Современная наука по сравнению с возрастом нашей планеты является очень молодой - ей около 500 лет. За это время в человеческом обществе произошли глобальные изменения, начиная с того, что повсеместно отказались от рабовладельческого строя, и заканчивая тем, что уже имеются летательные аппараты, способные "бороздить" Солнечную систему.

Вместе с тем, очевидны проблемы трех "Э": экономика, энергетика, экология. Невозобновляемые источники энергии де-факто пока еще не являются архаизмом. Но то, что современная энергетика, как и колебания цен на нефть и газ, оказывают огромное влияние на экономическую ситуацию в мире, сейчас играет в огромный плюс, потому как заставляет искать и финансировать альтернативные проекты, которые в большинстве случаев являются экологически чистыми. В действительности их реализуется множество, происходящее позволяет не только взглянуть на все с оптимистической точки зрения, но и увидеть интересные взаимосвязи.

Давайте рассмотрим реалии.

Исландия может стать мировым центром хранения данных

Исландия, которую раньше многие путешественники называли "адом земным", поскольку там вулканическая деятельность сочетается с суровой зимней погодой, для энергетиков является раем: эффективный нагрев и охлаждение за счет природы. Основные источники электроснабжения в этой стране базируются на геотермальной и гидроэнергетике. 87% населения Исландии пользуется центральным отоплением, полученным за счет геотермальной энергии, по цене, которая, как правило, меньше половины сопоставимых цен на нефть или электрическое отопление.

Ведущая энергетическая компания Исландии Landsvirkjun сейчас изучает возможности экспорта электроэнергии в Европу за счет проведения подземного кабельного соединения. И, кстати, для многих не новость, что Исландия может стать эффективным энергетическим экспортером в будущем.

Ведущая энергетическая компания Исландии Landsvirkjun сейчас изучает возможности экспорта электроэнергии в Европу за счет проведения подземного кабельного соединения.

Пока эти планы только в разработке, но уже есть несколько интересных программ, позволяющих грамотно использовать существующую ситуацию.

Например, к югу от Рейкъявика, в городе Хафнарджордур (Hafnafjordur), построен Thor Data Center (THORDC), функционирующий полностью на экологически чистых источниках энергии, при этом, как вы понимаете, недорогих. В строительстве THORDC участвовали не только исландцы, но и компания ASTmodular из Испании. Спектр задач THORDC - хранилище данных, веб-хостинг, IT-сервисы и т.п. В целом, мы можем говорить о самом экологически чистом и экономически эффективном дата-центре в мире. Сейчас исландцами были успешно заключены соглашения с Hertford Regional College (HRC) в Великобритании о создании альянса, точнее, совместной компании HRC Cube. Смыслом договоренностей является то, что в THORDC будет храниться информация всех школ, колледжей и университетов Великобритании. Это, кстати, звучит в унисон с программой правительства Туманного Альбиона по сокращению государственного финансирования образования. И хотя снижение финансирования образования обычно является отрицательным моментом, такую экономию можно только приветствовать.

Трансатлантическая кабельная система “Изумрудный Экспресс”

THORDC не собирается останавливаться на достигнутом, и уже в декабре 2012 года запустит трансатлантическую кабельную систему "Изумрудный Экспресс" (Emerald Express) с планируемой пропускной способностью 100х100 Гбит/с.

Так что HRC Cube - только начало. Удивительно то, что "Изумрудный Экспресс" считается экономически выгодным.

Вторая станция концентрированной солнечной энергии в Испании

Попытки создания мощных электростанций на солнечной энергии производились в развитых странах буквально по всему миру, особенно в случаях, когда это позволяет климатическая зона. Испания также решила воспользоваться преимуществами своего географического положения и активно занимается солнечной энергией на практике.

Летом 2011 года возле города Севилья была запущена новенькая Gemasolar стандарта CSP (Concentrated Solar Power - концентрированной солнечной энергии) мощностью 19,9 МВт. Это уже вторая по счету CSP-станция в Испании, а первой была знаменитая PS-10 на 11 МВт. Знаменита она тем, что была первым CSP-проектом в Европе. Gemosolar - совместный продукт местной инжиниринговой фирмы SENER и компании Masdar из Абу-Даби.

