Ученые Пермского политеха модернизировали буровой насос для добычи нефти и газа: его конструкция стала проще и компактнее, управление — надежнее, а стоимость — ниже по сравнению с аналогами.
Насос — главный элемент буровой установки. Он подает специальные растворы в скважину для охлаждения и смазывания оборудования. Это позволяет ускорить процесс бурения и стабилизировать давление (за счет того, что жидкость давит на стенки породы) в скважине. С помощью буровой жидкости, циркулирующей вниз и вверх, также удаляют отходы — твердые частицы породы, которые образуются при бурении скважины. Существующие модели насосов громоздки: их масса достигает нескольких тонн, длина — пяти метров. Это затрудняет их транспортировку на промысел. Сложна и система управления таким насосом: при механической перегрузке возможны сбои и выход из строя.
Специалисты поместили насосный агрегат и двигатель, который обеспечивает его работу, в один корпус. Вместо использования трансмиссии — всех механизмов, которые соединяют двигатель с теми деталями, что должны двигаться, — вращающуюся часть электродвигателя (ротор) непосредственно соединили с коленчатым валом — устройством, которое преобразует возвратно-поступательные движения во вращательные. За счет этого механическое движение от электродвигателя стало передаваться напрямую насосу без промежуточных механических устройств (трансмиссии).
Новый подход упростил конструкцию насосного агрегата и снизил количество подлежащих износу и обслуживанию частей. Единый корпус для насоса и двигателя сделал устройства компактнее и надежнее, а их транспортировку — проще.
Политехники надеются, что их разработку можно будет применять на любых электрических буровых установках. На нее выдан патент. Планируются создание прототипа и проведение тестирования.
Корпорация CATL, лидер в производстве аккумуляторов, представила на рынок новый продукт под названием TENER. Он отличается от остальных своим уникальным свойством - нулевой деградацией в течение первых пяти лет эксплуатации, что является революционным для индустрии. В отличие от литий-ионных аккумуляторов, склонных к потере мощности и емкости со временем, TENER создан для долговечности и стабильности.
TENER состоит из массива прочных литий-железо-фосфатных батарей, собранных внутри стандартного 20-футового контейнера для транспортировки. Его мощность составляет 6,25 МВт⋅ч, а плотность энергии достигает 430 Вт⋅ч/л. Эффективность новой модели увеличена на 30% по сравнению с предыдущей версией, а также он способен выдержать до 15 тыс. циклов перезарядки и проработать до 20 лет.
Одной из особенностей TENER является использование "биомиметического" межфазного слоя твердого электролита и "технологии самосборки электролита", что позволяет переносить ионы лития без потери мощности и сохранения емкости аккумулятора. При этом контроль над тепловым режимом также остается неизменным. В будущем управление состоянием аккумулятора будет поручено искусственному интеллекту, что обещает еще более эффективное использование энергии.
Управление перспективных исследовательских проектов Министерства обороны США (DARPA) заключило контракт с корпорацией Northrop Grumman на разработку концепции сети железных дорог на Луне. Это соглашение подписано в рамках программы по изучению возможностей лунной архитектуры на ближайшие годы (LunA-10).
Northrop Grumman должна предложить структуру железной дороги, используемые интерфейсы и ресурсы. Она составит список прогнозируемых затрат, технологических и логистических рисков, а также разработает прототипы для оценки разных концепций. Кроме того, Northrop Grumman предстоит показать, можно ли построить такую сеть только с использованием роботов, и предусмотреть возможность обслуживания и ремонта инфраструктуры.
Говорить о реализации такого проекта в ближайшее время пока преждевременно. Однако в DARPA уверены, что когда необходимость в транспортном обслуживании будущих лунных баз возникнет, отрасль должна быть к этому готова.
В мире электромобилей борьба за лидерство неизменно продолжается, и в последние годы одной из главных "битв" стала гонка между американской Tesla и китайской компанией BYD. Обе компании представляют передовые технологии и производят высококачественные электрокары, поэтому их конкуренция становится все более острой.
Недавно Tesla смогла обогнать BYD и вернуть себе лидерство на рынке электромобилей. Это стало возможно благодаря успеху Tesla Model 3, которая стала самой продаваемой моделью в мире среди электромобилей. Благодаря своей высокой производительности, дальности хода и инновационным технологиям, Model 3 завоевала сердца миллионов потребителей по всему миру.
BYD, в свою очередь, также активно развивается на рынке электромобилей и выпускает множество успешных моделей. Компания является самым крупным производителем электромобилей в Китае и имеет амбициозные планы по расширению своего бизнеса как внутри страны, так и за ее пределами.
Однако, несмотря на усилия BYD, Tesla все же смогла обогнать китайскую компанию и вернуть себе позицию лидера на рынке электромобилей. Это показывает, что потребители все более предпочитают продукцию Tesla из-за ее качества, надежности и инновационности.
В целом, конкуренция между Tesla и BYD является здоровой и стимулирует развитие отрасли электромобилей. Обе компании продолжают инвестировать в исследования и разработки новых технологий, чтобы удовлетворить спрос потребителей на экологически чистые и высокотехнологичные автомобили. Надеемся, что эта конкуренция будет только способствовать развитию индустрии электромобилей и привести к появлению еще более передовых моделей на рынке.
Все, что было рассказано в предыдущем посте, неосуществимо по энергетическим причинам, по крайней мере в рамках наших современных знаний о природе, а теперь посмотрим по каким причинам.
В графике замедления времени есть очень интересный факт - замедление времени и γ - фактор Лоренца равны, а еще, γ - фактор Лоренца показывает сколько энергии в виде антиматерии+материя со стопроцентным КПД нужно затратить на разгон ракеты.
И отсюда следует, чтобы получить 70 кратное замедление времени нам надо затратить 35кг антиматерии+35 кг материи для разгона 1 кг ракеты до субсветовой скорости. Печаль.
Посмотрим, что можно предпринять на практике если у нас будет антиматерия. Возьмем скорость звездолета в половину скорости света, а именно 150 000 км в сек и посмотрим сколько нам надо энергии для разгона 1кг корабля:
Для вычисления кинетической энергии объекта, движущегося с релятивистской скоростью (близкой к скорости света), мы должны использовать формулу из специальной теории относительности:
E = (γ - 1)mc²
где E - кинетическая энергия, m - масса объекта в покое, c - скорость света, и γ (гамма-фактор) выражается как:
сколько надо антивещества и вещества для аннигиляции, чтобы выделилось 14000 ТДж
Давайте рассчитаем, сколько материи и антиматерии нужно аннигилировать, чтобы получить 14000 ТДж энергии.
По формуле Эйнштейна, энергия, выделяемая при аннигиляции, связана с массой аннигилирующих частиц соотношением:
E = mc²
где E - выделившаяся энергия, m - суммарная масса аннигилировавших частиц, c - скорость света.
При аннигиляции массы m материи и массы m антиматерии суммарная масса аннигилировавших частиц будет 2m. Подставляя это в формулу, получаем:
E = 2mc²
Нам нужно найти m, зная E. Выразим m из этого уравнения:
m = E / (2c²)
Подставим известные значения:
E = 14000 ТДж = 1.4 × 10^16 Дж
c ≈ 3 × 10^8 м/с
m = (1.4 × 10^16) / (2 × (3 × 10^8)²) ≈ 0.0778 кг ≈ 77.8 г
Таким образом, для получения 14000 ТДж энергии путем аннигиляции нужно аннигилировать около 77.8 граммов материи и столько же антиматерии, то есть в сумме около 155.6 граммов.
Вариант путешествия на ракете весом 1000 тонн с 156 тоннами антиматерии выглядит уже интереснее, но вопрос в том - где взять столько антиматерии и как научиться преобразовывать ее в энергию разгона со 100% КПД?
Предположим, что мы отбросили идею с ракетой, и хотим просто отправить 1кг зонд-исследователь в разведку к ближайшим звездам. Допустим, что у нас есть метод подпитки зонда по лазерному лучу с Земли. И посчитаем, сколько надо электроэнергии для подпитки аппарата (14000 ТДж):
Сначала переведем 14000 ТДж в гигаватт-часы (ГВт⋅ч), так как электростанции обычно измеряют свою выработку в этих единицах.
1 ТДж = 10^12 Дж
1 ГВт⋅ч = 3.6 × 10^12 Дж
Таким образом, 14000 ТДж = 14000 × 10^12 Дж = 14000 / 3.6 ГВт⋅ч ≈ 3889 ГВт⋅ч.
