Новости энергетики

Новая импульсная магнитная система стала самой крупной и мощной в мире. Она будет удерживать раскаленную до 150 миллионов градусов плазму. В создании системы участвовали специалисты из разных стран. Так, в России разработали и изготовили сверхпроводники, магниты и другие важные компоненты.

Работы по созданию термоядерного реактора позволили создать множество сопутствующих технических и технологических решений, которые могут быть полезны в других отраслях науки и производства. Принципы создания вакуума и управления плазмой могут пригодиться при производстве высокотехнологичных материалов, в различных плазменных технологиях, при нанесении защитных покрытий на высоконагруженные детали механизмов.

Станислав Субботин, начальник отдела стратегических исследований Курчатовского комплекса перспективной атомной энергетики НИЦ «Курчатовский институт»

Что касается энергетики, пока постройка и запуск исследовательского термоядерного реактора требуют колоссальных затрат, несмотря на внедрение новых технологий. По словам Станислава Субботина, приблизиться к масштабному внедрению термоядерных технологий люди смогут, когда вырабатываемая термоядерными реакторами энергия и нейтроны будут окупать затраты на их производство.

Обычно на станциях экологического мониторинга используют множество датчиков, размещенных на большой территории, поэтому обеспечивать такие станции энергией сложно. Устройство петербургских ученых работает автономно, может передавать информацию с датчиков на расстояние около 10 километров и не требует частой замены аккумуляторов: энергию в батареях производят микроорганизмы, главное — обеспечить их комфортными условиями и едой.

Система состоит из биоаккумулятора, модуля обработки информации и устройства передачи данных. Батарея представляет собой герметичную камеру, заполненную почвой. Генерация энергии идет за счет метаболизма почвенных микроорганизмов в специальных микробных топливных элементах. Бактерии едят органику (например, сахара в почве) и выделяют отходы жизнедеятельности, которые содержат электроны. Они «бегут» по проводам и попадают на устройство, электроды которого погружены в почву.

Электрический ток получается слабым — напряжением всего 0,4 вольта. Ученые пытались увеличить размеры батарей, но к значительному увеличению напряжения это не привело. Поэтому энергию приходится накапливать в системе. Когда напряжение достигает 3 вольт, включается микроконтроллер. Он считывает данные с датчиков и отправляет их по радиосвязи оператору. Затем цикл повторяется: бактерии питаются, заряд накапливается, микроконтроллер включается.

По словам разработчиков, система сможет работать без обслуживания годами. Главное ограничение — температура окружающей среды: если воздух охладится ниже минус 15 градусов, бактерии станут менее активными, и генерация будет идти значительно медленнее. Поэтому устройство лучше подойдет для теплых регионов или для использования летом. С помощью нее можно будет собирать данные об атмосферном давлении, влажности, температуре, концентрациях веществ с удаленных или больших территорий — например, заповедников или сельхозугодий.

Систему протестировали на грунтах болотистой местности. Ученые ведут переговоры о внедрении разработки.

Как сообщает пресс-служба китайской государственной энергетической компании Huaneng Group, грузовики под названием Huaneng Ruichi в составе флота предназначены для автономной загрузки, разгрузки и транспортировки материалов. Вместо двигателей внутреннего сгорания в них установлены электрические приводы и литий-железо-фосфатные аккумуляторы — эта разновидность литийионных батарей обладает длительным сроком службы и отличается быстрой зарядкой.

В том числе благодаря аккумуляторам Huaneng Ruichi смогут работать при температуре до минус 40 градусов. По заявлению компании, это рекорд среди беспилотных электрических карьерных самосвалов. Одной зарядки хватит на перевозку 90 тонн груза на расстояние около 60 километров.

Все грузовики связаны между собой сетью 5G и управляются искусственным интеллектом.

По словам Huaneng Group, внедрение беспилотных решений уже обеспечило 20-процентный прирост эффективности работы карьера. В перспективе автопарк планируют расширить до трехсот машин.

Асинхронные двигатели дешевые и надежные, но тратят много энергии и плохо управляемы, так как работают за счет вращающегося магнитного поля. Ток статора (неподвижной части) создает магнитное поле, которое «опережает» ротор (подвижную часть), заставляя его крутиться. Скорость вращения поля зависит от частоты подаваемого тока, и чтобы ее изменить — нужно менять частоту, что требует сложных устройств-преобразователей. Кроме того, механизмы должны поддерживать работу магнитного поля даже при малой нагрузке. Из-за этого образуется реактивная мощность, которая не совершает полезной работы, а нужна лишь для создания магнитного поля в обмотках статора и ротора. Это приводит к большому перерасходу электроэнергии.

Челябинские ученые научились автоматически регулировать магнитное поле внутри двигателя — уменьшать его, когда нагрузка маленькая, и увеличивать, когда нужна бо́льшая мощность. Для этого специалисты разработали устройство, представляющее собой микропроцессорный контроллер.

