Выбор редакции
17 октября, 00:05

Лекция в Ставрополе 20 октября

  • 0

На мероприятии "Открытые лекции популяризаторов науки" 20 октября в Ставрополе прочитаю лекцию про возобновляемые источники энергии - их бурный рост, технологии, взаимосвязь с другими источниками, перспективы, проблемы и т.п. Один раз уже эту лекцию читал на Гикпикнике, и вроде всем (в т.ч. мне) понравилось, так как удалось уложить в нее многие наработанные за последние годы мысли и аналогии по этому явлению, которое для большинства пока еще терра инкогнита.Конкретика:Если кто-то из Ставрополя меня читает - приходите.

Выбор редакции
07 октября, 22:54

Даунгрейд сделал исследовательский реактор ВВР-К лучше

  • 0

Все ядерные реакторы в мире можно поделить на 4 категории: энергетические, транспортные (атомные подводные лодки), наработчики изотопов и исследовательские. Интересно, что последняя категория почти что не мелькает в СМИ, но при этом является наиболее массовой: в мире работает 670 исследовательских реакторов и критсборок. Сегодня мы поговорим немного об этой категории реакторов в целом и об одной любопытной модернизации исследовательского реактора ВВР-К в Казахстане.Вид на исследовательский реактор бассейнового типа - на дне в центре большого бака с водой расположена активная зона с квадратными тепловыделяющими сборками (ТВС). Итак, исследовательские реакторы (ИР) - обширный зоопарк типов реакторов, решающих следующие задачи:Учебные реакторы для подготовки кадров атомной отрасли, обычно это бассейновые реакторы мощностью до 5 мегаваттИсследовательские реакторы, на которых отрабатываются новые идеи по технологиям и схемам реакторов - сегодня это всякие жидкосолевые или растворные машины, реакторы со сверхкритической водой и т.п. - в общем в тех прорывных направлениях, где очень сложно построить сразу большую машину.Источники нейтронов для физических задач, обычно это исследования материалов, их динамики, нейтронография, нейтронный активационный анализ и т.п. Материаловедческие реакторы - универсальные машины для испытания новых материалов (очевидно) для энергетических реакторов но также для первичной оценки новых конструкций топлива, изучения поведения топлива при авариях, изучения технологий новых теплоносителей (жидкие металлы, соль, газы) и т.д. Наработчики изотопов - часто эту функцию совмещают с предыдущей. Сегодня реакторы активно используются для наработки медицинских изотопов, кобальта-60, изотопов для науки и т.п.Критические сборки. Это реакторы околонулевой мощности, на которых экспериментально проверяются нейтронно-физические расчеты и безопасность новых конструкций реакторов (де-фактов все сильно новые конструкции и композиции реакторов проходят моделирование на критсборках).Из этого спектра ИР типы 1,2,6 обычно имеют невысокую мощность и относительно просты по конструкции, а 3,4,5 - наоборот относятся к так называемым высокопоточным реакторам. Видео пуска и работы 5-мегаваттного учебного реактора Penn State Breazeale Reactor типа TRIGA Mark-IIIОсновной удельной характеристикой высокопоточных реакторов является, как следует из названия, высокий поток нейтронов в активной зоне (АЗ). Чем выше поток нейтронов - тем быстрее можно провести материаловедческое исследование (например за 3 года против 10) или наработать новый изотоп. Более того, некоторые изотопы, скажем Калифорний 252 невозможно получить в реакторе с низким потоком - он будет распадаться быстрее, чем нарабатываться.Как добиваются высокого потока нейтронов в реакторе? Нейтроны в АЗ рождаются в делениях топливного материала и далее либо улетают за пределы АЗ, либо поглощаются конструкционными материалами в АЗ, либо продолжают цепную реакцию, вызывая следующее поколение делений. Самый мощный “рычаг” увеличения потока нейтронов - это чаще делить атомы топлива (урана 235, 233 или плутония 239), т.е. просто увеличить мощность. Больше тепловая мощность - больше нейтронная мощность (точнее, в обратном порядке) - больше поток нейтронов. Таким образом, используя стандартные решения от энергетических собратьев легко получить нейтронный поток ~10*14 нейтронов в секунду через сантиметр квадратный в центре активной зоны. Но, понятно, всегда хочется большего (например исследовать повреждения нейтронами металлов реактора быстрее чем в реальном времени, не 60 лет, а хотя бы 6). Первое, что сделали инженеры-проектировщики ИР - это увеличили теплонапряженность твэлов ИР, поменяв их конструкцию. Круглые трубки с таблетками UO2 - это хорошо, но нам нужно большее соотношение площади поверхности к объему топлива. Так появились тепловыделяющие сборки ИР с трубчатыми и пластинчатыми твэлами. К сожалению на этом пути быстро встала проблема с нейтронной физикой - увеличивая площадь мы увеличиваем удельную долю материала оболочек и теплоносителя в активной зоне. Все больше нейтронов поглощается этими “паразитными” материалами, и в какой-то момент реактор перестает выходить на критичность. Тупик? Нет, можно же поднять концентрацию топливого материала - например долю изотопа U235 в уране топлива. Оружейный уран? Не вопрос, именно на нем работают самые высокопоточные реакторы мира. Кроме того, можно отказаться от традиционного для энергетика использования оксидной керамики UO2 и перейти на какой-нибудь сплав урана с алюминием или молибденом в твэлах - он более теплопроводный, а значит нейтронную/тепловую мощность в реакторе можно задрать еще повыше. Таким образом нейтронный поток в свое время удалось поднять до максимальных значений в 10^15 нейтронов в секунду на сантиметр квадратный. Десятикратное преимущество на энергетическими реакторами - уже неплохо! Параллельно велась оптимизация и нейтронной физики. Например, обычная вода довольно неслабо поглощает нейтроны - поэтому в жидкометаллическом теплоносителе нейтронный поток еще выше за счет “дальних” нейтронов, прилетевших с периферии активной зоны (в водяном теплоносителе они не долетают - поглощаются). Можно оставить воду в качестве теплоносителя, но замедление выполнять “нейтронно-прозрачным” бериллием, более того из бериллия можно сделать “нейтронную ловушку” в центре реактора, в которую влетают быстрые нейтроны, замедляются об бериллий и остаются в нем (т.е. медленные нейтроны вылетают из ловушки в целом реже чем влетают быстрые чисто по геометрическим соображениям) - такая ловушка есть, например в одном из самых высокопоточных реакторов мира СМ-3 в НИИАР.Сразу три ИР в одном кадре - СМ (коричневый квадрат на заднем плане), РБТ-10/1 (торчащие в ряд трубки слева снизу кадра), РБТ-10/2 (трубки возле центра кадра) В итоге исследовательские реакторы постройки конца 70х годов достигли потока нейтронов в 2-5*10^15 в реакторах с водой, а на жидком металле и в 10 на 10*15 нейтронов в секунду на квадратный сантиметр. История закончена? С инженерной точки зрения - практически да, т.к. удельная тепловая мощность таких реакторов достигает предела, и рекорды плотности потока нейтронов начинают сказываться на удобстве эксплуатации (например, реактор становится слишком чувствителен к поглощающим нейтроны продуктам деления топлива и буквально через 10-15 дней его приходится останавливать и грузить свежее топливо).Но тут возникает новое явление. Контролирующие органы начинают задумываться, надежно ли охраняются запасы оружейного урана и плутония в сотнях исследовательских центрах и университетах по всему миру? Не было ли слишком поспешным решение повышать удельные характеристики ИР раскидывая по всему миру столь заманчивый материал? Главный американский исследовательский реактор HFIR (или один из двух главнейших) работает на оружейном уране и имеет крайне необычную конструкцию активной зоны - она составлена из одной единственной тепловыделяющей сборки, замену которой мы видим на фотографии.Из очевидных ответов на эти вопросы рождается программа МАГАТЭ RERTR направленная на “даунгрейды” ИР в мире, работающих на высокообогащенном уране или плутонии с целью перевода их на низкообогащенное топливо. Всего в мире работает порядка 200 с небольшим ИР на ВОУ/плутонии, которые и должны были стать целью программ конверсии топлива.Должны были, но не стали. Замена высокообогащенного урана в топливе на низкообогащенный “в лоб” приводит к тому, что реактор перестает работать, т.к. содержание делящихся материалов в реакторе падает меньше критического порога. Разумеется, можно увеличить объем полостей твэлов для топлива - однако, опять же, если делать это “в лоб”, это приведет к уменьшению максимальной допустимой мощности реактора, снижению нейтронного потока и прочих полезных характеристик. Поэтому, выполняя настойчивые пожелания по конверсии реактора его владельцы либо сталкиваются с падением полезной производительности… либо идут на всякие инженерные ухищрения, чтобы и перевести реактор на НОУ-топливо и остаться с теми же характеристиками. Давайте посмотрим на одну такую историю - реактор казахстанский исследовательских реактор ВВР-К, конвертированный в 2016 году.Реактор ВВР-К в реакторном зале. Точнее сам реактор размером с 200 литровую бочку расположен в центре бака, который стоит в центре бетонной биозащиты, которую мы и видим. Слева внизу - укрытие нейтроноводов.Пущенный в 1967 году, реактор бассейнового типа ВВР-К мощностью в 6 мегаватт используется Казахстаном сразу как источник нейтронов для научных и прикладных задач, материаловедческий реактор и наработчик изотопов. После распада СССР Казахстан получил в свое распоряжение реактор, работающий на урановом топливе с обогащением по 235U в 36%, поэтому через какое-то время попал под Российскую программу конверсии ВОУ реакторов в НОУ реакторы (которая охватила все подобные установки по всему бывшему СССР и восточному блоку). Разрез по конструкции ВВР-КОднако владельцы реактора - Казахстанский Институт Ядерной Физики не хотели мириться с ухудшением характеристик реактора (в 1990х годах КИЯФ научился продавать облучательное время своего реактора на международном рынке, поэтому ВВР-К являлся не обузой, а кормильцем). Совместно с российскими НИКИЭТ, ТВЭЛ, ВНИИНМ и СНИИП-Систематом были разработаны такие решения по топливу и активной зоне ВВР-К, которые позволили поднять характеристики установки при конверсии на НОУ-топливо. Исходно ВВР-К имел в активной зоне 85 гексагональных ячеек, в которых было расположено 6 каналов для облучения, 3 стержня аварийной защиты, 76 ТВС с трубчатыми твэлами, в 6 из которых были вставлены поглощающие элементы системы управления и защиты. Активная зона реактора окружена легководным отражателем нейтронов. Каждая ТВС содержала 5 концентрических шестигранных трубчатых твэла “бутербродного типа”, в котором между двумя оболочками из алюминиевого сплава располагался тонкий слой топлива - дисперсии мелких кристаллов UO2 в алюминии (содержание UO2 - 12%). Это решение позволяет очень интенсивно отводить тепло от уранового топлива, позволяя развивать высокие нейтронные мощности.Различные виды ТВС с развитой теплообменной поверхностью. Топливо представляет собой тонкую пластинку, закатанную в алюминиевый сплав в виде листа - твэла.Первым делом при конверсии обогащения топлива 36% -> 19,7% (топливо с обогащением <20% считается низкообогащенным) надо было как-то пропорционально поднять содержание урана в алюминиевой топливной матрице. На счастье ИЯФ в ТВЭЛ и ВНИИНМ были разработаны технологии, позволяющие формовать твэлы из топлива 70% алюминия + 30% UO2. При этом в силу увеличения концентрации топлива для обеспечения теплоотвода пришлось делать топливные листочки и их оболочки тоньше, а количество твэлов в ТВС увеличивать с 5 до 8.Сечение старого и нового топлива ВВР-К и параметры нового топливаОднако в итоге масса урана в каждой ТВС значительна возросла, что было использовано для уменьшения количества ТВС в активной зоне, а освободившиеся позиции были заполнены бериллиевым блоками. Т.к. бериллий поглощает нейтроны слабее воды, да и удельная тепловая мощность на литр активной зоны выросла, нейтронный поток в активной зоны в итоге получился выше, чем в исходном реакторе.  Увеличилось и количество периферийных облучательных каналов. При этом на реакторной установке не пришлось усиливать расход или напор охлаждающей системы, сокращать рабочии кампании реактора или еще как-то жертвовать производительностью.На мой взгляд, это прекрасный пример того, как ограничения и всякие “глупые” требования могут двигать прогресс вперед, в частности ТВЭЛ получил не только технологию нового керметного Al-UO2  топлива, но в рамках других программ конверсии разработал U-Mo-Si/Al топливо - все эти работы в будущем могут пригодится где-то еще. Процесс модернизации ВВР-ККроме того, “ретрофит” (новое содержимое в старых машинах) работы может быть не такие громкие, но важные с точки зрения рынка - мировой флот исследовательских реакторов стареет и умение модернизировать их, делать современное топливо для них позволяет Росатому зарабатывать на мировом рынке.     

