики организацией ENERGEX. Одновременно Лунд является преподавателем года Ольборгского университета. Автор более чем 400 книг и статей, в том числе книги "Возобновляемые энергетические системы".

Ученый создал программное обеспечение для анализа энергетических систем EnergyPLAN, которое сейчас используется по всему миру. Модель EnergyPLAN является доступной для многих стран: она распространяется бесплатно и удобна для пользователей. С помощью EnergyPLAN можно моделировать работу национальных энергетических систем на почасовой основе, включая электроэнергетику, отопление, охлаждение, промышленность и транспорт, чем успешно пользуются исследователи и консультанты во всем мире. Модель применялась в сотнях научных публикаций и докладов.

Особую роль Лунд уделял возобновляемым источникам энергии, изучая возможности смягчения последствий глобального потепления, использование альтернативной энергии в транспорте, ветроэнергетику. С помощью модели EnergyPLAN также можно полностью спроектировать модели, базирующиеся на "зеленой" энергетике.

По материалам globalenergyprize.org