Ознакомьтесь с нашей политикой обработки персональных данных
  • ↓
  • ↑
  • ⇑
 
Записи с темой: энергетика (список заголовков)
14:57 

Ядерное безобразие

Оригинал взят у alex_avr2 в Ядерное безобразие
Человеку свойственно ошибаться и делать глупости. Что интересно - абсолютно на всех уровнях, начиная от домохозяйки, кончая президентами стран. Глупости сделанные домохозяйкой, как правило ни к каким фатальным последствиям не приводят, однако если речь заходит об управлении АЭС - все становится гораздо веселее, а иногда печальнее.

Про Чернобыль и Фукусиму знают все. Кто-то слышал про Маяк и Три-Майл-Айленд, однако инциденты на АЭС и других ядерных объектах случаются постоянно, хотя к счастью редко приводят к таким фатальным последствиям.

Множество историй о подобных инцидентах в США описал Дэвид Локбаум, а наши соотечественники перевели их. Переводы можно найти по данной ссылке, очень рекомендую к прочтению :)

Некоторые истории особенно эпичны, казалось бы АЭС - все должно быть серьезно, но нет, люди умудряются затыкать трубопроводы баскетбольными мячиками, проверять наличие тяги в кабель-каналах свечкой(!) (и впоследствии спалить АЭС) и даже утопить в реакторе журнал учета утопленных в реакторе предметов :)

Сюда же скопирую несколько историй:



Исследовательский ядерный реактор - не энергетическая установка. Там всё по-другому. Система охлаждения запитывалась от городского водопровода. От этой же ветки отходила труба на уборную.

Очень умная система контроля за состоянием реактора предпринимала всё необходимое для спасения вверенного имущества от аварии. Если расход охлаждающей воды падал, то система сбрасывала стержни АЗ.

Исследовательскими реакторами заправляют экспериментаторы, люди с особым складом ума. Им потребовалось всего пять автоматических остановов, чтобы обнаружить корреляцию - система сбрасывает стержни после смыва воды в служебном туалете.

Как же поступить? Перепроектировать систему управления невозможно, проложить новые трубы - дорого. Выход был найден такой - на дверях туалета появилась табличка "Господа! Не смывайте воду, когда работает реактор!".




Мы уже прошлись по истории с утопленной внутри реактора защитной бахилой, которую вытащить не удалось, но удалось растворить/разложить до молекулярного уровня внутри реактора за сутки работы на малой мощности. Через два года после истории с бахилой на блоке-1, в 1979 на той же АЭС Browns Ferry в Алабаме, принадлежащей компании Tennessee Valley Authority (TVA), подошла очередь на перезагрузку топлива на блоке-2. Снова в воде утопили нечто, что могло вызвать перегрев топлива в активной зоне, и это нечто было посуровей бахилы --- речь уже о металлической кнопочке-жетончике, которая в воде не тает. И не об одной, и не о двух, и даже не о дюжине, а сразу так о 86!

Такими кнопочками-жетончиками на таком вот передвижном щитке во время перезагрузки топлива обозначают статус как активной зоны реактора --- это правая "круглая" часть щитка, --- так и бассейна выдержки на левой прямоугольной части щитка

Все просто: вынул топливную сборку из реактора, вынул подобающую кнопочку из щитка. Перетащил топливную сборку из реактора в бассейн выдержки --- вставил кнопочку в подобающую ячейку кассеты для сборок на дне бассейна выдержки. Чтобы операторы во время перезагрузки не перенапрягали зрение и чтобы щит был виден как можно лучше, он был передвижной на колесиках, а каждая металлическая кнопочка была с тонкой квадратной шляпкой два на два дюйма. Статус жетонов на мобильном щитке в точности повторял статус активной зоны, как он был виден на щите в зале БЩУ АЭС. Каждый жетончик вешался на махонький крючочек на щите.

Размеры, как мы помним, имеют значение... В активной зоне вода к топливным сборкам поступает через впускные каналы диаметром чутка менее двух дюймов. Увлекаемая быстрым потоком воды кнопочка могла бы закупорить впускные каналы. В штатном режиме работы перебой с поступлением охлаждающей воды вызвал бы перегрев топливной сборки с переходом в расплавление через несколько секунд. Так что 86 жетонов, будь они внутри реактора, были бы страшной угрозой безопасности реактора.

На этом рисунке показана перезагрузочная машина на АЭС Browns Ferry:


По сути это привычный всем мостовой кран, который ездит по рельсам, проложенным по обеим сторонам бассейна выдержки и далее до головки корпуса реактора. По мостику ездит синяя кабинка, из которой к нужной топливной сборке в реакторе опускается телескопическая рука-захват, выдергивает сборку из активной зоны, и висящей на руке все еще под водой перевозит сборку по каналу в бассейн выдержки и опускает в нужное гнездо. Дело сделано --- сняли жетон, и на его месте на щите оператор перезагрузочной машины видит дырку.

Чтобы сотрудники как те бахилы не падали в бассейн выдержки, по его сторонам идет ограждение, высота которого ниже высоты мостика перезагрузочной машины --- катайся взад-вперед как хочется.

В этот прекрасный день щиток вдруг опрокинулся на ограждение бассейна, все жетончики соскочили со своих крючочков и нырнули в бассейн выдержки. И с какого бодуна опрокинулся? Ответственный за радиационную безопасность хотел быть уверенным, что никто сдуру не влезет в зону повышенной во время перезагрузки радиации и решил обозначить ее красно-оранжевой лентой. Но леночку надо же к чему-то привязать? Как писал поэт, "но если я чего решил, то выпью обязательно": один кончик ленты к ограждению бассейна выдержки, а второй? А второй к этому щитку с жетончиками, который стоял в эдак 15 футах от ограждения.

В этот замечательный день платформе перезагрузочной машины была какая-то нужда доехать до самого дальнего конца бассейна выдержки, ее штатного места после конца перезагрузочной кампании. Занятый своим делом оператор не обратил внимания на то, что оградительная ленточка бдительного радиометриста привязана к ограждению бассейна и что одна "нога" его мостика наезжает на эту ленточку. Нога ленточку натянула и щиток покатил в сторону бассейна. Он докатился до щели в полу, куда опускалась реборда колеса мостового крана перезагрузочной машины. Маленькие колесики щита провалились в эту щель и щиток весело опрокинулся на ограждению. Жетончики сорвались с крючков и весело полетели в бассейн выдержки. Пока еще не все.

Многие в ядерной индустрии полагают, что первое падение щитка рекордно по идиотизму. Ну, если не золотая медаль , то уж серебряная наверняка.

После падения щитка оператор перезагрузочной машины тормознул свой кран. Прибежали "санитары", поставили щиток на свои колеса и откатили от ограждения бассейна выдержки. А вот красно-оранжевую ленточку отвязывать не стали. Так что когда в конце смены перезагрузочную машину покатили на ее штатное место, то уже на бис снова ударили по ленточке, щиток снова покатил и снова опрокинулся на том же месте, и в этот раз высыпал в бассейн выдержки все оставшиеся до 86 жетончики. Повторное падение щитка своим идиотизмом намного перекрывает первое и ему заслуженно присуждается золото.

Полная перезагрузка топлива занимает много смен. После второго падения щитка стало ясно, что ленточку от щитка надо отвязать. Толку-то закрывать ворота, когда гуси уже улетели? Яркие жетончики уже хорошо смотрелись лежащими как на дне бассейна выдержки, так и на топливных сборках в ячейках кассет.

Когда топливные сборки начали снова загружать в активную зону реактора, то каждую тщательно осмотрели камерами на предмет попавших внутрь безбилетных зайцев-жеточиков. Как полагается, не все 86 жеточиков были найдены... но похоже, что ни один из них до активной зоны добраться и закупорить канал охлаждения не смог.




После фиаско с высыпанными в бассейн выдержки 86 металлическими топливными жетончиками (байка #70) и не менее примечательной незадачи с утопленной в реакторе пластиковой бахилой (байка #69) Tennessee Valley Authority (TVA) завело особую программу учета всего, что падает реактор или в бассейн выдержки топлива на ее АЭС. Если чего-то куда-то падало и не было сию минуту извлечено взад, то полагалось сделать запись в особый журнал. A под хранение журнала был приспособлен металлический зажим, прикрепленный к ограждению платформы перезагрузочной машины. На это место крепления показывает стрелочка на картинке

Когда потерянную кнопку от штанов извлекали обратно на свет божий, то запись о ее падении в журнале вычеркивали . В конце кампании перезагрузки топлива все утерянные вещи и инструменты полагалось отыскать, вытащить и подвергнуть анализу (радиационному).

Как-то раз в начале 1980-х инженеру полночной смены в зале БЩУ позвонил сотрудник с площадки перезагрузки топлива и сказал, что что что-то свалилось внутрь реактора. Инженер приказал тут же сделать запись о падении в подобающий журнал на перезагрузочной платформе.

После затянувшегося молчания сотрудник доложил, что тросик, на котором висел зажим, оборвался. Так что зажим вместе с журналом покоился в воде внутри реактора. Инженер-реакторщик распорядился немедленно остановить все работы впредь до поимки зажима.

Через час нервной рыбалки зажим удалось выудить из реактора. Вся информация из промокшего и слегка радиационно зараженного журнала была аккуратно переписана в свеженький сухой, который подвесили на новеньком зажиме на новеньком тросике.

Новостей после разбора полетов две: хорошая и совсем хорошая.

Хорошая новость: теперь зажим и журнал падений стали хранить на столике вдали от всяческих вод.

Совсем хорошая новость: ни один стол после этого в воду запрыгнуть не сумел.




22 марта 1975 работник АЭС Browns Ferrу, Alabama устроил поджог в кабельном колодце прямо под залом БЩУ. В этот колодец стекаются кабеля со всей АЭС прежде чем их разведут по всем этим показиметрам, индикаторам, компьютерам


со всех датчиков и оборудования на АЭС и обратно на разные запоры, клапана, насосы и только Бог его знает куда, чтобы оно все фурычило как надо. Кабеля по дороге приходится пропускать сквозь стены:


В залах АЭС, разделенных этими стенами, могут приключитъся радиоактивные вакханалии, так что перенос радиоакативного сквозняка из зала в зал по кабельным каналам в высшей степени недопустим, и зал БЩУ последнее место, куда такому сквозняку дорога. Так что герметичность каналов перодически надо было проверять. Работники АЭС надыбили самый простой способ: свечкой. Если пламя колеблется --- есть протечка, нет --- все герметично.

В тот злосчастный день протечка в одном канале была особо хороша! Пламя затянуло тягой в канал и оно лизнуло полиуретан, которым изолировали щели. Не поверите, но этот легкогорючий материал таки взял да и вспыхнул:


На заседании Объединенной Комиссии Конгресса по Атомной Энергии сенатор Джозеф Монтоя описал дальнейшее такими словами:

"Вначале опешившие работники попытались сбить пламя ручными фонариками. По барабану. Тогда они попытались перекрыть доступ воздуха ковриками. По барабану. Тогда один из мужиков попытался запустить противопожарную систему подачи углекислого газа. Еще более по барабану: система была давно обесточена, и чтобы дураки не тыкали зря в кнопку, над ней привинтили защитную металлическую пластинку."

Только разочаровавшись в своих тщаниях работники оповестили диспетчеров в зале БЩУ.

Один из уроков этого пожара: оповещать о пожаре следует немедленно, и тогда дежурная смена на БЩУ вызовет подготовленных и натренированных пожарников, которые смогут объявить пожару профессиональную войну.

Но опешившие работники с этим промедлили. С полиуэратана огонь радостно перекинулся на изоляцию кабелей и начал их закорачивать. Что-то жизненно важное перестало крутитъся, а что-то наоборот закрутилось невпопад. Короткое замыкание в низковольтных сетях лишило смену в зале БЩУ показаний о статусе оборудования. Колодец разводки кабелей был общим для блоков 1 и 2, так что бардак охватил оба блока.