Выбор редакции
05 октября, 12:32

Пятничный стимпанк

  • 0

Набрел тут на ролик с 600-сильным горизонтальным газовым двигателем.Представляю, сколько труда по смазке всех этих трущихся пар необходимо, что бы поддерживать эту машину в нормальном состоянии и сколько рук и пальцев она оторвала за срок службы.Для сравнения 350-сильный электродвигатель 30х годовТут, кстати, довольно необычный способ запуска - поскольку двигатель синхронный и имеет ощутимый момент только на рабочей частоте, то сначала до нее раскручивается корпус со статором (в обратную сторону), а затем человек тормозом постепенно останавливает корпус, а ротор с нагрузкой выходит на рабочие обороты по мере снижения оборотов корпуса (т.е. двигатель постоянно в синхронном режиме). Красивое решение для доэлектронной эпохи! 

Выбор редакции
25 сентября, 19:17

Ядерный Израиль

  • 0

В свете обострения отношения РФ и Израиля интересно посмотреть на оценки ядерного арсенала Израиля чуть глубже, чем "эксперты считают, что Израиль имеет х боеголовок". Как и в случае с Северной Кореей, информация тут распадается на 3 части: факты, оценки исходя из физики явлений и спекулятивные построения "как бы я сделал на месте израильтян".К известным фактам можно отнести три вещи: Израиль начал свою атомную программу еще в середине 1950х годов, Израиль никогда не подтверждал, но и не опровергал утверждения о наличии у него ядерного оружия, Израиль импортировал из Франции в конце 50х годов ядерный реактор, который был пущен в ядерном центре Димона. К почти достоверным фактам можно так же отнести информацию, которую слил в 1986 году бывший работник этого ядерного центра Мордехай Вануну, об этой информации мы еще поговорим.Шпионские фотографии Вануну моделей имплозивных устройств ЯВУ, сделанные в ядерном центре Димона. Тяжеловодный реактор это лучший вариант для производства оружейного плутония в небольшом масштабе, особенно если у вас есть доступ к тяжелой воде. Графитовый реактор почти так же хорош, но обычно сложнее по конструкции, больше по размерам и "съедает" больше урана на производство плутония. Оба перечисленных типа реакторов могут работать на природном уране, не требуя обогатительных мощностей, но тяжелая вода выглядит лучше. В силу того, что она очень слабо поглощает нейтроны, реактор с тяжеловодным замедлителем способен работать на уране ниже природной концентрации, в пределе - до 0,4% U235, для графитового реактора эти цифры скорее всего в районе 0,55%.Ядерный центр Димона с расстояния, при котором охрана не начинает стрелять в фотографа. В принципе, ничего интересного.Тяжеловодный реактор легко организовать по канальной схеме, получив в итоге поточное облучение блоков из природного металлического урана, а значит - поточное производство оружейного плутония. В итоге сам факт строительства тяжеловодного реактора в современном мире рассматривается, как взведение ядерного курка.Упрощенный чертеж корпуса реактора EL-3, по подобию с которым выполнен реактор в Димона. Бак с тяжелой водой установлен в графитовый отражатель, внутри бака - система каналов с охлаждением легкой водой, в которых размещено ядерное топливо (на чертеже, увы, не показано).Именно такой приспособленный под оружейные задачи реактор, известный под французским именем EL-102,  Израиль успешно вывел на критику в 1963 году. Изначально реактор был спроектирован на тепловую мощность в 40 мегаватт, т.е. больше, чем Сев. Корейский реактор в Йонбене. Кроме того, спутниковые снимки показывают, что система охлаждения модернизировалась как минимум 2 раза, сначала до 70 мегаватт и в середине 80х возможно достигла 140 мегаватт, во всяком случае именно такую мощность декларировал Вануну. Этот момент относительно спекулятивен, т.к. модернизация реактора с в общем-то кипящим замедлителем со 40 мегаватт до 140 (т.е. в 3,5 раза) сомнительна - от старого реактора в такой ситуации может остаться только здание, а способен ли Израиль на такие суровые доработки, с учетом радиоактивности поработавшего реактора, никто не знает. В общем из кубиков 40,70,140 мегаватт и дат видимых из космоса работ можно складывать различные сценарии кумулятивной наработки реактора El-102. Спутниковый снимок и реконструкция по описанию Вануну ядерного центра Димона. 1 - здание с реактором, 2 - радиохимический/металлургический завод, здесь в т.ч. производятся плутониевые питы (и здесь работал Вануну), 3 - здание для работы с ураном, в т.ч. металлическим, 4 - производство топлива для реактора, 5 - обогатительное производство. На фотографии так же видны градирни реактора размером ~10x30 метров, в вентиляторном исполнении таких может хватить для отвода и 200 мегаватт тепла. С учетом того, что физика производства плутония одинакова в Хэнфорде, Томске-7 и пустыне Негев,  можно расчитать предельную производтельность ядерного центра Димона по оружейному плутонию. В этой физике нам важен факт, что чем короче выдержка топлива в реакторе, тем выше кпд трансмутации U238 в Pu239 и чище плутоний (меньше старших изотопов), но одновременно тем меньше содержание плутония в облученном топливе и тем больше его остается из-за конечной эффективности химической экстракции из раствора. Поэтому есть некий оптимум выдержки, обычно от 400 до 1000 МВт*дней на тонну топлива. Для Димоны из интервью Вануну известно, что топливо "поджаривалось" от 415 до 450 мегаватт*дней на тонну, точнее этот показатель можно вывести из других цифр, озвученных изральиским госизменником. Расчеты производительности по плутонию для El-102. Верхяя линия - загрузка природного урана, выработка в граммах на мегаватт*день. С увеличением выгорания топлива (т.е. времени его пребывания в реакторе) эффективность наработки плутония падает. Нижняя линия - использование обогащенного до 1% урана: производительность падает (из-за меньшей необходимой загрузки урана и большей доли утечки), однако только на слегка обогащенном уране возможно производство трития из лития-6. При параллельном производстве лития производительность реактора по полутонию падает как минимум на 20%. Тут надо сделать отступ про самого Мордехая Вануну. С одной стороны в израильского пацифиста, пронесшего камеру на ядерный объект верится с трудом, и можно посчитать эти данные дезой. С другой стороны, Вануну был похищен и вывезен в Израиль, где затем отсидел 18 лет, после чего вышел и продолжил свою борьбу с государством - в такие долгоиграющие сценарии я не верю, хотя, конечно, конспирологам тут есть где разгуляться. В общем так или иначе, без опоры на слова Вануну вычислить ядерный арсенал Израиля можно только с кратной ошибкой, а если ему поверить, то полученные цифры будут лежать примерно в верхней половине "независимой" оценки, т.е. кардинально толика доверия тут картину не меняет.Еще фотографии Вануну - пульт управления экстракционной линией и перчатотный ящик для работы с плутонием. Все фото можно посмотреть здесь.Вернувшись к расчету, можно подсчитать верхний предел производительности по плутонию ядерного центра Димона (верхний он, потому что считается, что у центра не было долгих простоей на ремонты, аварии и апгрейды). Разнообразные сценарии утилизации французского реактора в Израиле имеют разную реалистичность - А и Е довольно маловероятны, а вот что из B,C,D наиболее близко к правде - мы не знаем. В итоге принято считать, что за свою историю Израиль наработал от 669 до 814 килограмм оружейного плутония, что пересчитывается в 150-200 боеголовок. Пересчитывать в боеголовки можно тоже по разному - например трехступенчатые термоядерные ЯВУ по схеме Теллера-Улама требуют плутония не только в первой ступени, но и в т.н. spark plug, входящем в систему детонации термоядерной части. Вануну сообщал, что в Димоне ведется производство трития на том же реакторе (для т.н. газового бустирования, относительно просто поднимающего мощность ядерного оружия деления с 20-40 кт до 60-80) и лития 6 (как исходника для трития и материала для термоядерного оружия), возможно, что как минимум часть ЯО Израиля представляет собой совершенные трехступенчатые системы мощностью в несколько сот килотонн. С другой стороны возможно, что и нет, т.к. даже если инцидент Вела - действительно испытание ядерного оружия Израиля, сомнительно, что по одному единственному испытанию можно спроектировать сложный термоядерный заряд. Кстати, в Израиле есть еще один реактор, 5-мегаваттный бассейновый IRR в ядерном центре Сорек. В отличии от военного собрата, этот реактор находится под контролем МАГАТЭ. Интересный момент еще расход урана, который Израиль должен добывать подпольно. Для варианта 814 кг плутония расчет показывает 848 ГВт*дней тепловой выработки реактора Димона, на которые уйдет примерно 1100 кг урана-235. С учетом того, что в производственном цикле можно использовать регенерированный уран (после извлечения плутония из него), на каждые 300 кг 235 изотопа надо найти ~100 тонн природного урана, на 1100 кг - 370 тонн. С учетом расхода нейтронов на другие задачи, возможных потерь, речь идет о 500-1000 тонн. По слухам, основную часть этого урана Израиль мог получить в ЮАР во времена апартеида в обмен на передачу информации о конструкции ЯО. В любом случае 500 тонн за 5 десятилетий - доставаемое количество.  Так или иначе, никто не сомневается, что у Израиля есть довольно приличный арсенал ядерного оружия (сравнимый с Индией и Пакистаном), есть и средства доставки, например двухступенчатая баллистическая ракета "Йерихон-3", видимо средней дальности, есть подводные лодки и на них (вполне вероятно) - крылатые ракеты с ядерными боеголовками. В общем загонять Израиль в угол может быть весьма опасно.Впрочем, надеюсь, что ядерные державы хорошо понимаю, что нарываться не стоит обоим сторонам. Простейшая прикидка удара 1 (одной) ракетой Р36М2 по городам Израиля дает мгновенное уничтожение страны...

Выбор редакции
18 сентября, 21:43

Калорийность нефти

  • 0

Мне почему-то регулярно попадаются высказывания вида "на каждую выращенную в поле калорию еды человечество тратит 5 калорий нефти". Вам не попадались? Короче есть такая фраза, циркулирующая в разных текстах, иногда это 7 калорий, иногда 5. И вот, я задумался, насколько она достоверна, и просто подсчитав в уме, понял, что это полная чушь.Смотрите - на Земле сегодня около 7,5 миллиардов людей. Каждый из этих людей съедает в день... ну кто-то 4000 килокалорий, кто-то 1500, какая-то еда пропадает, ну пускай в среднем 2500. В джоулях это будет 10,45 МДж еды у день. Всего людей 7,5 * 10^9, в году 3,65*10^2 дней, перемножаем, получаем 28,6*10*18 джоулей еды в год съедает человечество. Между прочим это почти тераватт тепловой мощности и близко к тепловой мощности всех АЭС... идея из матрицы людей батареек не так и плоха (шучу, плоха).Так вот, в мире в 2017 году добывалось 92,6 млн баррелей в год или 3,38*10^10 баррелей в год. В каждом барреле содержится... ну тут все конечно зависит от конкретики, но у нас есть "стандартный энергобаррель", boe, в котором содержится 6,12 ГДж энергии. Перемножаем, получаем 20,68*10^19 джоулей энергии получает человечество вместе с добытой нефтью. Разумеется, не вся эта энергия может быть потрачена на выращивание еды - у нас же есть знаменитый EROEI! Ну пускай будет 90% или 18,61*10^19А теперь последний шаг. Поделим ВСЮ добытую нефть на ВСЮ добытую еду - получаем 6,5 - без всяких степеней, просто калорийность добытой нефти в 6,5 раз выше калорийности выращенной еды. Узнаете цифру? Исходные "на каждую... тратят в 5...7 раз больше" получается простым делением.Разумеется, смысл от этого меняется. Тратят не в поле - а вообще. Это примерно как сказать, что на каждый m миллионов тонн выращенной пшеницы тратится n футбольных матчей - поделив всю пшеницу на все матчи за год.Ок, но сколько же топлива тратиться на выращивание еды? В развитых странах примерно в 50 раз меньше, чем изначальное утверждение про 5 калорий на 1 выращеннуюВпрочем, ситуация сложнее. Топливо - это всего лишь примерно четверть полных энергозатрат сельского хозяйства, да и транспортировка сельхоз продукции тоже сегодня является серьезным потребителем топлива, но статистически относится в другой раздел.UPD: Итого топливом мы вкладываем порядка 1/10 или чуть больше от выращенного, а если все-все затраты энергии посчитать, то мы приблизимся снизу к паритету, т.к. чуть больше выращиваем, чем вкладываем дополнительно своего (см всякие расчеты по биотопливам). Это еще интересно, потому что мне еще год назад казалось, что агротехнику на батарейки не пересадить никак (сейчас я уже не так уверен), и этот расход топлива будет всегда. Но это копейки, на самом деле, меньше авиации, скажем.