Gemasolar

Общая для CSP-станций конструкция, которые сейчас строятся по всему миру, функционирует на очень интересном принципе, подразумевающем огромный массив из зеркал (гелиостатов), направленных для нагрева системы хранения соли в центральной башне, а та в свою очередь используется для приведения в действие паровой турбины. В испанском варианте Gemasolar используется 2650 зеркал (гелиостатов), простирающихся на площади 185 га. Они концентрируют солнечное излучение в соотношении 1000:1. Температура на центральном приемнике в башне, расположенном на высоте 140 м, достигает 500 градусов по Цельсию. Расплавленные соли после нагрева хранятся в специальных термоемкостях, не позволяющих им охлаждаться слишком быстро. Таким способом обеспечивается круглосуточный нагрев воды, и паровая турбина может работать и в ночное время. На режим 24 часа в сутки станция вышла в начале июля прошлого года. Станция обеспечивает электроэнергией 25.000 близлежащих домов.

В Объединенных Арабских Эмиратах компания Masdar сейчас реализует сразу несколько более мощных проектов, по 100 МВт. И вполне вероятно, что южные пустынные области планеты скоро могут стать ее энергетическими донорами.

CSP-станциями интересуются по всему миру, а на базе испанских работающих проектов производится множество дополнительных исследований. Так, ученые из MIT (США) и RWTH Aachen University (Германия), проанализировав работу PS-10, пришли к выводу, что площадь расположения зеркал можно уменьшить на десятки процентов, но при этом увеличить эффективность. Если читать научно-популярную прессу, то можно встретить фразу о том, что исследователей вдохновил подсолнечник, хотя математикам все объясняет известный термин "спираль Ферма". То есть цветок вдохновил, скорее, известного ученого, а сама спираль описывает расположение семян в нем (каждый элемент расположен под "золотым углом" 137 градусов к своему соседу).

Расположение элементов по спирали Ферма

Дело в том, что в построенных сейчас CSP-станциях зеркала ставятся рядами по окружностям. Важным моментом при выборе расстояний является тень от зеркала и возможность ее попадания на другие. Если же их расстановку поменять согласно спирали Ферма, то потребуется меньше площади. В придачу, после математического моделирования распределения теней выяснилось, что такой вариант является более эффективным.

Американская армия ставит на солнце, ветер и гибриды

Осенью прошлого года автор этого материала ознакомился с великолепным документом, специальным выпуском журнала Accelerate - Energy Efficiency. Driving the Army's Fuel-Efficient Future, представленным "танковым подразделением" TARDEC (Tank Automotive Research, Development and Engineering Center) Министерства обороны США. Помимо того, что организация чисто военная, скажу, что под ее крылом проводятся ключевые исследования в различных областях, включая беспилотную наземную технику, поиск новых видов топлива и так далее. Многим нашим читателям аббревиатура TARDEC также должна быть знакомой по моим статьям о студенческих соревнованиях беспилотных наземных роботов IGVC.

Документ, о котором идет речь, содержит материалы, затрагивающие множество областей, касающихся топливного и энергетического обеспечения армейских подразделений, а также существующих реалий и перспектив.

Так, в статье главного редактора журнала приводится интересная статистика: в 2007 году для обеспечения передовых оперативных баз (forward operating bases, FOBs) было отправлено порядка 431 миллионов галлонов (американский галлон равен 3,78 л) топлива. Для чего потребовалось около 9000 конвоев для охраны и поддержки, каждый из которых состоял из примерно 120 солдат. Это огромные траты, не говоря уже о рисках для человеческих жизней.