Огонь успешно вывел из строя все системы аварийного охлаждения на блоке 1 и большинство таковых на блоке 2. Вода в корпусе реактора в штатном режиме до начала бардака была на 15 футов выше топлива. Пока пожар тянулся, воды над топливом осталось всего 4 фута.

Дэвид Лиленталь, бывший директор Tennessee Valley Authority, одной из крупнейших энергокомпаний США, и затем первый директор Atomic Energy Commission, предшественника Комиссии Ядерного регулирования, описал происшедшее как "невероятняй пример монументального пренебрежения ТБ". Надо полагать, Лилиенталь имел в виду источник огня и длительность пожара, а не реакцию работников АЭС на огонь. Работники АЭС взяли ноги в руки, ринулись по кладовым за катушками кабелей и проложили прямо по улице эрзац-кабеля запитать насосы откуда только можно, кидаясь в задымленные отсеки АЭС в противогазах, вручную отключая и включая обесточенные переключатели. Их усилиями удалось удержать уровень воды выше топлива и предотвратить его перегрев.




В 1968 операторы заглушили исследовательский реактор для переделок его системы охлаждения. Как полагается, собственно реактор просто-напросто утоплен в бассейне с водой. В ходе работы следовало разрезать 10-дюймовый трубопровод, что шел из бассейна. Так случилось, что никакого вентиля на отрезке от бассейна до места разреза не было.

Инженерам, проводившим работы, надо было не вылить воду из бассейна после разреза трубопровода. Решений, как всегда, было два. Первое: вытащить из бассейна облученное топливо и пускай себе водичка выливается. Второе: заткнуть чем подходящим эту трубу. Вытаскивать топливо из бассейна морока из морок и для экономии времени пошли по пути затычки.

Штатной затычки под эти нештатную ситуацию не было. Но было замечено, что диаметр отверстия всего-то чутка больше любимого баскетбольного мячика Майкла Джордана. Сказано - сделано: мяч обмотали изолентой или скотчем, не без труда подтопили и воткнули в входное отверстие трубопровода. Затем мячик еще подкачали, чтобы он намертво засел в трубе. Воду из заткнутого трубопровода спустили, трубу разрезали и работа закипела.

Их работа затянулась не шибко. Вода давлением в бассейне надавила на баскетбол и он пулей вылетел из открытого конца трубы. Почти 14 000 галлонов, или около 50 кубов воды за 5 минут залили подвал. К великому счастью, вода к входному отверстию трубопровода переливалась через шандору (гидрозатвор), которую положено было не просто поднять, но убрать, но ее случайно не подняли. Так что уровень воды в бассейне упал только до уровня шандоры. Если бы эта не предусмотренная Майклом Джорданом ошибка, то топливо в бассейне оголилось бы. Как показал разбор полетов, на две третих.

В бассейновом реакторе за водой две важных функции. Она, само собой, охлаждает топливо с его заметным остаточным тепловыделением (убившем, кстати, Фукусимские реакторы....). Сверх этого, это биологическая защита персонала от радиоактивности топлива. Без воды и топливо могло расплавиться, и радиационная обстановка была бы мало не покажется.

Оператор наведения simsun





@темы: энергетика, аварии и происшествия

12:35 

Физика токамаков на пальцах

Оригинал взят у tnenergy в Физика токамаков на пальцах

Похоже, пора сделать некий ликбез по физике токамаков и по физикам, видимо, тоже. Идее проведения управляемого термоядерного горения с магнитным удержанием стукнуло 60 лет, и многие задаются вопросом “и где возврат потраченного на исследования?”, “где обещанный источник чистой и дешевой энергии?”. Пришло время посмотреть, какие отмазки у физиков есть сегодня. Я не буду в этой статье затрагивать другие установки, кроме токамаков, но мы взглянем на проблемы нагрева, удержания плазмы, ее нестабильности, проблему бридинга трития, перспективы и даже где-то историю вопроса.

Ликбез

Если взять 2 нейтрона и 2 протона и слепить из них атом гелия мы получим очень много энергии. Просто очень много энергии - с каждого килограмма налепленного гелия - эквивалент сжиганию 10 000 000 килограмм бензина. При такой смене масштаба энергосодержания наша интуиция пасует, и об этом надо помнить, когда придумываешь свой вариант термоядерной установки.

Кстати, на Солнце идет другая термоядерная реакция, невоспроизводимая на Земле.

Наиболее простым путем получить эту энергию является проведение ядерной реакции слияния (или синтеза) D + T -> He4 + n + 17,6 Мэв. К сожалению - в отличии от химических реакций, в пробирке она не идет. Зато неплохо идет, если смесь трития и дейтерия нагреть до 100 млн градусов. При этом атомы начинают летать настолько быстро, что при столкновении по инерции проскакивают зону кулоновского отталкивания и сливаюся в заветный гелий. Энергия выделяется в виде, так сказать, осколков - очень быстрого нейтрона, уносящего 80% энергии, и чуть менее быстрого ядра гелия (альфа-частицы). Разумеется при “рабочей” температуре все вещество - плазма, т.е. атомы существуют отдельно от электронов. Любой осевший электрон будет потерян при первом же столкновении столь энергично движущегося вещества.

На этом месте каждый уважающий себя популяризатор вставляет эту картинку.

Скорость реакции (и соответственно энерговыделение) зависит от двух параметров - температуры, она должна быть не меньше ~50 млн С, а лучше 100-150, и плотности плазмы. Понятно, что в плотной плазме вероятность столкновения атомов дейтерия и трития выше, чем в разряженной.

Основная проблема с такой “реакционной смесью” - она остывает зверским темпом. Настолько зверским, что одной из первых проблем было просто нагреть ее хотя бы на 1 микросекунду до заветных 100 млн. Т.е. вы берете 10 миллиграмм водородной плазмы, прикладываете к ней греющую мощность в 10 мегаватт… а она не нагревается.

Нагрев и чистота плазмы


Закон Вина гласит, что мощность теплового излучения зависит в 4 степени от температуры. К счастью, механизм такого излучения не работает в полностью ионизированной плазме, но до нее еще надо добраться. В ранних экспериментах в какой-то момент подводимая энергия сравнивались с излучаемой, и температура упиралась в т.н. “радиационный барьер”. Прорвавшись сквозь него, исследователи обнаружили, что теперь мешают любые примеси атомов тяжелее углерода - они не ионизируются полностью даже при температуре термоядерного горения, и излучают “за двоих”, а скорее за десятерых. А примеси плазма набирает из всего материального вокруг - нежное прикосновение 10000000 градусного газа - и стенки просто испаряются. Пришлось научится  постоянно отводить часть плазмы (на специальное устройство - дивертор) и чистить ее путем просто охлаждения от откачки. Ну и постоянного добавления исходных трития и дейтерия. Это оказалось энергетически дешевле, чем терпеть сотни мегаватт паразитного излучения.

Корейский токамак KSTAR в работе. Светятся самые холодные и грязные части плазмы.

В чистой плазме, путем нагрева с помощью нагрева радиочастотным излучением, инжекцией быстрых нейтральных частиц к концу 70х удалось достичь заветных 100 млн градусов. Но если мы хотим получить установку, дающую электроэнергию, а не жрущую ее в три горла, нам нужно, что бы термоядерная реакция выделяла достаточно энергии, что бы греть саму себя. Вообще говоря, термоядерное горение, может работать отличной грелкой, даже внешний подогрев не понадобится Такой режим называется зажиганием плазмы. Проблема в том, что стоит только утечь чуть большему количеству тепла, чем мы ожидали, наша термоядерная реакция тут же выключается, и все опять мгновенно остывает. Но для контроля мы можем использовать очень небольшую долю притекающего от систем нагрева тепла - в перспективных реакторах хотят добиться режима с 1/50 общей мощности, а в ИТЭР - 1/10. Коэффициент отношения тепловыделения от термоядерной реакции к вкладываемому теплу обозначается буквой Q.

Еще из жизни плазмы: при срыве стабилизации мы видим как касаясь стенок и охлаждаясь плазма быстро теряет тепло.

Что нужно, что бы плазма давала много термоядерного тепла? Как я говорил выше - достаточная плотность, а именно 10^20-10^21 частиц на кубический сантиметр. При этом мощность энерговыделения получится несколько (до 10) мегаватт на кубометр плазмы. Но если мы наращиваем плотность плазмы, то у нас растет ее давление - для нашей цели по плотности и температуры оно составит ~5 атмосфер. Задача удержать такую плазму от разлета и расплавления установки (и заодно прямого теплопереноса на стенки - мы же боремся за каждый джоуль!) - третяя и главная проблема.

Мощность энерговыделения (мегаватт на кубометр) при разных плотностях и температурах.


Магнитное удержание (конфаймент).


На наше счастье плазма взаимодействует с магнитным полем - вдоль его силовых линий двигается, а поперек - практически нет. Если создать такое магнитное поле, в котором нет дырок, то плазма будет кружить в нем вечно. Ну да, пока не остынет, но 100 миллисекунд-то у нас есть!

Самая простая конфигурация такого поля - тор с нанизанными на него катушками, в котором плазма движется по кругу. Именно такая конфигурация была придумана Сахаровым и Таммом в 1951 году и названа ими “токамак”, т.е. тороидальная камера с магнитными катушками. Для создания т.н. вращательного преобразования (при движении по кругу плазма должна вращаться вокруг оси движения, это нужно для того, что бы не происходило разделения зарядов) в плазме надо навести кольцевой ток, благо это сделать несложно, т.к. плазменый тор можно считать витком на трансформаторе, и достаточно изменять ток в “первичной” обмотке, что бы искомый ток появился. Так к тороидальным катушкам добавляется индуктор или центральный соленоид. Полоидальные катушки отвечают за дополнительное подкручивание тороидального поля и управление и таким образом мы получаем итоговый вариант магнитного поля, которое держит плазму. Кроме того, магнитное поле не дает перемещатся плазме поперек тора, что создает сильный перепад температуры от центра к краям. Такое состояние называется магнитный конфаймент.

Примерно так видят ИТЭР теоретики.

Можно строить термоядерную электростанцию? Не совсем….

Как мы помним, давление плазмы составляет 5 атмосфер. Понятно, что давление магнитного поля должно быть не меньше. Однако оказывается, что при сравнимых величинах плазма крайне неустойчива - начинает резко менять форму, завязываться в узлы и выбрасываться на стенки. Есть такое соотношение давления плазмы к давлению магнитного поля, обозначаемое буквой β. Оказывается, что более менее рабочие режимы начинаются с β = 0.05-0.07, т.е. давление магнитного поля должно быть в 15-20 раз выше давления плазмы. Когда в конце 70х годов стало понятно, что это соотношение никак не преодолеть, думаю не один физик-термоядерщик произнес что-то вроде “плазма, бессердечная ты сука”. Именно вот эта необходимость повышать поля в 15-20 раз и поставила крест на идеи “термоядерный реактор в каждый дом”. Дорогая, приглуши термоядерный реактор, медведям жарко.

Модель движения плазмы в токамаке. Плазма сильно турбулентная (возмущенная), и это помогает ей быстрее остывать и нестабильнее себя вести.


Нестабильности


Что означает эта необходимость повысить в 15-20 раз поле по сравнению с мечтами 50х? Ну во-первых это просто невозможно. Изначально токамак виделся с полем 1,5-2 Тесла (и соответствующим давлением плазмы в 10-15 атмосфер) и β=1, а в реальности для удержания такой плазмы нужно было бы поле 30-40 Тесла . Такие поля были не достижимы в 60х, да и сегодня рекорд стационарного поля - 33 тесла в объеме со стакан. Технический предел заложен в ИТЭР: в плазменном объеме - 5-6 Т а на краю - 8-9 Т. Соответственно давление и плотность плазмы в реальной установке меньше, чем в той, что задумывалась в 50х. А раз меньше, то и с подогревом все гораздо хуже. А раз с подогревом хуже, то плазма остывает быстрее и … ну вы поняли.


