Category: энергетика

Category was added automatically. Read all entries about "энергетика".

ДР Цертуса 2011

(no subject)

Настоящим объявляю, что все мои персональные данные, тексты, фотографии, рисунки, переписка и т.п. являются объектами моего авторского права (согласно Бернской Конвенции), и оповещаю «ЖЖ» (LiveJournal, Inc / SUP Media) о том, что разглашение, копирование, распространение моей личной информации в коммерческих целях равно как и любые другие противоправные действия по отношению к моему профилю в социальной сети строго запрещены.

Для коммерческого использования всех вышеупомянутых объектов авторского права в каждом конкретном случае необходимо мое письменное разрешение.

Гёттинген
17 января 2015 г.
Александр Куклев
ДР Цертуса 2011

Упражнения по энергетике

Давно, кстати, хотел проделать мысленное упражнение про эффективный дизельный генератор для частного дома. Поразмышлять я, правда, хотел чисто об эффективности на этапе использования, оставив в стороне вопросы жизненного цикла, т.е. цены, долговечности, издержек производства и утилизации.

Вот допустим есть частный дом, и его хозяева хотят быть независимыми от внешних поставщиков энергии, но одновременно свободно пользоваться энергией. Разница между базовым и пиковым потреблением электроэнергии огромна — они различаются в 20-30 раз. Никакой генератор не может эффективно работать на 1/20-ой своей максимальной мощности, поэтому какая-то эффективность возможна только с использованием большой батарейки, благо у лучших образцов нынче потери энергии на цикле зарядки-разрядки меньше 1%. Тогда от дизельного генератора требуется обеспечивать пиковую нагрузку совместно с батарейкой (стало быть потребная пиковая мощность генератора может быть гораздо ниже), и включаясь то и дела фоново в своём оптимальном по КПД режиме подзаряжать батарейку время от времени. Разумеется, подразумевается, что если он будет работать в этом самом оптимальном по КПД режиме всё время (либо всё время с перерывами на охлаждение, необходимыми конструктивно), то за сутки он суточное потребление электроэнергии домохозяйством уж точно вырабатывает с запасом.

Дневное потребление электроэнергии (горячую воду, отопление и кондиционирование сперва оставим в стороне) частного дома на одну семью составляет в зависимости от количества людей и их привычек где-то от 5 до 16 кВт-ч. При этом средняя базовая потребляемая мощность меньше 1 кВт даже для большой семьи, а в качестве пиковой мощности обычно закладывают 15 кВт, и это без запаса на то, что в доме делают ремонт или что там живёт любитель помастерить электросварочным аппаратом (мощностью до 7 кВт).

Большая батарейка как раз под такое использование — Tesla Powerwall 2, там общая ёмкость 13.5кВт-ч, то есть в общем как раз на сутки. Выдавать она умеет до 2 кВт непрерывно и до 7 кВт пиково. То есть нам понадобится ещё дизельный генератор, способный пиково выдавать ещё 10кВт, ну чтоб с запасом.

Самые эффективные на сегодняшний день экспериментальные двигатели (дающие в оптимальном режиме КПД 55%) имеют отношение оптимальной и пиковой мощности 1:3. В предположении, что эти двигатели можно отмасштабировать, в фоновом режиме такой двигатель сможет полностью зарядить Powerwall 2 за 4 часа, потратив всего 2 литра дизеля*, и будет он иметь рабочий объём всего порядка 0.35л!

То вполне катит в нишу “компактный резервный генератор”, если Powerwall использовать по исходному назначению, т.е. в связке с солнечными батареями на крыше, которые в солнечные дни как раз заряжают Powerwall 2 до упора за светлое время суток.

_______
* Кстати побочно он за эти самые 4 часа будет производить как раз достаточно тепла, чтобы обеспечивать дом горячей водой для мытья рук + чуть более 1 часа душа в сутки.
ДР Цертуса 2011

Выжать до капли

Несколько месяцев назад, в феврале 2020-го впервые была показана работающая на природном газе газотурбинная установка на вращающейся детонационной волне, то есть там происходит не объемное сжигание топлива, а детонация во фронте волны, бегущей кругами по кольцевой камере: “Operability of a Natural Gas–Air Rotating Detonation Engine”, Walters et al., doi:10.2514/1.B37735.