Мы создали такой алгоритм, который не нарушает устойчивости системы и может корректировать напряжение в диапазоне на 40–50% шире, чем традиционные методы. Это повышает эффективность всей системы. Наше устройство, добавленное к частотному преобразователю, позволит уменьшить реактивную мощность асинхронных двигателей.

Владимир Кодкин, профессор кафедры «Автоматизированный электропривод» Южно-Уральского государственного университета

Контроллер испытали на полигоне Копейского машиностроительного завода и в шахте. Результаты показали, что потери энергии в асинхронных двигателях уменьшились минимум на 50%, а общие потери снизились в 1,5–2 раза. Крупные нефтедобывающие компании планируют внедрить несколько десятков контроллеров на промыслах — там асинхронные двигатели используют в насосах, компрессорах и другом оборудовании.

Впервые о технически сложном проекте заговорили в 2020 году. Эксперты Российского газового общества подсчитали, что оптимальный объем резерва нефти должен составлять 10–20% от годового размера добычи. Это 55–100 миллионов тонн, исходя из показателя 2019 года, который использовали для расчета. Обычно на создание таких хранилищ с нуля уходит 10–12 лет, на базе выработанных месторождений — 3–5 лет.

В сентябре 2023 года Центральная комиссия Роснедр одобрила представленный «Роснефтью» проект небольшого нефтехранилища на Таймыре. Его главное отличие от больших нефтехранилищ, которые используют за рубежом, — в задаче: накапливать не долгосрочный (стратегический), а краткосрочный (операционный) запас.

Если опыт в Красноярском крае будет позитивным, рассмотрят идею построить подобные подземные хранилища и для стратегических запасов нефти.

Система представляет собой интеллектуальную цифровую модель. Она позволит описывать свойства вечной мерзлоты, предсказать ее изменения и выявлять факторы, важные для проектируемой инфраструктуры и сохранения уже созданных объектов.

Интеллектуальная система будет основана на результатах многолетнего наблюдения за грунтами, инженерных и научных исследований, зондирования Земли из космоса, метеорологической, геофизической и другой информации о ландшафте и геологии. Вычислительные модели и математические алгоритмы помогут выявить закономерности в данных для предсказания динамики температур пород на разной глубине и оценки геокриологической обстановки.

Создаваемая нами геоинформационная модель поможет комплексно описать состояние многолетнемерзлых грунтов на месторождениях и прилегающих к ним обширных участках Заполярья. Результаты будущих исследований помогут в организации эффективной и безопасной добычи и при реализации инфраструктурных проектов.

Сергей Доктор, глава департамента по добыче «Газпром нефти»

Над созданием цифрового сервиса работает команда специалистов «Газпром нефти», включающая инженеров, геологов, географов, геокриологов, проектировщиков и методологов. Сначала модель построят для западной части полуострова Ямал, где идет разработка крупных месторождений. В будущем система охватит и другие регионы в зоне вечной мерзлоты.

По словам заместителя директора Арктического и антарктического НИИ Юрия Угрюмова, цифровая платформа может интегрировать данные в создаваемую Росгидрометом государственную систему фонового мониторинга, что способствует формированию единого информационного поля для труднодоступных регионов России.

Сначала на промышленном 3D-принтере печатают заготовку литейной формы: ее послойно выращивают, используя огнеупорные материалы (например, керамику) и связующее (синтетическую смолу). Затем форму несколько раз пропитывают жидкостью с частицами диоксида кремния, гранулами оксида алюминия и полыми керамическими микросферами. Это позволяет заполнить поры, укрепить структуру материала и сделать его устойчивее к высоким температурам. В конце форму спекают при 1200 градусах — при такой температуре керамические связи укрепляются, а органическое связующее удаляется.

Готовая форма подходит для заливки металлами в вакууме. Так как органическое связующее из материала удалили, в вакуумной камере не будут выделяться газы, ухудшающие качество сплава и отливки, — это главное преимущество таких форм перед обычными 3D-печатными. В отличие же от фотополимерных керамических форм, изготовленных из смолы и затвердевающих под ультрафиолетом, новые точнее и проще в производстве.

Новый метод пока находится на стадии отработки. Если все испытания пройдут успешно, то со временем мы сможем получать крупные отливки, так как размер бункера промышленной установки для 3D-печати форм составляет 2,5 на 1,5 на 1 метр.

Андрей Колтыгин, директор инжинирингового центра литейных технологий и материалов НИТУ МИСИС

Ученые получили экспериментальные отливки из жаропрочного никелевого сплава. Исследования показали, что методика позволяет достичь высокой прочности форм при минимальной усадке — 0,5–1,8%. Это меньше, чем при использовании других способов 3D-печати керамических литейных форм.

Специалисты рассчитывают, что после доработки технология найдет применение в авиационной и энергетической промышленности, где нужны сложные детали из жаропрочных сплавов. Самое перспективное направление — производство лопаток турбинных установок и авиадвигателей.