Однако с утечкой тепла можно бороться очень примитивным методом - увеличивать размер реактора. При этом объем плазмы растет как куб, а площадь поверхности плазмы, через которую утекает энергия - как квадрат. Получается линейное улучшение теплоизоляции. Поэтому если первый токамак в мире имел диаметр в 80 см, а ИТЭР имеет диаметр в ~16 метров и объем в 10000 раз больше. И этого еще маловато для промышленного реактора.

Токомакостроители согласны насчет "мало".

Вообще говоря, термоядерная плазма оказалась на редкость противной субстанцией, в которой постоянно возникала какая-то “жизнь”, какие-то вибрации и колебания, которые обычно не вели ни к чему хорошему. Однако в 82 году были случайно обнаружены нестабильности, которые приводили к резкому (в 2 раза!) уменьшению утечки тепла из тора. Такой режим был назван H-mode и теперь поголовно используется всеми токамаками. Кстати, тот самый кольцевой ток, который создается в плазме для удержания ее в тороидальном поле является источником множества этих самых нестабильностей, в т.ч. очень неприятными бросками плазмы вверх или вниз на стенки. Борьба за устойчивое управление плазмой затянулась где-то лет на 30, и сейчас в ИТЭР, например планируется, что только 5 запусков из 1000 будут заканчиваться срывами управления.


Кстати, в процессе борьбы за стабильность токамаки стали в сечении из круглых вытянутыми вертикально. Оказалось что D-образное сечении плазмы улучшает ее поведение и позволяет повысить бету. Сейчас известно, что самые большие рабочие беты и самые устойчивые плазмы - у сферических токамаков (у них вертикальная вытянутость максимальна к диаметру), относительно нового направления токамакостроения. Возможно их быстрый прогресс приведет к тому, что первая термоядерная электростанция будет снабжена именно такой машиной, а не классическим тором.

Сферический токамак - это новый повод попросить еще денег.

Нейтроны и тритий


Последняя тема, о которой надо рассказать для понимания клубка проблем физики токамака - это нейтроны. Как я говорил, в самой легко достижимой реакции D + T -> He4 + n нейтроны уносят 80% энергии, выделившейся в ходе рождения ядра гелия. Нейтронам плевать на магнитное поле и они разлетаются во всех направлениях. При этом они забирают ту энергию, которую мы расчитывали пустить на нагрев плазмы. Поэтому, кстати, отцы-основатели направления думали больше про реакцию D +D -> p(n) + T(He3), в которой нейтроны уносили бы 15% энергии. Но, к сожалению, для D + D нужна в 10 раз большая температура, в 10 раз большее поле или в 3 раза больший реактор. Так вот, нейтронный поток от термоядерного реактора чудовищен. Он превосходит поток быстрых реакторов в ~сто раз при том же энерговыделении, а главное - нейтроны с энергией 14,6 МэВ на много разрушительнее нейтронов быстрых реакторов с энергией 0,5-1 МэВ.

Это сечение камеры ИТЭР после годовой работы. Циферки - наведенная нейтронами радиация, Зивертов в час. Т.е. в центре 45700 Р/ч. К счастью, довольно быстро спадает.

С другой стороны - нейтроны довольно энергично тормозятся в воде и поглощаются многими материалами, т.е. мы сможем снимать тепловую энергию термоядерного горения не плоской поверхностью, обращенной к плазме, а водяной оболочкой вокруг. Кроме того, энергичные нейтроны легко превратить в большее количество нейтронов с меньшей энергией (пролетая сквозь атом, скажем, бериллия они выбивают из него еще один нейтрон, теряя энергию Be9 + n -> Be8 + 2n. А эти нейтроны поглотить литием с превращением его в тритий. Таким образом снимается вопрос “а где наш реактор возьмем тритий”. В ИТЭР, кстати, будет испытываться аж 6 опытных вариантов бланкета, в котором будет происходить наработка трития из лития. На самообеспечение он, увы, не выйдет, но в перспективе даже эти опытные бланкетные блоки могут закрыть до 10% потребностей ИТЭР.


Проектное изображение опытного бланкета с бридингом (TBM). Не похоже, что такой бланкет сделат термоядерную станцию проще.

Подводя итог


Мораль всего этого - законы природы часто заранее не известны и могут быть довольно коварны. Всего несколько нюансов в поведении плазмы привели к раздутию реактора для получения энергии от настольного прибора к монструозному комплексу стоимостью в 16 миллиардов долларов. Самое интересное, что понимание, как сделать токамак с зажиганием появилось уже в конце 80х, т.е. через 30 лет исследований плазмы. Например, первый проект ИТЭР, созданный в 1996 году был реактором с зажиганием на мощности 1,5 гигаватта тепловых. Однако термоядерная электростанция получалась настолько запредельно сложной, что нужен был очень большой масштаб блока, что бы она окупалась. Ну например 10 гигаватт. И стройка хотя бы 10 таких электростанций, что бы снизить расходы на создание токамакостроительной промышленности. Такие масштабы не вписывались ни в одну энергетику мира, поэтому технология была отложена до лучших времен. Что бы не терять наработки, технологии, людей, политики согласились на минимальное возможное финансирование тематики в виде строительства дорогого международного ИТЭР и десятка исследовательских установок сильно поменьше. Задача этих расходов - иметь возможность быстро (ну хотя бы за 15 лет) вытащить такую энергетическую альтернативу из чулана, если вдруг она когда-то понадобится...

Светлое будущее

Кстати, о готовности технологии. На сегодня максимальный экспериментально достигнутый Q = 0.7 в 1997 на установке JET, а пересчетный (машина работала на дейтерии, а не на дейтерий тритии) на токамаке JT-60U Q = 1.2.  В ИТЭР планируется Q=10, а для промышленного реактора 50-100. Чем выше Q, тем экономичнее получается электростанция, но как мы теперь знаем, тем более грандиозны размеры ее реакторной установки, тем более монструозны ее магниты, и тем большей цена отказа любого из 10 миллионов деталей, из которых собирается современный токамак...

P.S. Заходите в мой блог, у меня там некоторые новости по строительству ИТЭР.


P.P.S. Если кому нужен учебник по физике токамаков без упрощений, то вот хороший.


Проектное изображение опытного бланкета с бридингом (TBM). Не похоже, что такой бланкет сделат термоядерную станцию проще.

Подводя итог

Мораль всего этого - законы природы часто заранее не известны и могут быть довольно коварны. Всего несколько нюансов в поведении плазмы привели к раздутию реактора для получения энергии от настольного прибора к монструозному комплексу стоимостью в 16 миллиардов долларов. Самое интересное, что понимание, как сделать токамак с зажиганием появилось уже в конце 80х, т.е. через 30 лет исследований плазмы. Например, первый проект ИТЭР, созданный в 1996 году был реактором с зажиганием на мощности 1,5 гигаватта тепловых. Однако термоядерная электростанция получалась настолько запредельно сложной, что нужен был очень большой масштаб блока, что бы она окупалась. Ну например 10 гигаватт. И стройка хотя бы 10 таких электростанций, что бы снизить расходы на создание токамакостроительной промышленности. Такие масштабы не вписывались ни в одну энергетику мира, поэтому технология была отложена до лучших времен. Что бы не терять наработки, технологии, людей, политики согласились на минимальное возможное финансирование тематики в виде строительства дорогого международного ИТЭР и десятка исследовательских установок сильно поменьше. Задача этих расходов - иметь возможность быстро (ну хотя бы за 15 лет) вытащить такую энергетическую альтернативу из чулана, если вдруг она когда-то понадобится...

Светлое будущее

Кстати, о готовности технологии. На сегодня максимальный экспериментально достигнутый Q = 0.7 в 1997 на установке JET, а пересчетный (машина работала на дейтерии, а не на дейтерий тритии) на токамаке JT-60U Q = 1.2.  В ИТЭР планируется Q=10, а для промышленного реактора 50-100. Чем выше Q, тем экономичнее получается электростанция, но как мы теперь знаем, тем более грандиозны размеры ее реакторной установки, тем более монструозны ее магниты, и тем большей цена отказа любого из 10 миллионов деталей, из которых собирается современный токамак...

P.S. Если кому нужен учебник по физике токамаков без упрощений, то вот хороший.





@темы: энергетика

18:54 

Объект Укрытие-2

Ровно 29 лет прошло с тех пор как произошла авария на Чернобыльской АЭС.

После достижения 200 МВт тепловой мощности были включены дополнительные главные циркуляционные насосы, и количество работающих насосов было доведено до восьми. Согласно программе испытаний, четыре из них, совместно с двумя дополнительно работающими насосами ПЭН, должны были служить нагрузкой для генератора «выбегающей» турбины во время эксперимента. Дополнительное увеличение расхода теплоносителя через реактор привело к уменьшению парообразования. Кроме этого, расход относительно холодной питательной воды оставался небольшим, соответствующим мощности 200 МВт, что вызвало повышение температуры теплоносителя на входе в активную зону, и она приблизилась к температуре кипения.

В 1:23:04 начался эксперимент. Из-за снижения оборотов насосов, подключённых к «выбегающему» генератору, и положительного парового коэффициента реактивности (см. ниже) реактор испытывал тенденцию к увеличению мощности (вводилась положительная реактивность), однако в течение почти всего времени эксперимента поведение мощности не внушало опасений.

В 1:23:38 зарегистрирован сигнал аварийной защиты АЗ-5 от нажатия кнопки на пульте оператора. Поглощающие стержни начали движение в активную зону, однако вследствие их неудачной конструкции и заниженного (не регламентного) оперативного запаса реактивности реактор не был заглушён. Через 1—2 с был записан фрагмент сообщения, похожий на повторный сигнал АЗ-5. В следующие несколько секунд зарегистрированы различные сигналы, свидетельствующие о быстром росте мощности, затем регистрирующие системы вышли из строя.

По различным свидетельствам произошло от одного до нескольких мощных ударов (большинство свидетелей указали на два мощных взрыва), и к 1:23:47—1:23:50 реактор был полностью разрушен


После аварии в кратчайшие сроки было построено укрытие вокруг разрушенного реакторного блока, однако, со временем оно обветшало и несколько лет назад началось строительство нового, более совершенного и надежного укрытия, получившего название "Арка".

На видео ниже представлена последовательность возведения уникального сооружения:



Более подробно обо всем проекте можно посмотреть в этом небольшом видео:




Сейчас Арка находится уже в существенной степени готовности.


Окончание строительства намечено на конец 2017 года.

Основные характеристики уникального сооружения:
Ширина: 257 метров; Высота: 108 метров; Длина: 150 метров; Вес конструкций: 29 000 тонн; Количество рабочих: около 3000 человек; Время эксплуатации: около ста лет; Стоимость проекта: 2,15 млрд евро.
По сути сооружение накрывает целый блок атомной станции, самой по себе очень не маленькой.

Задачей Арки является изолировать окружающую среду от аварийного блока и наоборот. Это позволит в дальнейшем безопасно проводить работы по разборке блока, а также защитит его от осадков.


@темы: сооружения, экология, строительство, энергетика

08:57 

Maestrophone - граммофон с тепловым двигателем

"Всегда готов к работе. 300 миллилитров спирта обеспечат работу до 12 часов. Работает тихо и равномерно. Скорость вращения регулируется. Пламя не представляет никакой опасности".



В начале XX века выпускались различные бытовые устройства с двигателем Стирлинга. Например, граммофоны.

В горелку наливали спирт, поджигали его, толкали рукой маховик и наслаждались музыкой. Никаких заводных пружин и электричества.






Экземпляр, изготовленный в Швейцарии в 1910-х годах:


(на видеоканале этого автора можно увидеть и такую чудную вещь, как вентилятор, работающий от тепла керосиновой лампы).

Более длинное видео, где детально показано устройство и принцип действия "теплового" граммофона:

Antique Gramophone "Maestrophone" driven by a... bdeschabis

Стоили спиртограммофоны дороже, чем заводные, и на рынке долго не продержались; сейчас это редкость.

Источники: 1, 2, 3.


@темы: развлечения, история, энергетика

04:57 

Трансформаторные будки Торонто



Думаете я ошиблась фотографией и разместила фотографию какого-то дома?

Нет.Такие в Торонтотрансформаторные будки.

После Вророй Мировой Войны Toronto Hydro, организация, которая обеспечивает электроэнергией Торонто, строила их неотличимыми от остальных домов в районе


toronto hydro home


установка оборудования


toronto leaside hydro house







Сейчас сохранилось 79 трансформаторных домов, а когда-то их было более 200.

toronto hydro home




555 Spadina Road





555 Spadina Road




386 Eglinton Avenue East





toronto hydro home

Toronto Hydro Home









http://www.blogto.com/city/2010/10/toronto_hydros_not-so-hidden_residential_substations/

http://www.theglobeandmail.com/life/home-and-garden/real-estate/home-sweet-ohm/article996558/?page=all



Карта расположения трансформаторных домов здесь>>>


@темы: энергетика

11:12 

Китай - ракетное топливо из угля

Оригинал взят у gorynych1 в Китай - ракетное топливо из угля
Вот не знаю, врут или не врут, но информация такая:

http://russian.news.cn/science/2015-04/14/c_134150586.htm
Китай первым в мире применяет в космической отрасли керосин, изготовленный из угля.

Пекин, 14 апреля /Синьхуа/ -- В испытательной зоне 6-го института Китайского объединения космических технологий /CASC/ на днях успешно завершена горячая обкатка ракетного двигателя с использованием космического керосина, полученного путем прямого сжижения каменного угля. Об этом сообщили накануне в крупнейшем угледобывающем предприятии Китая -- корпорации "Шэньхуа".

Как стало известно в корпорации "Шэньхуа", новый керосин был разработан при сотрудничестве с корпорацией CASC. Это первый в мировой практике случай применения керосина, полученного из каменного угля, в космической области. Это означает, что Китай добился важного успеха в области изготовления космического керосина из угля, и имеет важное значение для удовлетворения потребностей быстро развивающейся китайской космонавтики в топливе. Ведь ранее в Китае космический керосин изготовлялся путем обработки сырой нефти, добытой из специальных скважин.

Корпорация "Шэньхуа" несколько лет назад создала в автономном районе Внутренняя Монголия /Северный Китай/ первую в мире показательную производственную линию по прямому сжижению каменного угля, способную выпускать 1 млн тонн жидкого топлива в год и из него изготавливать керосин, который считается потенциальным заменителем космического топлива.

Сотрудничество корпораций "Шэньхуа" и CASC началось в 2013 году после заключения рамочного соглашения. Совместная разработка космического керосина вскоре дала положительные результаты. До официальной горячей обкатки ракетного двигателя были проведены необходимые предварительные обкатки и испытания. -0-

=========================================================

Прикольно. Как бы, почти... космический, хм... паровоз... :)




@темы: полезные ископаемые, космос, энергетика

19:07 

И всё же: паровоз или электровоз?

Посмотрел на днях две версии фильма по одному и тому же роману, "On the beach" ("На берегу", "На последнем берегу"). Прошла ядерная война, Австралия ею не затронута и пока ещё жива. Бензин в дефиците. В одном фильме пассажирские поезда движутся паровозами, в другом - электровозами.
Надо полагать, ядерных электростанций уже нет. Насчет австралийской гидроэнергетики я ничего не слышал.
Там вот, как энергетически выгоднее сжигать каменный уголь для перевозок по железной дороге: сразу в паровозном котле, или на электростанции?


@темы: вопрос залу, пар, транспорт, электричество, энергетика

16:54 

Томский мирный атом

На mail.ru в разделе Hi-tech висит новость о том, что в Томской области строится завод по переработке накопленных на данный момент радиоактивных отходов в топливные таблетки для реактора замкнутого типа четвёртого поколения.
Извиняюсь за низкий безэмоциональный слог, в коммерцию меня точно никогда не возьмут).
А вопрос такой: как вы понимаете принцип и безотходность такого производства энергии?


@темы: вопрос залу, энергетика

09:21 

Гравитационные накопители энергии

В Tehachapi (Калифорния) есть странная железная дорога: когда дует ветер, вагончик въезжает в гору, а когда стихает - скатывается вниз.


Технология ARES служит для аккумулирования энергии от источников периодического действия - солнечных и ветряных электростанций.

Когда выработка энергии высока, а потребление мало (ветер дует, солнце светит), вагоны с помощью электродвигателей заезжают в гору - накапливают потенциальную энергию. Если выработка энергии падает, а потребление растет (вечер - ветер стих, солнце скрылось), выгоны скатываются, двигатели при этом работают в режиме генератора и отдают электроэнергию в сеть.


Обычно для этих целей используют воду (см. ГАЭС), но в условиях Калифорнии это не очень удобно из-за дефицита воды.


Пишут, что эффективность системы составляет 86%. И добавляют, что у системы
- более низкая стоимость жизненного цикла, чем батарей;
- более быстрая реакция, чем у ГАЭС; да и вода не требуется, что актуально для засушливых районов.

Описанная пилотная горка построена рядом с парком ветрогенераторов.
Экспериментальная тележка (5670 кг, колея 381 мм):






В планах у компании постройка по соседству в Неваде системы с объемом запасаемой энергии 12,5 мегаватт-часов.


Планируется, что это будет однопутная дорога длиной 8 км с уклоном 6,6%. Потребуется 17 сцепок, каждая из которых включает 2 локомотива массой по 220 тонн и 2 вагона с бетонными блоками массой по 150 тонн.


http://www.aresnorthamerica.com/

По наводке spiritschaser


@темы: энергетика, технологии

20:26 

Израиль-альтернативная энергия

Гулял я сегодня по яффскому порту, благо погода стояла хорошая. И из порта заглянул случайно на кладбище кораблей и увидел вот такую штуку:

02-DSCN2091
Думаю , что за интересная штуковина прикреплена к стене-волнорезу. По карнизу побрел мой брательник, посмотреть что это такое.

01-DSCN2090
Штука поближе. Ну думаешь, какая-то ржавая штуковина с поршнем уходит в море. Ну может кто-то забросил. Решил обойти эту стену вокруг и посмотреть, вдруг туда идут какие-нибудь провода, гидропривод? Кто знает. Обошел стену с другой стороны.

07-DSCN2096
За стенкой нашел вот такую "лодку, выброшенную на берег". На самом деле это не лодка, а одна из модификация поплавка, которая называется power clapper. По-русски, даже не знаю как лучше это перевести.
Спереди поплавок выглядет совсем как лодка:



21-DSCN2110
Сбоку это выглядет так:
09-DSCN2098

Поршня мы здесь не видем, это нижняя часть. Здесь с помощью threaded rod (штанга с резьбой?) регулируется положение поплавка относительно вертикальной стены, к которой он крепется.


11-DSCN2100

Та часть конструкции, с помощью которой поплавок крепется к стене. Начал я капать, что это за чудо. Оказалось, что есть в Израиле старт-ап, который занимается альтернативной энергетикой в области получения энергии из энергии морских волн и с помощью гидравлики запасать энергию и позже, наверное, с помощью гидроаккумулятора приобразовывать ее в электроэнергию.

На сайте компании пишут что антикорозийная защита катодная. То есть поплавок присоединен к полюсу и благодаря электролизу механизм покрывается защитной пленкой. Может быть, хотя тот поплавок, который на бурегу немного ржавый. Но надо иметь в виду что он не к чему не подключен.

http://rus.ecowavepower.com/key-features/corrosion-protection/


maarah

http://rus.ecowavepower.com/key-features/possible-layouts/
на сайте мы видим, что их можно располагать в ряд и получать сумму отдельных поплавков. Теоретически это можно делать до бесконечности. Тут меня заинтересовали цифры. Сколько примерно можно снять можности с одного поплавка. Полез я в публикации про эту фирму и вот, что нашел в газете Haaretz:

http://www.haaretz.com/business/start-up-of-the-week/.premium-1.598767

Особенно интересна вот эту строчка: The equipment for producing each megawatt spreads along a length of 70 meters. То есть мегаватт можно снять с 70 метров. Теперь посмотрим что мы имеем. Ширина одной такой "лодки" около 160 см. Плюс зазор между поплавками, допустим еще 40 см. Итого два метра. То есть на 70 метров выходит 35 поплавков. То есть мегаватт с 35 поплавков. А с одного выйдет 28 киловатт. Если без потерь, то это обеспечивает одну квартиру. Похожу не плохо. Но вот во мне засел червь сомнения, способна ли такая штука выробатывать даже 25 киловатт?

Еще они тут пишут
http://rus.ecowavepower.com/key-features/ что кроме подъемной силы Архимеда, есть еще энергия набегающего потока. Я понимаю, это как подъемная сила крыла. Но на крыле она возникает за счет относительной скорости воздуха, а здесь если поплавок плавает на поверхности волн, у него будет нулевая относительная скорость.

И вот теперь вопрос на миллион доллар, что действительно у волн есть столько энергии, что с двух метров побережья можно снять 25 киловатт? Если да, то ну ее нафиг, солнечную энергетику, давайте все побережье Европу оснастим такими поплавками и будет нам счастье. Что вы думаете про это.

Для подсчета поднимающей силы, можно посчитать, сколько весит поплавок, ход поршня. И кстати, какой кпд у гидросистем? Можно почти без потерь перегонять энергию, запасенную в гидрожидкости в электроэнергию?

В общем больше вопросов, чем ответов. :)
И мне кажется, что будущее у такой энергетики есть. Волны есть всегда, "работают" круглые сутки. В Европе есть фьорды, так там вообще куча энергии.



@темы: электричество, энергетика

10:55 

Arbre

После 3 лет НИОКР и обкатки двух опытных образцов французская компания "NewWind" запускает в производство городской ветрогенератор Arbre


@темы: организация пространств и территорий, энергетика

11:00 

В испании строят первый завод по производству графеновых батарей.

Оригинал взят у hibrid45 в В испании строят первый завод по производству графеновых батарей.
Сама информация об этом открытии не нова и обнародована в декабре 2014, но для тех кто не читал повторю:

1

В Испании разработали новый аккумулятор, в котором, как говорят его создатели, есть все:
больше емкости, больше мощности,более длительный срок службы, более быстрая зарядка и более низкая цена. Это графенополимерные аккумуляторы, были разработаны тремя субъектами: Graphenano, испанская компания расположена в Аликанте, которая производит графен с 2012 года, университет Кордовы, и еще испанская компания, которая будет производить батареи.
С ними уже сотрудничают два немецких автопроизводителя, пожелавших начать тестирование новых аккумуляторов в своих электромобилях.Какие компании пока не раскрывается, но скорее всего это VW (владеет испанским брендом Seat) и уже заявившим о выпуске электромобилей Audi с пробегами без подзарядки 500, 600 и даже 700 км в 2017 году или 2018 году.

2

В тестовых образцах графенополимерных батарей, улучшены почти все аспекты автомобильного аккумулятора:

Его плотность энергии на массу около 600 Вт·ч / кг, в обычной литиевой этот показатель, как правило, от 140 до 160 Вт·ч / кг
Срок службы, говоря о количестве циклов зарядки и разрядки, увеличен в два раза по сравнению с обычными литий-ионными батареями .
Скорость зарядки с зарядной станцией очень высокой мощности, батареи электромобиля можно заряжать всего за 8 минут, по сравнению с 25 или 30 минутами, которые потребуются для зарядки литий-ионных батарей электромобиля среднего класса (около 50 кВт).
Цена графенополимерных батарей на 77% ниже, чем у литий-ионных так как не используют редкоземельных металлов таких как литий.

С этими цифрами испанские ученые утверждают, что с новыми батареями будут созданы электромобили с пробегами без подзарядки 800 - 1000 км .

4

У новых батарей есть конечно и минусы:

Первое это то что пока не удается создать батарею малого объема, хотя показатель мощности на килограмм и лучше, но мощность на объем хуже, поэтому в настоящее время они позиционируются как батареи для транспорта (автомобили, суда и самолеты) где есть возможность разместить объемные блоки батарей и зарядных устройств.

Второе для обеспечения заявленной скорости заряда 8 минут, потребуется большая сила тока. Так например для того чтобы проехать 100 км современному электромобилю потребуется примерно 13кВт, получается что для запаса хода в 1000 км потребуется батарея 130 кВт, а для зарядки такой батареи за 8 минут нужна зарядная станция мощностью 1 МВт.

Конечно это преодолимые минусы, можно например использовать зарядки меньшей мощности или не заряжать батарею на 100 процентов ...

В любом случае разработка испанских ученых если и не революционная, то по крайней мере очень важная и ожидаемая. Ведь первые литий-ионные батареи были произведены компанией Sony еще 1991 году и никаких особых прорывов (кроме разве что замены типа электролита на полимер Li-Po) в этой области за четверть века лет не было.

Футурологи уже предсказывали литиевые войны, так как этот редкоземельный металл действительно редкий и нет больших разведанных запасов, крупнейшие поставщики Чили 44%, Австралия 25% и Китай 13%. Есть большие разведанные запасы в Северной Африке, но там война и даже Украину можно с натяжкой сюда отнести, так как из за постоянного роста цены на этот металл некоторые экономисты рассматривали литий как "украинское" золото.

А если исключить футурологию, то два года назад я не мог в испании купить, анонсированный электрический Smart, очередь в Европе на год вперед, основная отмазка дилера нехватка производства Li-Po батарей.

3

Испанцы заявили что уже в первой половине 2015 года они откроют завод по производству графенополимерных батарей. И очень надеются что это открытие станет новым локомотивом испанской экономики вместе с туризмом и строительством.

Вот только я сильно в этом сомневаюсь, подобное уже было во времена производства солнечных батарей, по всей Испании строились заводы (сейчас многие закрылись), подготавливались специалисты..., а результате лидер по производству солнечных батарей сейчас Китай (Тайвань).
Но не все так плохо, Испания сейчас производит более 30% энергии из возобновляемых источников и по площади полей "засаженных" солнечными панелями  все еще лидирует в Европе.

Вот такая собственно история, а заинтересовала она меня еще и тем, что живу я в Аликанте, а офис одного из участников консорциума производителей, фирма Graphenano расположена по адресу Avenida Goleta 7 03540 Alicante. Может как нибудь загляну туда узнаю если они тут производят графен, возможно и первый заводик по производству новых батарей строят тут же? Запишусь в дилеры ;)




@темы: энергетика, электричество, транспорт

20:03 

Такое ли "зеленое" производство электроэнергии солнечными модулями?

Оригинал взят у solar_front в Производство электроэнергии солнечными модулями совсем не такое "зеленое".

HRImaginechinaCorbis4230427566-1408396569396
Photo: Imaginechina/Corbis.
Контроль качества на китайском предприятии.


Производство электроэнергии солнечными модулями совсем не такое «зеленое» как многие думают.

Источник.


Цитата:

Все эти шаги требуют участия опасных химических веществ. Например, производители используют HF (фтористоводородная или плавиковая кислота) для очистки пластин, удаления дефектов, полировки и текстуризации. Плавиковая кислота прекрасно подходит для всех этих вещей, но однако это весьма агрессивная жидкость которая при контакте с человеческим телом разрушает ткани и декальцифицирует кости. Работа с плавиковой кислотой требует крайней осторожности, и она должна быть утилизированы должным образом.

Но несчастные случаи случаются, и, чаще всего, в местах, которые имеют ограниченный опыт изготовления полупроводников или имеют не достаточно жесткие стандарты связанные с охраной окружающей среды. В августе 2011 года завод в китайской провинции Чжэцзян, принадлежащей Jinko Solar Holding Co., одиной из крупнейших компаний в мире, сбросил плавиковую кислоту в находящуюся рядом реку, погибла рыба. Фермеры, обрабатывающие соседние земли, использовали загрязненную воду - случайно погибли десятки свиней.

При исследовании мертвых животных, китайские власти обнаружили, что уровни фтористоводородной кислоты в реке в 10 раз превышали допустимый предел, и вероятно эти значения получены уже после того как основная масса фтористоводородной кислоты ушла вниз по течению. Сотни местных жителей, в бешенстве из-за инцидента, штурмовали и временно заняли производственные мощности. Опять же, инвесторы отреагировали негативно: когда СМИ сообщили о происшествии, акции Jinko упали более чем на 40 процентов.

Читать далее...




@темы: безопасность, технологии, экология, энергетика

13:11 

А был ли бум гелиоэнергетики в России? И будет ли?

Оригинал статьи рассматриваемой ниже здесь.
Адаптацию под ЖЖ сделал nanonews_2011 в Как и почему бум гелиоэнергетики все-таки добрался до России?
Я позволил себе без разрешения автора комментировать и даже вырезать часть текста. Вот такой я плохой человек.


Мастер осматривает солнечные батареи на Кош-Агачской солнечной электростанции, Республика Алтай. Станция запущена в эксплуатацию (Фото: Александр Кряжев / РИА Новости)

Несмотря на резкое снижение цен на нефть, 2014 год принес бурно развивающейся солнечной энергетике очередной рекорд роста. (SF: Всемирный рост установленных мощностей фотовольтаики здесь, "рекорда роста" как такового нет: фотовольтаика растет ежегодно на 15-25%). Более того, произошло совершенно фантастическое наращивание солнечных мощностей и в России, почти четверть века практически игнорировавшей настоящую революцию в этом секторе экономики. Что случилось? И что позволило гелиоэнергетике игнорировать объективно неблагоприятные факторы и развиваться, несмотря на экономические проблемы? «Лента.ру» попыталась в этом разобраться.

Почему в мире продолжается солнечный бум

В минувшем году мощность солнечной энергетики по всему миру выросла со 138 до 185 гигаватт (SF: оценочное суждение - данные еще не опубликованы). С учетом того, что общая мощность мировой энергетики — около 6000 гигаватт (SF: не ясно, о чем это - в предыдущем предложении фигурирует 185 ГВт), доля солнечных электростанций (СЭС) уже превысила 3 процента.

В 2010 году суммарная мощность СЭС была всего 70 гигаватт. То есть за несколько лет гелиоэнергетика выросла более чем в 2,5 раза и ее объем продолжает увеличиваться, несмотря на повсеместное снижение субсидирования «зеленых» киловатт.

Причины этого очевидны: быстрое технологическое совершенствование солнечных батарей на глазах снизило их стоимость в пять раз за пять лет, при этом КПД лучших массовых образцов увеличился с 15 до 20 процентов. В США, например, цена киловатт-часа упала с 32,3 цента в 2009 году до всего 7,2 цента в 2014-м. Солнечные киловатты стали дешевле тех, что производятся на угольных электростанциях, до сей поры считавшихся основным сектором американской энергетики.

(SF: следует помнить, что несмотря на "технологическое совершенствование" бурный рост фотовольтаики происходит там где это поддерживается на государственном уровне. Например применением завышенного тарифа скупки "солнечной" электроэнергии и наложением обязательства на энергетиков подключать СЭС  (Германия). По сути, в этом случае, развивая производителей и структуру правительство залазит в карман обычного потребителя не имеющего СЭС. Обсуждение достоинств и недостатков  этого не входит в рамки обсуждаемой статьи, но когда пишут о "потрясающем росте" фотовольтаики стоит вспоминать опыт Германии, Италии, Чехии, Испании, Греции)















СЭС в Альпах
СЭС в Альпах
Фото: ILIOTEC Solar GmbH













Подчеркнем: речь идет о ценах без учета субсидий, иными словами, не о «зеленой» моде, базирующейся на освоении государственных средств, как это еще недавно было в Европе, а о вполне выгодном бизнесе (SF: очень спорное утверждение учитывая волну банкротств убивших производство фотовольтаики в Германии в 2010-2013 годах). Только в первой половине 2014 года полмиллиона домовладельцев и коммерческих потребителей в США установили у себя солнечные батареи. Впервые в истории этой страны солнечных мощностей было введено больше, чем всех остальных вместе взятых (53 процента).

В Международном энергетическом агентстве считают, что к 2020 году стоимость солнечной энергии сократится еще на 25 процентов, что сделает солнечную энергию дешевле газовой. Прогноз может оказаться даже чересчур осторожным: ведь пока в массовом сегменте не представлены перовскитные солнечные батареи. А именно с их помощью в Корейском институте химической технологии в конце прошлого года удалось достичь КПД в 18 процентов — впервые сравняв его с эффективностью серийных кремниевых фотоэлементов. При этом стоимость перовскитных аналогов существенно ниже, и в ряде фундаментальных работ по ним отмечается, что КПД таких систем может быть существенно увеличен — до 30 процентов в ближайшие 5—10 лет. В настоящий момент единственное серьезное препятствие на пути внедрения перовскитов в индустрию — их недостаточно высокая устойчивость по отношению к нагреву и ультрафиолетовому излучению. Однако новые образцы в лабораториях уже достигли живучести, достаточной для 25 лет эксплуатации.















Солнечная панель с пленкой из галогенида перовскита
Солнечная панель с пленкой из галогенида перовскита













Не только с перовскитами связаны надежды солнечной энергетики. Американская First Solar завершает строительство двух крупнейших СЭС общей мощностью 1,1 гигаватт, использующих панели из теллурида кадмия (CdTe) — единственной фотоэлементной технологии (кроме кремниевой), в больших масштабах присутствующей на рынке.

Эти батареи намного тоньше обычных. С одной стороны, у них меньше КПД (17 процентов против 20 у кремниевых (SF: 20% это лучшие и дорогие образцы кремниевых - чаще - 15-17%, в случае с CdTe: 17.8% это КПД достигнутое в лаборатории в 2013 году сейчас это 20.4 %, следует ожидать меньшего в случае производства - 13.4%): малая толщина позволяет части света «проскочить» через панель (SF: сие "проскакивание" мне неведомо, что имел ввиду журналист - не понятно. Панели имеют контакт с обратной стороны который является еще и рефлектором, т.е. "проскочить" невозможно. Кроме того: коэффициент поглощения света CdTe выше кремниевого:)

С другой — у них очень низкая энергоемкость и стоимость. Если кремниевый фотоэлемент в среднем возвращает энергию, ушедшую на его производство, за два года, то CdTe—панели делают это за 9—11 месяцев! Соответственно, и стоят они всего 570 долларов за киловатт мощности. Даже с учетом затрат на установку для крупных станций цена не превышает 900 долларов за киловатт установленной мощности, что примерно в полтора ниже, чем у ТЭС, и существенно меньше, чем у кремниевых решений.

Туманные воспоминания из школьного курса химии справедливо подсказывают: и теллур, и кадмий весьма ядовиты. В панелях они надежно защищены спецстеклом (SF: соединение CdTe менее ядовито), и шанс попадания этих элементов из пустынных электростанций в питьевую воду ничтожно мал. Однако, действительно, имеется одна экологически неприятная черта: перелетные птицы принимают поляризованный свет, отраженный батареями, за водную поверхность и разбиваются, пытаясь «приводниться».

Несколько хуже дела у другой многообещающей технологии — концентрирующих СЭС, нагревающих зеркалами воду в башне, где разогретый теплоноситель вращает турбины (как на ТЭС). Такие станции в США оказались недешевыми — энергия у них пока в 1,5-2 раза дороже, чем у новых фотоэлементных проектов. Зато они способны вырабатывать электричество за счет накопленного тепла в вечерние и ночные часы (до 6-8 часов после захода Солнца). Проблема в том, что пока такие станции строятся гораздо реже фотоэлементных, что не позволяет наладить массовое и дешевое производство их компонентов. Да и оптимизация технологии еще далеко не завершена.