Теперь рассмотрим электростанцию с 4 гигаваттными блоками. Если все блоки работают на полную мощность, то общая мощность электростанции составляет:
4 блока × 1 ГВт/блок = 4 ГВт
Теперь мы можем вычислить время, необходимое для выработки 14000 ТДж или 3889 ГВт⋅ч энергии:
Время = Энергия / Мощность
= 3889 ГВт⋅ч / 4 ГВт
≈ 972 часа
≈ 40.5 дней
Итак, электростанции с 4 гигаваттными блоками, работающими на полную мощность, потребуется около 972 часов или 40.5 дней, чтобы выработать 14000 ТДж энергии. Да еще надо затратить столько же энергии на торможение аппарат в точке прибытия аппарата. А это у нас, на секундочку, ЛАЭС в Сосновом Бору. И работать ей на один 1кг зонд 40 дней на разгон и 40 дней на торможение.
И, в заключение, рассмотрим еще один вариант - ядерную или термоядерную ракету. А вот здесь есть такой факт: в расчете на единицу массы аннигиляция материи и антиматерии является самым энергоемким процессом, превосходя деление урана примерно в 2000 раз, а термоядерный синтез - примерно в 500 раз, значит на разгон 1 кг до половины скорости света нам потребуется уже не 155.6 граммов антиматерии, а 77кг термоядерного топлива или 310кг урана. С инженерной точки зрения я не вижу вариантов сделать такую ракету.
Остается ограничиться разгоном до 0.1 скорости света, а вот тогда кинетическая энергия 1 кг ракеты, движущейся со скоростью 30000 км/с (10% скорости света), составляет около 4.5 × 10¹⁴ Дж или 450 ТДж. Соответственно, для получения 450 ТДж энергии путем термоядерного синтеза по реакции D-T потребуется около 0.53 кг дейтерия и 0.80 кг трития, в сумме около 1.33 кг термоядерного топлива. А урана потребуется 5.32 кг на разгон и 5.32 кг на торможение.
Все расчеты проводились при допущении 100% КПД. Вот такая у нас печальная мечта о звездах!
Специалисты из компании "Росатом" разработали плазменный ускоритель, который станет основным компонентом плазменного двигателя для будущих космических аппаратов, пригодных для межпланетных полетов. Этот ускоритель является необходимым элементом для создания первых прототипов таких двигателей, которые обладают высокой тягой (более 6 Н) и высоким удельным импульсом (более 100 км/с).
Проект такой силовой установки, работающей в импульсно-периодическом режиме, предполагает мощность около 300 кВт. "Росатом" уверен, что разработка плазменных силовых установок с мощностью в сотни киловатт позволит успешно осуществлять миссии на другие планеты, организовывать регулярные грузоперевозки между Землей и Луной, а также продвигать Россию на новые уровни в исследовании космоса.
Ученые Университета МИСиС разработали методику нанесения защитных жаропрочных покрытий на лопатки турбин электростанций и авиадвигателей. Предложенный ими способ позволяет придать материалам дополнительную устойчивость к окислению и долговечность при работе в условиях экстремально высоких (до 850 градусов) температур.
Как рассказали «Энергии+» авторы разработки, они воспользовались технологией импульсно-дугового вакуумного бесконтактного плавления. Для этого покрытие в виде гранул толщиной 200–500 микронов (в восемь раз толще обычной полиэтиленовой пленки) разместили на поверхности детали. Затем ее расположили в вакуумной камере на специальном столике, способном перемещаться по трем осям координат.
За наплавление гранул на поверхность детали отвечала установка с вольфрамовым «жалом» тоньше швейной иглы, на кончике которого генерировалась импульсная электрическая дуга. За счет возможности перемещения по трем осям такой электродспособен точно «сканировать» обрабатываемую деталь и наплавлять каждую гранулу отдельно.
В работе использовался сплав титана, ниобия и алюминия с повышенным содержанием последнего. В результате полученное покрытие показало высокую устойчивость к окислению при сохранении оптимальных механических характеристик основного материала. Благодаря этому предложенный метод — кандидат для внедрения в разные отрасли промышленности, включая энергетику и ракетостроение.
— Константин Купцов. Старший научный сотрудник научно-учебного центра Университета МИСиС и Института структурной макрокинетики и проблем материаловедения РАН.
Сейчас авторы методики работают над ее совершенствованием.
Современная жизнь немыслима без электроэнергии. Но выработка и потребление электричества в течение суток осуществляются неравномерно. Например, вечером все включают освещение, потребление электроэнергии резко возрастает, ночью потребление минимально — все спят. А вырабатывается электричество примерно равномерно в течение суток. Значит, нужно электроэнергию ночью запасать, а днем и вечером отдавать. Но как? Для этого под Москвой построили огромный аккумулятор, но принцип его действия сильно отличается от тех, что у вас в телефонах или в автомобилях.
