Энергия и элементы питания

Ещё не был готов проект «Укрытия», а тысячи рабочих начали трудиться, возводя первые части сооружения. Система управления, снабжения и организации стройки работала как часы: грузы шли сплошным потоком, люди работали и днём и ночью, каждый час придумывали какие-то решения проблем, что ставила перед ликвидаторами радиация. Было совершено немыслимое: в условиях, словно на другой планете, бетон заливался с рекордной скоростью. Что в обычных условиях занимало месяца и годы — делалось за недели.

Всем привет!

Хотелось бы поговорить о выбросах тепла ЦОД в атмосферу и способах его использования. Все уже слышали про прогрессивные скандинавские проекты, когда лишнее тепло ЦОД используется в разных отраслях: в ЖКХ, деревообработке и даже в общественных финских саунах.

Все это красивые проекты, призванные популяризировать такой безотходный подход к использованию энергии. Но действительно ли он имеет практический смысл или это очередная мода на “зеленую” энергию? Давайте разбираться.

В этой статье речь пойдет не только о мировых примерах самых прогрессивных ЦОД с системами утилизации тепла ЦОД, но и попробуем перенести этот опыт в РФ и посчитать экономическую целесообразность таких проектов у нас дома.

Суть проблемы

ЦОДы потребляют до 3% мировой электроэнергии, пока не очень много, но потребление растет.  Куда идет эта электроэнергия?

Совершая полезные вычисления ЦОД потребляет огромное количество электрической энергии и выделяет в атмосферу порядка 98% этой энергии в виде утилизационного тепла. Таким КПД не каждый электрический котел может похвастаться.

Серверы, ИБП, системы охлаждения, всё это греет воздух или жидкость, после чего тепло просто выбрасывается наружу. Ирония в том, что буквально в нескольких сотнях метров от такого объекта может находиться предприятие, которое в это же время сжигает газ, чтобы получить те же самые заветные мегаватты тепловой энергии.

В Европе на этом уже начали строить вполне рабочую экономику. Причём речь давно не про экспериментальные «зелёные инициативы», а про обычные коммерческие проекты.

Тени Чернобыля пали на всю советскую ядерную энергетику в принципе. После аварии внезапно выяснилось, что укрощение мирного атома не так просто, как кажется.

Под угрозу была поставлена репутация ведущих инженеров-конструкторов и физиков-ядерщиков СССР. Их руками была создана реакторная установка РБМК-1000, которая должна была стать проводником советского государства в светлое атомное будущее. Но случилось совсем наоборот. И по каким причинам так вышло, стоит разобраться.

Об создателях реактора, истории его создания, преимуществах и недостатках установки будет сегодняшний лонг. Я попытался объяснить простыми словами процессы, произошедшие в реакторе ночью рокового дня, не отвлекаясь на прочие факторы аварии.

В научной фантастике одной из самых перспективных субстанций, которая могла бы стать идеальным топливом для звездолётов, считается антивещество. Антивещество — это экзотическая форма материи, основными составляющими которой являются антипротоны и позитроны (антиэлектроны). Кроме того, искусственно получены атомы антигелия и антиводорода. Антипротон и позитрон инвертированы по свойствам протону и электрону. 

«Укрытие», оно же Саркофаг, стало неотъемлемой часть внешнего вида ЧАЭС в представлении рядового человека и среднестатистического геймера. Это — конструкция из стали и бетона укрыла от мира развёрстую дыру реактора 4-го энергоблока Чернобыльской АЭС. Это — памятник первой Атомной эре, начавшейся с огненных грибов над Аламагордо и Японией и закончившийся полуночным взрывом на ЧАЭС. Это — гигантский короб, появившийся за считанные месяцы в тяжелейших условиях, с которыми когда либо сталкивались строители.

Что мы себе представляем себе, когда думаем про Северную Корею? Скорее всего это будут не только фотографии пухлых лидеров с трибуны Народного дворца учёбы на площади Ким Ир Сена, но и баллистические ракеты с ядерными боевыми частями. И это не случайно, ведь КНДР пока единственная страна, которая вошла в ядерный клуб не благодаря, а вопреки лидерам мнений всего остального человечества. Стоит разобраться с тем, как это получилось.