Кроме того, что это попросту очень сложно сделать технологически, были большие сомнения, что это вообще удастся сделать именно не для чистого метана, а для природного газа, т.е. метана с примесями. Но предложенная схема мало того что работает — она, вероятно, сработает и для биогаза — возобновляемого топлива, обильно добываемого на городских очистных сооружениях, а также на комбинатах по переработке сельскохозяйственных отходов и пищевого мусора, химически представляющего из себя природный газ не самой чистой пробы, к которому домешано 20-30% CO₂.

Детонация в волновом фронте — это, по видимому, предельно совершенный способ извлечения энергии из горючих материалов*, круче уже некуда. Когда технология доберётся до индустриального использования, она сулит нам электростанции на природном и биогазе с электрической эффективностью свыше 70%, причём даже для некрупных газотурбинных установок общей мощностью порядка 100 МВт, использующихся в небольших теплоэлектростанциях. А именно небольшие теплоэлектростанции (обеспечивающие один завод или некрупный район города) часто удаётся использовать максимально эффективно, то есть организовать для них разумное использование оставшейся тепловой мощности — для теплоснабжения предприятий или для отопления и снабжения горячей водой близлежащих домов.

На сегодняшний день рекорд эффективности принадлежит парогазовым установкам General Electrics 7HA.03 общей мощностью порядка 1000 МВт. Их электрическая мощность составляет 640 МВт, и у них 64%-ная эффективность преобразования в электроэнергию топливной энергии, заключённой в природном газе. Это блоки для крупных теплоэлектростанций, для которых редко удаётся организовать очень уж эффективное использование остаточного тепла: только если рядом есть крупнейшее тёплоёмкое производство, либо электростанция стоит при крупном городе в регионе с суровыми зимами. И то, при теплоснабжении крупного города из одной точки получается не настолько эффективно — много тепла теряется по дороге, слишком уж длинный путь от станции до конечного потребителя в среднем выходит.

Барьер в 60% электрической эффективности преодолели всего десять лет назад, а через пару лет производители рассчитывают выйти на 65%. Так что 70⁺%, хотелось бы надеяться, не за горами. Но миниатюризация высокоэффективных парогазовых установок — это ещё следующий шаг, сейчас в отношении теплоэлектростанций районного масштаба всё не так уж радужно — там рекорд электрической эффективности на сегодняшний день едва выше 50%.

_______
* Исключая водород и, в теории, другие щелочные металлы, для которых возможны топливные элементы мембранного типа, обеспечивающие конверсию в электроэнергию всей энергии Гиббса.
ДР Цертуса 2011

Утепление зданий

Если раскидать мировое потребление энергии по категориям, то выяснится, что есть всего две мегакатегории. Ни одна из других категорий энергозатрат не превышает 2% общемирового потребления.

Эти мегакатегории — автотранспорт и отопление/охлаждение зданий. Первое составляет 80% всех транспортных энергорасходов (и 20-25% общемировых энергорасходов), второе — почти половина всех нетранспортных энергозатрат в мире!

Если где-то и можно сэкономить по крупному, то в этих областях. Причём в транспортной области повышение КПД более чем в два раза физически невозможно. А вот с отоплением это не так. При помощи использования современных строительных технологий можно строить здания чрезвычайно мало нуждающиеся в отоплении и охлаждении. Если исключить 5% (по количеству проживающей там популяции) самых климатически-неблагоприятных зон планеты, то в остальных можно строить здания с энергопотреблением (на отопление и охлаждение) в 20 раз меньше, чем в среднем сейчас. Однако недвижимость — самый инертный сектор.