Ситуацию с энергетическим обеспечением в ряде случаев можно эффективно решить за счет использования технологий с возобновляемыми источниками. В принципе, для США в общем смысле это нормальный ход вещей, потому как, по статистике Министерства энергетики Соединенных Штатов, уже в 2008 году 7% общей энергии в рамках страны вырабатывалось на возобновляемых ресурсах. Армию данная тенденция также коснулась, в 2009-м было реализовано порядка 66 энергетических проектов на возобновляемых источниках, выработавших около 190 триллионов Британских тепловых единиц (BTU - есть такая величина измерения, равная примерно 1055 Дж) энергии, что составило 2% от общего объема потребления. Вроде бы 2% звучит и не очень убедительно, но в переложении на деньги и риски даже такая цифра уже является достижением.

Портативная 300-ваттная солнечная станция, разработанная в Office of Naval Research

Дальше - больше. На данный момент ситуация разворачивается более глобально, и денег на обеспечение с помощью возобновляемых источников выделяется много. Военные базы переоборудуются за счет установки солнечных панелей и ветряков. При этом в последнее время на американских военных базах не в диковинку и электромобили, а сама военная техника переводится на гибридные топливные системы (в основном, дизель-электрические).

Военная база, оснащенная ветряками и солнечными панелями

В прошлом году TARDEC показала широкой публике целую плеяду машин на гибридных двигателях, среди которых можно было увидеть новую модель бронетанковой машины пехоты AMGV (The Advanced Mobility Ground Vehicle) производства General Dynamics Land Systems, грузовики MSV (Maneuver Sustainment Vehicle) и MTRV (Medium Tactical Replacement Vehicle).

Бронетанковая машина пехоты AMGV (The Advanced Mobility Ground Vehicle)

Кстати говоря, зайдя по ссылке, вы можете пролистать этот номер журнала, там есть отдельная очень интересная статья "Focus on Energy" Эрика Каллио (Erik Kallio), руководителя "Focus on Energy". В ней описаны проводимые исследования и показана испытательная установка TARDEC для гибридных систем HERMIT (Hybrid Electric Reconfigurable Movable Integration Test bed), а также рассказано о некоторых других тестах.

Исследовательский проект UMLA и Tecnalia (Испания)

Аграрный консорциум ULMA и исследовательский центр Tecnalia (оба находятся в Испании) разработали новый тип фотоэлектрических солнечных панелей для теплиц, которые могут генерировать электричество без негативного влияния на культуры, выращиваемые в их рамках, и обеспечивающих также охлаждение в летний период.

Ключевое ноу-хау заключается в правильном расположении панелей, а также в использовании оптических линз вместо систем слежения за положением солнца. Даже по фотографии ясно, что помимо всего прочего используется и тот факт, что летом солнце расположено высоко над горизонтом, а зимой низко.

Новые теплицы тестируются в Испании

Но, в целом, тут следует подождать официальных результатов. Летние испытания уже проведены, а зимние завершатся в марте этого года. Хотя, судя по всему, все проходит успешно.

К этим новостям следует добавить одну довольно важную для всех областей использования солнечной энергии с использованием панелей фотоэлементов - в прошлом году нашли способ их удешевить, технологической заменой традиционных кремниевых фотоэлементов на CIGS (селенид меди-индия-галлия). Они являются более дешевыми не по стоимости материалов, а, скорее, по их меньшему расходу на квадратный метр готовой панели.

Учитывая то, что использование солнечной энергии активно проникает в наш быт, все это выглядит уже не просто интересно, а перспективно. Многие наши читатели знают о том, что в 2011 году для тех же пользователей компьютеров предложили целый спектр устройств на солнечных батареях, подзаряжающих аккумуляторы (клавиатуры и т.п.), также есть системы зарядки для мобильных телефонов.

А если рассуждать в глобальном смысле, многие новые суперздания уже проектируются и реализуются с учетом применения в них новых технологий и использования альтернативных источников энергии.

Вместо завершения

Довольно часто можно встретить пугающие фразы, что мировая энергетика подчинена мощным и вездесущим атомным или нефтяным лобби, но, как показывает практика и рассмотренные нами примеры, все это не так. На альтернативные источники энергии, их освоение выделяются огромные средства, процент замещения постоянно растет, особенно в развитых странах.

И, как вы видите, в большинстве случаев мы говорим не о непомерных тратах, а об экономической выгоде, что радует.

Кристофер,
itcs.3dn.ru