Выбор редакции
11 сентября, 10:38

Авиаоффтоп

  • 0

Пока я все не никак не допишу пост про свои ощущения по итогам визита на ИТЭР (ощущения смешанные, поэтому текст идет сложно), хочу затронуть одну хайповую тему - про самолеты "Сухой Суперджет". Буквально сегодня появилась новость "Аэрофлот закупает еще 100 SSJ". Так вот у меня есть что сказать по этому поводу. В город Экс-ан-Прованс, рядом с которым находится строительство ИТЭР я летел через Амстердам из Шереметьево, аэрофлотовским рейсом, и имел счастье проехаться мимо фактически кладбища аэрофлотовских Суперджетов. Расположено оно западнее терминала Шереметьево B (в девичестве - Шереметьево 1), и лично я насчитал 26 аэрофлотовских суперджетов (из общего флота 48 самолетов на тот момент), стоящих там. К сожалению, не сообразил сфотографировать это фееричное зрелище.  Расположение кладбища:Почему я называю это кладбищем? Почти все самолеты были зачехлованы, многие - весьма пыльные, некоторые стояли с выпущенной механизацией - явно не нормальное состояние. Справедливости ради, судя по статистике - летает у Аэрофлота все же не 50% парка, а 70% - за 9 дней сентября в воздух поднималось 33 машины. Не хочу сейчас вдаваться с обсуждение причин такой низкой утилизации флота, не специалист. Но мне кажется, что на фоне уже многолетних проблем налетом суперджетов в Аэрофлоте заказ еще 100 штук есть прямая дотация производства этих самолетов. К сожалению, решить проблемы загрузки производства нормальным путем - снижением себестоимости, улучшением надежности и обслуживания, маркетингом наконец, похоже не удается, и ОАК идет традиционным путем. Тут, правда, есть оправдание, что бизнес производсва самолетов один из самых сложных в мире, и создать его с нуля сегодня почти невозможно, но оправдание так себе...

Выбор редакции
01 сентября, 20:18

ЮАР больше не планирует новые АЭС

  • 0

Несколько лет назад планы на строительство аж 8 новых гигаваттных блоков в ЮАР (изначально даже речь шла о 9,6 ГВт) регулярно появлялись в профильной прессе: тендер на эти мощности то назначался, то отменялся, то становился известен победитель, то эта информация дезавуировалась - короче динамичненько и драматичненько.Однако, где-то к началу 2017 года все затихло. Пока несколько дней назад не появились планы по развитию электроэнергетики ЮАР на период до 2030 года, и оказалось, что вместо новых атомных мощностей в южной африке будут строить солнечную, ветровую и газовую генерацию.Смену курса связывают с отставкой президента ЮАР - поклонника атомной энергетики Джейкоба Зума в феврале 2018 года отстранили от власти. Впрочем, это довольно очевидное заключение может быть только частью правды: кроме ухода сторонников проекта строительства 8 гигаватт АЭС могут быть и рациональные аргументы на смену курса, в частности - гораздо более финансово щадящий режим строительства 6484 мегаватт фотовольтаики, 9462 мегаватт ветрогенерации, 8100 мегаватт газовых ПГУ - эти мощности строятся быстрее и начинают отбиваться раньше, кроме того проекты проще дробятся и отменяются.Стоимость заявленных мощностей, включая еще 2,5 гигаватта ГЭС и 6,7 гигаватт угольных ТЭЦ можно оценить в ~50...60 миллиардов долларов, а генерацию в 39 ТВтч от ВИЭ при КИУМ 0.27, 46 ТВтч от ГЭС и ПГУ при КИУМ 0,5 (считая, что у них будет компенсирующая задача) а так же 44 ТВтч от угольной генерации при КИУМ 0,75, всего 129 ТВтч или примерно +50% к современной генерации.С другой стороны, атомный проект, если бы его выполнял Росатом или Китайские подрядчики, обошелся бы в сумму около 40 миллиардов долларов и вырабатывал бы 63 ТВтч электроэнергии в год.Очевидно, что в лобовом сравнении по "капзатраты против выработки", АЭС проигрывают. Правда есть два но: где ЮАР будет брать природный газ для своих запланированных ПГУ (нужных для компенсации переменчивости ВИЭ) и какой реальный КИУМ будет показывать угольная генерация.Сейчас в ЮАР есть одна АЭС с 2 французскими реакторами по 970 МВт. Реакторы типа PWR, стандартные труженники 2 поколения, пущенные в 84 и 85 году. После замены парогенераторов несколько лет назад можно ожидать продления эксплуатации как минимум до середины 30х годов.Например, если газ будет привозным LNG, то ПГУ будут терять 25...50 млн в год на каждый тераватт*час по сравнению с АЭС, и чисто на этом моменте безатомная версия будущего южноафриканской энергетики проиграет в деньгах на периоде 10...20 лет.Впрочем, есть и другие варианты. Кроме существующего импорта трубопроводного газа из Мозамбика, в ЮАР сейчас развиваются проекты по добыче газа плотных коллекторов - как сланцевого, так и метана угольных пластов. Однако, все эти варианты тоже дают недешевый газ, в лучшем случае, выносящий паритет по LCOE с АЭС за стандартные периоды окупаемости.Из таблички выше интересен еще один момент - не смотря на ввод 6700 мегаватт угольных электростанций общие мощности этого вида генерации сократятся к 2030 году примерно на 20%. И это не смотря на то, что ЮАР очень богата энергетическим углем. У меня есть только одно объяснение таким планам - страна серьезно ставит задачу сокращения эмиссии СО2, только теперь собирается это делать солнечно-ветро-газовым миксом вместо атомного.В итоге для меня эта история - еще один тревожный звоночек, что атомной отрасли пора как-то ускорятся в плане поиска "нового облика" атомной энергетики, что бы оставаться в строю.