К вопросу из самолётного поста о том, какая может быть динамика у цен на нефть, если вдруг изобретут термояд наконец: если "всего лишь" заменить автомобили электромобилями, перестать использовать углеводороды для добычи электричества и сделать электрическим весь отопительный сектор, потребность в углеводородах снизится почти ровно на порядок.
Свечка и валокардин

(no subject)

Тут давеча сделали для мобильых коммуникаций power detector занимающий всего 0.04 мм^2 площади чипа при ооочень низком энергопотреблении. Это выходит, что вседиапазонный коммуникационный модуль NFC+Bluetooth+WiFi+DVB+GPS+GSM+UMTS+LTE влезет в 1х1.5 сантиметра плюс антены. Ещё есть некий прогресс в области плоских линз. Видимо, скоро мобильные телефоны достигнут толщины < 4mm.

Кстати интересно, есть ли какие-нибудь новости касательно цветных голографических экранов? Вот пленоптическую камеру уже вроде выпустили первую (Lytro), из ея снимков голограммы уже можно делать.
ДР Цертуса 2011

Что в чужом краю, что в отчем — на высоком небосводе [..]

Сделал сцинтиграфию щитовидной железы. Это 1 мЗв. Чтобы получить такую дозу в зоне отчуждения АЭС Фукусима-1, там нужно пробыть две недели. Для сравнения, компьютерная (рентгеновская) томограмма головы это 2-3 мЗв, а такая же всего тела 7-15 мЗв (в зависимости от качества аппаратуры и/или требуемого разрешения).

Пойду себя счётчиком Гейгера ощупывать. От меня сейчас прикольно светится. :-)

(А по поводу результатов — сказали, что лучше это вырезать, а потом уже посмотреть, что это было.)
ДР Цертуса 2011

(no subject)

Меня попросили всё-таки что-нибудь сказать по поводу событий на АЭС в Японии.

Upd: К сожалению, эта информация уже очень устарела, поэтому не надо делать перепост. На данный момент ситуация выглядит менее радужно, чем на момент его написания. Ситуация с реакторами стабилизировалась, зато в результате аварии на четвёртом энергоблоке, ещё не случившейся на момент написания поста, сложилась тяжелая ситуация вокруг бассейна выдержки кассет, способная привести к радиационному заражению за пределами станции.

Спокойствие, только спокойствие: Ничего страшного там пока не произошло. Погибших, тяжело раненных, облучённых нет. Радиационные выбросы небольшие. Никаких долговременных последствий не будет. Была проведена эвакуация населения на всякий случай, причём всех вывезли ещё до первого выброса. Разговоры о каких-то тысячекратных превышениях нормы за пределами промплощадки — обычная журналистская туфта. Кое-кого следует посадить на осиновый кол в назидание другим имбецилам-вредителям, готовым продать родную мать за дутую сенсацию. За пределами зоны безопасности АЭС допустимые уровни были незначительно превышены всего на несколько часов.

А чего взорвалось? Было три химических взрыва (взрывался водород), есть разрушения, 16 работников станции пострадало, но все живы и постепенно будут здоровы.

Collapse )
ДР Цертуса 2011

(no subject)

Очень обидно, что умерает проект SwissMetro. Проект скоростной энергоэкономичной (магнитная левитация + частичный вакуум в тоннелях) подземной транспортной системы, соединяющей крупные города Швейцарии. Постройка инфраструктуры весьма дорога, но система бы получилась просто загляденье. Гораздо быстрее самолёта, экономичнее самолёта, отходит с центральных вокзалов, а не удалённых загородных аэропортов, ходит часто (каждые 10-15 минут, при повышенном спросе интервал сократим до 5 минут). Разумеется, круче любых мыслимых автотрасс по скорости и экономичности, и пробок не может быть. На первом этапе предполагалась средняя скорость 500 км/ч. Это за 12 минут от Цюриха до Берна. На втором этапе 800 км/ч, это за полчаса от Базеля до Женевы.

А вот совокупное энергопотребление при средней скорости 500 км/ч:


А вот план линий: