Натуральна енергія - екологічна енергія

В лесу Сахары заколосятся хлеба на морской воде

natural-energy — Wed, 25 Feb 2009 09:14:41 GMT

Можно ли выращивать зерновые культуры в Сахаре без необходимости в бурении водоносных скважин? Реально ли получать в сухой и жаркой местности и энергию, и питьевую воду, и пищу одновременно, причём без привлечения ресурсов извне? Выполним ли план превращения части пустыни в искусственный лес, способный накормить и напоить тысячи людей? На все эти вопросы утвердительно отвечают трое британцев из проекта "Лес Сахары" (Sahara Forest).

Комплекс Sahara Forest занимал бы территории, которые ныне мало на что пригодны из-за жаркого и сухого климата (иллюстрация Exploration Architecture).

Замысел новаторов с Туманного Альбиона впечатляет: они предлагают создать в Сахаре обширные супертеплицы, в которых комбинировалось бы сразу несколько перспективных и уже испытанных технологий.

Сочетание солнечных электростанций термального типа и оригинальных опреснителей позволило бы Sahara Forest буквально "из ничего" производить еду, топливо, электроэнергию и питьевую воду, что преобразило бы целый регион.

Этот амбициозный план разработали изобретатель Чарли Патон (Charlie Paton), основатель компании Seawater Greenhouse, архитектор Майкл Паулин (Michael Pawlyn) из фирмы Exploration Architecture и инженер Билл Уаттс (Bill Watts) из Max Fordham & Partners.

Британские "морские теплицы" искусственно воспроизводят тот же естественный эффект, который оказывают лесистые горы, возвышающиеся на пути влажного воздуха, идущего с океана вглубь континента и выпадающего живительными дождями (иллюстрация с сайта treehugger.com).

Солнечные термальные электростанции Sahara Forest по устройству должны быть сходны с красивой испанской башней и с аризонским суперпроектом. Вкратце всё просто: концентрические ряды зеркал собирают свет и направляют его на котёл, в котором закипает вода. Пар крутит турбину электрического генератора.

Только располагаться эти станции должны не отдельно от потребителя, а непосредственно в цепочке теплиц, нуждающихся в энергии. "Сотрудничество", что важно, будет двусторонним. Но какую выгоду солнечные аппараты извлекут из оранжерей — расскажем позже.

Сами фермерские "угодья" здесь тоже нетрадиционные. Это "теплицы на основе морской воды", разработанные, как нетрудно догадаться, компанией Seawater Greenhouse. Данные сооружения являются не только собственно теплицами, но ещё и опреснителями, и даже системами извлечения влаги из окружающего воздуха.

Как работает Seawater Greenhouse, можно увидеть на этой схеме.

Общая схема теплицы с морской водой. Пояснения в тексте (иллюстрация Seawater Greenhouse).

1. Поверхностная морская вода падает дождём во входном портале-испарителе, через который наружный воздух поступает в теплицу (поток идёт слева направо). Пыль, соль, пыльца и насекомые фильтруются, а под крышу попадает чистый увлажнённый воздух, к тому же охлаждённый примерно на 15 градусов, в сравнении с температурой снаружи;

2. Солнечный свет частично фильтруется полупрозрачным покрытием крыши, чтобы оставались только те длины волн, которые наиболее эффективно используются в фотосинтезе. Эта частичная задержка света также помогает удерживать температуру в теплице на уровне, наиболее подходящем для зерновых культур, которые не любят излишнюю жару;

3. Воздух течёт через второй увлажнитель с распыляемой поверхностной морской водой, где доходит до точки насыщения;

4. Далее этот влажный воздух попадает в конденсатор, через который прокачивается очень холодная морская вода с глубины. Полученная из воздуха чистая пресная вода собирается в баках для дальнейшего использования;

5. Этот вентилятор как раз и прокачивает воздух через всю теплицу, направляя его в другие помещения. К примеру, в те части теплицы, где выращиваются культуры, любящие тень;

6. Подача глубинной морской воды;

7. Возврат отработанной морской воды;

8. Ёмкость для хранения чистой пресной воды.

Испаритель и конденсатор Seawater Greenhouse (иллюстрация и фото Seawater Greenhouse).

Заметим, данная технология напоминает ту, что должна использоваться на "острове невезения". Но в "сахарском" проекте извлекается не только влага, присутствующая изначально в окружающей атмосфере, — тут ещё и опресняется морская вода.

При этом затраты энергии на её перекачку вглубь побережья, а также стоимость всей установки, оказываются меньшими, нежели другие варианты опреснителей, утверждают изобретатели системы. На производство одного кубометра пресной воды Seawater Greenhouse тратит 3 киловатт-часа.

Если эти скромные киловатты будут поступать от альтернативных источников (как и предусматривает проект для Сахары), новая суперферма станет не только "зелёной" во всех смыслах, но и энергетически самостоятельной.

Первые теплицы Seawater Greenhouse одноимённая компания возвела на Тенерифе, в Абу-Даби и Омане. Их работоспособность доказана. Только выращивают там не зерновые, а овощи. В Сахаре, впрочем, нужно будет существенно увеличить масштаб комплекса (фотографии Seawater Greenhouse).

А ещё Seawater Greenhouse сокращает расход воды на ирригацию. Сравнительно холодный воздух с относительной влажностью в 90%, находящийся под крышей необычной теплицы, снижает испарение воды с листьев.

Так что, к примеру, на Тенерифе, где работает одно из таких сооружений, его хозяева тратят на полив 1,2 литра на квадратный метр в день, в то время как фермеры по соседству, выращивающие культуры по традиционной схеме, целых 8 литров.

Важно, что устранение испарения воды растениями позволяет им быстрее развиваться. В сухом воздухе сильная потеря влаги подавляет фотосинтез, даже если есть подкормка и обилие солнечных лучей. Кстати, необходимые растениям питательные вещества в данном проекте предполагается получать всё из той же морской воды, а также — из специально выращиваемых морских водорослей.

На этом преимущества Sahara Forest не исчерпываются. Помните, мы говорили о взаимовыгодном "сотрудничестве" солнечных термальных станций и теплиц? Дело в том, что последние, — поясняет Патон, — производят впятеро больше пресной воды, чем нужно для полива растений.

Какая-то часть излишков пойдёт на питьевые нужды, но всё равно останется немало чистой H₂O.

"Сахарский проект" британцев отличает синергетический эффект — две главные составляющие системы усиливают эффективность друг друга (иллюстрация Exploration Architecture).

По словам Паулина, солнечные агрегаты, помимо электричества, генерируют немало тепловой энергии, которая обычно улетучивается впустую (снижая КПД станции). В Sahara Forest она может использоваться, чтобы испарять больше морской воды на входе в теплицы. Это увеличит влажность внутри, что в свою очередь повысит отдачу опреснителя.

Пресная же вода понадобится и самим солнечным электростанциям — для промывки обширных поверхностей зеркал от пыли и пополнения водяных контуров турбогенераторов.

Теплицы могут тянуться на многие километры. А ориентированы они должны быть так, чтобы перехватывать поток воздуха с океана (иллюстрация с сайта treehugger.com).

Таким образом, комбинация двух технологий (солнечных башен и теплиц с опреснителями) усиливает преимущества каждой из них и снимает проблемы, присущие этим проектам по отдельности.

Воду также можно использовать для повышения влажности в окрестностях теплиц. На открытых пространствах с цепочками оросительных установок владельцы Sahara Forest смогут выращивать более выносливые растения (ятрофу), из которых получится замечательное биотопливо.

Инициаторы проекта полагают, что многокилометровые полосы "Лесов Сахары", расположенных вблизи северного побережья Чёрного континента, могли бы не только обеспечивать местное население водой, едой и электричеством, но и поставлять излишки энергии в Европу.

Стоимость "Леса Сахары" оценивается в 80 миллионов евро за комплекс теплиц площадью 20 гектаров, совмещённых с солнечными установками суммарной мощностью 10 мегаватт. Это не так уж дорого, учитывая все бонусы технологии.

Впрочем, когда начнётся "озеленение" величайшей пустыни мира, — никто сказать не может. Но пилотные проекты, построенные по образу и подобию Sahara Forest, вполне могут появиться в ближайшие годы сразу в нескольких местах. Как говорит Патон, группы бизнесменов в ОАЭ, Омане, Бахрейне, Катаре и Кувейте уже выразили заинтересованность в финансировании этих необычных экспериментов.

Космические электростанции дразнят землян огромной энергией

natural-energy — Wed, 25 Feb 2009 08:56:15 GMT

Экспоненциальный рост населения и истощение природных ресурсов заставляют учёных придумывать самые невероятные проекты по спасению планеты. Один из них – космические электростанции, передающие на Землю энергию Солнца посредством микроволнового излучения. Технология эта не столь фантастична, как может показаться на первый взгляд.

Располагаться космические станции будут на высоте 35 700 км – на геостационарной орбите (иллюстрация NSS).

Вполне возможно, что лет через тридцать на геостационарной орбите обоснуется группировка объектов, каждый из которых будет подозрительно напоминать "Звезду смерти". Необъятные зеркальные крылья, нечто вроде электромагнитной пушки и наземная приёмная антенна километров десять в диаметре – так будет выглядеть система глобального энергоснабжения.

Вернее, такой её представляли конструкторы ещё в 1970-х. И уже тогда это не было научной фантастикой! В связи с энергетическим кризисом американское правительство выделило $20 миллионов агентству NASA и компании Boeing на проработку проекта гигантского спутника SPS (Solar Power Satellite).

Километровая полоса условной поверхности на высоте геостационарной орбиты получает в год около 212 тераватт энергии, что сопоставимо с суммарной энергетической ценностью всех разведанных запасов нефти, составляющей около 250 тераватт-лет (иллюстрация NSS).

По расчётам учёных, один аппарат SPS обладал бы базовой "орбитальной" мощностью (baseload power) около пяти тысяч мегаватт, из которых, после всех потерь, две попадало конечным потребителям. Для сравнения: мощность крупнейшей в России Саяно-Шушенской ГЭС составляет 6400 мегаватт. Цифры сопоставимые.

Правда, оценочная стоимость проекта, по слухам, составила около триллиона долларов… Вердикт – "экономически нецелесообразен". Но с тех пор производительность одних только фотоэлементов выросла в несколько раз – с 10% до 40% (точнее, до 42,8%), не говоря уже о прогрессе в микроэлектронике.

И это не осталось незамеченным: Национальное космическое общество (NSS) представило на рассмотрение Министерства обороны США (DoD) доклад, в котором проведён анализ перспектив развития космической энергетики и обрисован концептуальный прообраз будущей орбитальной электростанции.

Попробуем разобраться, что же мешает запустить её прямо сейчас.

Предполагаемый спутник будет оснащён лёгкими зеркалами на основе тонкоплёночной оптики. Эти зеркала фокусируют солнечный свет на панели солнечных батарей для выработки электроэнергии, которая, в свою очередь, преобразуется микроволновое сверхвысокочастотное излучение. Увы, это не реальный проект, а всего лишь концепт, разработанный совместно специалистами NSS и дизайнерами из Mafic Studios. Кстати, здесь можно найти анимированную версию презентации проекта (иллюстрация NSS/Mafic Studios).

Основное преимущество энергосистемы в открытом космосе – высокая эффективность. Рассеивание света и поглощение его энергии атмосферной водой и молекулами газов, входящих в состав воздуха, отнимают около 35% энергии фотонов. Но самое главное – непостоянство источника излучения: речь идёт о зависимости от времени суток, сезона и погоды.

Все эти факторы снижают суммарный потенциал наземной солнечной батареи на 75-90%, то есть на порядок. В то же время на геостационарной орбите спутник будет находиться в рабочем режиме практически круглый год, с незначительными перерывами в энергоснабжении во время равноденствия – и то на 75 минут.

Для обеспечения "собирательной" функции нового аппарата под кодовым именем SBPS (Space–Based Solar Power) предлагаются два источника: уже не раз испытанные на обычных спутниках фотоэлементы, а также тепловые двигатели. Вариант с солнечными батареями как раз и продвигает NSS.

Другой, более неприхотливой технологией является обычный тепловой агрегат, преобразующий свет в энергию посредством его фокусировки – оптической линзой, к примеру. Однако у него есть существенный недостаток: небольшое отклонение спутника, даже на несколько градусов, вызовет резкое падение мощности, вплоть до нуля.

Да и удельная эффективность фотовольтаики несопоставимо выше – от 10 до 0,5 кг/кВ. Фактор массы доставляемого на орбиту груза играет не последнюю роль в осуществимости проекта.

Микроволны могут передаваться через атмосферу Земли на частоте от 2,45 до 5,8 гигагерца. Оптимальным считается нижний диапазон – дальнейшее увеличение частоты (и пропорциональное уменьшение размеров передатчика) невыгодно, поскольку сверхвысокочастотное излучение имеет более высокий уровень атмосферной адсорбции (иллюстрация NSS/Mafic Studios).

Второй важнейшей функцией SBPS – по порядку, но не по значению, – является беспроводная передача энергии. У многих эта технология ассоциируется с загадочными лучами Теслы и прочими чуть ли не мистическими явлениями.

На самом деле исследования в этом направлении действительно были впервые предприняты великим сербским изобретателем. Но с тех пор много воды утекло, и ныне передача импульса микроволновым лучом не является чем-то сверхъестественным.

Ещё в ходе проработки насовского проекта в Лаборатории реактивного движения (JPL) удалось достичь эффективности 82% — именно такой КПД зарегистрировали приборы при передаче 30 киловатт на расстояние в одну милю ещё в 1975 году.

Вроде бы проблем нет. И всё же у использования микроволновой передачи, в отличие от солнечных батарей, есть ряд ограничений.

Лучи из космоса захватываются ректенной и преобразуются обратно в электричество. Что касается последнего, наземного компонента орбитальной электростанции, то здесь особых технологических затруднений учёные не видят. Тем более что КПД антенных решёток по сравнению с первыми экспериментами вырос в 4-5 раз – до 50% и более (иллюстрация NSS/Mafic Studios).

Во-первых, это требования к размеру антенны. Расчёты показали, что наиболее эффективной будет передача на частоте 2,45 гигагерца – это позволяет поддерживать оптимальное соотношение размеров передатчика и приёмника. Но даже в этом случае диаметр спутникового трансмиттера составит один километр, а наземного приёмника – десять километров.

Во-вторых, электроники, способной работать при сверхвысоких температурах (под воздействием прямых солнечных лучей) и выполнять преобразование электричества в микроволновое излучение, пока просто не существует. По мнению специалистов из NSS, проблема не выглядит нерешаемой, однако, как говорится, не узнаешь, пока не попробуешь.

Ну и, в-третьих, сама возможность эффективной передачи сигнала с орбиты, несмотря на оптимизм различных групп разработчиков, не вполне очевидна. Хотя недавно на Гавайях удалось осуществить трансмиссию импульса на расстояние 148 километров – выше официальной границы между земной атмосферой и космосом.

Поскольку излучение неионизирующее, проблем при "прохождении" ионосферы теоретически возникнуть не должно. Но вот удастся ли, с учётом рассеивания и адсорбции, удержать КПД трансляции на приемлемом уровне – пока вопрос открытый.

Наиболее противоречивыми вопросами являются, естественно, экология и угроза безопасности людей. На иллюстрации антенная решётка выглядит просто-таки идиллически. К сожалению, авторы проекта ничего не говорят о том, что произойдёт, если "прицел собьётся". Наоборот, предусмотрена опция передачи микроволнового луча с одного передатчика на несколько антенных решёток. Считается, что эксперименты на животных не подтвердили возможного негативного влияния – на Земле интенсивность микроволн составит около одной шестой от интенсивности солнечного света в полдень (иллюстрация NSS).

В сухом остатке, если отбросить сомнения в осуществимости беспроводной космической передачи, – лишь экономика. С размером передатчика мы уже успели ознакомиться. Площадь солнечных батарей будет ещё больше.

Как всё это притащить в космос, да ещё и собрать? Вот где собака зарыта. По расчётам NSS, при нынешней стоимости запуска киловатт энергии не может "весить" больше 3-6 килограммов. В верхнюю границу этого диапазона, считают американцы, проект укладывается – дело лишь в деньгах и волевом решении правительства.

Стоимость человеко-часов (а для монтажа понадобится невероятное количество трудящихся в открытом космосе) заменена в технико-экономическом обосновании роботизированной самосборкой. Что тоже сомнительно, поскольку никто не знает, будет ли всё это работать на самом деле.

Тем не менее авторы проекта полны оптимизма. По оценкам Джона Мэнкинса (John Mankins), ранее работавшего над аналогичной программой в NASA, при условии выделения финансирования в 2009-м демонстрационную модель спутника мощностью 100 мегаватт удастся запустить в 2017 году. А уже к 2020-му (максимум к 2025-му) в космос полетят пять комплексов суммарной мощностью 20 гигаватт.

Вверху – концепт демонстрационной модели спутника SBPS. Внизу – космостанция, которую, по-видимому, придётся строить для установки орбитальных электростанций. Ещё и минералы на Луне добывать хотят. Конкретные цифры никто не называет, но стоимость проекта скромно оценивают на одном уровне с МКС, то есть около $39 миллиардов. Но и этого, скорее всего, не хватит – только расходы на запуск некоторые специалисты оценивают в $20 миллиардов (иллюстрация NSS).

Но это составит всего лишь около 2% ежегодного потребления электроэнергии в США, так что, по всей видимости, останавливаться на пяти электростанциях лоббисты космической программы не собираются. Что ж, японцы, напомним, тоже нацелились на 2030 год со своим планом. Так что какие-то подвижки в этой сфере в ближайшее время должны произойти.

Скорее всего, усилия придётся объединить – по примеру МКС. Американцы с этим, в принципе, согласны. Да и программу масштабных космических стартов решить в одиночку нереально. Разве что частные запуски помогут.

В любом случае проект космической электростанции обещает быть одним из основных участников "альтернативной" гонки, на финише которой человечество ожидает увидеть решение своих энергетических проблем.

Портативная АЭС Hyperion поступила в продажу

natural-energy — Wed, 25 Feb 2009 07:52:49 GMT

"А за хранение ядерных отходов дома мы получаем скидку по ипотеке", — такова была шутка некоего карикатуриста, не слишком любящего атомную энергетику. Но хотя АЭС на кухне ещё не созданы, похоже, всё идёт к тому. Как вам миниатюрная ядерная станция, предназначенная для групп домов или частных фирм? Её уже можно заказать у производителя. Юридические согласования в своей стране – оставим за рамками рассказа.

Реакторный модуль Hyperion обладает столь небольшими габаритами, что его вполне можно было бы смонтировать в подвале дома. Но так поступать никто не будет. Наглухо запечатанный аппарат должен работать на приличной глубине под землёй (масштабная линейка – 1,5 м) (иллюстрация Hyperion Power Generation).

Недавно американский консорциум федеральных лабораторий для передачи технологий (FLC) вручил премию Notable Technology Development Award компании Hyperion Power Generation из Санта-Фе. Выдающимся достижением признан Hyperion Power Module — почти домашний энергетический ядерный реактор.

Hyperion — необычайно компактная установка, питаемая низкообогащённым ураном. Она способна выдавать электрическую мощность 25-27 мегаватт, которых хватит на 20 тысяч среднестатистических домохозяйств или не слишком крупное промышленное предприятие. Цена "ядерного" электричества от этого устройства составит 10 центов за киловатт-час, обещают разработчики.

Но, может, сами эти "реакторы будущего" баснословно дороги? Нет. Джон Дил (John Deal), исполнительный директор Hyperion, говорит: "Они будут стоить примерно $25 миллионов. Для сообщества в 10 тысяч домохозяйств это окажется весьма доступным приобретением — всего $2500 на дом".

Помимо стального корпуса Hyperion облачён ещё и в бетонную оболочку. Наружу выходят только несколько труб. Интересно, что для перегрузки ядерного топлива весь реакторный модуль предполагается демонтировать и отвозить на завод-изготовитель, а потом (со свежим "зарядом") – обратно. Благо этот реактор легко транспортировать на грузовике, самолёте или судне. Накладно? Зато очень безопасно. Для конечного пользователя этот агрегат будет "невскрываемым ящиком" (иллюстрация Los Alamos National Laboratory).

Что-то определённо меняется в мире. Вдумайтесь — речь идёт о маленькой, но настоящей АЭС. Вы готовы увидеть такую в соседнем дворе? Впрочем, полюбоваться новинкой не получится, разве что во время монтажа. Ведь Hyperion Power Module должны зарывать в грунт — ради пущей безопасности, разумеется.

Первыми покупателями новинки станут, однако, не эксцентричные владельцы коттеджей в престижных районах (представляете, лениво так бросить в разговоре: "А я вчера портативную АЭС купил..."), а промышленные компании. Hyperion уже получила заказы на 100 своих установок, главным образом от предприятий нефтяного и энергетического комплекса.

Производство модулей Hyperion должно начаться в течение пяти лет. Первый экземпляр уйдёт в Румынию на одно из предприятий чешской компании TES, которая уже приобрела шесть реакторов, что называется, "с ватманского листа" и намечает купить ещё 12. Интерес к Hyperion проявили и на Каймановых островах, в Панаме, на Багамах...

Но это только начало. Hyperion Power Generation намерена открыть три завода в разных частях света, чтобы в период c 2013 по 2023 год выпустить 4000 таких установок.

Атомный реактор в наручных часах? Спокойно – это просто "дизайнерские" часики Radio Active от Tokyoflash. Ныне уже не выпускающиеся. Индикация загрузки активной зоны и уровня излучения отражает часы и минуты (фотографии с сайта tokyoflash.com).

Какой смысл в большом количестве крошечных атомных станций? В оправданности внедрения таких источников энергии в удалённых местностях, даже в совсем небольших поселениях, в высоком темпе строительства (обычную АЭС строят лет 10, портативную, собранную на заводе, смонтируют на месте "на раз-два"), в низкой цене и простоте.

Если привычные атомные электростанции вырабатывают гигаватты энергии, новое поколение малых и, можно даже сказать, миниатюрных АЭС (к которым и относится произведение Hyperion Power Generation) оперирует мощностями, на два-три порядка меньшими.

Такие небольшие реакторы сами по себе — не новость. Достаточно вспомнить стратегические субмарины, авианосцы или ледоколы "на атомном ходу". Но одно дело — флоты, являющиеся "игрушками" гигантской государственной машины, и совсем другое — собственная АЭС, которую может купить какой-нибудь богатый городок вскладчину.

Главное, чтобы городок был прогрессивный и доверял учёным с инженерами. А что утверждают последние?

Полностью саморегулирующаяся система Hyperion обладает внутренне присущей безопасностью. Авторы технологии уверяют, что этот реактор никогда не выйдет на сверхкритический режим и никогда не расплавится от перегрева, а если кто-то преднамеренно повредит оболочку (которую вообще-то предполагается "хоронить" под землю и охранять), крошечное количество активного материала быстро остынет. (При этом из имеющегося в устройстве ядерного топлива нельзя получить уран "оружейных кондиций", подчёркивает компания.)

Внутри основного модуля нет подвижных частей, что повышает надёжность системы. И эта АЭС не нуждается в обслуживании в течение месяцев, а то и лет. Она автоматически настраивает генерируемую мощность в зависимости от текущей нагрузки в сети. А срок работы на одной заправке составляет (по разным данным) от 5 до 10 лет. При этом ядерные отходы за один цикл оказываются по размеру вдвое меньше футбольного мяча.

За десятилетия карьеры Отис Петерсон получил немало наград за разработки не только в ядерной сфере, но и, к примеру, в области лазеров (фото Los Alamos National Laboratory).

Тут пора сказать об изобретателе сверхминиатюрного энергетического реактора. Это доктор Отис Пит Петерсон (Otis "Pete" Peterson) из национальной лаборатории в Лос-Аламосе (Los Alamos National Laboratory). Именно в колыбели атомной бомбы и шла первоначальная работа над установкой, ныне получившей имя Hyperion. Причём дизайн аппарата восходит к проекту едва ли не 50-летней давности, уже доказавшему свою безопасность и простоту использования в роли так называемого учебного реактора.

Помните, в начале мы говорили о призе от консорциума по передаче технологий? Все "секреты" миниатюрной АЭС как раз и были переданы лос-аламосской лабораторией фирме Hyperion, которая получила от государства лицензию на тиражирование и коммерциализацию разработки Петерсона.

Кстати, в том же Лос-Аламосе находится второй офис компании Hyperion, тот, где трудятся разработчики чудо-системы. В столице же штата расположена штаб-квартира фирмы.

Интересно, что Hyperion Power Generation не является первооткрывателем ниши миниатюрных гражданских АЭС. Она лишь являет собой яркий пример набирающего силу нового направления в отрасли, предполагающего, что крошечные и предельно автоматизированные атомные станции, разбросанные по удалённым уголкам мира, помогут и отдельным населённым пунктам, испытывающим трудности с энергообеспечением, и планете в целом — за счёт сокращения выбросов парниковых газов.

Неужели это ренессанс атомной энергетики, проглядывающий из-за пелены общественного недоверия (вызванного, в первую очередь, трагедией Чернобыля)? Мы не возьмёмся утверждать наверняка. Но давайте посмотрим на другие примеры.

В 1960-х годах в обществе наблюдался удивительный оптимизм относительно будущего атомной энергетики. Некоторые грезили даже автомобилями на атомной тяге, а услужливые промышленники подогревали интерес публики "атомными концептами" (таковым был Ford Seattle-ite XXI 1962 года – на снимке). О его истории вы можете прочитать подробнее (фото с сайта shorey.net).

"Плавучая атомная теплоэлектростанция" (ПАТЭС) — это, конечно, ещё не "домашний реактор" (всё-таки это судно-АЭС будет весить более 20 тысяч тонн), но электрическая выходная мощность в 70 мегаватт позволяет записать российский проект (развивающийся не первый год) в упомянутую выше категорию.

Два реактора на борту "баржи" ПАТЭС, "припаркованной" у берега, должны поставлять тому или иному городу и электричество, и тепло. Конструктивно установка схожа с силовыми установками атомных ледоколов, богатейший опыт эксплуатации которых имеется в нашей стране. Такая станция намного дешевле классической АЭС.

Пилотный образец ПАТЭС уже строится в Северодвинске (где и будет работать). В планах — Певек и Вилючинск.

А ещё просто необходимо вспомнить мини-АЭС Toshiba 4S — действительно крошечный реактор (подземный, капсулированный), способный поставлять в сеть 10 мегаватт.

Японцы давно уже предложили установить такую мини-станцию на Аляске — в городке Галена (Galena), насчитывающем менее 700 жителей. Однако проект Galena Nuclear Power Plant уже не первый год ползёт через всяческие согласования и разрешения.

ПАТЭС и Toshiba 4S (иллюстрации Госкорпорация по атомной энергии России/Севмаш, Toshiba).

Собственно обитатели Галены — за. Городской совет уже не раз высказывался в пользу установки станции. Оно и понятно. Японские инженеры клятвенно заверяют, что безопасность 4S (расшифровывается, к слову, как Super Safe, Small, Simple) беспрецедентно высока (в силу самих особенностей конструкции). Так что опасения по поводу пресловутого взрыва можно положить на самую дальнюю полку и посмотреть на выгоду затеи.

Toshiba поставит реактор бесплатно! Она будет лишь брать с галенцев "оброк" за выработанное электричество: всего-то 5-13 центов за киловатт-час. Если сравнить с нынешними затратами данного поселения на солярку, которую везут за тридевять земель, выбор становится ясен.

Станция 4S должна проработать внушительные 30 лет без перезагрузки топлива (а это металлический сплав урана, плутония и циркония, который ранее тестировался, но никогда не выпускался как коммерческое ядерное горючее). Кстати, для сравнения, реакторы ПАТЭС потребуют перегрузки топлива через 12 лет после запуска.

Toshiba намерена направить заявление в Ядерную регуляторную комиссию США (Nuclear Regulatory Commission) в 2009 году, и, если ответ будет положительным, станция на Аляске может быть запущена в 2012 или 2013 году.

Благотворительность японцев легко объяснима — если проект в Галене окажется успешным, Toshiba попробует продавать 4S по всей Америке.

Да и российская плавучая АЭС вполне может пойти на экспорт (Острова Зелёного Мыса уже проявили интерес). Тут кстати, надо отметить, что российские атомщики пишут: особенно перспективна связка ПАТЭС с опреснительной установкой. Такой автономный комплекс был бы востребован во многих странах.

Показательно: аналогичное применение прочат своему мини-реактору и спецы из Hyperion Power Generation.

АЭС Hyperion в комплекте с опреснительной системой (иллюстрация Hyperion Power Generation).

Эта фирма вообще рассматривает заводы и фабрики лишь как одну часть потенциальных покупателей маленькой АЭС. Жилой сектор – вторая предполагаемая половина.

Уменьшение зависимости от импортной нефти, борьба с глобальным потеплением – всё идёт в ход, чтобы убедить Америку – пришла пора малых ядерных реакторов.

И в этом порыве та же Toshiba вторит заокеанским единомышленникам. Она испытывает прототип ещё более компактной (2 х 6 м) АЭС с выходной мощностью всего 200 киловатт, сообщает Guardian. Такая установка могла бы питать один дом 40 лет.

Любопытно, сколько будут брать с частников за вывоз и захоронение отработанного ядерного топлива? Представляете такую графу в жировке из ДЕЗа?

Энергия волн переправляет морскую воду в горы

natural-energy — Wed, 25 Feb 2009 07:31:50 GMT

Длинный шланг, сходный по диаметру с пожарным, идёт откуда-то с моря в горы, где и заканчивается в совершенно пустой местности. Из шланга постоянно льётся вода и исчезает меж травы и камней. Человек, наблюдающий за шлангом, улыбается: теперь у нас есть энергия. Проведённый в нынешнем месяце опыт открывает дорогу новой разновидности альтернативных электростанций.

Этот жёлтый "кит" представляет собой новую главу в альтернативной энергетике (фото Dartmouth Wave Energy/Alvin Smith).

&lt;a href=http://www.rorer.ru/&gt;&lt;img src=http://engine.rorer.ru/i/rorer240x400.gif width=240 height=400 border=0 alt="RORER advertising network"&gt;&lt;/a&gt;

Необычное устройство Searaser, что можно перевести как "Морской наполнитель", как и весь проект под названием Dartmouth Wave Energy, — плод усилий британского изобретателя Элвина Смита (Alvin Smith).

На первый взгляд, это уже не раз виденный нами волновой электрогенератор, созданный на основе качающегося вверх-вниз поплавка. Но изюминка новинки в том, что никаких электрических систем (как в этом проекте, к примеру) в поплавке нет. Зато есть простой механический насос, который закачивает морскую воду на большую высоту в прибрежные скалы.

По замыслу Элвина, там можно устроить крупный бассейн, в котором вода будет накапливаться и по мере необходимости выпускаться обратно в море, попутно вращая турбину электростанции, идентичной традиционной ГЭС, но лишённой громоздкой и дорогой дамбы.

В ходе ноябрьского теста первый прототип системы накачивал воду на приличную высоту 50 метров над уровнем моря. Но промышленная установка должна быть ещё крупнее и, соответственно, мощнее (фото Dartmouth Wave Energy/Alvin Smith).

Но почему бы не конвертировать энергию волн сразу в ток, как это делается в других волновых станциях?

Тут у морского насоса имеется сразу несколько козырей. Об одном мы уже сказали: в поплавке нет никаких проводов, магнитов, катушек, контактов и герметичных отсеков для оборудования, что делает его гораздо более дешёвым, простым и надёжным, нежели преобразователи-аналоги.

Турбины и электрогенераторы такой волновой станции, расположенные на берегу, — это техника, давно опробованная и отшлифованная на ГЭС, практически серийная. Вот и ещё один плюс изобретению как в плане надёжности, так и стоимости комплекса. К тому же на суше всю эту начинку проще (и дешевле) монтировать, обслуживать и чинить.

О третьем достоинстве Searaser скажем чуть ниже, а пока поближе познакомимся с разработкой британца.

Насос-поплавок Searaser перед закреплением на дне. Тут хорошо видно, что на самом деле поплавков – два, они установлены один под другим (фото Dartmouth Wave Energy/Alvin Smith).

В основе установки — два поплавка, способных двигаться друг относительно друга. Верхний отдан на волю волн, в то время как нижний соединён с дном при помощи цепи и тяжеленного якоря.

Между поплавками находится "насосная станция", а попросту — цилиндр с поршнем двойного действия (он качает воду при движении как вниз, так и вверх), плюс — клапаны и выходные трубы. Поршень смазывается самой водой, так что тут нет нужды в масле (способном загрязнять океан).

Наконец, необходимая добавка в конструкцию: автоматическая подстройка высоты положения верхнего поплавка в зависимости от уровня моря, который меняется в прилив и отлив. Выполнена она несложно — это телескопическая труба, раздвигающаяся и складывающаяся под действием всё тех же сил Архимеда и тяжести. К этой "приливной" колонне крепится сам насос с верхним поплавком.

Схема Searaser. Коллектор на дне нужен, чтобы соединять шланги от нескольких таких поплавков в единую трубу, идущую уже к водоёму в горах (иллюстрация Dartmouth Wave Energy/Alvin Smith).

По оценке создателя машины, полномасштабный образец Searaser сможет поднимать морскую воду на высоту до 200 метров, что позволит организовать накопительные бассейны на вершинах прибрежных скал и холмов во многих местах британского побережья.

В течение десятилетия Британия намерена довести долю электричества, полученного из альтернативных источников, до 15% (кстати, Туманный Альбион — один из мировых лидеров в разработке и внедрении приливных и ветровых электростанций), и Смит надеется, что его волновой системе тут также найдётся местечко.

Один полноразмерный поплавок Searaser развивает мощность 0,25 мегаватта, утверждает изобретатель, а это — сотни обеспеченных энергией домов. Но в одном комплексе могут работать десятки и сотни насосов, направляющих поток в единое водохранилище. Оно может быть спрятано в складках местности, подальше от глаз туристов, бродящих по пляжу.

С другой стороны, его можно оформить как рекреационный центр, окружить деревьями, наполнить рыбками (или даже разводить там рыб "на обед"), в общем — "сделать красиво". Ну а водоводы и турбины с генераторами могут быть скрыты в толще скал.

И тут нам пора обратится к ещё одному преимуществу системы перед прямыми преобразователями энергии волн в ток. Вам описанный комплекс ничего не напоминает?

Правильно, это же ГАЭС — Гидроаккумулирующая электростанция (Pumped-storage hydroelectricity), которая применяется для сглаживания пиков и спадов в энергопотреблении днём и ночью.

Только обычные ГАЭС источниками энергии не являются, они лишь забирают её у тепловых или атомных станций во время ночного минимума (накачивают воду в верхнее водохранилище) и отдают в национальную сеть во время пикового потребления тока (выступая в этот момент как классическая ГЭС).

Searaser имеет преимущества и здесь. Ему не нужно нижнее водохранилище (это само море) или плотина на реке, он является производителем энергии, да ещё и сохраняет функцию регулятора, оперативно реагируя на колебания "спроса и предложения" в электрической сети.

К тому же волны ведь тоже непостоянны. Обычная волновая станция в штиль бесполезна, а в шторм её мощность может быть избыточна. Searaser же сглаживает и этот переменный фактор, поскольку выработка тока в нём напрямую от силы волн не зависит.

Японская аккумулирующая станция на Окинаве доказывает, что искусственный пруд в прибрежных горах может быть весьма живописным, несмотря на чисто техническое назначение (фото Agency of Natural Resources and Energy Japan).

Можно предвидеть возражения: ГАЭС строят на реках или вообще — как изолированные гидротехнические системы в глубине суши, а тут — морская вода, куда более агрессивная по отношению к деталям машин, нежели пресная.

На это у Смита есть ответ. Японский.

Называется он Okinawa Seawater Pumped-Storage Project.

Эта необычная ГАЭС, введённая в эксплуатацию в 1999 году, — первая в мире, построенная на берегу моря и работающая, соответственно, на морской воде. Её бассейн расположен приблизительно в 600 метрах от пляжа на высоте примерно 150 метров над уровнем моря.

Специалисты из нескольких японских компаний под покровительством различных национальных министерств и агентств проделали большую работу, чтобы станция на Окинаве работала без проблем. Тут и оригинальная гидроизоляция верхнего бассейна, и новые, стойкие к коррозии сплавы для турбины и прочее в таком роде.

Восьмиугольный японский водоём имеет поперечник 252 метра, глубину 25 метров и вмещает 564 тысячи кубов воды (вернее, это объём, которым можно оперировать). Высота его водной глади (считая от уровня моря) в ходе работы системы колеблется между 132 и 152 метрами. Слева показан план комплекса и водозабор (фото и иллюстрации Japan Commission on Large Dams и с сайта seawaterpower.com).

Мощность этой установки составляет 30 мегаватт. Не так уж много по меркам ГЭС, но это — лишь демонстрационный проект для обкатки технологий.

Итак, гипотетический бассейн на прибрежных холмах и морская турбина с генератором, необходимые в дополнение к английскому насосу-поплавку, — давно существуют и опробованы. А значит, можно подумать и о будущем проекта Смита.

Помимо чисто энергетической у него есть и вторая вариация. Элвин полагает, что его станцию можно соединить с опреснительной установкой, получая таким образом не только электричество, но и воду для орошения полей и садов.

Минимальная глубина моря, при которой уже можно ставить Searaser, составляет всего 9 метров. Потому поплавки можно расположить почти у берега. Так и шланги тянуть далеко не придётся, да и следить за волновой станцией будет проще (фото Dartmouth Wave Energy/Alvin Smith).

Любопытно, что к аналогичной мысли пришли и японские специалисты, рассуждающие о будущем систем, подобных окинавской ГАЭС. Установки такого типа могли бы стать ядром мультифункциональных комплексов, включающих собственно гидроаккумулирующие станции, рыбоводческие фермы, опреснительные системы для ирригации c попутной добычей морской соли и туристические комплексы в одном лице.

При этом японцы пишут, что в идеале насосы такой ГАЭС должны получать ток от альтернативных источников. А в проекте британца как раз такой и есть. Причём — у морской ГАЭС под боком. Это волны.

Интересно, кто первый сведёт все эти наработки воедино?

Термоядерный реактор собрали по старинным чертежам

natural-energy — Tue, 24 Feb 2009 22:23:11 GMT

В самом начале фильма "Назад в будущее-2" Док выскакивает из своей машины времени и как заправский бомж ныряет в мусорный бак, вытаскивает оттуда какой-то мусор и погружает его на дно небольшого агрегата на крыше машины. Который оказывается термоядерным реактором. Сказка стала былью?

К сожалению, не совсем. Крейг Уоллес (Craig Wallace), студент-первокурсник Университета штата Айдахо вместе с его отцом собрали работающий термоядерный реактор. Но как источник электроэнергии он не годится...

Излюбленный "пунктик" современной науки — управляемая плазма, служащая источником огромного количества энергии. Причём куда менее опасной, нежели энергия ядерная. На начало 2006 года намечено строительство огромного термоядерного "котла", но ещё не ясно окончательно, где именно. Строительством займётся международный консорциум, в который входят Китай, Япония, ЕС, Россия, Канада, а с начала 2003 года — и США (которые уже выходили из проекта и вдруг вернулись обратно).

Конечной целью этой затеи является получение источника колоссального количества электроэнергии. Укрощённая реакция термоядерного синтеза — гораздо безопаснее, нежели реакция ядерного расщепления, которая протекает в реакторах на атомных электростанциях. Единственным побочным продуктом становится инертный газ гелий, никаких вам радиоактивных отходов и прочей мерзости.

К тому же, если авария на атомной электростанции грозит атомным взрывом, то ничего подобного с реактором термоядерного синтеза произойти не может, поскольку в реакции участвует только очень небольшое количество топлива. Однако, насколько управляемая термоядерная реакция безопаснее, настолько же её трудно искусственно обратить на мирные нужды.

Скептики полагают, что проидёт ещё не менее тридцати лет, прежде чем это удастся осуществить.

Одна из проблем — это удержание ионной плазмы в ограниченном пространстве. Крейг Уоллес решил её, пользуясь чертежами, которым уже более полувека.

В ходе странствий по Интернету Уоллес наткнулся на несколько сайтов, где рассказывалось об опытах некоего Фило Фарнсуорта (Philo Farnsworth), коему тоже удалось в своё время собрать работающий реактор термоядерного синтеза.

Вообще Фарнсуорт по праву считается одним из изобретателей телевидения. В 1920-е годы он действительно изобрёл прототип современных электронных телеприёмников, и получил на этом массу неприятностей с господином Сарноффом (David Sarnoff) — главой американской корпорации-монополиста RCA.

Об этом противостоянии мы рано или поздно непременно расскажем, сейчас же речь пойдёт о другом.

В 50-е годы прошлого столетия Фарнсуорт предложил решение одной из наиболее ключевых проблем использования термоядерного синтеза в мирных целях. Упрощённо, речь шла о том, каким образом удерживать раскалённую плазму и атомные частицы на расстоянии, при котором начинается слияние (синтез) ядер. Его подход получил название "инерциальное электростатическое удержание". В установках этого типа ионы разгоняются радиальным электрическим полем и сталкиваются в центре сферической камеры.

Но Фарнсуорту не удалось не только создать установку, которая производила бы больше энергии, нежели потребляла сама, но и доказать или опровергнуть некоторые свои теории и выкладки, так что его работа осталась незавершённой.

Нельзя сказать, чтобы установка Уоллеса была бы завершением труда Фарнсуорта. Увы, реактор термоядерного синтеза, построенный Уоллесом, тоже выдаёт очень незначительное количество энергии.

Однако сам факт, что школьник, собрав буквально по свалкам, запчасти смог создать прибор, внутри которого протекает реакция, сродни той, что происходит на Солнце — это есть нечто, казавшееся ранее невозможным.

На свалке в Айдахо Фолс они нашли нейтронный детектор. Из нескольких сотен пустых болванок Крейг собрал нейтронный модулятор (замедлитель). На задворках фабрики Deseret Industries отыскался сломанный турбомолекулярный насос.

Поскольку финансовое состояние семьи Уоллесов не позволяло им купить дорогой чистый дейтерий, пришлось приобрести за в $20 контейнер оксида дейтерия (также известного под названием "тяжёлая вода"), и нашёл способ, как избавиться от нежелательного кислорода — пропустил тяжёлую воду через раскалённые магниевые опилки.

Неплохо для любителя, который, собственно, считает себя скорее механиком, чем учёным — точно так же, как и Фило Фарнсуорт.

Два года ушло на поиск необходимых запчастей, шесть месяцев — на сборку. И вот устройство, оснащённое вакуумным насосом, красуется на столе. Встроенная в аппарат камера показывает на мониторе, что происходит внутри: светящееся облако газа внутри металлической спирали.

В этом светящемся облаке ионы дейтерия (изотопа водорода с протоном и нейтроном в ядре, вместо одного протона, как у обычного водорода) сталкиваются и время от времени сливаются. При каждом таком слиянии происходит выделение нейтрона. Аппарат лишён какой-либо защитной оболочки — да в ней и нет никакой необходимости: реактор выделяет 36 нейтронов в минуту. Радиация в салоне реактивного самолёта и та намного выше.

И хотя как источник питания он не годится, как инструмент для научных изысканий, связанных с нейтронами, он просто бесценен.

По всей стране таких приборов насчитывается всего лишь около 30 штук, и все — в закромах крупнейших научных лабораторий.

В том, что эта штука работает, и что это всамделишный термоядерный реактор, убедились и все сотрудники физического факультета Университета штата Юта (Utah State University) и многие другие учёные.

Материал предоставлен интернет-журналом MEMBRANA (www.membrana.ru)

Физики создали невозможную ловушку для солнечного света

natural-energy — Tue, 24 Feb 2009 22:18:47 GMT

Физики создали невозможную ловушку для солнечного света

Солнце обрушивает на Землю такое количество энергии, что, преобразуй мы её всю в электричество — хватило бы даже на тысячи таких цивилизаций. Беда в том, что солнечные элементы дороги, а КПД их низок. Однако недавно наметилось решение одной из этих проблем — нужно лишь научиться соединять несоединимое.

В конце марта 2004 года американские физики Кин Ман Ю (Kin Man Yu) и Владек Валюкевич (Wladek Walukiewicz) из лаборатории Беркли (Berkeley Lab) объявили о создании необычного материала, который ещё на шаг приблизил человечество к созданию фотоэлектрических элементов невиданной эффективности.

Собственно, теперь загвоздка в одном — научиться производить этот чудо-материал в промышленных количествах. Уж больно экзотическим оказался метод его получения. Но обо всём по порядку.

Как работает классический солнечный элемент? Там есть два тонких слоя полупроводников. Один из них n-типа (с избытком электронов в энергетической зоне проводимости), а другой p-типа (с избытком "дырок").

Ток во внешней цепи, подключённой к слоям, возникает, когда падающий на полупроводник n-типа фотон поглощается электроном из валентной зоны, вследствие чего последний увеличивает свою энергию и "прыгает" через так называемую "запретную зону" на уровень проводимости.

Ширина запретной зоны, которую нужно преодолеть, определяет частоту излучения, на которую будет откликаться эта фотоэлектрическая ячейка. Похоже на пропасть, которую можно перепрыгнуть лишь в один приём, но никак не в два шага.

Почему же обычные солнечные батареи имеют низкий КПД? А просто если энергия фотона недостаточна для "прыжка" (частота света низкая), фотон вообще не поглощается материалом. А если слишком высокая, львиная доля энергии падающего света теряется впустую — уходит на нагрев материала.

Кристаллический кремний, например, имеет запретную зону шириной в 1,1 эВ. Большая часть фотонов, испускаемых Солнцем, имеет значительно большую энергию. Потому кремниевые фотоэлементы никогда не будут обладать высоким КПД.

Физикам известна масса полупроводников, составленных из сложных смесей, которые откликаются на ту или иную частоту излучения. Давно возникла идея: сделать слоёный пирог из нескольких таких полупроводников. Каждый слой — очень тонкий. Вместе они поглощали бы фотоны различной частоты, закрывая широкий спектр.

Но оказалось, что сделать это очень трудно. Мешают свойства самих материалов — не стыкуются их кристаллические решётки, ведь здесь необходимо не простое механическое соединение.

К слову, в обычной паре p и n полупроводников, составляющих элемент — полупроводник, собственно, один и тот же (кремний хотя бы), только легированный в двух этих своих слоях разными примесями.

Лучший фотоэлемент с несколькими стыкованными слоями из совершенно разных материалов, созданный до сих пор, состоял, в общем-то, только из двух полупроводников и показал КПД 30%.

Теперь ближе к последним событиям. В 1999 году Валюкевич и его коллеги случайно получили материал с расколотой — раздвоенной — полосой поглощения.

То есть, он один откликался на фотоны двух разных частот. Это было соединение мышьяка, индия и галлия с добавкой азота.

Прошло некоторое время, прежде чем исследователи поняли механизм такого расщепления энергетических уровней.

Оказалось, что в определённых случаях примесь в полупроводнике создаёт собственную энергетическую зону, промежуточную между валентной зоной основного полупроводника и его же зоной проводимости.

Это выглядело, как летающая платформа на середине "пропасти", о которой мы говорили выше. Совместно эти три энергетических уровня (1, 2 и 3) создавали систему воспринимающую два излучения, соответствующих "прыжкам": 1-2, 2-3 и 1-3.

Это и было то самое преодоление пропасти в два шага, а результат — перекрытие почти всего солнечного спектра одним единственным материалом! Явление назвали "феномен мультизоны" (или "мультипромежутка").

Всё бы хорошо, но выяснилось, что для формирования наиболее эффективной, удачно настроенной что ли, подобной системы нужно было вводить в материал такой легирующий элемент, который ну никак не хотел уживаться с "хозяином". А именно к полупроводникам из III-V группы таблицы Менделеева нужно внедрять азот, а к полупроводникам II, VI группы — кислород. Последнее сулило особенно радужные перспективы.

Так как ни при каких условиях, казалось вначале, легирующие атомы, не хотели помещаться туда, куда их "приглашали" физики, такие системы назвали "высоко несогласованными сплавами".

И вот теперь учёные из Беркли ухитрились-таки "поженить" кислород с системой теллура, марганца и цинка. Получился высоко несогласованный сплав, бодро откликающийся почти на весь солнечный спектр.

Вот теперь о печальном. Об ухищрениях, понадобившихся для создания "невозможного" материала.

"Было важно, чтобы атомы кислорода были распределены равномерно по материалу. Чтобы заманивать в ловушку достаточно много ионов кислорода, вы должны сделать это с материалом в жидком состоянии и очень быстро. Вы не можете нагревать материал медленно, потому что кислород быстро улетучится, — объяснил Кин Ман Ю.

— Мы сделали это в два шага: использовали ионные лучи, чтобы внедрить кислород, а потом мощный импульсный лазер, чтобы мгновенно расплавить ZnMnTe и сразу же повторно кристаллизовать сплав. Весь лазерный процесс занимает только несколько сотен наносекунд".

Таким образом, исследователи создали цельный кристалл ZnMnTe, верхний слой которого 0,2 микрометра толщиной имел достаточно много атомов кислорода, чтобы "расколоть" энергетическую зону поглощения.

Новый материал воспринимал фотоны сразу трёх частот — с энергией 0,7; 1,8 и 2,6 эВ. Расчётный КПД солнечных батарей на такой основе — 57%.

Но радоваться рано. Сейчас сложно представить, как можно в промышленных масштабах воспроизвести процесс, который изобрели учёные Беркли. К тому же, для достижения расчётной эффективности слой, легированный кислородом, должен быть толщиной 0,5 микронов. Так что до промышленных технологий ещё шагать и шагать.

Но есть обнадёживающие признаки, что проблема будет-таки решена. Недавно японские исследователи, по словам Ю, получили толстые кристаллы селенида цинка, легированные кислородом.

Материал предоставлен интернет-журналом MEMBRANA (www.membrana.ru)

Остров невезения превратят в энергетический рай

natural-energy — Tue, 24 Feb 2009 22:16:28 GMT

Американские инженеры намерены превратить один из тихоокеанских островов в туристический рай, практически не зависящий от внешних источников пресной воды, пищи и энергии. Всё необходимое, говорят авторы проекта, мы добудем с океанского дна.

Джон Крейвен (John Craven) и его гавайская "Корпорация общего наследия" (Common Heritage Corporation — CHC) планируют производить в промышленных объёмах электрическую энергию, прохладный воздух для зданий и питьевую воду, а также – выращивать урожай фруктов и овощей, выкачивая холодную океанскую воду с большой глубины.

Проект предназначен для обеспечения всеми этими ресурсами нового жилого и туристического комплекса на Сайпане (Saipan), наибольшем из Марианских островов.

Собственно, сама компания и намерена построить 100 новых особняков, поле для гольфа и другую курортную инфраструктуру, в дополнение к уже имеющимся на острове сооружениям.

Там и сейчас неплохо: Сайпан популярен у японских туристов. Но, в то же время, остров крайне ограничен в пресной воде и к тому же должен импортировать всю необходимую пищу и топливо.

CHC намерена сделать курорт независимым, или почти независимым от импорта ресурсов.

Для этого нужно погрузить в океан трубы диаметром более 60 сантиметров на глубину 915 метров и круглые сутки выкачивать по ним холодную (немногим выше нуля по Цельсию) воду наверх. Что это даст?

Во-первых: разница температур глубинной ледяной и поверхностной тёплой воды (окружающего воздуха) – это отличный источник электрической энергии.

Основанная Крейвеном в 1974 году гавайская лаборатория натуральной энергии (Natural Energy Laboratory of Hawaii) ещё в далёком 1980-м эксплуатировала опытную установку, производящую электричество от этой разницы температур.

Конкретных вариантов такого преобразования может быть несколько. В данном проекте тёплая вода будет находиться в вакуумной камере. За счёт низкого давления и при сравнительно небольшой температуре (сколько интересно на Сайпане бывает градусов на солнце?) эта вода будет превращаться в пар, который приведёт в действие турбину электрогенератора.

Холодная вода со дна моря через теплообменник сконденсирует этот пар обратно в воду, замыкая цикл.

Во-вторых: мощный поток ледяной воды, идущий по трубам, заставит эти трубы потеть.

То есть, в специальных установках таким простым способом будет извлекаться влага из воздуха и получаться питьевая вода, а также вода для ирригации виноградника и прочих сельскохозяйственных участков, которые намерена разбить компания на острове.

Кстати, по технологии фирмы, трубки с морской водой будут проходить прямо через виноградники и прочие "грядки", вызывая конденсацию атмосферной влаги и стекание её в почву.

В-третьих: холодная глубинная вода будет циркулировать в централизованной системе кондиционирования зданий, заменяя собой сложные классические системы с рядом теплообменников, насосов и хладагентом, вроде фреона.

Затраты на работу водяных насосов во всех частях системы меньше, чем получаемая мощность. А с учётом прочих достоинств, можно сказать, что вся система вполне рентабельная и энергетически самостоятельная.

Все эти машины уже давно опробованы на Гавайях, так что нельзя сказать, что фирма строит замки на песке. Разве только масштаб строительства на Сайпане будет существенно больше.

У проекта хорошие шансы на реализацию – его поддерживают местные власти, а сама компания уже получила $76,5 миллионов инвестиций из частных и государственных источников.

Крейвен надеется, что после апробации на Сайпане эта система начнёт распространяться по всему миру.

Материал предоставлен интернет-журналом MEMBRANA (www.membrana.ru)

Гелиевая АЭС обещает ни за что не взрываться

natural-energy — Tue, 24 Feb 2009 22:14:53 GMT

Россия и США совместно разрабатывают проект АЭС будущего. Она значительно превзойдёт все прежние системы и по безопасности, и по экономичности, и по многим другим параметрам. Атомная энергетика ещё не сказала своего последнего слова.

Несмотря на рост использования солнечных батарей, энергии ветра и волн, прочих альтернатив, от "классической" энергетики нам в ближайшие десятилетия не уйти. А здесь, пожалуй, наиболее экологичной является, как ни странно, энергетика атомная.

Да, утилизация отработанного ядерного топлива – сложная проблема, но совсем не безнадёжная. Читайте о некоторых проектах: здесь реальный и уже идущий, а тут более фантастический.

Об опасности аварий на АЭС мы скажем ниже. Но если их нет – атомная станция словно и не существует – её выбросы нулевые.

А вот тепловые станции отравляют атмосферу миллионами тонн ядов и парниковых газов. И радиоактивными веществами тоже, кстати, которые содержатся, скажем, в угле и попадают с выхлопом станции в трубу.

Гидроэлектростанции, кажется, чистые. Но их везде не поставишь, а водохранилища, кстати, необратимо меняют природу на многие десятки километров вокруг, затрагивают среду обитания тысяч видов, оказывают огромное давление на земную кору (что не шибко здорово в сейсмоопасных зонах).

Ядерный синтез? Да, есть интересные варианты (не ITER), но это – на перспективу. А в ближайшие годы круг, вроде, замыкается – будем "жечь" уран. Например, в супер-АЭС, разработанной совместно Россией и США.

С американской стороны главным участником проекта является компания General Atomics, а с российской – Опытное конструкторское бюро машиностроения имени И. И. Африкантова (ОКБМ) в Нижнем Новгороде, подчиняющееся Федеральному агентству по атомной энергии РФ.

Минатом и затеял сотрудничество с американцами по данному проекту ещё в 1993 году. А к настоящему моменту разработан и эскизный проект реактора (и станции), да и куда более детальные разработки – давно идут полным ходом.

А поскольку в новом типе АЭС специалисты видят будущее атомной энергетики – познакомимся поближе, как же она будет работать.

Называется эта система Gas Turbine — Modular Helium Reactor (GT-MHR), а по-русски — "Газовая турбина — модульный гелиевый реактор" — ГТ-МГР.

В создании этого чуда принимает участие большое количество американских и российских институтов и организаций, а также – компании из Франции и Японии (список фирм можно посмотреть на российской странице проекта).

Основных идей тут две. Ядерный реактор с охлаждением газообразным гелием и с внутренне присущей безопасностью (то есть – чем сильнее нагрев – тем слабее реакция, просто исходя из "физики" реактора, вплоть до остановки естественным путём, без всякого участия системы управления) и – кратчайшее преобразование энергии горячего гелия в электричество – с помощью газовой турбины так называемого замкнутого цикла Брайтона, с размещением турбогенератора и реактора в закрытых капсулах под землёй.

Никаких обширных труб, насосов, турбин, и массы других "железяк" над поверхностью. Устройство АЭС упрощается в разы.

Десятки систем исчезают по мановению волшебной палочки. Никаких промежуточных теплоносителей, меняющих фазу (жидкость-пар), никаких громоздких теплообменников, почти – никаких путей для возможной утечки чего-нибудь радиоактивного.

Всё капсулировано. При этом даже отказ системы управления не ведёт к расплавлению топлива. Всё автоматически затухает и медленно остывает за счёт рассеивания тепла в грунт, окружающий станцию.

Топливо для станции – это оксид и карбид урана или оксид плутония, выполненные в виде шариков диаметром всего 0,2 миллиметра и покрытые несколькими слоями различной термостойкой керамики. Шарики "насыпаются" в стержни, те формируют сборку и так далее.

Физические (масса конструкции, условия протекания реакции) и геометрические параметры реактора таковы (сравнительно низкая плотность энергии, например), что при любом развитии событий, даже полной потере теплоносителя, эти шарики не расплавятся.

Да и вся активная зона выполнена из графита – никаких металлоконструкций тут нет вообще, а жаропрочный сплав применён лишь в самом внешнем корпусе — капсуле.

Так что даже если весь персонал станции дружно "уйдёт пить пиво", ничего страшного для окружающей природы не случится – температура в сердце АЭС подскочит максимум до 1600 градусов по Цельсию, но активная зона при этом не расплавится. Реактор же сам начнёт охлаждаться, отдавая тепло в окружающий грунт.

Применение же в качестве теплоносителя гелия сулит ряд преимуществ. Он химически инертен и не вызывает коррозию узлов. Он не меняет своего агрегатного состояния. Он не влияет на коэффициент размножения нейтронов. Наконец, его удобно направлять в газовую турбину.

Она капсулирована вместе с насосами и теплообменниками и вращается исключительно на осевых и радиальных электромагнитных подшипниках – подшипники качения предусмотрены как аварийные.

Про теплообменники нужно сказать особо. Тот гелий, что охлаждает реактор, делает в турбинной установке несколько "петель", максимально отдавая свою энергию турбогенератору. Кроме того, там есть дополнительное охлаждение гелия водой, но в случае какой-либо аварии – система обойдётся вовсе без неё, реактор не расплавится.

Результат всех этих новаций – КПД станции – до 50%, против 32% у существующих АЭС, плюс — намного более полная выработка ядерного топлива (а значит – меньше облучённого урана и меньше высокоактивных отходов на каждый мегаватт-час полученной энергии), простота конструкции, а значит — меньше стоимость возведения и проще контроль над работой.