Загорская ГАЭС
ГАЭС расшифровывается как гидроаккумулирующая электростанция. Не вздумайте назвать гидроатомной, с АЭС тут мало общего.
Указатель «Загорская ГАЭС»
Гидроаккумулирующая электростанция состоит из двух водоемов, расположенных на разных уровнях, двигателей-генераторов, мощных насосов и труб, связывающих эти водоемы. Когда в энергосети избыток электроэнергии, насосы гонят воду в верхний водоем. Когда наступает пик потребления, вода спускается по водоводам и крутит генераторы, вырабатываемая электроэнергия подается в сеть. Таким образом, сглаживаются пиковые нагрузки.
Загорская гидроаккумулирующая электростанция (ГАЭС) — крупнейшая в России. Расположена она на реке Кунья недалеко от поселка Богородское в Сергиево-Посадском районе Московской области. Решение о ее строительстве было принято 50 лет назад, в 1974 году, сами сооружения начали строить в 1980 году, в 1987 году был пущен первый гидроагрегат. Электростанция входит в структуру ОАО «Русгидро».
Объект обнесен колючей проволокой, посторонним там не место. Но с противоположной стороны, от поселка с запоминающимся названием Выпуково, открывается прекрасный вид на комплекс сооружений, первое фото снято оттуда.
Табличка у ГАЭС. Фото автора
Перепад высот между водохранилищами — 100 метров. Трубы-водоводы, соединяющие верхний и нижний водоемы впечатляют своими размерами. Длина каждого — 724 метра, диаметр — 7,5 метров. Чтобы выдержать напор воды, водоводы сделаны из стали толщиной 1 сантиметр, заключенной в бетонную оболочку. Толщина бетонной оболочки — 40 сантиметров.
Загорская ГАЭС
Сверху Загорская ГАЭС выглядит как два больших водоема, соединенных нитками водоводов. Общий объем верхнего бассейна около 30 миллионов кубометров, нижнего — около 50 миллионов кубометров.
Загорская ГАЭС со спутника. Фото: Яндекс.Карты
В машинном зале размещены шесть гидроагрегатов, каждый из которых может работать в турбинном или насосном режиме. В течение суток может происходить 5-7 пусков-остановок и переходов из одного режима в другой.
Загорская ГАЭС. Фото: РусГидро
Рядом с Загорской ГАЭС решили построить ГАЭС-2. Конструктивно она должна стать примерно такой же, нижний бассейн станет общим для двух очередей ГАЭС. После введения в строй Загорской ГАЭС-2 она должна была стать крупнейшей в Московской области электростанцией. Но во время строительства и испытаний что-то пошло не так, под машинным залом просел грунт, здание перекосило. Строительство было остановлено, было возбуждено уголовное дело. В 2017 году объект законсервировали и планировали достраивать, до сих пор судьба ГАЭС-2 окончательно не решена.
Строящаяся Загорская ГАЭС-2
Загорская ГАЭС успешно работает и играет важную роль в развитии села Богородское, расположенного неподалеку. Теперь это большой современный благоустроенный поселок городского типа.
Поселок Богородское
Сейчас мощность Загорской ГАЭС в турбинном режиме составляет 1200 МВт, в насосном режиме – 1320 МВт. Среднегодовая выработка электроэнергии – 1 900 млн киловатт-час. ГАЭС играет важную роль в энергосистеме центра России.
Загорская ГАЭС и Богородское
А вообще, конечно, Загорская ГАЭС — сооружение очень интересное. Похоже на гидроэлектростанцию, но задача ГАЭС не добывать энергию, а запасать ее, хотя считают именно выработку. В 2023 году Загорская ГАЭС выработала 1,873 млрд кВт·ч электроэнергии. КПД этого гигантского аккумулятора составляет около 74%.
Загорская ГАЭС, на противоположном берегу — Выпуково. Фото: РусГидро
Остается только добавить, что летом местное население также использует окрестности гидросооружения и по другому назначению — для купания и рыбалки.
Ребята на дамбе на реке Кунья
Осмотр Загорской ГАЭС отлично ложится на маршрут из Москвы в Калязин. Если любите смотреть всякие интересные сооружения, можно сделать небольшой крюк, проложив путь через Выпуково.