Выбор редакции
26 августа, 14:14

Солнечное электричество 24 на 7: EROEI

  • 0

За последние 10 лет солнечная энергетика стремительно перешла от “игрушек” к серьезнейшим проектам, и продолжение кривой этого взлета обещает в будущем тотальное доминирование этого типа генерации. Или нет? В попытках прогнозирования тут сломано немало копий и основных претензий две: солнце через облака и ночью не светит (т.е. переменчивость источника) и высокая энергоемкость производства солнечных батарей, энергетически не окупаемая за время работы последних. (EROEI <1)Технически первая проблема с переменчивостью решаемая - необходимо просто построить побольше солнечных батарей и аккумулятор достаточной емкости. Однако, такой подход явно усугубляет проблему с EROEI и со стоимостью электроэнергии. Стоимость можно посмотреть в обзорах Lazard, а вот попыток просчитать EROEI для солнечной электростанции с аккумулятором я не видел. Для оценки давайте рассчитаем электростанцию с литий-ионным аккумулятором, расположенную в городе Юма, штат Аризона, США. Почему в Аризоне? Это очень хорошее место для солнечных ЭС (одно из лучших в мире) и по нему есть много информации. Если тут EROEI окажется около 1, то это будет означать большие проблемы у солнца в качестве базового источника электроэнергии (на сегодня). Если же EROEI окажется выше, то с учетом анализа, который мы собираемся произвести, можно будет легко применить полученный расчет к любому месту в мире.В Юме, кстати, расположена довольно крупная СЭС Agua Caliente Solar Project мощностью 250 мегаватт. Солнечные батареи этой станции выполнены по тонкопленочной технологии из полупроводника CdTe, который отличается от кремния гораздо лучшими затратами энергии на киловатт батарей, однако проигрывает по стоимости.Литий-ионник выбран по причине явной универсальности такого решения: если гидроаккумулятор требует подходящего ландшафта, то электрохимические можно ставить фактически где угодно. На самом деле, у литий-ионных аккумуляторов в реальности есть еще пара преимуществ: возможность играть на пиковом спросе (т.к. инверторы данной системы могут практически мгновенно переключаться с зарядки на разрядку) и перспективы дешевения (за последние 10 лет цена 1 киловатт*часа литий-ионной ячейки упала с 1000 до 130 долларов).Итак, допустим, нам нужна электростанция, выдающая 300 МВт 365 дней в году, 24 часа в день, что соответствует производству  7200 МВтч каждые сутки и 2,6 ТВт*ч э/э в год - примерно 35% от гигаваттного энергоблока АЭС. Поместим нашу СЭС “24х7” в городок Yuma, Arizona с координатами 32.69265° северной широты и 114.62769° западной долготы. Ровно с этого места (как закончилось ТЗ и началась реализация) начинаются сложности: дело в том, что станцию можно оптимизировать по EROEI довольно здорово, например, если задаться не односуточным аккумулятором, а двухсуточным, что в свою очередь изменит оптимальный наклон батарей и т.п. и т.д. Что бы найти оптимом по настоящему, а не случайный, необходимо в этом этапе сделать нормальную инженерную проработку. К сожалению, у меня есть не так много времени, поэтому цифры EROEI получатся в итоге не самыми оптимальными, но уж что есть. Любой желающий может потом написать в комментариях и получить спредшид с почасовым моделированием, в которых я считал станцию, и улучшить результат сам.Например, за счет дикой переразмеренности, наша станция совсем не ощущает сезонные колебания, которые достигают для широты 30 градусов примерно +-20% от среднего значения, а системно именно сезонные колебания будут определять будущее солнечной энергетики.Кривая на графике показывает объем аккумулятора в процентах от годовой генерации, который нужен для сглаживания сезонных колебаний, если СБ сделаны "в размер". Для наших 2,6 ТВт*ч и 32 градусов северной широты нужен аккумулятор в 234 ГВт*ч - безумно много.Начнем расчет с самого простого - “энергодохода” нашей электростанции. Как мы увидим дальше, ее электрохимический аккумулятор будет довольно большим и работать в основном с глубиной разряда меньше 50%, что обеспечивает срок жизни (для LiFePo) не хуже 10000 циклов до деградации 20% емкости.  10к циклов - это 27 с копейками лет, давайте ограничимся 25 годами до полного обновления станции, а отброшенный остаток скомпенсирует нам неучитываемую деградацию панелей и аккумуляторов. Итак, за 25 лет станция должна по ТЗ поставить 65,7 ТВт*ч - это наш числитель в расчете EROEI. Но во сколько джоулей обойдется строительство такой станции? Давайте для начала посмотрим необходимый набор оборудования. Для определения в самом грубом виде, сколько же нам нужно СБ и АКБ я буду пользоваться расчетом NREL Pwatts калькулятор. Он опирается на таблицу значения инсоляции солнца для нашей точки, взятую из “стандартного метеорологического года”."Стандратный метеорологический год" - очень мощная база данных, с замерами таких тонкостей, как солнечную прямую (желтая кривая на графике) и непрямую (синяя) засветку, позволяющий оценивать выработку моделируемой СЭС в облачные дни.Оптимизировать мы будем соотношение между объемом солнечных батарей и аккумуляторов (чем больше солнечных батарей, тем меньше нам надо запасать энергии, чтобы пережить темные деньки, не выключаясь) а также - угол установки солнечных батарей. Для нашей солнечной электростанции определяющими моментами будут облачные зимние дни, например 27-28 декабря в стандартном метеорологическом годе - за эти два дня КИУМ станции составит катастрофические 3,4% и полностью определяет ее переразмеренность, которая будет приводить к выработке лишней электроэнергии 95% остальных дней. В принципе, здесь правильнее было бы взять и поменять ТЗ на более оптимальное - например, “300 мегаватт 90% времени года”, тогда станция могла бы быть в несколько раз меньше, однако этот вариант мы посчитаем в следующий раз, а пока - хардкор.Итак, угол установки солнечных панелей нужно оптимизировать не на максимальную энергопроизводительность в течении года, а на максимальную производительность в течении пары самых плохих периодов - получается 41 градус, а не самые оптимальные 32 (разница, впрочем, всего в 5% по годовой выработке). Соотношение объема аккумулятора и солнечных батарей высчитывается чуть сложнее - как оптимум по энергии. С учетом того, что 1 электрический киловатт солнечной электростанции стоит ~14 ГДж (исследование 2016 года), а один электрический киловатт*час литий-ионных аккумуляторов - около 1,6 ГДж (исследование 2012 года).Отсюда правило оптимизации - увеличиваем батарейку пока не достигаем ситуации, когда увеличение на 8,75 квтч уже не приводит к падению мощности солнечных панелей хотя бы на 1 киловатт.Интересный график из статьи по энергетической стоимости аккумуляторов. В частности наиболее "энергодешевыми" оказываются гидроаккумулятор (PHS) и сжатый воздух (CAES) - по последнему, впроем все очень не просто, т.к. там используется сжигание природного газа для восстановления энергии. На правой панели показана "энергетическая стоимость" 4-12 часового всемирного хранилища. Расчет по почасовой выдаче Pwatts дал мне такие минимальные величины - 2.25 гигаватт СБ и 20 ГВт*ч АКБ. При этом станция будет выдавать 300 мегаватт все 8760 часов года, а заряд АКБ только единожды упадет до 3,5% от полного, а в основном будет колебаться между 50 и 100%. КИУМ генерирующей части плох - около 0,08 и значимым его улучшением был бы прием сетью дневных пиков хотя бы на уровне 2 гигаватт, тогда общий КИУМ получился бы около 20%. Еще лучше было бы ограничить работу станции 330 самыми солнечными сутками года - тогда размер СБ части можно было бы уменьшить до 1,6 гигаватта, а АКБ - до 8 ГВтч. Да, у переменчивых ВИЭ есть проблемы последних процентов в энергосистеме - разница между 80% долей и 100% колосальна.Ну и EROEI. На 2.25 ГВт солнца и 20 ГВтч лития нам потребуется 59,5 петаджоулей (14*10^9 Дж * 2.25*10^6 квт + 1.4*10^9 Дж * 15*10^6 квтч ) или 15,8 ТВт*ч, а EROEI оказывается равен 4. Результат неоднозначный - с одной стороны его легко повысить в несколько раз путем приема пиков солнечной генерации и уменьшением времени работы станции по году хотя бы до 90%, с другой стороны - это Аризона, одна из лучших точек на планете для солнечных электростанций. Ну и главное, такой проект пока нереализуем с финансовой точки зрения. Даже оптимизированные 1,6 ГВт + 8 ГВТч обойдутся не меньше, чем в 4 миллиардов долларов, что даст себестоимость электроэнергии с этого объекта в 140 долларов за МВт*ч - слишком дорого.  Появляющиеся в реальности “Solar&Storage” стараются ограничится батареей гораздо меньшего размера, обеспечивающие в основном прохождение вечернего пика + замену пикеров, т.е. газотурбинных электростанций, быстро запускаемых в случае появления незапланированных пиков потребления: понятно, что стоимость электроэнергии от пикеров весьма велика и на этом можно заработать. Подводя итог, хочется отметить, что проведенный расчет показывает, что как минимум физика не запрещает распространение солнечно-накопительных электростанций, как минимум пока в местах с хорошей инсоляцией. Впрочем, таких мест на планете достаточно много, поэтому в ближайшие 10 лет, по видимому, такие электростанции будут массово строится. P.S. Этот весьма небольшой по количеству символов текст потребовал аж 5 рабочих дней на поиск информации и расчеты. Поэтому хотелось бы небольшой опросик, чего больше хотелось бы видеть в блоге:View Poll: #2084477

Выбор редакции
19 августа, 22:59

ИТЭРофото и анонс

  • 0

Прежде всего хочу сказать, что 4 сентября я побываю на площадке ИТЭР и наделаю своих личных бездарных фотографий, а так же позадаю вопросы. За эту возможность спасибо Александру Петрову и Sabina Griffith. Довольно странное ощущение, примерно как у ЦРУшника, 15 лет добывавшего агентурную информацию, детали и зацепки по военной промышленности СССР, которому сказали "у тебя через месяц встреча с Дмитрием Федоровичем Устиновым, он с удовольствием ответит на все твои вопросы".Собираюсь спросить по планам и порядку сборки оборудования и рассказать свои идеи, как бы можно было улучшить освещение проекта (например - таймлапсы сборки, количество фото и видео в целом), ну и просто наконец ощутить размеры установки, фото их не передает.  Считаю, что я выбрал удачный год для поездки - здания почти завершены, но не заставлены оборудованием так, что общий масштаб теряется.Но давайте вернемся к фотографиямСамым впечатляющим достижением ITER на данный момент является его сверхпроводящая магнитная подсистема - даже не столько сами магниты, а организация проектирования и производства этих колоссальных высокотехнологичных изделий. 25 основных магнита ИТЭР (18 тороидальных и 6 полоидальных + центральный соленоид) займут 25 первых места в мире по параметру B^2*V - квадрату индукции поля на объем поля, т.е. фактически по запасаемой магнитной энергии. Для производства сверхпроводящей проволки, кабелей, намоточных элементов магнитов и готовых изделий пришлось построить или модернизировать больше 20 разнообразных производств по всему миру (впрочем можно было обойтись и 5-6, если бы только каждый партнер в проекте не хотел бы себе кусочек).Китайская команда на фоне последнего "двойного блина" из 9 штук, необходимых для формирования полоидальной катушки №6. Эта катушка нужна первой при сборке токамака, и китайцы развили приличный темп, изготовив все 9 двойных блинов за 16 месяцев.А так двойной блин китайской катушки выглядит после пропитки стекловолоконной изоляции эпоксидкой. Такой текст можно написать практически про любую главную подсистему ИТЭР, однако отличие здесь в том, что вся эта промышленность уже налажена и прошла практически все переделы производства (закончены выпуск сверхпроводника и кабелей из него) - в течении ближайшего года должны быть собраны первые готовые магниты. Фактически, самая сложная и дорогая подпистема, потребовавшая много лет разработки и поиска технологий, вопреки ожиданиям, совсем не тормозит проект.Намоточный пакет тороидальной катушки вынимают из испытательной вакуумной камеры на заводе SIMIC в ИталииЕвропа на шаг впереди китайцев - здесь не только уже собрали из двойных блинов первую тороидальную катушку, не только оформили на ней все электрические и гидравлические коммуникации, но и провели холодный тест: успешно испытали на газовую плотность и прочность электрической изоляции при температуре жидкого азота (~80 K). Температура немножко удивляет - с одной стороны, действительно, если есть какие-то трещины, то они откроются и на 80К, и на 4 К. Однако, потратив еще несколько млн евро, можно было бы ввести катушку в сверхпроводящее состояние и испытать ее гораздо ближе к реальным условиям эксплуатации.Для лучшего понимания размеров изделия, стоит привести такой кадр:На фото - намотка внешней изоляции на магнит. Внутри этой желтой штуки - очень много прочной стали, в которой проложены кабели со смесью медных и сверхпроводящих проволок. 134 витка этого кабеля толщиной в руку, с током в 68 килоампер сформируют магнитное поле в 13,5 тесла в D-образном просвете 9х14 метров.Совсем скоро для тороидальных магнитов начнется последний производственный этап - установка намоточных пакетов в силовые корпуса. Поскольку физики хотят, что бы магнитные оси были выставлены с точностью +-5 мм, все элементы конструкции (начиная с уложенного кабеля и заканчивая корпусами) снимаются лазерными сканерами, превращаются в 3D модели, и на базе реальной геометрии изготавливаются специальные прокладки, что бы добится заданной точности. Поэтому процесс установки наверняка затянется.Одна из половин силового корпуса тороидальной катушки. По всем поверхностям видны трубки охлаждения корпуса.Корпус, на мой взгляд, вообще космически выглядит, сколько ложек можно было наделать из этой нержавейки... В то же время, как SIMIC приближается к завершению первой тороидальной катушке, на площадке ИТЭР, где есть свой завод для производства самых крупногабаритных магнитов идет намотка двойных блинов полоидальной PF5.Процесс намотки выполняется на вращающемся столе двухзаходно и включает в себя этапы размотки и выпрямления исходного проводника (напомню, что по сути это весьма толстостенный стальной квадрат, так что это не так просто, как звучит), его очистки, програмного изгиба в нужную траекторию, намотки стелопластиковой/каптоновой изоляции и угладки. На фото видны так же дополнительные операции - в частности, прокладка стеклопластиковыми матами, вообще изоляция тут самое трудоемкое. Время намотки одного блина - порядка 4 недель, из которых машина движется меньше 25%Концы проводника формуются для того, что бы можно было сформировать переходы между слоями блина и между блинами.Для соединения стальная оболочка срезается вдоль, проводники объединяются через медный брусок (увы, сверхпроводящий магнит имеет резистивные вставки) и завариваются встык по длинной стороне.Кроме того, к кабелю привариваются вводы и выводы жидкого гелия, выходы разнообразных датчиков (температуры, электрического поля и т.п.) - и двойной блин идет на заливку эпоксидной смолойНа этом фото видны все состовляющие техпроцесса: намоточный стол на заднем плане (огорожен белым заборчиком), две вакуумно-нагнетательные формы справа и стол, на котором выполняются ручные операции с двойным блином - слева.После изготовления 8 блинов PF5, они будут сложены один на другой, объеденены электрически и гидравлически, обмотаны еще десятком слоев изоляции и снова пропитаны эпоксидкой. Готовый намоточный пакет ждет еще закрепление в металлических силовых элементах, монтаж выводов- и вывоз на установку.Кстати, силовые элементы PF5 уже изготовлены (в Китае). Как обычно, даже самые простые элементы в ИТЭР стремяться сделать посложнее, в частности в этих опорах пришлось прорезать сквозные криволинейные прорези в боковых стенках для снижения теплового потока в катушку, что бы не строить еще вдвое больший криокомбинат.