И, конечно, безопасность. Американцы пишут, что ГТ-МГР – первая в мире АЭС, которая будет соответствовать первому уровню безопасности.

Всего их 4, из них нулевой – это самый высокий. 0 — это фантастика. Тут ничего никогда случиться не может и вообще – нет опасных материалов. Первый уровень – самый высокий из реально возможных. При нём АЭС, по идее, не требуются особые системы безопасности, так как у самого реактора имеется внутренний, конструктивно предопределённый "иммунитет" от любых ошибок операторов и технических повреждений.

Станция в Чернобыле имела, по версии американцев, третий (худший) уровень безопасности, что означает критичность системы к ошибкам людей или неисправности оборудования. Сейчас многие действующие станции вышли на уровень безопасности "2".

ОКБМ пишет, что "Стратегия развития атомной энергетики России предусматривает сооружение головной АЭС ГТ-МГР и установки по производству топлива для неё на Сибирском химическом комбинате (Северск, Томской области) к 2010 году, а к 2012-2015 годам — создание и ввод в эксплуатацию первой четырёхмодульной АЭС ГТ-МГР".

Американцы же, в свою очередь сообщают интересные подробности: поскольку ГТ-МГР может потреблять не только уран, но и оружейный плутоний, такие АЭС становятся идеальным устройством по его утилизации, не только безопасной, но ещё и в определённом смысле выгодной. Например, Северск будет (частично, конечно), обеспечивать себя электроэнергией за счёт "сокращаемых" российских боеголовок.

А плутоний, который будут выгружать из реактора после "работы", по своим параметрам — совершенно бесперспективен для гипотетического применения в ядерном оружии, что для мировой безопасности тоже неплохо.

Но и США заинтересованы в проекте – высокий термический КПД связки "гелиевый реактор – замкнутая газовая турбина" – это колоссальная выгода, как в плане экономики, так и сохранности окружающей среды.

Нужно добавить, что тепловая мощность одной такой установки составит 600 мегаватт, а электрическая – 285 мегаватт.

Расчётный же срок службы ГТ-МГР – 60 лет. Успеют к тому времени разработать промышленные реакторы синтеза, или альтернативная энергетика станет действительно массовой?

Материал предоставлен интернет-журналом MEMBRANA (www.membrana.ru)

Рядовой блоггер предложил миру электростанцию из ряда вон

natural-energy — Tue, 24 Feb 2009 22:13:31 GMT

Как известно, альтернативная солнечная энергия бесплатна лишь на первый взгляд. Те же солнечные батареи вовсе не покрывают свою стоимость произведённым за весь срок службы электричеством. Но вот на днях всплыла идея о том, как, быть может, солнечную энергетику, удастся сделать рентабельной.

Эта идея появилась на блоге некоего Сударшана (Sudarshan) и "поспешила" попасть в ряд изданий.

Итак, мы отталкиваемся от производства электроэнергии при помощи тепловых машин, получающих тепло от солнечных лучей.

Почему не солнечные батареи? На единицу произведённой энергии они ещё слишком дороги, хотя действительно, находят всё более и более широкое применение.

Но, в большей мере, не из-за экономии денег. Тут значительную роль играют экологические факторы. Да, мы знаем, создание солнечных панелей – не безвредно для экологии. Но эти технологии совершенствуются. Зато там, где стоит много солнечных панелей на крышах домов – меньше сжигают ископаемого топлива. Что всё-таки хорошо.

В общем, оставим пока солнечные панели в покое. Есть альтернативы?

Известно, что концентраторы света в виде зеркал применяют и для выработки электричества при помощи солнечных батарей, но также есть многообещающие эксперименты с сочетанием зеркал и двигателей Стирлинга.

У этих тепловых машин очень высокий термический КПД, но есть ряд недостатков – высокие требования к конструкции и материалам (высокое давление внутри), высокая стоимость, а ещё — небольшая мощность единичного двигателя, что вынуждает проектировщиков таких электростанций задумывать целые россыпи стирлингов с зеркалами.

Цена киловатт-часа, с учётом стоимости оборудования, получается тут, как и при солнечных батареях, не слишком низкой.

Сударшан рассуждает: есть же более простой способ утилизации света. Солнце греет воду. Та кипит – крутит турбину. Котёл и турбину можно сделать очень большими – вполне промышленная электростанция получится.

Заметим, такие установки создавались в разных странах ещё в середине прошлого века (в СССР, в том числе). Ничего сложного в них нет. Но вот КПД такого способа преобразования энергии солнечного света – невелик. Собственно, он сильно зависит от температуры пара.

Сударшан предлагает: давайте нагреем и испарим воду за счёт Солнца, но перегревать пар перед подачей в турбину будем за счёт топлива (например – биогаза с ферм, или просто – природного газа).

Что это даст? Повысив температуру пара до 400-500 градусов по Цельсию, можно поднять термический КПД выше 50%.

Но это не всё. Такая установка может работать и ночью, и в сильную облачность – только за счёт газового топлива.

Причём работать, а не простаивать, как у всех солнечных электростанций, будет почти всё имеющееся оборудование – котёл, турбина, генератор.

А это значит, что и стоимость этого оборудования будет распределяться на большее количество электроэнергии, а значит — и цена киловатт-часа, в целом, за весь срок службы станции, будет намного ниже.

Да и одна паровая турбина на 25 мегаватт – дешевле и проще, чем тысяча стирлингов на 25 киловатт.

Таким образом, солнечно-топливный гибрид будет сочетать низкие затраты на топливо (за счёт вмешательства Солнца, когда оно есть) с низкими затратами на "железо", отнесёнными к суммарной выработанной энергии.

С учётом теплоты испарения воды оказывается, что Солнце (в солнечный день) будет поставлять каждому кубометру перегретого пара 60% его энергии, а 40% — придутся на долю сжигаемого газа.

А как насчёт 100% газа ночью? Конечно, расход, вроде бы, возрастает. Но ночью, когда много людей спит, и электричества не тратит, когда стоят некоторые предприятия и закрыты магазины — потребности сети в энергии – меньше.

Добавим, что Сударшан предлагает нагревать в фокусе зеркала масло (градусов до 200), которое можно уже направлять в теплообменник водяного котла.

Разделение приёмника солнечной энергии и котла позволяет легко, с точки зрения конструкции, ввести дополнительный нагрев от топлива и основной нагрев этим же топливом – ночью.

Насколько нам известно, все прежние предложения к сочетанию разных источников энергии сводились к простому совмещению на одной площадке солнечных панелей и ветряков, или ветряков и водородных топливных элементов и так далее. Совмещение, заметим, чисто территориальное.

Тут же впервые Солнце и газовое топливо должны действовать сообща, нагревая одно рабочее тело (воду). Может и правда, такой мичуринский подход – рациональный путь для альтернативной энергетики?

Материал предоставлен интернет-журналом MEMBRANA (www.membrana.ru)

Спящая электроника транжирит прорву энергии человека

natural-energy — Tue, 24 Feb 2009 22:10:06 GMT

"Подумаешь, ну горит какая-то красная лампочка", — говорят многие люди, отправляющие телевизор в режим ожидания (Stand-by). А англичане подсчитали и прослезились: из-за "спящего" оборудования у них ежегодно впустую расходуется количество энергии, эквивалентное годовой выработке двух электростанций – 7 тераватт-часов плюс выброс 800 тысяч тонн углерода!

Должно быть, кнопка "спящий режим" знакома всем, а вот связанная с ней проблема – вряд ли. Мы рассмотрим её на британском примере, благо, в этой стране тема Stand-by широко обсуждается, известны многие любопытные детали и вероятные пути выхода из кризиса.

Едва ли не главным борцом со "стэнд-бай" в Великобритании является член парламента, либеральный демократ Норман Бейкер (Norman Baker). Он, к примеру, вычислил, что эмиссия CO₂ от электрического оборудования, оставляемого в резерве, эквивалентна 1,4 миллиона длительным авиаперелётам.

Другими словами, если всё население Глазго решит слетать в Нью-Йорк и обратно, количество выбросов в результате будет меньше, чем от "спящих" устройств.

В июне прошлого года Бейкер направил парламентский запрос министру по вопросам окружающей среды Эллиоту Морли (Elliot Morley). И, в общем-то, нашёл понимание: правительство в настоящее время рассматривает варианты.

"Правда, спустя 7 месяцев мы так и не увидели никаких изменений, но я не теряю надежды, что правительство сможет что-нибудь сделать в перспективе", — говорит парламентарий.

Но что же делать? Просто убрать кнопки "стэнд-бай"? Бейкер поддерживает эту идею: "По меньшей мере, спящий режим должен переходить в полное выключение примерно через 10 минут, — считает он. — Stand-by может понадобиться вам, чтобы выскочить на кухню и поставить чайник, но когда люди оставляют приборы в резерве на несколько недель, отправляясь в отпуск — это ненормально".

Между тем, исследование, проведённое организацией Energy Saving Trust, показало, что средняя британская семья в любой момент времени имеет до 12 устройств, оставленных на Stand-by или заряжающихся от сети — электричество на 740 миллионов фунтов ($1,3 миллиарда) летит коту под хвост.

По прогнозам, к 2020 году количество одних только телевизоров в Великобритании достигнет 74 миллионов — их будет больше, чем телезрителей.

А ведь на "спящее" ТВ в Британии, как следствие, приходится 480 тысяч тонн эмиссии углерода. На стереосистемы — 1,6 миллиона тонн, видеомагнитофоны — 960 тысяч тонн, игровые консоли — 390 тысяч тонн, DVD-плееры — 100 тысяч тонн, компьютерные приставки к телевизору — 60 тысяч тонн.

"Производители включает в свою продукцию спящий режим, потому что так хотят их клиенты, — объясняет Мэтью Армишоу (Matthew Armishaw), специалист, работающий над программой преобразования рынка (Market Transformation Programme — MTP). — И в большинстве устройств Stand-by — не техническая проблема. Её могут просто решить сами потребители".

И, в принципе, людям можно объяснить опасность режима ожидания. Они и так разделяют опасения по поводу глобального потепления, знают о вырисовывающемся энергетическом кризисе и так далее. Потребителя можно убедить в необходимости прощания со "стэнд-бай".

Хотя есть исключения: некоторые приборы должны получать энергию всё время, чтобы, например, скачивать цифровое видео или обновлять программное обеспечение. Но на то они и исключения, чтобы подтверждать правила.

Армишоу отмечает, что избавиться от "резервной" кнопки на уровне производителей электротоваров отдельно взятой стране не удастся:

"Приборы производятся для нескольких разных рынков. Если Великобритания введёт некий принудительный эко-стандарт, скажем, для изготовителей телевизоров с избавлением от Stand-by, то у изготовителя увеличатся затраты, которые он изо всех сил пытается снизить, чтобы остаться конкурентоспособным. А ведь для британского рынка придётся выпускать специальные модели, — рассказывает сотрудник MTP. — Кроме того, из-за этого стандарта мы можем рассориться с ЕС, нарушив его инструкции по свободной торговле".

Нельзя сказать, что Европейская комиссия (European Commission) сама ничего не делает. В конце 1990-х ею была одобрена соответствующая инициатива (EU Stand-by Initiative).

В 1997-м ЕС в ходе переговоров достиг соглашения с Европейской ассоциацией производителей бытовой электроники (EACEM) об уменьшении "резервных" расходов энергии для телевизоров и видеомагнитофонов, в 2000-м на счёт того же самого комиссия договорилась касательно аудиотехники, в 2003-м — о телевизорах и DVD.

Не остаётся в стороне и Международное энергетическое агентство (International Energy Agency — IEA), выдвинувшее глобальный "План один ватт" ("One Watt Plan"), согласно которому к 2010 году все новые приборы должны будут потреблять в "спящем" режиме меньше 1 ватта.

Кстати, опрос Energy Saving Trust выявил интересную вещь: каждый седьмой потребитель думает, что при отправке прибора в "спячку" расходуется меньше энергии, чем при его выключении-включении. Люди не понимают, что это в значительной степени миф: такое могло происходить со старой электроникой, но не с сегодняшней техникой.

Как видим, связанные со Stand-by дикие расходы электричества впустую — глобальная проблема. И решать её надо комплексно, на самых разных уровнях. Но если на помощь осознанно не придёт простой потребитель, не погасит свои "красные лампочки", может ничего не получиться.

Материал предоставлен интернет-журналом MEMBRANA (www.membrana.ru)

Солнечный реактор выкачивает водород вращающимися кольцами

natural-energy — Tue, 24 Feb 2009 22:07:38 GMT

Вы готовы завтра пересесть на водородные автомобили? Скажите: "Охотно. Только найдите, наконец-то, рентабельный способ производства водорода". Хорошо, вот очередной проект. Простой до гениальности. И более того, может даже и работоспособный.

Самый очевидный способ разложения воды – электролиз. Когда люди спорят о водородной энергетике, они, как правило, начинают выяснять: появились ли уже солнечные батареи, способные за время своей службы оправдать полученной энергией вложенные в их производство деньги?

Впрочем, оказывается, можно и не беспокоиться о подобных вещах. Например, исследователь Ричард Дайвер (Richard Diver) из американской национальной лаборатории Сандия (Sandia National Laboratories) полагает, что нужно сделать шаг в сторону.

Зачем, мол, эти многоступенчатые преобразования энергии? Вот было бы здорово, если б солнечный свет попадал в некую маленькую камеру, с одного конца которой входил бы поток воды, а из противоположного патрубка – выходил поток водорода.

Искомого результата удалось добиться, соединив химию с механикой.

Получился "Ресивер-реактор-рекуператор с кольцами противоположного вращения" (Counter Rotating Ring Receiver Reactor Recuperator). Язык сломаешь. Хорошо, что автор изобретения придумал сокращёние: CR5.

Базовая идея была такова. Возьмём ферритовый материал, содержащий кроме оксидов железа ещё и оксиды кобальта, магния и никеля.

Если этот материал восстановить, то он сможет отбирать у воды кислород (при определённых условиях, типа температуры и без доступа воздуха извне в камеру реакции).

После того, как наш активный материал прореагировал с водой, он становится пассивным. И его остаётся либо выбросить, либо как-то восстановить.

А для восстановления прекрасно подойдёт сильный нагрев в закрытой камере. Скажем, при помощи концентрированного солнечного зайчика.

В CR5 из такого активного материала выполнены тонкие кольца, сложенные вместе пакетом. Кольца эти вращаются внутри корпуса, разделённого на две зоны.

В первую из них подаётся водяной пар. Там он вступает в химическую реакцию с материалом колец. Кислород присоединяется к металлам, а водород откачивается в баллоны.

После того, как кольцо сделает поворот на 180 градусов, его прореагировавшая поверхность оказывается во второй камере. Здесь на неё обрушиваются солнечные лучи от огромного зеркала-концентратора. Нагрев восстанавливает ферритовый композит, освобождённый кислород улетучивается прочь.

Одна из изюминок CR5 – простая система рекуперации энергии Солнца, повышающая КПД всей системы. Чётные и нечётные кольца в этом пакете вращаются в разные стороны.

Таким образом, горячие (обращённые к свету) половинки колец, пока поворачиваются во вторую камеру, встречают на пути более прохладные половинки, отдавая им часть своей энергии. А те, напротив, остужают их.

Оставалось только построить такую машинку, приспособив для непрерывного и равномерного вращения колец маленький электромоторчик. И вот он – новый метод разложения воды. Но на пути воплощения идеи встала проблема недолговечности активного материала.

Обычный ферритовый сплав с добавками быстро превращался в шлак и больше не хотел работать. Да ещё форму не держал.

Вместе со своим сотрудником Джимом Миллером (Jim Miller) Дайвер проверил кучу материалов – кандидатов на роль тех самых колец. Наконец, они выяснили: сочетая на микроскопическом уровне ферритовую смесь с двуокисью циркония, можно сделать композит, отвечающий всем запросам.

С чёрной поверхностью, поглощающей свет. Очень эффективно отбирающий кислород у воды и хорошо восстанавливающийся при попадании в солнечный "суперзайчик". И держащий свою форму при сильном нагреве.

Нужные структуры из ферритовой смеси и двуокиси циркония удалось получить, используя роботизированное литьё (robocasting) — метод, развитый и усовершенствованный другими членами команды Дайвера. При этом способе под управлением компьютера материалы вытекают как зубная паста из тюбика и размещаются на подложке тонкими последовательными слоями.

Ближайший шаг исследователей: проверить идею на практике, воспользовавшись в качестве концентратора света солнечной печью в национальной солнечно-термической лаборатории (National Solar Thermal Test Facility), управляемой Sandia Lab.

"Нет никакой гарантии успеха. Но это — дух лаборатории. Здесь нам позволяют рисковать. Я благодарен за эту возможность", — заявил Ричард.

Материал предоставлен интернет-журналом MEMBRANA (www.membrana.ru)

Чёрная пирамида коллекционирует тепло в подземелье электростанции

natural-energy — Tue, 24 Feb 2009 22:06:11 GMT

Большую четырёхгранную пирамиду, поблескивающую издали чёрно-зеркальными поверхностями с каким-то неясным узором, можно принять за экстравагантное офисное здание или торговый центр. Однако так будет выглядеть электростанция нового типа, возводимая сейчас в Индии.

Мы бы назвали этот проект "Солнечная пирамида", однако её разработчик — сингапурская компания MSC Power — ограничилась простым обозначением: "Солнечная электростанция MSC".

Пирамиды эти могут быть разного размера (10-мегаваттная, к примеру, должна иметь высоту 45 метров) и также отличаться углом наклона стен (30-60 градусов), в зависимости от широты расположения станции и, соответственно, высоты подъёма Солнца над горизонтом в полдень.

Внешняя стена пирамиды – прозрачный полимер с высоким коэффициентом пропускания лучей (90%), под ним, с некоторым воздушным зазором можно увидеть змеящиеся трубки, а далее – металлическую поверхность (сталь или алюминий) с чёрным покрытием для впитывания солнечных лучей (коэффициент поглощения 90%).

В основе этой электростанции лежит простой принцип: днём воздух в пирамиде нагревается и выходит через отверстие наверху. Холодный воздух засасывается снизу граней.

За счёт разности плотности горячего воздуха внутри пирамиды и более прохладного – на улице — создаётся тяга, как в печке. Поток воздуха вращает турбину с электрогенератором. Очень похоже на австралийскую супербашню с парником.

Но базовым принципом сходство с тем проектом исчерпывается. Сингапурская пирамида устроена значительно сложнее. Ведь кроме выработки электричества она будет заниматься и опреснением воды. Также тут предусмотрена система накопления запасов тепловой энергии на ночь.

Под пирамидой расположен бассейн с водой, объёмом не меньшим, чем внутренний объём пирамиды. В то время, как Солнце выдаёт самые жаркие свои лучи, вода эта прокачивается по чёрным трубам, спрятанным под прозрачной облицовкой.

Кроме того, часть воды поступает в резервуар наверху (он окружает выходную "трубу"), где доводится до кипения за счёт солнечных зайчиков. Снаружи пирамиды предполагается разместить набор зеркал-концентраторов.

Пар может служить и для выработки энергии, и для дополнительного прогревания внутренностей пирамиды, а её центральная часть, к слову, должна разогреваться до 70 градусов, хотя прямые лучи Солнца туда не попадают.

Просто внутрь будут излучать инфракрасный жар раскалённые на солнцепёке стальные стены пирамиды. Внутри же от этого излучения будут нагреваться и накапливать тепло многочисленные металлические пластины сложной формы.

Днём, проходя по внутренним каналам, воздух будет раскручивать сразу несколько турбин (разного размера), расположенных как в центральной шахте, так и по бокам пирамиды.

А ночью холодный воздух будет нагреваться за счёт тепла огромного количества воды в подземном резервуаре и остывающих массивных металлических внутренностей пирамиды. Так что и ночью система будет давать некоторый ток.

Для работы в разных условиях в пирамиде имеется система заслонок, направляющих воздух по тому или иному пути.

Утром же, перед самым восходом Солнца, остающееся ещё в подземном бассейне тепло авторы проекта намерены использовать для небольшого разогрева чёрных стен пирамиды, прогоняя эту воду через трубки.

Так, полагают инженеры, можно будет сократить время, необходимое солнечным лучам на прогревание остывшей за ночь системы и выхода электростанции на максимальную мощность.

Другие детали проекта вы можете узнать здесь.

Первую небольшую 5-мегаваттную пирамиду компания строит сейчас в индийском городе Пуна. Её стоимость составляет $10 миллионов.

Также фирма надеется построить несколько отличных по размерам станций (на 2 и на 10 мегаватт) в других районах Индии, а ещё – в Судане, Малайзии, Китае и Таиланде.

Нам "Солнечные пирамиды" представляются излишне усложнёнными (и ведь мы представили тут не все тонкости замысла, опустив, к примеру, котлы на газе и системы электролиза воды, другие добавочные установки), хотя и работоспособными системами.

Так что прежде, чем думать о масштабировании, неплохо было бы посмотреть на коммерческий успех первых таких установок. Но, согласитесь, по крайней мере, выглядеть такое высоченное сооружение должно колоритно. И это уже неплохо.

Материал предоставлен интернет-журналом MEMBRANA (www.membrana.ru)

Голографические солнечные батареи препарируют свет перед потреблением

natural-energy — Tue, 24 Feb 2009 22:04:53 GMT

Эти удивительные фотоэлектрические преобразователи следят за перемещающимся Солнцем не двигаясь и отбирают из потока света наиболее "вкусные" для себя частоты. При этом здесь нет ни одной подвижной детали, а низкая удельная стоимость новых батарей заставит многих сказать ископаемому топливу "прощай".

Американская компания Prism Solar Technologies выдвигает на рынок необычный продукт – солнечные фотоэлектрические модули, отличающиеся низкой стоимостью одного ватта выходной мощности и целым рядом привлекательных технических моментов. Да и привлекательной внешностью, что иной раз тоже важно.

Казалось бы, дешёвые солнечные батареи не могут похвастать высокой эффективностью. Во всяком случае, так было до сих пор. Но здесь, похоже, компания сумела найти оригинальное решение проблемы отношения мощность/стоимость, а для этого адаптировала к солнечной энергетике весьма любопытную технологию.

Как пишет Prism Solar, идея использования принципов голографии (подробнее о ней вы можете прочесть здесь) для концентрации света в устройствах для солнечной энергетики дискутировалась в технической литературе ещё с начала 1980-х. Но в наши дни именно Prism Solar довела эту сырую идею до ума, а главное – до продукта, готового к массовому производству.

Сердце новой солнечной панели — плоский голографический концентратор (Holographic Planar Concentrator — HPC). Это голограмма (голографическая плёнка), зажатая между двумя слоями стекла. На плёнке при помощи лазера выполнены невидимые для глаза "узоры" интерференции, рассчитанные определённым образом. Зачем они нужны?

Дело в том, что эта голограмма словно вырезает из солнечного спектра частоты, которые наиболее сильно воздействуют на фотоэлектрическую батарею, а далее – плёнка отражает нужные волны дальше.

Собственно, батарея нового типа представляет собой чередующиеся полоски, как у тельняшки: полоска голограммы – полоска фотоэлектрической батареи и так далее.

Нужные лучи, за счёт многократного отражения от голограммы и от внутренней поверхности наружного стекла, концентрируются и направляются на участки между голограммами, где с обратной стороны стеклянного "бутерброда" закреплены, собственно, фотоэлектрические панели.

Концентрация света здесь достигается не столь высокая, как в системах с зеркалами, призмами или линзами – всего-то до 10 раз. Зато, в отличие от упомянутых старых типов концентраторов, HPC обладает недюжинными достоинствами.

Это лёгкость и минимальная толщина. Это селекция света по частотам ("тепловая" часть спектра на фотоячейки не попадает), приводящая к высокой отдаче фотоэлектрических преобразователей без их перегрева.

И без всяких вентиляторов, заметьте. А ведь в случае с зеркалами и линзами принудительное охлаждение кремниевых панелей – непременное условие их работы, там-то концентрация солнечного света достигает 100 и более раз, да ещё и концентрируется — весь спектр.

По сравнению с солнечными батареями без концентраторов, здесь для получения одного ватта требуется на 50-85% меньше кремния, что является одним из условий необычайно низкой цены голографических панелей. Да к тому же и сами голографические плёнки также намного дешевле больших зеркал или линз.

Есть здесь и ещё одно весьма интересное преимущество.

Применённая в HPC голограмма – мультиплексная. Фактически – это огромное количество голограмм, наложенных одна на другую и "работающих" при падении на них солнечного света под своим, индивидуальным углом.

Такое решение позволяет получить высокую отдачу панели без поворота её вслед за Солнцем – просто при каждом его положении на небе, в пределах какого-то угла, задачу сбора и направления света на фотоэлектрические ячейки решает одна из этих голограмм.

А отсутствие механизма поворота – ещё несколько центов на весах экономии. К тому же, такую панель можно монтировать непосредственно на крыше.

Но это всё – теория. А что с практикой? В конце этого года Prism Solar намерена начать серийный выпуск своих голографических батарей по весьма привлекательной цене $2,4 за ватт, что примерно в 1,5-2 раза дешевле самых массовых на рынке "обычных" батарей на основе кристаллического кремния (примерно $3,2-4 за ватт).

Более того, второе поколение голографических батарей компания обещает сделать ещё дешевле – $1,5 за ватт (они появятся через несколько лет). А это тем более — опасный конкурент для других источников энергии (в районах, где много солнечных дней в году, разумеется).

Пока первые образцы таких батарей проходят испытания в лаборатории возобновляемых источников энергии Министерства энергетики США (National Renewable Energy Laboratory), а также – в ряде районов Америки и Японии. Серийное же производство – не за горами. И это должен быть успешный продукт.

Глава Prism Solar Рик Левандовски (Rick Lewandowski) называет концентратор HPC "более элегантным решением", чем линзы и зеркала, позволяющим, так же, как и они, снизить расход кремния на одну панель заданной мощности. Но при этом — сохранить толщину, лёгкость и конструктивную простоту обычных солнечных панелей. А частичная прозрачность новинки позволит встраивать её в стёкла: например, в окнах чердачных помещений или в декоративных дверях. Ещё один маленький плюсик.

Компания получила на HPC два американских патента (смотрите здесь и здесь) и намерена ещё получить ряд дополнительных.

Так что, наряду с наукой, разработчики этих необычных солнечных панелей позаботились и о коммерции. А ведь это и будет момент истины, способный проверить на прочность любые красивые идеи.

Материал предоставлен интернет-журналом MEMBRANA (www.membrana.ru)

Полный распад: бутылку сживают со света за 80 дней

natural-energy — Tue, 24 Feb 2009 22:03:37 GMT

Бутылки пластиковые не разлагаются. Никаким микроорганизмам они не по зубам, оттого и называют такие бутылки "вечными". Однако ж ничто не вечно. И есть альтернатива – такие же с виду бутылки, от которых через 80 дней не остаётся и следа. Есть надежда, что эти "смертные" бутылки вскоре всё же заменят пластик.

Так, позитивная новость пришла из Великобритании. Здесь первая разлагаемая микроорганизмами бутылка поступила-таки в продажу — это минералка Belu Mineral Water в поддающейся биохимическому распаду таре, сделанной на основе кукурузы. Для превращения в компост этой бутылке требуется меньше 100 дней.

Пока некоторые защитники окружающей среды объявляли "новую эру в сражении против пластиковой упаковки", кое-кто с пылу с жару приписал британцам изобретение и мировое первенство в создании "biodegradable bottle". Ну, несправедливо это. И вот почему.

В первой в мире "биологически деградирующей" бутылке тоже находится вода, но ключевая американская — BIOTA Spring Water. Её бутылке для полного разложения нужно 75-80 суток, 12 недель — максимум. Так вот, BIOTA увидела свет осенью 2004 года, если не раньше.

Своим появлением данная упаковка водички почти всем обязана другой компании из Штатов — NatureWorks. То же самое можно сказать и о новоявленной английской Belu, и об ароматизированной воде Jivita, и о нескольких других продуктах.

NatureWorks, основанная в 1997-м (почти 10 лет прошло!) фирма из Миннесоты, первой предложила своим клиентам "семью полимеров, полностью полученных из ежегодно возобновимых ресурсов со стоимостью и трудозатратами, способными конкурировать с традиционными упаковочными материалами".

Чтобы объяснить, с какими такими полимерами работает NatureWorks, а называются они PLA (Polylactic acid или Polylactide), обратимся к датированной 2001 годом статье В. А. Фомина и В. В. Гузеева из журнала "Пластические массы". Уж очень неплохо они всё объясняют. Цитируем:

"Одним из самых перспективных биодеградируемых пластиков для применения в упаковке в настоящее время является полилактид – продукт конденсации молочной кислоты. Это обусловлено, прежде всего, тем, что получается лактид и полилактид как синтетическим способом, так и ферментативным брожением декстрозы сахара или мальтозы, сусла зерна или картофеля, которые являются возобновляемым сырьём биологического происхождения.

Полилактид в компосте биоразлагается в течение одного месяца, усваивается он и микробами морской воды.

Важным достоинством полилактида является и то, что он представляет собой прозрачный, бесцветный термопластичный полимер, который может быть переработан всеми способами, применяемыми для переработки известных термопластов. Из листов можно термоформовать подносы, тарелки, получать плёнку, волокно, упаковку для пищевых продуктов, имплантаты для медицины и так далее.

При соответствующей пластификации полилактид становится эластичным и имитирует полиэтилен, пластифицированный поливинилхлорид или полипропилен.

Срок службы полимера увеличивается с уменьшением мономера в его составе, а также после ориентации, которая повышает прочность, модуль упругости и термостабильность.

Несмотря на все перечисленные достоинства полилактида, широкое внедрение его как полимера бытового и технического назначения до последнего времени сдерживается небольшими объёмами выпуска, низкой производительностью технологических линий и, как следствие, высокой стоимостью продукции.

Фирмой Cargill в результате проведённых работ освоено производство полилактида ферментацией декстрозы кукурузы мощностью до 6 тысяч тонн в год. В перспективе она планирует расширить производство до 50–150 тысяч тонн и снизить стоимость полилактида с $250 до $2,2 за кг". Конец цитаты.

Заметим, что Cargill – владелец NatureWorks, то есть, одно и то же. Удалось ли им за пять лет нарастить объёмы производства и сбить цену, компания умалчивает, пишет "свяжитесь с коммерческим представителем". Судя по всему, не очень.

Что касается цены, то, к примеру, продавцы BIOTA на вопрос "Эта новая бутылка стоит больше?" отвечают: "стоимость нашей ключевой воды оценена соревновательно с другими водами класса премиум". По данным на апрель, за литровую бутылку просят $1,9. За поллитру — 99 центов.

Приведём ответы и на другие вопросы о бутылке из кукурузы, больше всего волнующие потенциальных потребителей.

Может ли бутылка начать разлагаться на полке или в автомобиле, стоящем на солнце в течение нескольких недель? "Для бутылки, чтобы разложиться, нужны правильные условия: она должна быть открыта, ей требуется температура 50-60 градусов Цельсия, высокая влажность плюс микроорганизмы".

Действительно ли её безопасно использовать с пищей?

"Да, продукт одобрен для контакта с пищей и водой".

Если эта бутылка сделана из кукурузы, могу ли я съесть её?

"Как и в случае с пластиковыми продуктами, контейнеры BIOTA не рекомендуется употреблять в пищу".

Разлагаются ли этикетка и пробка?

"Этикетка да, но не пробка. BIOTA в настоящее время исследует другие варианты пробки".

Остаётся добавить, что в Штатах BIOTA продаётся в специализированных магазинах для фанатов натуральных пищевых продуктов и в супермаркетах для гурманов. Её британская родственница Belu, как обещают, должна появиться в обычных магазинах.

О "новой эре в битве против пластика" говорить, возможно, и преждевременно, но сказать, что у "недеградирующей" бутылки век не будет слишком долгим – можно запросто.

Материал предоставлен интернет-журналом MEMBRANA (www.membrana.ru)

Воздушный эскалатор перевезёт на землю энергию неба

natural-energy — Tue, 24 Feb 2009 22:00:01 GMT

Сделать электростанцию, действие которой основано на принципе полёта самолёта и работы эскалатора – кажется идеей, достойной не столько фантастического фильма, сколько наивного мультика. Но шутки тут, оказывается, ни при чём, ведь за разработку взялся не кто-нибудь, а видный человек – физик и космонавт в одном лице.

Laddermill – буквально "лестничная мельница" – очередное экологически чистое средство получения энергии буквально из воздуха. Устройство состоит из набора конструкций, наподобие толи воздушных змеев, толи авиационных крыльев, прикреплённых к тросу, закольцованному в огромную петлю.

Когда дует ветер, он действует на них точно так же, как и на крыло самолёта: благодаря форме крыла давление на нижнюю часть оказывается больше, чем на верхнюю, и за счёт этой разности возникает подъёмная сила. В общем, всё как в авиации.

В зависимости от угла наклона крыла, на него может действовать различная подъёмная сила. Чем "горизонтальнее" оно расположено, тем меньше различие между силами, действующим сверху и снизу, а значит, оно будет слабее подвергаться воздействию ветра. И наоборот.

Крылья укреплены таким образом, что они по-разному ориентируются в пространстве в зависимости от их положения на тросе: те, которые находятся на восходящей части петли, установлены с большим углом атаки, чем те, что на нисходящей (там они почти горизонтальны, и даже немного наклонены вниз).

В результате этого получается, что подъёмная сила, действующая на поднимающиеся крылья превосходит силу, действующую на опускающиеся. Из-за этой разницы и происходит движение.

Всё, что остаётся – это пропустить закольцованный трос через колесо, установленное на земле. Ну и, разумеется, нужно как-нибудь применить вращение последнего, например, укрепив его на оси генератора. Для чего, собственно, всё и затевалось.

Идея Laddermill появилась ещё в 1995 году, но генераторных станций на её основе до сих пор не появилось. Зато смотреться установка могла бы очень красиво. Есть, кстати, возможность поглядеть на компьютерную модель (выполнимый файл, в котором можете поиграть с разными параметрами – от угла обзора до скорости ветра и узнать, к чему это приведёт; 452 килобайта). Если же боитесь запускать неизвестный софт, то просто посмотрите видеоролики, показывающие, как происходит движение — 1 и 2 (792 и 1972 килобайта соответственно).

Создатели Laddermil – группа нидерландских профессоров из Дельфтского технического университета (Technische Universiteit Delft) во главе с Вуббо Йоханнесом Окельсом (Wubbo J. Ockels).

Окельсу удалось проявить свою активность в разных сферах научной жизни — как теоретических, так и практических: от исследований в области ядерной физики до профессорской работы. А в 1985 году он даже побывал космонавтом (кстати, первым в истории Голландии) в миссии SТS-61A, в которой участвовал в качестве специалиста по полезной нагрузке.

Что же касается более "земных" достижений, то среди них он прославился как один из разработчиков солнечного автомобиля Nuna и рейсового суперавтобуса.

По сравнению с этими проектами Laddermill смотрится немного аляповато. Особенно из-за других вариантов, использующих для создания подъёмной силы не крылья, а с маленькие парашюты или небольшие планеры. Да и дизайн данного проекта намного проще, чем, например, у аналогичных устройств типа Flying Electric Generators или MARS. В самом деле, всё серьёзно — разработчики слишком авторитетны, чтобы заниматься такими инженерными развлечениями. Кстати, при желании можете ознакомиться с их научной статьёй (PDF-файл, 203 килобайта) с расчётами Ladermill.

Если верить Окельсу и его коллегам, то с помощью Ladermill можно получать немало электроэнергии. К примеру, они утверждают, что небольшой парк из таких установок может генерировать электроэнергию мощностью порядка 100 мегаватт.

Одна из самых больших проблем с такой электростанцией в том, что она кажется неустойчивой. Даже если элементы Ladermill будут очень лёгкими, она, в принципе, может попросту упасть при отсутствии ветра.

Время падения можно оттянуть (чтобы дождаться ветра), если сделать Laddermill достаточно высокой. Оккелс учёл тот факт, что самолёты пролетают на высоте не менее 10 километров, а значит, установки могут без проблем подниматься до этого предела. Чем, наверное, будут очень оживлять загородный пейзаж (в целях безопасности их планируют располагать за 10-15 километров от населённых территорий).

В случае сильного ослабления ветра скорость потери высоты, по оценкам Оккелса и его коллег, составит порядка 15-20 километров в час – за это время персонал успеет что-нибудь придумать. Например, ориентировать все крылья горизонтально (они должны быть радиоуправляемыми), что ещё больше замедлит темп падения.

Испытания пока проводились только на компьютерных моделях. Но есть смысл попробовать протестировать Laddermill и "живьём". Возможно, это смогут сделать в 2008 году. А что, штука надёжная, экологичная, безопасная – ни людям, ни самолётам не угрожает.

Но, как мы знаем, даже "зелёная" энергетика оказывается источником всяких проблем: ветровая – для птиц, волновая – для сёрфингистов.

Впрочем, с Laddermill всё должно быть в порядке, и может быть, эту технологию когда-нибудь возьмутся опробовать. Только надо будет предупредить дельтапланеристов – на всякий случай.

Материал предоставлен интернет-журналом MEMBRANA (www.membrana.ru)

Фокусы с фотонами сулят энергетике солнечное будущее

natural-energy — Tue, 24 Feb 2009 21:58:19 GMT

Эффективность современных солнечных батарей во многом ограничена из-за того, что они не могут преобразовывать в электричество свет с низкой частотой и, соответственно, низкой энергией излучения. Ключом к решению проблемы может стать своеобразный "обман". Надо сделать так, чтобы весь белый свет, льющийся с неба, для батареи выглядел монохромным, причём чтобы энергия не терялась.

Усилия многих лабораторий направлены на то, чтобы позволить солнечным батареям впитывать более широкий диапазон волн. Можно вспомнить интереснейшие работы по созданию полупроводниковых материалов с расщеплёнными полосами поглощения и солнечных батарей на их основе, преобразующих в ток фотоны сразу нескольких частот. Эти, давно начатые, работы ведутся до сих пор. Успехи есть, но массового продукта на основе этой технологии пока нет.

Другой метод повышения эффективности батарей заключается в фильтрации света, чтобы полупроводнику доставались только фотоны нужной частоты, которые он мог бы эффективно перерабатывать в электричество. Таковы, к примеру, голографические солнечные батареи.

Но, оказывается, возможен совсем иной подход к решению этой проблемы — очень изящный.

Представьте, что некая система или некий процесс будут преобразовывать все фотоны падающего солнечного света в фотоны только одной частоты, той оптимальной, на которую рассчитан фотоэлектрический преобразователь. Тогда КПД батареи можно было бы поднять до удивительно высокого уровня.

Стоп, стоп! Но разве сам этот процесс преобразования частот не будет отнимать энергию? И станет ли такое преобразование выгодным? Учёные говорят, что всё можно организовать так, что потерь практически не будет.

Интересные опыты провела недавно объединённая команда физиков из Института исследования полимеров Макса Планка в Майнце (Max Planck Institut für Polymerforschung, Mainz) и лаборатории материаловедения Sony в Штутгарте (Sony Materials Science Laboratory, Stuttgart).

Исследователи направляли на ёмкость с жидким раствором луч зелёного цвета, а на выходе получался синий луч.

Важно отметить, что этот процесс, при котором два фотона низкой энергии преобразовывались в один высокоэнергетический фотон, ранее демонстрировался лишь с лазерными лучами, причём при высокой плотности энергии в пучке. А вот теперь учёные продемонстрировали тот же "фокус" с обычным светом, ведь их конечная цель — преобразование солнечных лучей, падающих на фотоэлектрическую батарею.

Как же работает этот своего рода синтез фотонов? В растворе, созданном экспериментаторами, присутствуют два вида специфических молекул: так называемые "антенны" и "эмиттеры".

Молекула-антенна захватывает фотон с частотой, соответствующей зелёному свету, и переходит на более высокий энергетический уровень. Однако находится на нём не так уж долго, а отдаёт эту энергию молекуле-эмиттеру, как только та окажется поблизости. Отдав квант, антенна возвращается в невозбуждённое состояние, чтобы принять очередной фотон, а вот эмиттер перепрыгивает на высокий энергетический уровень и ждёт.

А ждёт он, когда рядом окажется ещё одна такая же молекула-эмиттер, и тоже в возбуждённом состоянии. Тогда одна из них отдаёт энергию второй, после чего возвращается на исходный энергетический уровень. Второй же эмиттер, стало быть, получает уже энергию двух, так сказать, "зелёных фотонов", которую излучает одной порцией в виде единственного "фотона синего цвета".

Таким образом, энергия никуда не исчезает и не откуда не добавляется. Сколько ватт упало на квадратный сантиметр за секунду, столько и будет излучено с другой стороны установки. Но на другой частоте. Процесс этот чем-то напоминает те, что происходят в рабочем теле лазера, только речь идёт не о лазерном излучении, а об обычном.

Чтобы всё работало как часы и не было потерь энергии, учёным пришлось поломать голову, подбирая подходящие вещества для антенн и эмиттеров. На эти роли подошли октаэтилпорфирин платины и дифинилантрацен.

И это — только для зелёно-синего преобразования частоты. Однако авторы работы говорят, что в раствор можно ввести целый комплекс разных антенн и эмиттеров, подобрав их так, чтобы они реагировали на разные частоты падающего света, а излучали — причём все, — только одну частоту. Тот же синий свет, к примеру.

Представьте, что на такую установку падает белый цвет, а выходит синий, но не отфильтрованный цветным стеклом (понятно, тогда яркость была бы во много раз ниже), а преобразованный, с тем же количеством энергии, что содержалось в исходном свете. Если за таким преобразователем поставить солнечную батарею, то получится система с очень высоким КПД.

Правда, до чудо-батарей ещё далеко. Бак с жидким раствором не устраивает создателей по конструктивным причинам, но они утверждают, что такого же эффекта преобразования частот солнечного света можно добиться и в твёрдом растворе — добавляя подходящие антенны и эмиттеры в толщу прозрачного полимера.

Это следующий этап в развитии новой технологии, с которым исследователи как раз экспериментируют в настоящее время. Также они подбирают другие вещества, чтобы научиться преобразовывать в одну частоту широкий спектр падающих лучей.

Когда солнечные батареи, оснащённые таким удивительным фильтром, появятся в магазинах — предсказать сложно. Но ясно, что в будущем солнечные электростанции смогут играть более весомую роль в энергетике планеты, чем в настоящее время.

Материал предоставлен интернет-журналом MEMBRANA (www.membrana.ru)

Кухонное тепло разогревает жильё персональной электростанцией

natural-energy — Tue, 24 Feb 2009 21:54:44 GMT

Когда-то давно каждый дом обогревался собственным очагом, потом наступила эпоха гигантских теплоцентралей. Теперь же идёт обратный процесс — всё больше семей в развитых странах приобретают миниатюрные устройства, способные заметно уменьшить сумму счетов за электроэнергию и заодно обеспечить обогрев дома и доставку горячей воды зимой.

Одновременная генерация электричества и тепла — идея очень старая. Собственно, по такой схеме, позволяющей более полно использовать энергию топлива, работают теплоэлектроцентрали. Но если в дома электричество доставляется с более-менее низкими потерями, то потери тепловой энергии в централизованных системах теплоснабжения довольно велики. Особенно в России, где зимой зачастую подземные тепловые трассы отлично видны на поверхности — на них нет снега.

На Западе давно развивается альтернативное направление в снабжении зданий электричеством и теплом — сравнительно небольшие комбинированные станции, обеспечивающие тепловой и электрической энергией группы домов, больницы или небольшие предприятия. А за последние несколько лет децентрализация в этой области достигла своего логического завершения — появления необычайно компактных домашних теплоэлектростанций.

Называются они "Микро-комбинированные теплоэнергетические устройства" (Micro Combined Heat and Power — MicroCHP). В их основе лежат очень маленькие и исключительно тихие ДВС (в редких моделях — стирлинги), соединённые с небольшим генератором. Работают они на природном газе, благо газовые сети широко распространены, а многие дома оборудованы газовыми плитами.

Главная изюминка MicroCHP — в букве "C", означающей "комбинированные". Вспомните, что КПД двигателя внутреннего сгорания — порядка 30%, остальная энергия сгоревшего топлива в буквальном смысле улетает в трубу. А в MicroCHP она не теряется зря: нагревает воду в водопроводе или воздух в доме, а во многих моделях — и то и другое сразу. Эти агрегаты производят около пяти фирм из Японии, Новой Зеландии, Европы и, с недавних пор, США.

Выгода очевидна — MicroCHP обеспечивает дом электричеством и теплом при минимальных эксплуатационных затратах (начальная цена установки — другой вопрос, и об этом — ниже).

В часы, когда потребляется минимум электроэнергии, домашняя электростанция может поставлять электричество в распределительную сеть города или района. Благо рассчитаны такие устройства чуть не на круглосуточную работу, а их движки сконструированы так, что имеют высокий моторесурс.

Дальше всё зависит от разумности местных законов и расторопности энергокомпаний. Современные электронные счётчики позволяют не только регистрировать энергию, забранную домом из сети, но и вычитать из неё энергию, поставленную в обратном направлении — из дома в сеть. А счета выписывать только за разницу в этих величинах.

Такая схема уже давно работает во многих странах, она была отработана ещё на домашних хозяйствах, установивших солнечные батареи или ветряки в качестве дополнительных генераторов электричества.

Десятки тысяч домов в Японии и Европе уже оснащены различными моделями портативных комбинированных теплоэлектрогенераторов, а недавно системы MicroCHP начали завоевание Нового Света с установки первых таких машин у нескольких семей.

В частности, речь идёт о вариации MicroCHP, созданной японской компанией Honda совместно с американской Climate Energy.

Этот MicroCHP соединил в себе японский ДВС-электрогенератор (также работающий на природном газе) с американским газовым нагревателем.

Основной режим устройства — работа только ДВС. Он поставляет 1,2 киловатта электричества, а его теплообменник обеспечивает обогрев дома.

Суммарный КПД этого комбинированного генератора, в зависимости от нагрузки, составляет 83-90%, то есть такая доля энергии, содержащейся в метане, превращается в электричество и тепло для дома.

А поскольку природный газ — топливо сравнительно недорогое, выгода в сравнении со 100-процентной покупкой электричества в сети очевидна. Ну и газовые компании не в накладе: потребители платят по газовому счётчику.

В самый же пик морозов, когда бросового тепла от ДВС уже не будет хватать для поддержания в доме нормальной температуры, хозяева этого японско-американского агрегата могут включить дополнительно газовый обогреватель, встроенный в систему.

Такая комбинация воздухонагревателя и ДВС-генератора выбрасывает на 30% меньше углекислого газа на каждый джоуль выработанной в сумме электрической и тепловой энергии по сравнению с классической схемой с использованием централизованной теплоэлектростанции.

Увы, сами MicroCHP недёшевы — модель, генерирующая киловатт электричества плюс тепло, достаточное для коттеджа в три спальни, стоит $13 тысяч. Система на несколько киловатт электрической мощности стоит уже $20 тысяч.

С другой стороны, если речь идёт о постройке нового дома, для которого и так пришлось бы покупать системы обогрева помещений и нагрева воды в водопроводе, из этой суммы нужно вычесть более половины — ведь MicroCHP заменяет собой эти отдельные устройства.

Далее нужно учесть, что в ночные часы работающий генератор "продаёт" электричество местной сетке. В США, к примеру, такая 1-киловаттная установка уменьшает суммарный счёт за электричество примерно на $800 в год. Стало быть, комбинированный агрегат окупится лет за семь. Дальше — чистая экономия.

Да и всем прочим от таких аппаратов есть выгода: ведь общие выбросы вредных веществ сокращаются. Уменьшается нагрузка на большие электростанции, энергосети могут меньше беспокоиться о перегрузках в часы пик.

Так что круг замкнулся. Разве только "домашний очаг" теперь больше похож на стиральную машину. Разумеется, если не принимать во внимание популярные домашние камины. Но они несут, по большей части, декоративную функцию.

Материал предоставлен интернет-журналом MEMBRANA (www.membrana.ru)

Холодные трубы качают энергию даровым сверхзвуком

natural-energy — Tue, 24 Feb 2009 21:47:51 GMT

0,03-1 цент за киловатт-час — как вам это понравится? Именно такова цель разработчиков нового типа электростанции, которая могла бы вырабатывать энергию в разы и даже десятки раз дешевле, чем все ранее известные типы традиционных и альтернативных систем.

Вспомните, как нередко во время прогноза погоды на экране появляется карта, исчерченная линиями изобар и огромными буквами "Н" и "В", означающими зоны низкого и высокого давления. Районы эти занимают большие пространства, разделены сотнями километров, они непостоянны и всё же... Как оказалось, "буковки" на карте погоды могут служить отличным источником энергии. Во всяком случае, в течение последних пары лет американские инженеры работают над тем, чтобы оседлать этот странный источник.

Технологию под названием "Атмосферные холодные мегаватты" (Atmospheric Cold Megawatts — ACM) развивает молодая американская компания Cold Energy, созданная в 2004 году.

Основана эта система на изобретении ныне покойного инженера Энтони Мамо (Anthony C. Mamo), одного из основателей Cold Energy, на которое он получил патент. Компания пишет, что у Энтони не было никаких предшественников, вернее — никаких известных патентному ведомству работ, предлагавших нечто подобное.

Авторы проекта обратили внимание на то, что огромные зоны повышенного и пониженного давления "исторически" тяготеют к определённым географическим точкам. Во всяком случае, если рассматривать их расположение в течение, скажем, года.

То есть, как есть в данной местности роза ветров, так существует и типичное распределение атмосферного давления, сохраняющееся достаточно долго. И вот какая мысль пришла к Мамо: если соединить такие соседние районы открытым с двух концов трубопроводом, длиной, скажем, километров в 300, то в нём установится постоянный поток воздуха. Далее нужно лишь поставить в трубе ветряную турбину и снимать "сливки".

Технология ACM способна производить электричество в таком же масштабе, что и угольные электростанции или гидроэлектростанции с нулевым экологическим воздействием, полагают американские новаторы. Но насколько система может быть эффективной?

Инженеры компании изучали, к примеру, воздушные течения в районе Тусона (Аризона) и убедились, что разница в атмосферном давлении между двумя точками, разделёнными 168 километрами, никогда не падала ниже 0,03 атмосферы, а обычно была выше. А этой ничтожной разницы, как говорит глава компании Джон Крокер (John R. Crocker), достаточно для создания в трубе (диаметром примерно 2,5 метра) потока воздуха со скоростью в 3 с лишним раза выше звуковой (с учётом переменных сечений в нужных местах трубы, предусмотренных конструкцией).

Расход воздуха через трубу на разницу давлений у её концов влиять никак не будет — труба соединяет между собой многие сотни кубических километров атмосферы.

А для того, чтобы нивелировать капризы погоды и всё время работать на наибольшей разнице в атмосферном давлении, типичная электростанция нового типа должна представлять собой сеть из двух-трёх или даже четырёх таких труб, длиной по 150-300 километров, соединённых узлами и переключаемыми заслонками для выбора точки забора и выпуска воздуха. Мощность такой станции составляла бы порядка гигаватта.

А что насчёт стоимости энергии? О её примерной величине мы говорили в самом начале. Добавим лишь, что авторы системы оценивают стоимость сооружения такой системы как равную стоимости угольной электростанции той же мощности. Но при этом ACM не требует никакого топлива (и всех расходов с ним связанных – добыча, транспортировка, хранение). Иные же эксплутационные расходы также должны быть минимальными, поскольку система сравнительно проста в устройстве и единственные подвижные детали тут — роторы ветровых турбин. Главное, это верно выбрать точки, между которыми следует прокладывать трубу (трубы). Для чего требуются обширные статистические данные по атмосферному давлению в разных районах.

Cold Energy получила от американских метеорологов такие данные по США за последние 30 лет и намерена в ближайшее время выбрать наиболее удачное место для возведения первого прототипа электростанции ACM.

Конечно, на деле такая станция будет несколько сложнее, чем мы описали. Ей ещё понадобятся системы, предотвращающие обледенение труб изнутри (исключительно за счёт энергии того же скоростного потока), системы, контролирующие влажность поступающего воздуха, защитные сетки на входе и выходе и прочие вспомогательные штуковины.

"Это было заключительным подарком Тони Мамо человечеству", — сказал мистер Крокер, добавив, что компании предлагали выкупить патент, но она никогда на это не согласится, поскольку верит в удачное (то есть прибыльное) будущее ACM.

Можно, конечно, указать на различные проблемы, связанные с созданием такой станции. Например: на турбины, рассчитанные на около— и сверхзвуковые потоки воздуха, на необходимость подбора материалов для снижения уровня шума вблизи трубы (если только её не закапывать), на реальное сопротивление внутри системы, которое будет "бороться" с потоком воздуха, и даже на административные проблемы с размещением станции на территории нескольких округов (штатов, губерний — нужное подчеркнуть)...

Но в целом идея выглядит достаточно безумной, чтобы оказаться работоспособной. Итак, перед нами — ещё одна альтернативна обычной энергетике. Технология ACM сходна с ветровыми станциями, но использует искусственный ветер, пусть даже создаваемый всё тем же источником энергии, приводящим в движение атмосферу — солнечными лучами, нагревающими поверхность планеты.

Нам было бы очень любопытно посмотреть на такую электростанцию промышленного масштаба. Да, мы понимаем, что оценки затрат на строительство, эффективности работы и мощности единичной установки, выполненные авторами этой затеи, могут оказаться слишком оптимистическими.

Но если даже финальная стоимость киловатт-часа будет втрое выше заявленной, ACM всё равно окажется одним из самых конкурентоспособных источников энергии, да ещё и совершенно чистым.

Материал предоставлен интернет-журналом MEMBRANA (www.membrana.ru)

Водяной реактор достанет из песка ядерную нефть

natural-energy — Tue, 24 Feb 2009 21:45:58 GMT

Канадские инженеры намерены использовать ядерную энергию, чтобы их родина могла бы посоревноваться с Ближним Востоком в качестве крупного поставщика нефти. Если план будет реализован, атомная станция добычи нефти будет построена к 2016 году.

Зачем строить атомную станцию, чтобы качать нефть, если можно просто производить на ней электроэнергию? За ответом следует отправиться немного в прошлое. Дело в том, что в Канаде, в провинции Альберта, уже давно добывают нефть. Вот только район этот не числится в списке крупных игроков на мировом рынке чёрного золота, скорее это добыча "для себя".

Причина проста — нефть Альберты, в некотором смысле, золотая. Она содержится в так называемых нефтяных песках (oilsands или tarsands). Нефтяные пески являются комбинацией глины, песка, воды и "асфальта". Этот асфальт представляет собой нечто среднее между жидкой нефтью и смолой — полутвёрдую субстанцию, которую невозможно выкачивать обычными методами, поскольку при обычной температуре она не течёт.

Небольшая часть нефтяных песков Канады находится почти на самой поверхности. Их добывают открытым способом — в карьерах, доставляя самосвалами на очистительные и обогатительные заводы. Большая же часть — это сравнительно глубокие пласты, из которых нефть "выгоняют" потоками горячего пара.

Сейчас для того, чтобы достать из песков три барреля этой нефти, требуется сжечь (для производства пара) природный газ в количестве, эквивалентном одному баррелю нефти. Не слишком приятная математика. Но, пожалуй, ещё важнее, что такое производство оказывается экологически "неправильным". Сгоревший метан — это огромное количество парниковых газов, выброшенных в атмосферу. Не считая тех, что будут выпущены при использовании добытой нефти как топлива.

И всё же нефть и Канаде, и человечеству в целом, будет нужна ещё очень долго. Как источник энергии для электростанций (в виде продуктов переработки), как источник автомобильного топлива и как химическое сырьё. И вот тут-то у Канады есть замечательная перспектива.

Дело в том, что в нефтяных песках всего мира содержится примерно 66% мировых запасов нефти. Только треть её спрятана в традиционных месторождениях. При этом большая часть нефтяных песков планеты находится всего в двух местах: в канадской Альберте и в Венесуэлле (они делят эти запасы приблизительно поровну). Получается, что в Канаде, в принципе, нефти спрятано едва ли не больше, чем во всех странах Ближнего Востока вместе взятых, а именно — 1,7 триллиона баррелей.

Превратить эту неудобную с точки зрения добытчиков, а также – "зелёных", нефть в "удобную" и "правильную" и призван фантастический проект, разработанный в Канаде. Два предпринимателя из Калгари Уэйн Хенусет (Wayne Henuset) и Хэнк Свэртут (Hank Swartout) создали компанию Energy Alberta для развития этого грандиозного плана по добыче нефти из песков при помощи атомной энергии.

По замыслу канадцев, специальная станция, построенная в провинции Альберта, должна приютить два атомных реактора Candu-6, производства канадской компании Atomic Energy of Canada. Это реакторы с охлаждением тяжёлой водой, во втором контуре которых генерируется высокотемпературный пар с высоким же давлением.

Общая мощность этих двух атомных котлов составит 1,4 гигаватта. Пар, ими производимый, можно будет транспортировать по трубам на расстояние до 24 километров с сохранением требуемых для добычи нефти параметров.

И хотя только эта пара реакторов (не считая прочего оборудования) обойдётся Energy Alberta (вернее, её инвесторам) в $4 миллиарда, в конечном счёте, проект может оказаться выгодным как с точки зрения финансов, так и, очевидно, с точки зрения экологии. Ведь такая станция сможет экономить до 7,4 миллиона кубометров газа в день, обеспечивая добычу ежедневно до 150 тысяч баррелей "песочной нефти", с нулевыми выбросами парниковых газов и вредных веществ в атмосферу.

Правда, эти объёмы будут лишь небольшой долей от темпов добычи нефти в Альберте, которую промышленники намерены достичь в первой четверти века. Да и остаётся проблема использованной в этом процессе воды, которую нужно будет сбрасывать в специальные водоёмы. Притом, что запасы грунтовых вод провинции – тают.

И всё же, план выглядит очень соблазнительным. Потому 6 компаний, занятых добычей нефти в Канаде, уже заявили о серьёзном рассмотрении "атомного пара" в качестве потенциальной альтернативы обычному методу добычи. А значит, "атомная нефть" может стать реальностью.

Материал предоставлен интернет-журналом MEMBRANA (www.membrana.ru)

Буйный буй выкачивает энергию под водой

natural-energy — Tue, 24 Feb 2009 16:21:12 GMT

Всё больше народу обеспокоено судачит об экологии, и всё больше учёные думают о том, как же нам получать энергию "из ничего". Ну, или почти из ничего. И ведь додумываются, и реализуют свои фантазии на практике. И даже смеют надеяться, что именно их изобретение будет производиться в массовых масштабах и найдёт благодарность тысяч и тысяч жителей планеты.

Более-менее обуздав энергию солнца и ветра, человечество перешло к энергии воды — океана, а ещё точнее, энергии волн. И мы много писали о самых различных волновых электростанциях, а заодно и о тех, что используют энергию приливов и морских течений. Например, рассказывали про Pelamis – пожалуй, самый амбициозный проект нашего времени. И про Marine Current Turbines. А ведь таких ещё десятки.