Что это значит для нас

Определенно, несмотря на резкий рост солнечной энергетики, в ближайшее десятилетие она не вызовет резкого обрушения цен на углеводороды. (SF :)) Пик ее выработки по-прежнему приходится на летний полдень, в то время как пик энергопотребления — на зимний вечер. А значит, до создания крупных накопительных мощностей фотоэлементам не превысить 20 процентов от среднегодовой генерации энергосистемы. Тем не менее, по данным немецкого Института Фраунгофера, Германия за 11 месяцев 2014 года произвела из газа всего 29 миллиардов киловатт-часов (на 18 процентов меньше, чем в 2013-м), а вот солнечных киловатт-часов — 32,5 миллиардов (на 7 процентов больше).

Иными словами, 2014—й — первый для немцев год, когда Солнце опередило газ как источник электричества, сократив потребление метана. Поскольку солнечные электростанции там вводят в больших объемах, чем какие-либо иные (SF: это чушь. в 2014 году из-зи серьезного снижения тарифа по которому скупается "солнечная" энергия ввод новых мощностей снизился в разы. 2012 за первое полугодие: 4.4 ГВт, в 2013: 1.8 , а в 2014 около 1 ГВт), очевидно, что Германия, один из крупнейших потребителей российского газа, и впредь продолжит линию на выдавливание углеводородных энергоносителей. Полностью вытеснить газ фотоэлементам пока нереально, однако потребность в нем снизится ощутимо.

А с учетом того, что Китай даже опережает Европу в развитии гелиоэнергетики, простая переброска нашего газа с Запада на Восток вряд ли компенсирует такие потери.

Переломный момент

Как ни парадоксально, гелиоэнергетика в нашей стране также сделала резкий рывок вперед — хотя до 2014 года Россия не ввела в строй и нескольких солнечных мегаватт. Что же послужило причиной?

И тут не обошлось без крымского фактора: австрийская Activ Solar построила на полуострове СЭС едва ли не на 200 мегаватт. (SF: больше. Подробнее здесь). Увы, они работали по европейской схеме, то есть за счет колоссального субсидирования посредством «зеленого» тарифа, в районе 46 центов за киловатт-час. При новых властях владельцы станций отказывались продавать электричество дешевле, из-за чего некоторое время все СЭС в Крыму были вообще отсоединены от сети. Однако ближе к осени ограничения в поступлении электроэнергии с Украины заставили крымские власти усилить давление на владельцев, и в декабре 2014 года крымские гелиоэлектростанции стали выдавать до 135 мегаватт мощности. (SF: читателя не должно вводить в заблуждение здесь слово "выдавать". "Выдало" в некий короткий промежуток времени, естественно, что без солнечной радиации ни о какой "выдаче" речи быть не может). Летом они могут генерировать намного больше, так что всего в 2014 году крымское наследие увеличило российские солнечные мощности в полсотни раз.

Конечно, станции эти строились еще на Украине и к сознательным усилиям российских игроков гелиорынка отношения не имеют. Но это вовсе не значит, что у нас их нет. В сентябре 2014 года российский «Хевел» («Ренова» — 51 процент акций, «Роснано» – 49) впервые в истории России ввел СЭС мощностью 5 мегаватт. Несмотря на смехотворность этой цифры в сравнении с достижениями немцев или китайцев, для нас это переломный момент.










Поле кремниевых панелей на солнечной электростанции в селе Родниковое, Крым
Поле кремниевых панелей на солнечной электростанции в селе Родниковое, Крым
Фото: Тарас Литвиненко / РИА Новости






Почему мы так долго ждали? Все просто: свойственные нашим банкам высокие процентные ставки по кредитам ранее делали проекты такого рода нерентабельными. Постановление правительства от 28 мая 2013 года ввело новый режим стимулирования возобновляемой энергетики. Теперь сроки окупаемости проектов сократились до 15 лет. В итоге в 2014 году в конкурсах по строительству СЭС приняли участие сразу несколько компаний, среди которых одна («Хевел»;) располагает собственным производством солнечных батарей.

В эксклюзивном комментарии «Ленте.ру» генеральный директор «Хевела» Игорь Ахмеров сообщил, что весной этого года в Оренбургской области откроется Переволоцкая СЭС (5 мегаватт), а всего в 2015 году компания введет 25 мегаватт как в азиатской, так и в европейской части страны. На 2016 год запланированы еще 84 мегаватт, а всего до 2018 года — 254 мегаватт, что существенно превысит крымские объемы.

Обеспечивать этот рывок предстоит построенному «Хевелом» Новочебоксарскому заводу, выпускающему солнечные батареи из российского кремния. (SF: "российского"... автор наверное имеет ввиду производство основанное на материалах российского производства. Более того: классического кристалического кремния в хевеловских модулях вы не найдете. Линия в Новочебоксарске была построена так доооолго, что "передовая" технология на основе аморфного и микрокристаллического гидрогенизированного кремния успела за это время состарится и перестала быть конкурентноспособна. Вообще.) Пока, по словам Ахмерова, даже несмотря на местную ресурсную базу, до 60 процентов стоимости новочебоксарских фотоэлементов приходится на импортные компоненты: особо чистые газы, спецстекла для защиты фотоэлементов и прочее.(SF: насколько известно линия построена на основе оборудования швейцарской фирмы Aerlikon.  Используется силан SiH4, водород, в качестве газов несущих легирование - TMB и фосфин. О стеклах: это стекла покрытые токопроводящим прозрачным покрытием. Скорее всего ITO.) Программа локализации предусматривает переход на российских поставщиков в этих отраслях, что позволит в ближайшее время заменить до 80 процентов ввозимых компонентов на отечественные аналоги.








Электростанция под Симферополем
Электростанция под Симферополем
Фото: Виктор Коротаев / «Коммерсантъ»






Конкуренты «Хевела», импортирующие солнечные батареи, такими грандиозными планами пока похвастаться не могут. Компания «Евросиб», которая еще в 2014 году планировала ввести 5-мегаваттную СЭС в Абакане, до сих пор не закончила даже этот проект, перспективы других запланированных ею СЭС в настоящее время недостаточно ясны.

Солнце за тучами: технологическая гонка и кредитный голод

Разумеется, не все солнечно и для «Хевела». Как и любой игрок гелиоэнергетического рынка, компания подвергается сильнейшему давлению своего рода закона Мура — все новых и новых технологий, постоянно возникающих в этой области. В тот момент, когда компания приобретала швейцарское оборудование для завода в Новочебоксарске, это была передовая технология и создаваемые ею тонкопленочные микроморфные фотоэлементы позволяли получать больше энергии даже от рассеянного солнечного света, да и напряжение с каждой панели было во много раз выше. (SF:  напряжение - не мощность!) Увы, как часто случается в отраслях, работающих на переднем крае научно-технического прогресса, за несколько лет технология устарела. КПД производимых по ней фотоэлементов — примерно 10 процентов, в то время как лучшие современные серийные (SF: кристаллический кремний!) образцы показывают 20 процентов.

В «Хевеле» решили разрабатывать свои технологии. Для этого был организован Научно-технический центр при Физико-технологическом институте им. Иоффе. И в конце декабря 2014 года ученые продемонстрировали возможность выпуска гетероструктурных солнечных батарей с КПД 20% на уже установленном в Новочебоксарске оборудовании. Такие фотоэлементы делают не напылением на стеклянную подложку, как у нынешней продукции «Хевела», а созданием p-n переходов непосредственно на поликристаллической кремниевой подложке.
(SF:  речь скорее всего идет о так называемых HJT  элементах это кремниевые пластины покрытые с обоих сторон(!) аморфным кремнием. В единичных случаях когда подложки кремния в ручную грузятся в осаждающую систему (PECVD) можно получить такие элементы. Но о серийном производстве таких элементов в новочебоксарске я бы не заикался. На сегодня 20% это не высокий показатель для лабораторного образца: серийно Panasonic выпускает с кпд около 21%).

В случае успеха инновации «Хевел» сможет активно экспортировать свою продукцию на внешние рынки. Как отмечает гендиректор, именно экспорт является главной стратегической целью предприятия. (SF: энтузиазм гендиректора похвален, но интересно как он сможет показать прорыв с устаревшей технологии где затраты на производимый Вт гораздо выше кристаллических на рынки перенасыщенные современной качественной продукцией?)

Оптимизм по поводу российской солнечной энергетики разделяют и за пределами нашей страны. Летом прошлого года «Солар системс», компания китайского происхождения, выиграла конкурсы на строительство в России в 2016-2018 годах СЭС на 175 мегаватт, что близко к планам «Хевела». В соответствии с конкурсными требованиями к локализации (70 процентов в 2016-2018 годах) компания планирует строительство собственного завода в Татарстане, рассчитанного на выпуск фотоэлементов мощностью 100 мегаватт ежегодно.








Московская остановка общественного транспорта
Московская остановка общественного транспорта
Фото: Сергей Михеев / «Коммерсантъ»






Теоретически «Солар системс» находится в менее выгодных условиях, чем «Хевел», импортировавший оборудование до девальвации конца прошлого года. С другой стороны, есть и у китайцев очевидно сильные стороны: представители компании заявляют, что кредиты как на строительство завода, так и на возведение СЭС будут брать в КНР под приемлемые проценты.

Разумеется, отечественная солнечная энергетика тоже страдает от нынешнего кризиса экономики. «В наших проектах нет маржи, способной выдержать ставку кредитования в 17 процентов и выше», — подчеркивает глава «Хевела». Остается надеяться, что ЦБ все же сделает выбор между ставкой и реальным сектором в пользу последнего.

Александр Березин

В комментариях приветсвуется обмен мнениями подкрепленными доказательствами. Благодарю в случае уточнений или дополнительных фактов связанных с Россией. Особенно мнтересна тема "импортозамещения" в области фотовольтаики: конверторы, стекла TCO, производство газов необходимых для производства, измерения и тестирование.




@темы: материалы, производство, технологии, экология, энергетика

10:43 

Компактная пружинная гильотина для колки дров

Вместе с газификацией в сельскую местность приходят такие городские удобства, как местная канализация, ватерклозет, горячая и холодная вода в кранах, автоматическое отопление помещения. Однако тянуть газопровод в отдалённые сёла и хутора нерентабельно. Выгоднее поставить рядом с каждым домом специальную ёмкость для двух-трёх кубов сжиженного газа. В начале осени и в середине зимы приезжает грузовик и подзаправляет эту ёмкость. На сжиженном газе может также работать вся сельхозтехника, газ дешевле обычного топлива. Однако зимой в сильные морозы из соображений экономии в доме хорошо бы иметь ещё и традиционную дровяную кирпичную печь. При толстых переборках дымохода, т.е. большом количестве внутреннего кирпича, теплоинерционность печи очень велика. Если хорошенько протопить её вечером, тепла в доме хватает до самого утра.

Напилить зимой в лесу 5 кубов чурбаков и привезти их домой благодаря бензопиле и трактору с прицепом можно всего за полдня. Проблема, наколоть из них дрова. Работа тяжёлая и может растянуться на 1.5-2 недели. Поскольку зимой у сельских жителей дел относительно немного, многие по утрам вместо физзарядки колют дрова. Именно для них ещё в начале 1990-х появилась идея создать специальную гильотинку высотой 170-180 см.

Гильотина для колки дров состоит из массивной чугунной платформы, к которой прикручиваются две вертикальные трубы. Для пудовой чушки эти две трубы являются направляющими. Наверху между трубами перекладина. На перекладине крепятся стопорный замок и электромотор, который при помощи металлического троса поднимает чушку наверх. Внизу на трубах крепятся жёсткие амортизационные пружины. Наверху пружины менее жёсткие.

Когда чушка подтягивается мотором и захватывается замком, верхние пружины сильно сжимаются. Замок наверху отпускает чушку при нажатии на пусковую кнопку. После чего она, в отличие от обычной гильотины, не просто падает, а с силой выталкивается двумя пружинами вниз. На электромотор во время падения чушки подаётся небольшое напряжение, благодаря чему трос всё время натянут. После падения на чурбак включается редуктор и массивная чушка снова автоматически поднимается электромотором вверх вплоть до защёлкивания замка. Колун у чушки сменный - либо обычный, либо крестообразный, который колет небольшие чурбаки сразу на 4 части. Перекрестия у такого колуна (в отличие от крестовой отвёртки) на разных уровнях.

В 90-е обращался с этой технической идеей на ЗИЛ и некоторые другие заводы. Идея никого не вдохновила. Почему, сказать трудно. Компактная, пружинная, легко собираемая и разбираемая гильотина для колки дров могла бы продаваться не только в России, но и стать предметом экспорта в Финляндию, Швецию, Норвегию, Канаду. Не знаю, как в 90-е, а при нынешних ценах на газ такая вещь многих способна заинтересовать.

Попробуем посчитать приблизительно. Пять кубометров чурбаков равносильны пяти кубометрам сжиженного газа или трём тысячам кубов газа не сжиженного. То есть при нынешних ценах за газ речь идёт об экономии как минимум 1000 долларов. Если я за полдня могу напилить чурбаки и за полтора дня (используя гильотину) наколоть из них дрова, значит, я смогу за 2 дня сэкономить для себя 1 тыс. долл.  Если заготавливаю дрова для всей деревни, то сэкономить смогу 15 тыс. долл. за месяц. Другими словами, производительность труда при использовании бензопилы и гильотины для колки дров эквивалентна 15 тыс. долл. в месяц. Сравните с нынешним заработком строителя или сезонного рабочего в сельском хозяйстве. Именно поэтому до сих пор не могу понять, почему бензопила пошла на ура, а гильотину для колки дров отвергли.



@темы: энергетика, быт

15:57 

Тонкости и хитрости при расчете пластинчатых теплообменников

Вступление: В продолжение задачи "о теплотехнике простыми словами" и знакомства более широкого круга людей с пластинчатыми теплообменниками, теплоснабжением, теплотехникой, представляю данный материал.
Уже довольно много производителей пластинчатых теплообменников (ПТО) в России. И заказчики привыкли рассылать данные для расчета нескольким производителям, чтобы получить от всех расчеты, коммерческие предложения и сравнить - у кого теплообменники дешевле. Стоимость в таких предложениях практически всегда разная. На нее влияет 2 составляющих - коммерческая и инженерная. Коммерческую часть я затрагивать не буду - здесь вопрос ценовой политики, целей и задач каждого производителя, вопросы скидок, рассрочек платежа и пр. Я рассмотрю инженерную составляющую вопроса удешевления или удорожания теплообменников - какие параметры и как влияют на конструкцию и конечно стоимость пластинчатых теплообменников. Итак приступим:
Параметр №1 - Потери давления в теплообменнике

потери давления

Как влияет: При увеличении допустимых потерь давления стоимость теплообменника уменьшается, при уменьшении допустимы потерь давления стоимость теплообменника увеличивается (чем больше потери давления, тем дешевле теплообменник; чем меньше потери давления, тем дороже теплообменник)
Причина: Чем больше пластин в теплообменнике, тем больше каналов по которым проходит жидкость, тем меньшее сопротивление жидкость испытывает - тем выше стоимость теплообменника
и наоборот.
Что делают при расчете:Если в опросном листе указаны четко допустимые потери давления, то некоторые производители завышают их немного - полметра или метр, а то и в 1,5-2 раза в расчете на то, что заказчик вдруг не силен в теплотехнике и не обратит внимания на этот параметр. А теплообменник будет дешевле - значит вероятность продажи возрастает.
Вывод: Сверяйте расчетные потери давления с указанными Вами в опросном листе!

Параметр №2 - Запас поверхности теплообмена

запас по поверхности

Как влияет: Чем больше запас, тем выше стоимость
Причина: Чем больше пластин в теплообменнике, тем больше запас поверхности - тем выше стоимость теплообменника и наоборот.
Что делают при расчете:Серьезные производители практически всегда берут 10-15 % по поверхности в расчете. Он может немного сгладить погрешности в данных, чуть реже надо будет чистить теплообменник. Кто желает максимально удешевить теплообменник - всегда берет запас близко к нулю, не более 1%
Вывод: Сверяйте запас поверхности теплообмена в разных расчетах. И решайте что нужно больше - небольшая экономия или спокойствие при эксплуатации.

Параметр №3 - Коэффициент теплопередачи

коэфф-т теплопередачи

Как влияет: Чем выше коэффициент теплопередачи, тем эффективнее работает теплообменник, тем ниже его стоимость.
Причина: Коэффициент теплопередачи зависит от скорости течения жидкости. Чем выше скорость - тем интенсивнее идет теплообмен. А чтобы скорость была выше необходимо уменьшить кол-во каналов, т.е. уменьшить количество пластин.
Что делают при расчете: Некоторые производители считают теплообменники с максимальным коэффициентом теплопередачи от 7000 Вт/м.кв.*К и выше. При таком высоком коэффициенте сильно возрастает скорость образования отложений солей кальция, магния в теплообменнике. Т.е. первоначально теплообменник будет дешевле, то зарастать будет гораздо быстрее - чаще чистка, выше последующие расходы
Вывод: Смотрите, чтобы коэффициент теплопередачи не был в расчетах выше 7000 Вт/м.кв.*К! Видел расчеты и с коэффициентом 10000!!!!

Параметр №4 - Диаметр присоединения

диаметр патрубков

Как влияет: Чем больше диаметр патрубков присоединения - тем выше стоимость теплообменника.
Причина: Больший диаметр означает использование большего типоразмера, что дает увеличение стоимости.
Что делают при расчете:С этим параметром хулиганят не всегда. Если расход точно укладывается в Ду 50 например, то ничего не попишешь. А вот если речь идет о пограничном значении когда можно применить меньший диаметр, то тут иногда так и поступают. Например вместо Ду50 берут типоразмер с Ду 32. Выходит сильно дешевле. Но при сужении проходящего сечения возрастает скорость жидкости, будут дополнительные потери давления в патрубках (не считая потерь в самом теплообменнике), возможны шумы. При долгой эксплуатации возможно разрушение пластины вокруг проходного сечения.
Вывод: Смотрите какой расход жидкости в теплообменнике в какой присоединительный диаметр хотят запустить!

Параметр №5 - Рабочее давление

рабочее давление

Как влияет: Чем выше рабочее давление - тем дороже теплообменник.
Причина: При более высоком рабочем давлении используются более "толстые" прижимные плиты в теплообменнике, могут быть использованы пластины более толстые.
Что делают при расчете:Если в расчете четко указано рабочее давление, то обычно с этим параметром не шутят. А вот если не указано, то многие норовят посчитать теплообменник на самое низкое рабочее давление - 6 или 10 кгс/см2.
Вывод: Сверяйте рабочее давление в расчете с тем, которые есть или будет у Вас!

Параметр №6 - Толщина и материал пластин

пластины толщина и сталь

Как влияет: Чем толще пластины - тем дороже теплообменник. Чем выше значение у материала пластин AISI - тем дороже теплообменник. AISI304 сильно дешевле AISI316.
Причина: Более толстые пластины дороже, к тому же их надо в теплообменнике больше - теплопередача хуже через более толстую стенку. В нержавеющей стали AISI316 больше никеля и молибдена чем в AISI304, что повышает ее коррозионостойкость.
Что делают при расчете: Некоторые производители используют более дешевую менее коррозионостойкую сталь AISI304, что снижает срок эксплуатации теплообменника. При чистых средах - тут не важно. А вот на гвс - это самоубийство :-) К хлору AISI304 очень неустойчива! При рабочем давлении в 10 кгс/см2 и меньше могут использовать пластины толщиной 0,4 мм (обычно 0,5 мм), что также снижает ресурс теплообменника.
Вывод: Обращайте внимание на толщину и материал пластин в теплообменнике, соотносите эти параметры с рабочим давлением у Вас, назначением теплообменника, качеством воды!

Еще могут оказывать влияние такие факторы как комплектация теплообменника ответными фланцами и пр. Но это уже ближе к коммерции, а не к инженерии - меньше железа за одинаковые деньги :-) Это совсем другая история, дойдем и до нее...

В заключение: У нас в компании такими вещами не занимаются. Большой опыт в этой сфере, знаем чем это заканчивается. Да и просто стыдно такое творить...

Искренне Ваш,
товарищ Артем


@темы: отопление, энергетика

11:46 

Отопление дома с помощью топливных элементов («отопление водородом»)

Оригинал взят у einstitut в Отопление дома с помощью топливных элементов («отопление водородом»)
Более десяти лет назад американский экономист Джереми Рифкин провозгласил «водородную революцию», путь в новую энергетическую эру: многие миллионы топливных элементов, в которых водород вступает в реакцию с кислородом, будут децентрализовано производить электроэнергию и тепло для всего мира.

В текущем году началось активное движение, топливные элементы стали постепенно перемещаться из исследовательских лабораторий ближе к потребителям.

Топливный элемент (fuel cell) - устройство, в котором происходит химическая реакция веществ, в результате которой вырабатывается электрический ток. Обычно этими веществами выступают водород и кислород.

Топливный элемент

Многие уже слышали про авто, работающее на топливных элементах («на водороде»), которое запустила в серию компания Тойота. Собственно концепты и прототипы подобных автомобилей создавались чуть ли не всеми крупными автопроизводителями ещё с середины 90-х годов. А в космической отрасли топливные элементы используются ещё с 60-х и, например, применялись для электроснабжения корабля многоразового использования «Буран».

Так выглядел топливный элемент в Мерседесе:
MBrennstoffzelle

И вот пришло время запустить их в массовое производство.
Но мы поговорим не об авто. Наша речь об отопительном оборудовании для жилых домов.

В 2014 году практически все основные производители отопительного оборудования заявили о (скором) начале серийного производства котлов на топливных элементах для домашнего применения и представили готовые прототипы (и уже есть отдельные модели в продаже). Данная техника фактически представляет собой когенерационные установки, основным продуктом которых является электроэнергия, а побочным – тепло.
В Германии уже второй год проводится масштабный тест, в рамках которого установлено 350 единиц отопительной техники на топливных элементах, которые уже проработали в общей сумме 2,3 миллиона часов, выработав 1,3 миллиона КВтч электроэнергии. Промежуточные итоги теста оцениваются специалистами как «чрезвычайно положительные».
Buderus_FuelCell-Perspektive
callux_presse-bild

Как работает такая техника?

Все представленные на сегодняшний день варианты отопительных установок устроены схожим образом. Берется конденсационный газовый котел, к нему приставляется блок топливного элемента плюс водонагревательный и накопительный (буферный) бак для отопления. Котел и топливный элемент параллельно подключаются к газовой сети. Газ поступает в блок топливного элемента, где из него выделяется водород, после чего водород в топливном элементе вступает в реакцию с кислородом, вырабатывая электричество и тепло. То есть природный газ используется без сгорания и соответствующего выхлопа. Газовый котел подключается только в том случае, если вырабатываемой тепловой энергии не хватает для бытовых нужд.

brennstoffzellen-generator-innen

Схема блока топливного элемента:
Топливный элемент
Каковы основные технические характеристики такого оборудования?

Бытовые котлы на топливных элементах производят от 10 до 35 КВтч электроэнергии в день, что в целом покрывает потребности среднего домохозяйства (4000 КВтч в год – приблизительная «расчетная» величина годового потребления электроэнергии семьи из 4-х человек, проживающих в индивидуальном доме, принятая в Германии).

Тепловая мощность оборудования (без газового котла) по российским меркам незначительна: 0,6 – 1,8 КВт в зависимости от модели.
Тем не менее, поскольку сейчас в Европе время тотальной, так сказать, энергоэффективности в строительстве, для компактного пассивного дома такой тепловой мощности может быть и достаточно.

К достоинствам рассматриваемой технологии относится высокая эффективность производства электричества из газа (60%), экологичность, бесшумность работы, сокращение затрат потребителей на электро- и теплоснабжение.
Ну а основным недостатком является цена. Такой прибор стоит сейчас определенно несколько десятков тысяч евро (по имеющимся у нас данным примерно 25 – 35 тысяч). Это в общем-то нормально для новой технологии. Компьютеры раньше тоже стоили дорого.