История молодого государства началась с разрушительной войны 1950-1953 гг., прошедшейся катком по всему полуострову. Значительная часть ущерба населённым пунктам и инфраструктуре была нанесена массовыми налётами стратегических бомбардировщиков В-29. При этом было ясно (и эта уверенность подкреплялась высказываниями различных деятелей типа генерала Макартура про необходимость бахнуть и̶ ̶н̶е̶ ̶р̶а̶з), что сбрасываемые бомбы вполне себе могли быть ядерными. Поэтому вскоре после восстановления научного и технического потенциала страны началась работа и над её ядерной программой.

Тарифы на электроэнергию растут. Это бьет по себестоимости и эксплуатационным расходам. Конкурентоспособность падает, если ничего не менять.

Но большая часть затрат возникает не потому, что технологии так требуют. Причина — неэффективное управление. Оборудование работает, когда производство стоит. Режимы никто не контролирует. Пики нагрузки пускают на самотек. План по потреблению и реальность расходятся.

Вторая проблема — нет общей картины. Данные с приборов собирают вручную или с опозданием. Реагировать быстро не получается. Предприятие просто констатирует расходы, но снизить их не может.

Картинка: blog.son-video.com

С чем мы сталкиваемся чаще всего, и что чаще всего вызывает желание это как-то улучшить? 

Я думаю, многие согласятся, что одним из самых надоедливых моментов является неожиданный выход из строя пультов инфракрасного дистанционного управления от разнообразной бытовой техники — причём происходит это, как правило, всегда неожиданно и по одной и той же причине: сели батарейки. 

Посмотрим, какие интересные варианты решения этого вопроса имеются! 

В августе 2015 года в ВАКовском журнале «Наука и образование» опубликована моя статья «Оптимизация работы ТЭЦ в условиях оптового рынка электроэнергии и мощности России». Это был мой первый большой труд по оптимизации, в рамках которого я делала серьезный обзор литературы. Из заметок по обзору и вытекли мои впечатления. Переношу их сюда, так как буду удалять свой личный сайт и уезжать из России.

Сегодня, в 2026 году, я перечитаю и понимаю, что с тех пор в России мало что поменялось. Мою статью цитируют (иногда воруют кусками; однажды сотрудники МЭИ просили не выносить на публику их плагиат), но дела в российской энергетики как шли неважно 10 лет назад, так и остаются плохими. Последняя работа от 2026, цитирующая мою статью, начинается словами: “Минэнерго заявило о конце рыночной экономики в электроэнергетике. В оценке ценовых и тарифных последствий реализации мероприятий Генсхемы дефицит средств на строительство новой генерации и электросетей в 2025–2042 гг. оценен почти в 41,57 трлн руб.” Напомню, что 44 трлн рублей это плановые затраты федерального бюджета в 2026 году...

Мощные ЦОДы и системы ИИ требуют тысячи гигаватт электроэнергии. Желательны стабильные источники, не подверженные причудам ветра и солнца, а также проблемам рынков нефти и газа. В настоящее время наиболее приемлемой представляется базовая генерации от атомных электростанций на медленных нейтронах. Такие АЭС хорошо освоены во множестве стран мира, они надёжны в работе (было только 2 аварии – в Чернобыле и на Фукусиме, их опыт был учтён и безопасность АЭС существенно повышена во всех странах мира).

Последнее время для нашего дела рассматриваются перспективы термоядерных энергетических реакторов на изотопах водорода. Ряд стран реализует соответствующие физические эксперименты, например США, Китай, Япония. Известен международный проект ITER (International Thermonuclear Experimental Reactor) на территории Франции.

Посмотрим, что происходит в этой сфере в мире с точки зрения патентов. 

Преимущество РФ при строительстве новых ЦОД в недорогой электроэнергии. Благодаря большому количеству замороженных энергоемких производств некоторые регионы обладают существенным профицитом электроэнергии.

В течение последних десятилетий технический прогресс по большей части заключался в нахождении новых сфер применения полупроводников и разработке методов для их производства. Микросхемы теперь есть почти в любом автомобиле, воздушном судне или бытовом приборе. Светодиоды уверенно заменяют более старые и менее эффективные способы генерации света (вроде ламп накаливания). Солнечные панели стали самым быстро развёртываемым источником энергии в истории. Разработка полупроводниковых лазеров дала нам оптико-волоконную связь. Приборы с зарядовой связью (ПЗС) и КМОП-датчики используются для цифровой визуализации… Этот список можно продолжать долго.

Но за несколько десятков лет до изобретения транзистора была сформирована огромная технологическая экосистема, основанная на приборе, управляющем потоком электронов — электронной лампе. В первой половине XX века на основе этой технологии были разработаны всевозможные устройства, начиная с радио и телевизоров, заканчивая компьютерами. И подобно полупроводникам сегодня, электронные лампы применялись не только для реализации электронной логики — лежащее в их основе явление применимо практически ко всему, начиная с освещения и дисплеев, заканчивая видеокамерами и радарами. И хотя сегодня электронные лампы уже кажутся чем-то давно устаревшим, это нисколько не умаляет их технологического величия.

Если вы экспериментировали со встроенными устройствами, такими как Raspberry Pi, или у вас не получалось обновить прошивку маршрутизатора OpenWrt, то вы знаете, что делать: подключите USB-Serial TTL адаптер к трём волшебным контактам на материнской плате, обозначенным как RX, TX и GND.

Как обучить работе с тренажёрами АЭС группу из 30 человек в Индийском технологическом институте Бомбея (IIT Bombay), если половина аудитории впервые слышит про атомную энергетику, а другая половина уже готова моделировать аварийные ситуации?

Именно с таким вызовом я столкнулся, когда готовил курс для индийских коллег. Мы разделили программу на два дня. В первый день — теория: основы работы АЭС, подготовка персонала, принципы создания математических моделей и тренажёров. Во второй — полноценный воркшоп с индивидуальной работой на тренажёрах.

Но гладко было только на бумаге. На практике пришлось решать целый ряд задач:

Существуют весьма простые технологические подходы, позволяющие извлекать достаточную мощность из окружающих природных процессов, и получать на базе этого электроэнергию — и они особо интересны тем, что с технической точки зрения, весьма просты, и позволяют, практически каждому, попытать свои силы, в реализации описанного!

Среди синхронных двигателей с постоянными магнитами существует конструктивное разделение, которое на первый взгляд кажется деталью производства, а на самом деле определяет всю физику машины и логику её управления. Речь идёт о расположении магнитов в роторе: снаружи или внутри.

Двигатель с постоянными магнитами на поверхности ротора (SPMSM) – прост и предсказуем. Магнитный зазор равномерен, индуктивности по обеим осям одинаковы, момент создаётся единственным способом. Управлять им несложно.

Двигатель с инкорпорированными постоянными магнитами IPMSM (Interior Permanent Magnet Synchronous Motor) – устроен принципиально иначе. Магниты утоплены в тело ротора, что нарушает симметрию магнитной цепи. Возникает анизотропия: магнитное сопротивление ротора различается по двум взаимно перпендикулярным направлениям. Следствие – дополнительный источник момента, реактивный, существующий исключительно за счёт разницы индуктивностей по осям d и q.

Именно эта анизотропия делает IPMSM привлекательным для тягового привода. Широкий диапазон ослабления поля, высокая удельная мощность, возможность использовать реактивный момент для снижения токовой нагрузки – всё это следствие одного конструктивного решения: магниты внутри, а не снаружи.

Реализовать потенциал IPMSM позволяет стратегия MTPA – Maximum Torque Per Ampere. Она находит оптимальное распределение вектора тока статора между осями d и q: такое, при котором заданный момент достигается при минимальной амплитуде тока. Меньший ток – меньше потерь в меди, меньше нагрев, меньше нагрузка на инвертор.

В настоящей статье рассматривается физика анизотропии IPMSM, математическая модель машины в системе координат d‑q и стратегия MTPA как задача оптимизации с аналитическим решением. Модель реализована в системе моделирования Engee и верифицирована сравнением режимов FOC и MTPA на параметрах макетного образца IPMSM.