Вслед за PF5 этому заводу надо изготовить схожую по размерам катушку PF2, а затем большая часть этого оборудования пойдет в утиль и будет заменено на оборудование побольше, для производства 25 метровых катушек PF3 и PF4.Элементы вакуумного стенда для холодного тестирования собранной катушки и форма для "запекания" эпоксидки PF5/PF2 на заднем плане.Заканчивая "магнитную" тему, хочется показать собранный стенд, на котором 300-тонный сегмент (1/9) вакуумной камеры токамака будет "одеваться" тепловыми экранами и двумя 360-тонными катушками. Поскольку элементы тут сложно-трехмерные, очень габаритные и тяжелые, а точность нужна в несколько мм, то опоры стенда умеют двигаться по X,Y,Z и вращаться вокруг этих осей, смещая "одежку" вокруг сегмента вакуумной камеры.Лучше открыть по клику в отдельном окне, что бы посмотреть покрупнееИспытания всей этой крутой механики запланированы на сентябрь - декабрь, если повезет, то я увижу подготовку своими глазами. По идее, на этапе сборки токамака ИТЭР каждый сегмент будет проводить примерно по полгода в этом помещении, кроме сборке на стенде его будет ждать еще установка датчиков состояния.Что еще? Ну, например, в России в мае прошли сдаточные испытания уже второго серийного гиротрона (из 8). Меж тем на площадке ИТЭР второй год не могут сдать здание под гиротроны :-/Гиротрон в этом мессиве - коричневая башня по центру, выход мегаватта микроволнового излучения осуществляется в серую бочку слева (это согласующая оптика). Остальное, в основном, охлаждение.В Европе изготовили прототип корпуса кассеты дивертораХотя до установки дивертора еще лет 10, а то и 15.Ну и главное - в июле в лаборатории NBTF был запущен самый мощный источник отрицательных ионов SPIDER.Напомню, что этот агрегат стоимостью 62 млн евро - один из этапов создания рекордных инжекторов нейтралов ИТЭР (увеличивающиеся в размерах стенды BATMAN-ELISE-SPIDE-MITICA-NBI). NBI - одно из самых высокотехнологичных устройств ИТЭР (можно почитать про сам NBI и про его мегавольтный источник питания), создающее с помощью мегаваттного радиочастотного генератора отрицательные ионы водорода или дейтерия (отрицательные - это с двумя налипшими электронами, и не с одним оторванным, они гораздо эффективнее нейтрализуются для ИТЭРовских энергий), отделяющие их от электронов (эти этапы и должны производится на SPIDER). Отрицательные ионы затем будут ускоряться мегавольтным ускорителем, нейтрализоваться и влетать на 3% скорости света в плазму ИТЭР, передавая ей энергию и момент.SPIDER интересен некой интригой вокруг своей конструкции - возможно этот ключевой элемент будет давать ионов сильно ниже, чем надо, и тогда вариант новосибирского Института Ядерной Физики, являющегося мировым лидером в разработке инжекторов нейтралов внезапно может стать очень привлекательным для ИТЭР.Но пока стенд, должный давать 40 А был запущен на пару десятков секунд и с током меньше ампера, но тем не менее это значит, что высокотехнологичная машина собрана и рвется в бой.P.S. Свежие облеты на дроне по площадке ИТЭР

Выбор редакции
12 августа, 23:10

Электроавиа

  • 0

Зацепила меня одна фраза в посте zilm про электросамолеты "Автоматическое управление и электричество в этой нише сделает настоящую революцию, радикально снизив себестоимость"Действительно, если взять, скажем двигатель внутреннего сгорания и электродвигатель, питающийся от сети, то механическая энергия от последнего будет заметно дешевле. Поскольку у аваиации топливные расходы - наибольшие среди всего транспорта, то "радикальное снижение себестоимости" при переходе на электроавиа кажется резонным. Более того, например самый успешный электросамолет в мире Pipistrel Alpha Electro успешно экономит деньги на задачах летной подготовки, тратя электрические киловатт*часы против литров авиационного бензина (у самолета есть прототип с ДВС). Pipistrel Alpha Electro - 150 кг полезной нагрузки, 60-киловаттный двигатель, длительность полета - до 1 часа на скорости 85 узлов.Однако, чем медленнее и меньше самолет, тем в целом меньше топлива он тратит на перевозку 1 килограмма полезного груза на 1 километр. И наоборот. Если кто-то и выиграет от перехода на электротягу - так это магистральные авиалайнеры. С другой стороны, отказ от углеводородов в "большой авиации" точно не является вопросом ближайшего будущего - плотность хранения электроэнергии в баттареях совершенно недостаточна. Так, если взять Боинг 737-800 и заменить все топливо энергетическим эквивалентом (с учетом КПД двигателей) в виде лучших на сегодня литий-ионных перезаряжаемых батареек, то их масса составит примерно 3 массы самолета и где-то 10 кратно превысит вес топлива. Видео (правда на английском) с довольно подробным разъяснением, почему так и как с этим жить.Но вернемся к исходному вопросу. Сколько можно съэкономить, если мы вдруг обойдем проблемы с весовой отдачей батарей и начнем летать на электрических самолетах? Вообразим на секунду, что это ровно такой же самолет, той же стоимости постройки и эксплуатации, с примерно таким же комфортом и весами. Какова доля топливой составляющей в авиабилете?Я воспользовался планировщиком полетов авиации PFPX и посчитал расход для двух реальных перелетов - Москва - Анталья в варианте полностью забитого салона B737-800 и перелет Париж - Буено-Айрес для заполненного на 80% B-777-300ER. В первом случае на одного человека пришлось сжечь 36,6 невозобновляемого топлива, а во втором мы приблизили глобальное потепление на 208,9 кг авиакеросина. В принципе на этом можно было и завершить, но я все же переведу в деньги, для чего надо будет еще немножко позанудствовать.Если представить, что кпд авиадвигателя на эшелоне равен примерно 30% (не совсем уверен, что это правильно, т.к. кпд двигателей довольно широко изменяется в зависимости от всяких условий, но я остановился на этой цифре), а кпд электросистемы от розетки до энергии отбрасываемого воздуха составит 85% то при сегодняшних стоимостях авиакеросина (720$ за тонну) и квт*ч электричества в 3,5 рубля экономия должна составить 0,461 доллара на 1 кг исходного керосина.Значит билет их Москвы в Анталию обойдется вам дешевле всего на 16,9 доллара, а из Парижа в Буэнос-Айрес на 96 долларов - что-то вроде меньше 10% стоимости билетов. Таким образом, увы, но на сегодня не похоже, что переход на электротягу приведет к кардинальному снижению стоимости авиатранспорта.

Выбор редакции
09 августа, 12:15

Комментарий к комментарию

  • 0

В предыдущий пост в комментарии пришел человек jorg_surf и написал длиннющий комментарий в своем ЖЖ. Думаю, стоит его вытащить с сокращениями сюда, и после ответить на некоторые составляющие====jorg_surf:Секретность и отсутствие контроля порождает безнаказанность и произвл.Бомбу сделали? Суверенитет политического руководства обеспечен? Остальное не важно.В итоге, что мы имеем?Энергетика атомная плохая, не участвует в суточном или недельном регулировании.Как следствие, потребители несут дополнительные издержки - остальные станции изнашиваются больше, требуют больший тариф или плату.Если оглянуться в прошлое, то становится ясно, что энергетики не могли продавить технически правильное решение с маневренными АЭС, Минсредмаш был аппаратно сильнее Минэнерго, а решили проблему решать собственными силами.[... большой текст про ошибки электросетевого хозяйства поскипан... ]Впрочем, как и Росатом.С одной стороны, есть правильные движения со стороны руководителей: заказов на блоки АЭС мало (некуда девать), экспорт ограничен, значит надо заниматься диверсификацией портфеля. А дальше все как обычно. Берем большие государственные деньги и под честное слово топ-менеджеров даем их кому попало.Эти кто попало, не имея реального опыта, начинают заниматься имитацией деятельности, как их научили в бизнес-школах и на втором-третьем образовании.Дать денег энергетикам ессно нельзя, поскольку там тоже в топ-менеджерах не пойми кто, значит, даем тем кто идейно близок, т.к. Росатому.А каковы результаты? Докладываю.1. Нового топлива для АЭС нет. И нет даже постановки задачи. Есть изменения в дизайне блоков: в системах безопасности, автоматизации (и то надо разбираться, что там внутри), есть мысли касательно модернизации электрической части новых станций, но жуткая дремучесть проектировщиков и используемых технологий вряд ли позволят что-то изменить.1.А Для меня было шоком, когда оказалось что эл. часть блока 1000 МВт для финской АЭС Хакинкиви обсчитывается на калькуляторе и в Экселе. Расчетной программы для расчета эл.режимов и токов КЗ не было.Чтобы было понятно, потребление блока составляет 5-6 % от номинальной мощности, это 50-100 МВт, причем на пятачке блока. Большие токи КЗ, высокие требования к выбору кабелей по различным условиям (чтобы не загорелись от ударного тока и чтобы выдержали периодическую составляющую тока КЗ, например). Поскольку это собственные нужды, которые также сильно влияют на ядерную безопасность - это вопросы самозапуска после КЗ, работа отдельно от энергосистемы с питанием от турбогенератора (привет 4 блоку ЧАЭС и блоку выбега), работа от аварийных дизелей, работа от источников бесперебойного питания, переходных процессы при коммутациях из одного состояния в другое, вопросы охлаждения кабелей и двигателей, как это все себя ведет в целом - короче, сложно это все.Проектная организация столкнулась с полным непониманием такого подхода со стороны финского регулятора и эксплуатации. Им показали как это делается в Финляндии, проектировщик кинулся отрабатывать и покупать лицензию - чтобы можно было бы хотя бы проверить их расчеты, используя одинаковые математические модели - но увы, следствии ряда обстоятельств, расчетная программа была куплена другая. По моему, специально, чтобы было не проверить. Вот вам результаты, хотите проверить - создавайте расчетную модель сами. Это культура проектирования, которую нахваливает автор блога. Я, конечно, все понимаю, но программы для расчетов токов КЗ, установившегося режима, переходных электромагнитных и электромеханических процессов существуют уже лет 50, отечественные и иностранные, почему проектировщик их не использует - лично мне неясно.Например, для проектирования тепловой и строительной части используется иностранный софт от InterGrath - все в 3D, расчеты прочности трубопроводов, расходы, давления и т.п. Наследие американских проектировщиков? :-) Что мешало навести порядок с электричеством?1.Б Руководители РАСУ понимают, что проектировать и строить ОРУ АЭС также как это делал СССР - нельзя. Но они совершенно не понимают почему СССР строил именно такие схемы. Я разговаривал в этом году с топ-менеджерами (в моем понимании), они не понимают зачем при СССР делали обходную шину в РУ 220 кВ. Совсем не понимают.Видимо, у них нет профильного образования. Они выходцы с АЭС, проявили себя в эксплуатации, но ведь для успешного проектирования надо хотя бы понимать что ты хочешь создать. Ситуация, когда современное коммутационное оборудование (выключатели) не требует серьезного обслуживания в течении 10-15 лет, а вот разъединители, которых много, как не крути, надо смазывать каждые 5 лет, позволяет использовать более простые схемы, без ущерба для надежности, и повысив безопасность для эксплуатации (нет вывода оборудования в ремонт - нет ошибок персонала - нет глупых смертей при переключениях), и снизив затраты.Но увы, мало кто это понимает, тем более в структурах Росатома.2. Росатом взялся за ветер. Благая идея: загрузить свои заводы большими и сложными деталями ветряков, освоить у себя, затем наладить экспорт. Исполнение как всегда у нас.Ничего самостоятельно создать предприятия Росатома не смогли (да и не собирались похоже), поэтому пошли по легкому пути - купить лицензию. Опять молодые выпускники МБА, опять назначены менеджеры проектов, опять глупые вопросы, опять импортозамещение, опять административный ресурс при распределении государственной поддержки ВИЭ.Меня очень повеселила история с трансформатором в гондоле ветряка.Иностранцы ставят сухой трансформатор с генераторного напряжения на 35 кВ, с полностью полимерной изоляцией, затем по кабелю внутри башни и в распредустройство 35 кВ. У нас сухие не делают на такие напряжения. Значит, поставим масляный. А что? Хороший, из Тольятти, на АЭС стоят и все отлично. Только вот в случае пожара горящее масло на высоте 70 м - это то еще зрелище:https://www.youtube.com/watch?v=GJiPg75BqzgНо это же неважно, главное быть эффективным менеджером, остальное поймут, простят и забудут - особенно если ты девушка лет 25, ну с кем не бывает, главное ведь же исполнить волю государства и импортозаместить?И чего в итоге?01 декабря 2018 структура Росатома ВетроОГК должна начать поставку мощности на оптовый со своей ВЭС Шовгеновская в Адыгее:http://www.atsenergo.ru/sites/default/files/proresults/2016_perechen_otobrannyh_proektov.xlsС вероятностью 99,5% поставка не начнется, будут штрафы, ибо эффективные менеджеры никак не могут решить вопросы с организацией производства ветряков в Волгодонске (даже по лицензии), не могли до ноября 2017 решить вопрос с выделением земли в Краснодарском крае (еще бы, самая дорогая земля в стране, кроме Москвы и Питера), никак не решался вопрос с проектированием и согласованием схемы выдачи мощности.С ней вообще большая засада, товарищи из Росатома обычно сидят на своих АЭС, ТЭЦ и понятия не имеют о тех проблемах, которые создаются в результате их работы. А тут надо принимать решения - ессно, следуя логике менеджеров, надо снижать риски и затраты, отсюда метания - сами построим подстанцию 110 кВ, заведем на нее существующую ЛЭП 110 кВ Кубаньэнерго и дело в шляпе. Потом оказалось что для выдачи 150 МВт одной ЛЭП мало и вообще, все против. Тогда придумали схему с технологическим присоединением к сетям 220 кВ ФСК ЕЭС - оказалось что это не дорого, а очень дорого. В итоге, весной 2018 судорожно начали искать подрядчика для строительства подстанции своими силами - но на два года морока - но видимо сами ветряки еще совершенно не готовы, даже не заказаны или не изготовлены в голландии, поэтому решили делать так.3. Еще Росатом взялся за восстановление технологии по передаче постоянного тока:«Приказом Государственной корпорации по атомной энергии «Росатом» от 4 июля в целях комплексной оценки перспективности использования технологии передачи электроэнергии постоянным током сформирована межведомственная рабочая группа, в состав которой включен генеральный директор АО «НТЦ ЕЭС» Виктор Крицкий. Задачей рабочей группы является комплексный анализ перспективности использования технологии передачи электроэнергии постоянным током высокого напряжения в схемах выдачи мощности атомных электростанций. Согласно приказу, к 27 августа 2018 года рабочая группа должна сформировать «пилотный проект и схему выдачи мощностей будущих АЭС с использованием линий постоянного тока». В группу вошли представители Госкорпорации «Росатом», Минэнерго России, ПАО «ФСК ЕЭС», ПАО «Россети», АО «СО ЕЭС», отраслевых научно-исследовательских институтов и проектноинжиниринговых организаций».Напомню, что в Росатом передали ФГУП ВЭИ (http://www.vniitf.ru/vei-menu), которое было разработчиком оборудования для всех ЛЭП в СССР, включая оборудование для ППТ Экибастуз-Центр и ВЛ переменного тока 1150 кВ. Очевидно, что с благими намерениями. Однако когда встал вопрос о выдаче мощности ЛАЭС-2 в сторону Финляндии, что было придумано? Правильно, обратится в команию Alstom, чтобы купить у них технологию постоянного тока, однако с АЭС не заладилось из-за кризиса в РФ, снизившегося потребления в ОЭС Северо-Запада, и повышенной приточности ГЭС в странах NORDEL. Не нужна больше там наша электроэнергия, слишком дорогая. Отсюда перенос ввода новых блоков вправо и похороны кабеля из Соснового Бора в Выборг.[...два сумбурных на мой взгляд пункта тоже выкинул - я не понял в чем там претензия - tnenergy]Это только то, о чем осведомлен я, и что лежит на поверхности.Всего программ диверсификации у Росатома множество, и они реально не знают куда еще потратить деньги...====Теперь мой [tnenergy] комментарий1. Мне кажется странным обсуждение "нового топлива" для маневрирования АЭС - начнем с того, что по всем техрегламентам суточное маневрирование ВВЭР-1000/1200 по схеме 100-75-100 допускается и сегодня на существующем топливе. Вопрос только в том, что это ДОРОЖЕ для потребителя, чем маневр газовыми ТЭС и ГЭС.  Если вспомнить, что у ТЭС в себестоимости э/э превалирует топливная составляющая, а у АЭС - капитальная, это как бы должно быть очевидно. Поэтому идет оптимизация стоимости, и никакое "новое топливо" тут ничего не изменит.2. Про "обсчет электрических схем Ханхикиви в экселе и калькуляторе" - ничего не знаю, может быть так и было. Большие структуры, а Атомэнергопроект - безусловно большая структура в целом склонны к консерватизму и застревании в прошлых решениях. Но сам автор пишет, что ситуация сдвинулась, закуплено ПО и т.п. - в чем проблема?3. По ветрогенерации: да, менеджмент "Новавинд" прямым текстом говорит "Могли бы мы в Росатоме разработать современный ветряк? Могли бы - 10 лет НИОКР, пара десятков миллиардов рублей и готово. Но времени у нас на это не было". Задача Новавинд - это освоение строительства ветропарков со всеми сопутствующими вопросами (от проектирования и документации до логистики и организации эксплуатации). Считаю, что это отличная идея для диверсификации мощностей АЭП и АСЭ и так же Русатом Оверсиз и блока международного бизнеса.И разумеется, слово "освоение" на деле подразумевание набивание шишек и хождение по граблям, какие "лучшие практики" ты не изучай, и как тчательно не готовься.4. Передача ВЭИ в Росатом - на мой взгляд полувынужденное решение, т.к. сам ВЭИ к 2015 году пребывал в чудовищно печальном состоянии, занимаясь в основном сдачей в аренду помещений и стендов - знаю это изнутри, т.к. одно время работал в фирме на территории ВЭИ и общался с бывшими и настоящими работниками этого института. Ну а дальше включаются стандартные механизмы Росатома "какие заделы у нас есть и как их можно развить и комерциализировать" - что бы не пришлось обращаться к Alstom/ABB/Siemens. Опять же вижу это в положительном ключе.===В целом, хочу сказать, что в любом деле, связанным с техникой и деньгами всегда можно найти изьяны и выразить недовольство. Всегда будет рассхождение в точках зрения высокопарящих менеджеров и низового персонала. Очень часто критика не учитывает реалий управления массой вот такого критично/похуистично настроенного персонала. Отсюда можно сделать неожиданный вывод - вся эмоционально окрашенная оценка деятельности (как критичная, так и восторженная) этому делу не поможет. Необходимо начинать с выработки количественных критериев "что такое хорошо и что такое плохо", вот их можно эмоционально обсуждать, а затем уже процессы примерять по этим критериям. Иначе это просто разговор не очем, пусть он даже усыпан техническими терминами и конкретными фамилиями...