Вот мы и представляем вам новинку данного сегмента: систему "Архимедово волновое качание" (Archimedes Wave Swing — AWS), по словам авторов разработки, самую мощную и производительную волновую электростанцию: 150 мегаватт на квадратный километр.

Принципиальное отличие AWS от всех остальных проектов в этой области в том, что они… невидимы и никому не мешают. Потому как находятся под водой на глубине порядка 40-50 метров. Причём от верхушки сооружения до поверхности будет оставаться примерно 6 метров, что одинаково хорошо как с эстетической, так и с практической точки зрения.

Ну, с эстетической-то понятно (лицезреть AWS в действии смогут разве что дайверы). А что с практической? Дело в том, что большинство проектов волновых и приливных электростанций работает на поверхности воды или даже на побережье, что, несомненно, мешает передвижению судов, да и самим устройствам вредит – любое сильное волнение или, что ещё хуже, шторм быстро выводят механизмы из строя.

В то же время система AWS, сделанная из тех же материалов, что и подводные части нефтяных вышек, находится в глубоких, спокойных водах.

Другие плюсы этого проекта: дешевизна оборудования, большее количество производимой энергии на той же площади (в сравнение с другими источниками природной энергии), безопасность для окружающей среды, простота монтажа и обслуживания.

Собственно сама AWS представляет собой цилиндр диаметром 12 и высотой 30 метров. Весит такой гигантский буй примерно 800 тонн и способен вырабатывать энергию для 500 домов, то есть выдаёт до 12 гигаватт-часов в год. Соответственно, рассчитанная стоимость одного киловатт-часа по нынешнему курсу порядка — 13 российских рублей. Дороговато, но авторы системы говорят, что с её масштабированием цена киловатта будет снижаться.

Однако вернёмся к строению. Цилиндр пустотелый, а его внутренность заполнена газом. Нижняя часть цилиндра крепится ко дну, верхняя же находится в "свободном плавании", то есть может двигаться вверх-вниз относительно нижней части.

Принцип действия прост как всё гениальное: проходящая над буйком волна "давит" на верхнюю часть цилиндра, заставляя её проседать под своей тяжестью, а газ внутри — сжиматься. Как только волна уходит, давление понижается, и верхняя часть цилиндра поднимается обратно.

Такое механическое движение вверх-вниз преобразуется в электричество с помощью линейного генератора (обычных катушки и магнита), по тому же принципу, что и в этом проекте.

Электрический ток в основную сеть на побережье пересылается по электрическим кабелям, проложенным от каждой AWS по дну.

Стоит одна такая "бочка" порядка 4 миллионов евро и рассчитана на беспрерывную работу в течение восьми лет.

Конечно, построить ферму из нескольких AWS, которая бы качественно и, главное, бесперебойно снабжала город (или даже города) энергией можно не везде. Наиболее подходящими считаются западное побережье Великобритании, Португалии и Испании, тихоокеанское побережье Канады и США (от Ванкувера до Сан-Франциско), Чили и даже Южной Африки и Новой Зеландии — прежде всего за счёт того, что здесь волнение на море не затухает 24 часа в сутки.

К другим обязательным требованиям относится подходящий рельеф дна (глубины до 80-90 метров в местах, где проходят морские пути, и рельеф, позволяющий прокладывать кабели к побережью).

Кроме того, желательно, чтобы волновые "фермы" находились не далее чем в 12 часах плавания от ближайшего промышленного порта.

Пилотный проект из пяти "бочек" был запущен в октябре 2004 года у берегов Португалии и в течение двух недель прошёл все испытания весьма успешно.

Теперь разработчики компании AWS Ocean Energy, занимающиеся коммерциализацией продукта, планируют разместить к 2008 году небольшую систему AWS у Оркнейских островов в Европейском морском энергетическом центре (European Marine Energy Centre — EMEC).

Кстати, здесь вы можете увидеть пять основных типов конвертеров энергии волн, которые испытывает этот центр.

В компании очень надеются, что к 2010 году у берегов Шотландии появится волновая мини-ферма, которая уже к 2011 году будет насчитывать 20 волновых электростанций AWS, работающих в постоянном режиме и вносящих существенный вклад в энергообеспечение страны, да и всего мира.

Планов, как говорится, громадьё. Если изначально (году этак в 2002-м) в AWS Ocean Energy планировали массово продавать работающие системы по всему миру уже к 2007 году, то сейчас эта дата отодвинута на 2014-2016 годы. Что, в общем-то, неудивительно, ведь конкуренция в этой сфере неслабая. И вполне возможно, что к 2010 году у берегов Шотландии будет ферма из нескольких конвертеров энергии волн, но состоять она будет вовсе не из AWS.

Материал предоставлен интернет-журналом MEMBRANA (www.membrana.ru)

Плавающий остров обратит в топливо солнечные лучи

natural-energy — Tue, 24 Feb 2009 16:17:55 GMT

Представьте круглый плоский остров диаметром пять километров, который плавает на поверхности моря. Он величественно разворачивается вслед за передвижением дневного светила по небосклону. А между островом и берегом постоянно снуют танкеры, перевозящие на материк даровое топливо.

Так, возможно, будет выглядеть новая энергетическая плавучая станция, проектируемая швейцарским центром электроники и микротехники (Centre Suisse d'Electronique et de Microtechnique — CSEM).

Швейцарцы отмечают, что хотя то в одной, то в другой стране регулярно появляются проекты по альтернативной энергетике, крупномасштабные станции такого типа всё ещё редки. И высокая их цена – один из главных сдерживающих факторов.

Именно невысокой стоимости возведения чудо-системы стремились достичь инженеры CSEM, когда придумывали проект "Солнечные острова" (Solar Islands) – гигантских плавучих электростанций.

Авторы "островов" решили отказаться от солнечных батарей. Здесь использован принцип "солнечные концентраторы – трубы с водой – пар – турбина – генератор". КПД такой схемы, возможно, не самый впечатляющий (порядка 15%), зато зеркала-концентраторы куда дешевле, чем фотоэлектрические преобразователи, да и остальная техника также не особенно сложна и дорога.

Cистема эта была бы не оригинальной, если б не базировалась на огромном плавучем острове. Зачем он нужен? Как ни странно, по версии создателей Solar Islands, перед нами не усложнение, а упрощение солнечной электростанции.

Дело в том, что для такой системы желательно иметь концентраторы параболической формы. И также необходимо предусмотреть систему их поворота вслед за солнцем. В противном случае, эффективность "усвоения" солнечной энергии резко падает.

Если вы строите большое поле таких концентраторов на суше, вам потребуется куча следящих приводов, множество электроники, километры проводов. И монтаж зеркал будет делом непростым.

А вот на "Солнечном острове" проблема эта решена просто. Концентраторы здесь представляют собой простые цилиндрические зеркала огромной длины, вдоль которых идут трубы с водой, которая превращается солнечным жаром в пар. А чтобы зеркала всегда были направлены на солнце – медленно поворачивается весь круглый остров. Для этого по его окружности под водой через каждые 10 метров размещены электромоторы с винтами.

Такая система куда проще (и дешевле) поворота тысяч зеркал по отдельности.

Кроме того, наличие плавающей платформы упрощает строительство: под тяжёлые зеркала не нужно возводить фундамент. Вместо этого швейцарцы предлагают построить огромный пустотелый тор, плавающий на воде, сверху которого будет натянута тонкая мембрана, несущая на себе зеркала.

Воздушные насосы будут понемногу подкачивать под мембрану воздух. При избыточном давлении менее чем в 0,1 атмосферы такое огромное поле сможет создать гигантскую подъёмную силу, берущую на себя почти весь вес комплекса.

Со свободной землёй под строительство, в случае возведения плавучего острова, также проблемы не будет, что является ещё одним фактором снижения стоимости станции. А когда человечество захочет создать побольше таких систем, можно будет использовать нейтральные воды и возводить международные электростанции нового типа.

Инженеры задумали несколько вариантов "Солнечных островов", отличающихся размерами. У самого большого, диаметром 5 километров, мембрана будет располагаться в 20 метрах над уровнем воды. Каждый квадратный метр его поверхности будет генерировать 6,5 киловатт-часа электричества в день.

Кстати, важным достоинством острова его проектировщики считают то, что под сбор солнечных лучей здесь отведено свыше 95% общей площади сооружения, в то время как у наземных станций такого же типа этот показатель куда скромнее.

Интересно также, что проект острова предусматривает монтаж тепловых накопителей, позволяющих аккумулировать энергию днём, чтобы паровые турбины станции не останавливались и ночью.

Наконец, чтобы исключить необходимость в длинных электрических линиях, идущих с острова на берег, изобретатели комплекса предусмотрели его второй вариант: вырабатываемая островом энергия будет использоваться на нём же – для выработки водорода из морской воды.

Топливо это можно будет складировать на острове, постепенно на танкерах переправляя на сушу и далее используя, к примеру, для питания авто. Заодно этот же остров может заняться опреснением воды для питьевых нужд.

Правда, чтобы такой комплекс был по настоящему эффективен, он должен располагаться недалеко от экватора и в месте, где 350 дней в году светит солнце. И ещё хорошо бы, чтоб местные власти были заинтересованы в развитии альтернативной энергетики и согласились бы спонсировать развитие такой системы.

Такой район мира CSEM нашёл легко – это ОАЭ. Здесь уже давно существует подразделение центра — CSEM-UAE. И здесь уже три года швейцарцы работают над разными проектами необычных электростанций.

А весной нынешнего года CSEM заключил контракт с правительством эмирата Рас-аль-Каймах (Ras Al Khaimah), которое обеспечило большую часть средств, необходимых для разработки станции-острова, выделив $5 миллионов.

Так что именно в Эмиратах и появится первый "Солнечный остров".

К концу 2008 года здесь должен заработать прототип станции относительно скромных размеров – диаметром 100 метров (его строительство уже начато). Правда, плавать он будет не в море, а в пустыне – на воде в специальном канале. Здесь пройдут испытания системы. Но уже этот экспериментальный прототип будет генерировать по 2,2 гигаватт-часа электрической энергии в год.

К концу же 2010 года швейцарцы планируют возвести в Рас-аль-Каймахе, уже на глади Персидского залива, следующий образец своего "Солнечного острова", диаметром 500 метров. Причём в 2011-м он начнёт коммерческое производство энергии.

Далее же можно будет подумать о развёртывании более крупных вариантов энергетических островов. По одним данным, это могут быть станции диаметром в один километр, по другим, как мы уже сказали – до 5 километров.

Швейцарцы не сомневаются в нормальной работе системы концентраторов и паровых турбин (не раз отработанных в разных странах на суше). Больше всего вопросов вызывает сам плавучий остров, утверждает Томас Хиндерлинг (Thomas Hinderling), директор CSEM. Точно неизвестно, как он будет сопротивляться ветру и волнам? Хотя компьютерные модели говорят, что никаких проблем с этим не будет, столь масштабную постройку всё же надо испытать в реальных условиях.

В августе нынешнего года CSEM создал дочернюю компанию Nolaris, которая займётся изготовлением зеркал-концентраторов и других элементов системы.

По оценке швейцарцев, стоимость большой электростанции-острова будет лежать в промежутке между $10 и $100 за квадратный метр рабочей площади, что, мол, как минимум в десять раз дешевле, чем стоимость возведения аналогичной электростанции на суше.

И потому, считают авторы новшества, даже направление одной трети от выручки такой станции на её амортизацию позволит окупить возведение острова всего за 10 лет, что по меркам проектов из сферы альтернативной энергетики – очень неплохо.

В ближайшие 20-30 лет солнечные электростанции различных типов станут одним из основных источников электрической энергии для нашей планеты, предсказывает Хиндерлинг. Доля электричества от "Солнечных островов" в этом "альтернативном" потоке может оказаться немалой.

Материал предоставлен интернет-журналом MEMBRANA (www.membrana.ru)

Ветряки Selsam закрутились без башни

natural-energy — Tue, 24 Feb 2009 16:15:00 GMT

Капитаны судов, подходящих к берегу, сначала увидят лес странных тонких "водорослей", потянувшихся вдруг к облакам. Эти вертящиеся "растения" под порывами ветра будут склоняться над самим кораблём, отвлекая внимание мореходов от того, что находится на берегу — матери всех ветряных мельниц.

Примерно так может выглядеть картина приближения к морскому побережью, оборудованному ветровыми электростанциями необычного типа. Но прежде чем рассказать о 800-метровой "мельнице" и её младших братьях, живущих в море, надо пояснить, как их изобретатель "дошёл до жизни такой".

Знакомимся. Неутомимый адепт ветровой энергетики, калифорниец Дуглас Селсам (Douglas Spriggs Selsam), и его компания Selsam Innovations (она же Superturbine) занимаются "пропеллерами на палочках" уже много лет.

Цель – самая благородная: снизить стоимость ветряков и энергии, ими вырабатываемой. Пусть в разных странах и развивается ветровая энергетика – классической она пока ещё не конкурент.

Правда, бывают исключения. Вот недавно в Испании в один из удачных дней ветряки поставили в электросеть более 40% от общей потреблённой страной мощности.

А в целом дороговато всё это выходит. Так что простор для фантазии имеется. И чего только мы в этой области не видели: и просто красивый генератор, и воздушный эскалатор, и парящую башню, и даже ветровую плотину, летящую над Ладожским озером.

Селсам придумал свой подход к решению проблемы. Обычно, чтобы нарастить мощность ветряка, конструкторы увеличивают длину его лопастей – ометаемую ротором площадь. Дуг решил вместо этого наращивать число "пропеллеров", установленных на одной оси.

Законный вопрос: не будут ли они друг друга затенять, загораживать от воздушного потока? Немного. Но вспомните – существуют же соосные воздушные винты (у турбовинтовых самолётов или у вертолётов). Тот же принцип.

Так появилась первая ласточка Селсама – ветряк California SuperTwin. Генератор тут один, но его вал выходит из корпуса и вперёд, и назад. На некотором расстоянии от генератора установлены два ротора диаметром по 2,4 метра, строго "в затылок" друг другу.

При скорости ветра в 14 метров в секунду SuperTwin выдаёт в сеть 2 киловатта, чем очень радует Дуга, а также покупателей его изделий. Селсам продаёт своих "близняшек" по $2 тысячи.

Дальше эта идея вылилась в систему, прозванную Дугом мультиротором. Смысл аналогичный: берём длинный-предлинный вал и нанизываем на него множество ветряков, на таком расстоянии, чтобы они друг дружке не мешали. А чтобы вал не особо прогибался, крепим его посередине. Там и будет генератор.

Причём вал такой установки может наклоняться на небольшой угол к горизонту, благодаря чему все ветряки оказываются не точно друг за другом (по отношению к потоку), а чуть со смещением. В таком положении удаётся снять наибольшую мощность, по-прежнему обойдясь одним генератором и одной мачтой на всех.

Можно сказать, что куда проще сделать один, но большой пропеллер. Однако погодите.

Дело в том, что очень большие ветряки вращаются довольно медленно, величественно. И чтобы приводить генератор, их приходится оснащать набором шестерёнок, ускоряющих вращение вала. Поскольку действительно мощный генератор с низкими оборотами выходит очень тяжёлым, а генератор той же мощности, но рассчитанный на большие обороты, оказывается куда легче и компактнее.

С мультиротором же темп вращения ветряка получается очень высоким, так что генератор сидит непосредственно на валу, и никаких лишних передач не требует.

Эту концепцию Селсам успешно проверил в деле ещё в 2004-м. Благо его исследования и опыты нашли отклик в энергетической комиссии Калифорнии (California Energy Commission), которая и спонсировала умельца.

Он построил мультироторный генератор с семью винтами на общем валу, поднял его на высокую мачту и получил вот что. При диаметре турбины в 2,1 метра с неё удалось снять 5,3 киловатта (при скорости ветра 14,5 метра в секунду). Это, как утверждает изобретатель, рекорд.

Такую установку, способную "вырастать" до больших размеров, Дуглас назвал "Супертурбиной" (Superturbine).

Он посчитал, что крупный мультиротор сможет дать ток огромному зданию, вместе с тем не занимая слишком много места.

Так появился "дизайнерский" проект Zero Net Energy Building.

Высота этого здания составляет 610 метров. Венчает его "Супертурбина", разворачивающаяся и наклоняющаяся в разные стороны на шарнире.

Здание размещено на небольшом островке посреди искусственного озера.

На этом инженер не остановился. Вместе с дизайнером Майклом Санчесом (Michael Sanchez) он придумал "полумильный" (в высоту) небоскрёб-город, аналогично украшенный "Супертурбиной" (он и показан на рисунке под заголовком).

Эта башня также стоит на острове посреди озера, которое, судя по рисунку, соединено каналом с близлежащим океаном (не забываем, изобретатель родом из Калифорнии).

Очевидно, по каналу должны проходить яхты. Но у него есть и ещё одна функция. Авторы проекта полагают, что огромная мощность ветряка башни-города позволит последнему тратить часть энергии на опреснение воды.

Американец построил не один вариант своего мультиротора и пришёл в результате к такой идее: вал нужно сделать гибким (но всё же упругим), тогда он сам будет заметно гнуться под действием ветра, обдувающего лопасти винтов, обеспечивая более менее правильное их положение.

Так можно отказаться и от мачты (башни). Генератор расположить на земле, длинный гибкий вал "выпустить" вверх, а там он сам нагнётся по ветру, подставив ему свои многочисленные "колёса".

Вот и существенное упрощение установки. Ни башни, ни стабилизаторов, разворачивающих ветряк по потоку, ни перегибающихся кабелей, ни подвижных контактов…

Красота.

Тут-то мы и переходим к самому яркому проекту Селсама, который окончательно "снёс башню", в смысле – устранил необходимость в мачтах для ветряков.

Вот он, полюбуйтесь.

Называется это чудо Selsam Off-Shore Superturbine, то бишь "морские супертурбины Селсама".

Здесь генераторы размещены внутри поплавков, заякоренных на дне. Причём предусматривается несколько вариантов крепления, в зависимости от самого дна и глубины.

Корпуса генераторов могут наклоняться в разные стороны, но не вращаться, за счёт специального сочленения, напоминающего кардан. Причём тут с электрическими кабелями ничего не происходит – они остаются почти неподвижными. Что опять-таки сокращает число узлов и деталей, удешевляет систему и повышает её надёжность.

"Это походит на изгиб вашей спины. Вы можете наклониться вперёд, назад и в стороны, но нервы в вашем позвоночнике не будут скручиваться", — образно поясняет Дуглас.

Из генераторов вверх тянутся длинные валы с "мультиветряками", выполненные из углеволокна. Под действием ветра они сами склоняются в нужную сторону.

Россыпи таких аппаратов можно легко установить неподалёку от берега – не понадобится ни специальных судов, ни тяжёлых подъёмных кранов. И столь же легко их можно демонтировать при необходимости и перевезти на новое место работы.

Достоинств у таких систем масса. В них минимум подвижных частей. Они не слишком-то опасны для судов, даже при столкновении. Их можно устанавливать как на мелководье, так и на приличном расстоянии от берега. Единственно, что может помешать фантазии владельцев, – сложность прокладки кабелей.

Но ведь тянут же по дну океанов кабели аж с континента на континент? Эта техника отработана уж лет сто как.

Как водится, изобретатель верит, что именно его машина даст миру прорву даровой "зелёной" энергии.

Может быть. Это покажет только опыт.

А ещё Селсам особо подчёркивает, что его "водоросли" ветряков, поднимающиеся из воды, довольно тонкие и малозаметные. В отличие от систем равной мощности, в которых применялись бы ветровые генераторы классического типа ("мельницы"). Так что с точки зрения эстетики тут всё "ок".

Наконец, новатор решил, что для пущей эффективности число ветряков на одном валу надо бы увеличить, а сам вал – удлинить.

Позвольте, куда уж дальше – вал же пригнётся к самой воде?

"А вот и нет", — отвечает автор проекта. И рисует нам дирижабль, который верхний край этого гибкого вала и будет поддерживать в небе.

Американец придумал специальную систему подшипников, которые позволяют гибкому валу с лопастями свободно вращаться, при том что и аэростат и, понятно, дно моря — останутся на месте.

Патенты, патенты, патенты, несколько статей в журналах, масштабные модели… Дуг активно продвигает своё изобретение уже не первый год. Очевидно, продажа маленьких ветряков не приносит ему остаточно дохода, чтобы реализовать столь масштабный проект.

Предлагаем вам самим оценить: а стоило бы его реализовывать? Ответ неочевиден.

Материал предоставлен интернет-журналом MEMBRANA (www.membrana.ru)

Альтернативные фермы поставят рекорды мощности

natural-energy — Tue, 24 Feb 2009 16:04:50 GMT

Ничто так эффективно не подталкивает развитие и массовое внедрение альтернативных источников энергии как рост цен на уже существующие ресурсы. Многие люди по всему миру стремятся создать свои собственные "самые-самые" массивы солнечных батарей или ветряков или приливную электростанцию. Теперь им особенно хочется верить, что такие проекты обязательно окупятся.

На днях сразу в нескольких частях мира были обнародованы мегапроекты, связанные с альтернативной энергетикой. Похоже, назревает некий перелом. Но сначала обратимся к предыстории.

Поговорим о солнечных батареях. Почти все компании так или иначе пытаются улучшить два основных их параметра: снизить стоимость одного ватта выходной мощности и повысить КПД.

Модернизировать фотоэлектрические панели можно многими путями. Например, не так давно мы писали о том, как учёным удалось сжать свет в 2000 раз, и о значительном увеличении срока службы экситонных батарей, а также о новом методе создания гибких солнечных батарей.

Так как ещё один проект, о котором мы хотим вам рассказать, представляет собой самую мощную ветровую ферму, то не мешало бы вспомнить про рекордсменов и в этой области.

Здесь также вырисовывается стремление снизить стоимость энергии. Проектов по усовершенствованию таких систем (1, 2 и 3) и даже полному изменению классической конструкции полным-полно. А недавно Испания даже заполучила рекордную долю электричества от ветряков.

Впрочем, альтернативные источники энергии используются не только для поставки электричества в сеть. Существуют и гигантские печки для приготовления еды, и многофункциональные пирамиды.

Но вернёмся к сегодняшним проектам "самых-самых".

Первым на сцену выходит самая большая (поистине гигантская!) солнечная электростанция Integrated Solar City, которая появится в индийском штате Гуджарат. Её мощность составит 5 гигаватт (сравните с 280 мегаваттами Аризоны).

Пока что проект находится в стадии разработки, но, будучи построенным, обещает занять площадь в пять раз большую, чем нынешний рекордсмен (строящийся комплекс в пустыне Мохаве). Американская организация Clinton Foundation уже выделила средства на первичную подготовку.

Пока не раскрывается, будут ли это просто солнечные фотогальванические батареи или же термальная солнечная электростанция, или, быть может, комбинация обоих типов.

В общей сложности Integrated Solar City обойдётся в $475 миллионов. Производство всех комплектующих планируется осуществлять на месте, привлекая местные природные ресурсы и рабочую силу. Может, потому и выходит так дёшево?

Но и это ещё не вся выгода: некоторые источники также утверждают, что конечная стоимость ватта энергии будет на 70% ниже стоимости электричества из традиционных источников.

Правда, и этот проект может оказаться далеко не последним: фонд Билла Клинтона также ведёт переговоры об установке комплексов солнечных батарей с индийскими штатами Андхра-Прадеш и Раджастхан.

Кстати, не можем не поделиться в этой связи другой хорошей новостью. Шведский гигант IKEA объявил о том, что собирается инвестировать $77 миллионов в фонд Ikea GreenTech, созданный восемь месяцев назад.

Деньги пойдут на разработку доступных солнечных батарей, альтернативных источников света, технологий сохранения и очистки воды.

Учитывая, что у IKEA примерно 280 магазинов в 35 странах мира (и около полумиллиарда покупателей в год), можно ожидать, что относительно дешёвые и качественные фотоэлектрические панели поступят в массовую продажу уже к 2011-2012 годам.

Добавим, что данные инвестиции – это ещё один шаг компании в её стремлении к полному переходу на "зелёные" технологии. Ранее IKEA отказалась использовать при производстве мебели формальдегид и ПВХ, пересадила шведских сотрудников на гибридные машины и велосипеды, а в скором времени на кассах супермаркетов всего мира перестанут выдавать вредные для окружающей среды пластиковые пакеты.

Продолжим. Следующий кандидат на место самой мощной альтернативной электростанции тоже весьма любопытен: в американском штате Южная Дакота построят ветровую ферму Rolling Thunder.

Компания Clipper Windpower в сотрудничестве с BP Alternative Energy объявила о возведении поля из 2020 ветровых турбин Clipper Liberty, каждая мощностью 2,5 мегаватта.

Таким образом, ко времени завершения многоэтапного строительства и установки ветряков (конечная дата пока не известна) в сеть будет поставляться более 5 гигаватт "чистой" энергии.

Новая ферма сможет обеспечить электричеством 1,5 миллиона американских домов, а также сократит выброс углекислого газа в атмосферу ежегодно на 11 миллионов тонн. Осталось только привести в порядок электросеть США, чтобы она смогла принять это "вливание".

Продолжает тему бразильский штат Парана и его самый большой в мире (как утверждают авторы проекта) солнечный водонагреватель.

1800 пластиковых бутылок и 1500 пакетов, изготовленных по технологии фирмы Tetra Pak, разместились в небольшом городке Палмасе на крыше одного из зданий, принадлежащего бразильским военным.

В казарме проживают около 50 человек, они потребляют в день около 8 тысяч литров воды. Устройство, спроектированное Жозе Алсину Алану (José Alcino Alano), позволяет в критические часы сократить расход электроэнергии на 47%.

По подсчётам министерства охраны окружающей среды Бразилии, это равносильно экономии $124 в месяц. И это при том что система в состоянии нагреть воду до 50°C летом, и до 38°C зимой.

Есть и ещё один нюанс: на строительство одной такой "солнечной площадки" уходит около 100 килограммов пластика. Не так уж и мало, если учесть, что в Бразилии на заводах перерабатывается только 15% бутылок из полиэтилентерефталата.

Данная система нагрева воды солнцем, хоть и была разработана в рамках программы по снижению выбросов ещё в 2004 году, только сейчас была реализована в таком масштабе.

Впрочем, это не первый и, хочется верить, не последний "зелёный" проект Параны. Ведь в этом штате стремятся не только сэкономить, но и максимально перейти на возобновляемые источники энергии.

Таким образом, Бразилия не отстаёт от всех остальных стран мира. Возможно, в скором времени мы услышим, что в Парана тоже собираются построить свои "самые-самые" фермы, и их техническое оснащение будет отнюдь не таким простым, как сейчас.

Правда, кто и кого в результате победит, мы, наверное, так и не узнаем. "Гонка вооружений" продолжается. А это значит, что всё новые и новые проекты будут постоянно соревноваться друг с другом, а сегодняшние рекордсмены отойдут в тень.

Материал предоставлен интернет-журналом MEMBRANA (www.membrana.ru)

Лежачая мельница перелопатит морской прилив

natural-energy — Tue, 24 Feb 2009 15:51:20 GMT

Лежачая мельница перелопатит морской прилКогда речь заходит о возобновляемых источниках энергии, солнце и ветер упоминаются намного чаще других типов альтернативных ресурсов. А ведь существуют места, где можно собирать в больших количествах и с минимальными затратами энергию приливов. Например — в Британии. Именно там родился оригинальный проект приливной электростанции.

По некоторым данным, Великобритания располагает 10% всех мировых запасов доступной для извлечения приливной энергии. Воспользоваться этим богатством — соблазнительно. Нужно лишь придумать экономически выгодный вариант приливной электростанции (ПЭС).

Классическая схема — это плотина, разделяющая море и большой водоём за ней (озеро, залив). Прилив заполняет водоём, в отлив вода уходит, и в обоих случаях она крутит турбины, установленные в плотине. Недостаток такого принципа очевиден — большие капитальные затраты и сложное строительство.

Но есть и другой вариант — простые турбины с генераторами, установленные прямо на дне, в месте, где существуют сильные приливные течения. Никаких плотин, только опоры для подводных "мельниц". Всё проще и дешевле. Тут, впрочем, опять начинаются разногласия — какие именно турбины и как устанавливать.

Три профессора из Оксфорда (Oxford University) – Гай Хоулсби (Guy Houlsby), Малькольм Маккаллок (Malcolm McCulloch) и Мартин Олдфилд (Martin Oldfield) — разработали установку, которая, по их мнению, побьёт конкурентов по соотношению отдачи и затрат. Называется эта система THAWT (Transverse Horizontal Axis Water Turbine), то есть "Поперечная водяная турбина с горизонтальной осью".

Такая конструкция обладает рядом достоинств. В частности её не нужно поворачивать или как-то подстраивать при смене направления течения. Горизонтальный "барабан" с косыми лезвиями будет крутиться в любом случае.

Ещё, как посчитали авторы проекта, затраты на производство такой установки будут на 60% ниже, а эксплуатационные расходы — примерно на 40% меньше, чем у морских турбин текущего образца.

Но с чем собственно сравнивают спецы из Оксфорда свою разработку? Практически все приливные турбины, стоящие в свободном потоке, похожи по виду и устройству на классические ветряки. То есть это "башни с пропеллерами", только под водой.

Так, мы подробно рассказывали об аппаратах британской компании Marine Current Turbines (MCT). Летом 2003-го такой опытный однотурбинный агрегат установили у Девонского побережья (он же был первой офшорной приливной турбиной в мире).

А в июле 2008 года MCT смонтировала в заливе Стренджфорд (Strangford) в Северной Ирландии двухроторный образец своей установки, названной SeaGen. Как раз такая схема — два колеса на одной башне, задумывалась изначально.

Максимальная мощность этого агрегата составляет 1,2 мегаватта, и британцы заявляют, что это — первая в мире турбина "коммерческого масштаба" для приливного течения.

Аппарат SeaGen уже включён в национальную сеть, а его мощность эквивалентна среднему расходу примерно тысячи британских домов.

Похожий дизайн ПЭС, то есть классический винт, вращающийся в плоскости, перпендикулярной потоку, "глянулся" и специалистам из других стран. К примеру, в 2003-м такая подводная "мельница" заработала в Норвегии. Есть похожие проекты в других странах.

Но оксфордские учёные говорят: при равной мощности THAWT окажется гораздо проще.

В финальном варианте один ротор этой системы должен насчитывать 10 метров в диаметре и 60 метров в длину. Два таких ротора потребуют для своего размещения три фундамента на дне и три пилона над ними соответственно. Генератор может быть всего один, в среднем "столбе".

Эта связка будет вырабатывать мощность около 12 мегаватт, что эквивалентно десяти двухроторным башням SeaGen, монтаж которых окажется сложнее и дороже.

Участок с сильными приливно-отливными течениями поперечником 20 километров, заполненный цепью из турбин THAWT, может выдавать в сеть более гигаватта электричества, а это уже можно сравнить с отдачей небольшой угольной электростанции.

Любопытно, что отправной точкой для оксфордской приливной "мельницы" послужила турбина ветровая, а именно давно известный ветряк Дарриуса (Darrieus wind turbine), только британцы положили его на бок, скорректировали форму лезвий, увеличили их число и, наконец, опустили всё это хозяйство под воду.

Ещё одно важное нововведение — набор лопастей THAWT расположен так, что образует треугольники. Такая конструкция отличается большой прочностью и жёсткостью.

Новаторы из университета Оксфорда уже испытали масштабный прототип своего генератора, с ротором диаметром полметра. Тесты показали осуществимость идеи.

В 2009 году британцы намерены построить более крупный прототип, с диаметром турбины 5 метров. Его уже должны испытать в море, причём с подключением к энергосети.

В 2011-м под воду может отправиться уже полномасштабный прототип установки, ну а коммерческую версию THAWT её разработчики рассчитывают увидеть в 2013 году.

И у данной машины есть шанс победить соперничающие технологии. Ведь в THAWT — меньше генераторов, меньше уплотнений, меньше фундаментов на дне. Всё это оборачивается выгодой для энергетиков.

По словам Маккаллока, полномасштабная установка THAWT будет стоить 1,7 миллиона фунтов стерлингов ($3,13 миллиона) за мегаватт выходной мощности, в то время как оффшорные ветровые фермы стоят 2,3 миллиона фунтов за мегаватт, а приливные турбины типа SeaGen — 3 миллиона (их стоимость, впрочем, обещают снизить по мере расширения строительства).

Олдфилд говорит: "Мы восхищаемся пионерами, но наша установка, полагаем, будет лучше". Под пионерами, очевидно, подразумеваются инженеры MCT. Их творение — те самые мельницы SeaGen – Олдфилд со товарищи считают первым поколением приливных подводных турбин, а свой THAWT — уже вторым.

Тут нужно сказать, что на бумаге мы видели немало оригинальных проектов приливных электростанций, каждый из которых обладал какой-то изюминкой. Какие окажутся самыми жизнеспособными — покажет только реальная эксплуатация. И всё к тому идёт.

Целый ряд стран планирует создание крупных ПЭС. Если в следующем году THAWT не посрамит своих разработчиков, этот тип морских турбин может занять достойное место в данной отрасли.

А ведь ещё нужно учесть, что приливные электростанции не зависят от капризов погоды, как ветряные фермы. И в отличие от последних они могут быть полностью скрыты от глаз.

Ветровые турбины убивают летучих мышей без единого прикосновения. Сравнительно медленно вращающие лопасти подводных "мельниц" должны быть безопасны для рыб. Всё это заставляет задуматься, какой вариант альтернативной энергетики выдержит проверку временем.

Материал предоставлен интернет-журналом MEMBRANA (www.membrana.ru)

Энергетики призовут хаос воды на альтернативную службу

natural-energy — Tue, 24 Feb 2009 15:22:32 GMT

Из любой ситуации можно извлечь выгоду. Это отнюдь не нравоучение, но подсмотренный у природы фундаментальный закон: если где-то убыло, значит, в другом месте прибыло. Руководствуясь этим принципом, американцы решили использовать для производства электроэнергии турбулентность воды, с которой долгие годы борются нефтяники и прочие владельцы сооружений в открытом море.

Поведение жидкостей может быть двух типов – спокойным и неупорядоченным. Первый из них, естественно, существует в основном как теоретическая абстракция, а на практике любые течения характеризуются относительной хаотичностью, проявляющейся в том числе в непредсказуемых завихрениях.

Управлять турбулентностью воды – дело непростое, поскольку уследить за "пульсациями" в каждой конкретной точке решительно невозможно. Однако какие-то статистические описания этого процесса есть, и их уже давно пытаются использовать в конкретных приложениях.

Нужно это вот зачем. Когда морские потоки огибают округлые препятствия, например опоры плавучих буровых платформ или телекоммуникационные кабели, возникают небольшие, но множественные мини-водовороты.

Они постепенно "рассасываются", однако энергия их уходит в том числе в вибрацию подводной части сооружений, тем самым постепенно её разрушая. Специалисты уже давно бьются над этой проблемой, разрабатывая гасители колебаний и разнообразные противовесы. И это им – с переменным успехом – удаётся.

Однако учёные из университета Мичигана (University of Michigan) под руководством Майкла Берницаса (Michael M. Bernitsas), долгое время изучавшие беспокойный гидродинамический феномен, решили превратить его из головной боли в источник энергии – путём преобразования механических колебаний в электричество.

"Около четырёх лет назад меня словно осенило: а ведь можно извлекать энергию из вибраций! — поясняет профессор Берницас. – Со времён Леонарда да Винчи, который первым наблюдал этот эффект в 1504 году, никто не задумывался над возможностью его практического использования".

С самооценкой у американца никаких проблем точно нет. Идея показалась ему настолько удачной, что с целью её монетизации он создал компанию Vortex Hydro Energy.

Стоит признать, что партнёры у Vortex достаточно серьёзные — Министерство энергетики (DoE) и Управление военно-морских исследований США (Office of Naval Research). По крайней мере, если судить по информации, представленной на сайте компании.

Заинтересованность "альтернативой" военных и специальных служб, денно и нощно пекущихся о национальной безопасности, вполне понятна. И даже возможное падение цен на нефть до "комфортного" уровня (а с пиковых значений летом этого года цена барреля упала более чем в два раза – до $60) – делу не помеха.

Бюджеты-то уже освоены. Да и перспективы действительно есть: эксперты из Ассоциации по продвижению морских возобновляемых источников энергии (OREC) подсчитали (PDF-документ), что океанические течения могут обеспечить до 10% ежегодной потребности американцев в электроэнергии.

А поскольку США – четверть мирового потребления, ясно, что "подводные" технологии могут быть достаточно актуальными и для других стран с протяжённой береговой зоной. В Великобритании, к примеру, этим уже активно пользуются.

Вообще говоря, в последнее время наблюдается значительная активизация разработок в этой области. Для преобразования механической энергии волн были предложены самые невероятные схемы: это и "традиционные" подводные турбины, и ахимедовы буи, и железные водоросли, и даже такие фантастические сооружения, как австралийский Oceanlinx, спущенный на воду в 2004 году.

Реального успеха, впрочем, добились немногие. Точнее, это удалось лишь компании Pelamis Wave Power, которая в конце октября нынешнего года ввела в строй первую в мире волновую электростанцию мощностью 2,25 мегаватта (этого хватает на 1600 домов) у берегов Португалии. Остальным проектам пока повезло меньше, и они не продвинулись дальше лабораторной или даже проектной стадии.

Одной из основных проблем являются естественные ограничения по применению: чтобы подводные мельницы работали, скорость потока должна быть не ниже определённого уровня. Согласно исследованию, опубликованному в журнале Environmental Health Perspectives, пороговое значение составляет шесть узлов (около 11 км/ч). В то же время скорость большей части морских течений составляет менее трёх узлов.

Именно относительную независимость новой технологии от этого важного параметра разработчики из Vortex считают своим основным достижением.

"Гидрокинетической энергии много, но забрать её у океана не так-то просто. Моё устройство позволит это делать при скорости около одного узла", — утверждает профессор Берницас.

Прототип подводной электростанции представляет собой площадку из цилиндрических колебательных перекладин, расположенных горизонтально и особым образом закреплённых. Завихрения, возникающие при обтекании, передаются на вертикальные опорные колонны посредством вибраций.

Далее механическая энергия сжатия преобразуется в электричество – с помощью роторного либо линейного генератора (в последнем используются подвижные магниты).

Такое устройство и обеспечивает бóльшую энергоэффективность в сравнении с "прямолинейными" турбинами. Например, при скорости течения 3 узла система VIVACE из одного кубического метра воды извлекает 50 ватт, в то время как на Pelamis этот показатель составляет 21 ватт. А первые лабораторные испытания были успешно проведены при скорости 1,6 узла (0,8 м/с).

В настоящее время инженеры из Vortex работают над повышением эффективности отдельных компонентов системы, в целом полагая, что она "вполне пригодна к использованию". Впрочем, по мнению специалистов из Института исследований электрической энергии (Electric Power Research Institute), данная технология пока сыровата и находится "на очень ранней стадии".

Майкла Берницаса это не смущает, зато озадачивает бюрократия: "Необходимо пройти от 20 до 25 различных инстанций, чтобы получить все согласования". Оказывается, работы, связанные с гидросооружениями, в США попадают под очень жёсткое регулирование.

Несмотря на все сложности, американцы надеются запустить первую рабочую электростанцию на реке Детройт уже в 2009 году.

Материал предоставлен интернет-журналом MEMBRANA (www.membrana.ru)