@темы: отопление, энергетика

18:44 

Smartflower

А вот австрийцы делают - солнечная батарея Smartflower:


С рассветом сама раскрывается, в течение дня поворачивается за солнцем.
При ветре более 15 м/с становится горизонтально, при ветре больше 17,5 м/с сворачивает лепестки, при буре и граде - играет прячется в ящик.

https://www.smartflower.com/assets/SMF_Folder_EN-a854c9b1da4026eb313c5b4d655b9479.pdf
Картинка отсюда.


@темы: роботы, энергетика

00:00 

Ещё немного о вычислительных центрах и их охлаждении.

Раз пошла такая пьянка тема, то добавлю в общую копилку сообщений о компьютерных центрах свой небольшой фоторепортаж двухлетней давности о вычислительном центре, коорый работает на благо прогресса до сих пор.







У Ганноверского института гравитационной физики есть много всякого замечательного. Например, "Атлас". A.T.L.A.S. это название суперкомпьютера, созданного для того, чтобы обрабатывать информацию, получаемую с радиотелескопов и гравитационных датчиков в рамках проекта по обнаружению гравитационных волн Einstein@Home. Тому, как выглядит "мозг" проекта, и посвящена эта небольшая фотоэкскурсия для любителей всяких высокотехнологичных железяк.
Вид из окна института тоже замечателен, живописен и умиротворяющ. Так и хочется, предавшись размышлениям о "высоких материях", посидеть под одной из этих яблонь в ожидании осенения догадкой открытия.

353.09 КБ

Но мы всё-таки выйдем из-под сени кущ и зайдём в здание института,

180.00 КБ

в котором находится суперкомпьютер, денно и нощно выискивающий в сигналах со всего простора Вселенной своим многотысячепроцессорным мозгом слабые признаки того, что Эйнштейн был прав. В святая святых нас приглашает Брюс Ален — руководитель проекта и директор института:

135.57 КБ

Заглянем в комнаты, где находится вспомогательное оборудование. Компьютер проектировался с целью максимизировать производительность для данного класса задач при вполне определённом бюджете. Поэтому составляющие вычислительного комплекса предельно просты и дёшевы. Например, в качестве резервного источника энергии выступают довольно простые аккумуляторы.

93.81 КБ

Мощность всего комплекса на 2011 год — почти пол-мегаватта.

91.46 КБ

Тем не менее, энергии аккумуляторов хватает на то, чтобы работа системы была завершена корректно. Это примерно пять минут. Система питания рассчитана на один мегаватт, то есть тогда использовалась только половина, и было возможно дополнительное наращивание вычислительной мощности.

131.49 КБ

Эти кабели настолько толстые, что для того, чтобы их гнуть, пришлось использовать специальные гидравлические инструменты. Зато надёжно.
Вот он, главный потребитель энергии:

185.10 КБ

Таких рядов — шесть. Естественно, всё это требует охлаждения. Система охлаждения здесь воздушно-водяная. Трубы с водой подходят к каждому такому шкафу и идут в небольшом подпольном промежутке:

105.79 КБ

Температура входящей воды около 12С, выходящей — 20С. Синяя трубка предназначена для стока конденсата.

97.92 КБ

Затем через двухконтурный теплообменник излишки тепловой энергии выводятся по трубам наружу.

138.23 КБ

Где тепло рассеивается в атмосферу окончательно.

Заглянем внутрь стойки с вычислительным оборудованием, на тему устройства которого на фото Брюс Ален даёт нам подробные пояснения.

125.83 КБ

Поскольку задача была сделать сервер максимально мощным при минимальной стоимости, вычислительные элементы выбирались стандартными и простыми: одноюнитовыми (высотой 45 мм, что равно одному вершку) с воздушным охлаждением. Из них собиралась такая стойка.

213.45 КБ

Однако, дальше горячий воздух уходит не в открытое пространство, а направляется в решётки сбоку, где стоят уже водяные радиаторы, по которым циркулирует холодная жидкость. Охлаждённый этими радиаторами воздух снова направляется на переднюю часть стойки. Таким образом, из шкафа воздух никуда не выходит, а циркулирует исключительно внутри него. Это очень удобно: уменьшает количество пыли на оборудовании и позволяет поставить сплошные дверцы, что снижает уровень шума в помещении настолько, что можно разговаривать, совершенно не напрягаясь. Обслуживающему персоналу в таких условиях работать комфортнее.
На каждой стойке находится индикатор с параметрами системы охлаждения для визуального контроля.

58.51 КБ

Система рециркуляции и частичного обновления воздуха работает так: воздух из серверной смешивается с воздухом, забираемом с улицы, очищается, охлаждается, доводится до нужной влажности и подаётся обратно в серверную.

155.08 КБ

Конечно, вычислительное оборудование это не всё, из чего состоит суперкомпьютер. Вот система хранения на жёстких дисках данных, к которым нужно часто обращаться.

154.20 КБ

А это архив данных, к которым обращаться часто нужды нет, поэтому запись идёт на магнитную ленту — да, до сих пор стриммеры это, пожалуй, самый дешёвый и надёжный способ сохранить большое количество архивной информации. Робот вытаскивает кассету из ячейки, перемещает в считывающе-записывающее устройство и потом возвращает кассету обратно в стойку. Объём этого весьма компактного хранилища — два петабайта.

215.12 КБ

Когда к серверу обращается пользователь, индикатор мигает. Видно, что работа кипит вовсю — лампочки горят почти постоянно.

84.59 КБ

Всего в сервере в 2011 году находилось 1680 вычислительных узлов, каждый из которых содержал один 4-ядерный процессор Xeon-3220.

69.97 КБ

Всё это соединено сетью Ethernet. Её скорости достаточно, так как несколько десятков мегабайт данных анализируются одним ядром в течение нескольких часов, при этом вычисления происходят изолированно, то есть нет нужды обращаться к соседнему узлу за какой-либо информацией.

203.21 КБ

На момент создания в 2008 году это был самый мощный суперкомпьютер на основе сети Ethernet.
Часть вычислений проводится на GPU — "графических" картах общего назначения.

119.93 КБ

В задачах того типа, которые требуются решать проекту, GPU показали себя очень хорошо, поэтому, возможно, дальнейшее наращивание вычислительной мощности этого комплекса будет происходить за счёт именно GPU, так как послендние несколько лет вычислительные мощности CPU растут слишком медленно.

Несмотря на всю масштабность этого детища высоких технологий, результирующая вычислительная мощность, которую жертвуют добровольцы по всему миру этому проекту, во много раз больше. Прикинем: пусть в институте находятся 2000 процессоров, каждое о 4 ядрах. Всего это 8000 ядер средней на нынешний момент производительности, которые работают круглосуточно. Допустим, вы жертвуете всего час-два работы одного своего пусть не очень быстрого ядра в день. Таким образом, 80 000 добровольцев посчитают за день столько же, сколько и этот монстр.Активных пользователей же в этом проекте — около 200 000. Причём, многие из них не скупятся отдать при простое компьютера куда больше, чем один ядро-час, а то и GPU не жалеют загрузить. Вот и получается: с миру по нитке(треду) — учёным открытия. Очень хочется написать какую-нибудь банальность в стиле "вместе — мы сила!", но вы и без этого, уверен, осознаёте мощь интернационального вычислительного социума. Интернет действительно преображает мир.

Последней будет фото вечернего вида из окна гостиницы в трёх минутах ходьбы от института Эйнштейна, чтобы подчеркнуть, что великие дела совершаются не только в центре мегаполисов, но и на вполлне спокойных малоэтажных окраинах.

191.62 КБ


P.S. всё снято с рук без штатива на Nikon D200






@темы: холод, экология, электроника, энергетика, энергоэффективность

14:10 

Месячник КРЕЯ и КРАСНОГО КРЕЯ (Электроника СС БИС)

Оригинал взят у 1500py470 в Месячник КРЕЯ и КРАСНОГО КРЕЯ (Электроника СС БИС)
2-й, надеюсь ежегодный, часть x'18
День рождения Деда мороза


18 ноября в России официально празднуют день рождения Деда Мороза. Злые языки из ТАСС заявили 14 ноября – С начала текущего года капитализация фондового рынка России сократилась на 268 миллиардов долларов, до 498 миллиардов долларов. При энтом в мире происходит некая полная непонятка – рыночная стоимость компании Apple выросла на 192 миллиарда долларов и достигла 661 миллиарда долларов за этот период (крайне любопытно это благодаря или вопреки коминг ауту Тима Кука?). Вкурить в такие события не могу :( Могу только запомнить. Поэтому поговорим о том, что "Cray Research was primarily a refrigerator company"



На фото мы видим куда вылетают тотально все результаты работы любого CRAY -> в оконцовке в виде тепла с крыши в атмосферу земли оставляя свой жирный углеродный след через всю экологию США. Брюсу Уилису и Стивину Сегалу здесь не место!


01_XE6128CRAY

Глядя на фото те кто думает об охлаждении зала кондиционерами глядя на отверстия в полу, те плохо думают за Америку.

02_hermit_CRAY

Пускай уровень суровости нонче не тот, что раньше с иммерсионным охлаждением, но жидкости и сейчас используют :)

03_XE6cool

04_bluewater-cabs

Вот так без спешки квалифицированные сантехники работают, здесь женщины монтажницы однозначно хуже.

05_CRAY cool 2

06_Blue_Waters_cooling_piping_silver

Все эти хвосты уберут позже, аккуратно подключат по месту в стойках.

07_Blue_Waters_rear_open_closeup

И подключат вот к таким модулям


XE6

Ныряем под пол...

08_Cooling_piping_under_floor

Ввод 250 трубы с водой (у них 10 дюймов) для холодильной установки.

09_cooling systemx600

Помпы для циркуляции между холодильной установкой внизу и стойками наверху

10_Pump_room_1

Андрей holodilshik оценит теплообменики

11_Pump_room_with_heat_exchangers

Можем полюбоваться на управление

12_Cooling_cabinet_info_display

А как тут без воды? Ведь не туды и не сюды :)

13_Tape_storage_cabinet_info_display

Оцените отстойник, тема водо подготовки к сожалению по моему недостаточно раскрыта в этом посте, но будет освещена в следующем году.

14_Sump

отсюда 4,1 МВт электроэнергии проходя через много всякой разной высоко и не очень технологичной техники в оконцовке превращаются в тепло выбрасываемое с крыши в атмосферу земли.

15_Transformer


Таким образом уважаемый nabbla1 может убедится, что Брюсу Уилису тут не место лазить сквозь вентиляторы, ибо сухие градирни в эксплуатации дешевле, и сквозь крышу в помещение идут только трубы с циркулирующей жидкостью и штатные входы/выходы для персонала под штатной охраной, а не путе проводы для разной биологической и террористической угрозы в лице всемогущего Брюса, вот такая жизнь ВЦ в штатах без голивудских прикрас. И Сигалы Стивены разные не борются с ВЦ как с загрязнителями природы, по причине отсутствия видимых разливов нефти вокруг них :( Мокрые градирни для таких дел не применяют ибо они вдвое дороже в эксплуатации чем сухие, а нам всем хорошо известно:


"Обеспечте капиталу 10% прибыли, и капитал согласен на всякое применение, при 20% он становится оживленным, при 50% положительно готов сломать себе голову, при 100% он попирает все человеческие законы, при 300% нет такого преступления, на которое он не рискнул бы пойти, хотябы под страхом виселицы"


Для гиков как делали это раньше в добрые старые времена:


Keeping it cool - Месячник КРЕЯ и КРАСНОГО КРЕЯ (Электроника СС БИС) – 7

Computer Security Day и итоги - Месячник КРЕЯ и КРАСНОГО КРЕЯ (Электроника СС БИС) – E





@темы: холод, экология, электроника, энергетика, энергоэффективность

RSS

главная