Выбор редакции
07 августа, 12:50

Росатом создал вечный реактор

  • 0

...пишут нам журналисты RT. Ок, не вечный, а "вечный".Речь на самом деле идет о реакторе для атомной подводной лодки, для которого не нужна перегрузка в течении всего срока жизни лодки (это от 30 до 50 лет). Об этом написали в отчете ОКБМ Африкантов:Поскольку замена активной зоны на АПЛ - довольно гемморойное мероприятие, еще и надолго выводящее лодку из строя, моряки с самого начала эксплуатации АПЛ всегда хотели активные зоны, работающие подольше. Идеальный вариант - атомные лодки и корабли, вообще не требующие замены АЗ на весь срок жизни, т.к. это позволяет избавится от соотвествующей инфраструктуры по перегрузке в составе ВМФ.Теоретически, такую активную зону сделать не сложно: каждый выгорающий килограмм U235 дает 1,0-1,4 ГВт*дней тепловой энергии (вилка значений из-за того, что часть энергии получается от выгорающего Pu239, который нарабатывается в реакторе, и его наработка зависит от конструкции)Для реактора тепловой мощностью 0,18 ГВт, который работает с КИУМ 0,15 в течении 40 лет надо обеспечить запас реактивности в ~400 кг U235, что для топлива с высоким обогащением более чем возможно в габаритах лодочных реакторов.Однако тут есть две проблемы. Скажем, если мы конструируем активную зону с 4 тоннами U235 и допускаем выгорание 10% из них за жизненный цикл - это приводит к тому, что изменения запаса размножающих свойств будут в очень широком диапазоне. Такой системой сложно управлять - нужно сильно менять концентрацию бора, иметь выгорающие поглотители в топливе и т.п. - но в целом конструкторы это научились делать еще давно.Вторая проблема связана тем, что лодочному реактору приходится резко маневрировать мощностью. Оксидная керамика, являющаяся стандартом для топлива больших энергетических реакторов плохо переносит резкие изменения тепловыделения. А металлическое топливо, хорошее для маневров совсем не держит продукты деления, распухает и коробится еще на выгораниях в районе 0,1-0,3% а не 10, как надо нам.Поэтому задача создать малогабаритный, маневренный и при этом "долгоиграющий" реактор очень нетривиальна. Первыми с этой задачей справились разработчики из лаборатории Knolls (забавно, кстати, что многие в Рунете считают, что в США есть только один разработчик реакторов - Westinghouse) для реакторов S9G, устанавливаемых на лодках класса "Вирджиния". Ходят слухи, что в основе топлива этого реактора - металлокерамика, сочетающая UO2, и "прожилки" молибдена и циркония, однако что там в реальности - мы не знаем, т.к. конструкция лодочных реакторов в США чуть ли не более секретна, чем конструкция атомных боеприпасов.Впрочем, возможно слухи и не врут. Например, в США последние пару лет продвигается новое топливо Lightbridge, которое создали, как считается, выходцы из военно-морского атома. Топливо состоит из сплава урана и циркония (цельного, без керамики), но за счет хитрой геометрии твэлов хорошо держит выгорание и при этом имеет прекрасные маневренные качества. Дальше додумывайте сами.  И вот, ОКБМ официально отвечает "успешными испытаниями" прототипа реактора на полный жизненный цикл. В условиях Российской Федерации - где есть переработка ОЯТ реакторов подводных лодок (т.е. куча урана 235, которую приходится закладывать в реактор возвратится в цикл) и проблемы с нормальными условиями эксплуатации этих самых лодок "долгоиграющие" реакторы видятся правильным направлением развития морских транспортных реакторов.