Моделирование паровых турбин — повседневная задача сотен людей в нашей стране. Вместо слова модель принято говорить расходная характеристика. Расходные характеристики паровых турбин используют при решении таких задач, как вычисление удельного расхода условного топлива на электроэнергию и тепло, производимые ТЭЦ; оптимизация работы ТЭЦ; планирование и ведение режимов ТЭЦ.

Мною разработана новая расходная характеристика паровой турбины — линеаризованная расходная характеристика паровой турбины. Разработанная расходная характеристика удобна и эффективна в решении указанных задач. Однако на текущий момент она описана лишь в двух моих научных работах:

ИИ-индустрия второй год живет в режиме большой стройки. Крупные компании вроде OpenAI, Amazon и Microsoft обещают рынку все новые и новые кластеры, кампусы, все это с приставками гига- и мега-, а также сотни миллиардов долларов инвестиций в инфраструктуру.

Но не все идет гладко: дата-центр нельзя развернуть так же просто, как облачные сервисы. Его нужно подключить к сети, обеспечить трансформаторами, подстанциями, распределительным оборудованием, водой, разрешениями и согласованием с местными жителями. И тут выяснилось, что ИИ-бум упирается как в дефицит и цены чипов, так и в куда более приземленные вещи: многотонные трансформаторы, электротехническую сталь, медные обмотки и очереди на оборудование до конца десятилетия. 

Тут возникает конфликт: компании обещают резкий рост, а аналитики и журналисты все чаще показывают, как сдвигаются сроки, площадки остаются полупустыми, сети не готовы к гигаваттным нагрузкам, а критическое оборудование приходится покупать у Китая. Это, кстати, самая больная тема для США, потому что американские компании уже несколько десятилетий не вкладывались в экспертизу тяжелых трансформаторов, без которых мегаЦОДы работать просто не смогут.

Последняя громкая новость — исследование SynMax, аналитической компании из Техаса, которая изучила спутниковые снимки крупных площадок под дата-центры OpenAI и Oracle. Их вывод быстро разошелся по СМИ: почти 40% американских ЦОД не смогут сдать к сроку — их должны построить уже к концу 2026 года.

Получается странная картина: самые дорогие модели мира, самые мощные GPU и самые амбициозные планы по ИИ зависят от оборудования, которое нельзя быстро произвести, заменить и нельзя просто заказать с запасом, если ты не забронировал производственные слоты несколько лет назад.

Разберемся, что именно увидели аналитики, почему Bloomberg говорит о трансформаторах, где сходятся разные исследования и почему задержки дата-центров могут стать одним из главных финансовых рисков текущего ИИ-цикла.

На входе в техническую зону установлен дашборд, который в реальном времени показывает работу геотермальной системы. Этот экран появился не как декоративный медиаконтент, а как решение на конкретной задачи: посетители видели оборудование за прозрачной стеной, но не понимали, как устроен процесс и что именно происходит внутри системы. В этой статье покажу, как я проектировала дашборд, который связал физическую инженерную установку и её визуальное восприятие.

Сразу после открытия углеродные нанотрубки казались настоящим чудом материи. Существовали металлические и полупроводниковые формы; они были крошечными и невероятно лёгкими; и их можно было разрушить, только разорвав химические связи. Вариантов их использования казалось бесконечно много.

Но затем в дело вмешалась реальность. Оказалось очень трудно получить чистую популяцию металлических или полупроводниковых форм. Методы синтеза, как правило, приводили к образованию клубка в основном из коротких нанотрубок; трубки длиной более пары сантиметров оставались редкостью. И хотя металлическая версия практически не оказывала сопротивления электрическому току, было трудно пропустить много электронов через одну нанотрубку.

Однако учёные-материаловеды — народ упрямый, и они по-прежнему пытаются заставить нанотрубки работать. В журнале Science недавно была опубликована статья, описывающая добавление химического вещества к пучкам углеродных нанотрубок для повышения их способности проводить ток до уровней, близких к показателям меди. Хотя нанотрубки с более высокой проводимостью оказались нестабильными, это открытие может указать путь к созданию материала с более длительным сроком службы.