Энергия и элементы питания

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 интерполированными 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.

Есть у современной электроники одна очень человеческая слабость — она плохо переносит жару. Мы можем запускать нейросети с миллиардом параметров, строить огромные дата-центры и всерьез обсуждать колонизацию других планет, пока не мешает физика. К сожалению, вся вычислительная цивилизация сталкивается с ограничениями, когда внешняя температура поднимается выше 200 °C.

Однако исследователи из Университета Южной Калифорнии нашли выход. Они создали мемристор, который продолжает работать при температуре 700 °C — это выше температуры расплавленной лавы. О том, что вообще такое мемристор, как ученые сделали открытие, почему это новый шаг для развития ИИ и неужели люди скоро полетят на Венеру, — в статье.

В 2001 году инженеры AC Propulsion поставили эксперимент: попробовали заставить электромобиль отдавать электроэнергию обратно в сеть. Технологию назвали V2G (Vehicle-to-Grid), и она обещала решить одну из ключевых проблем энергетики — покрытие пиковых нагрузок без строительства новых электростанций. Эксперимент удался. А технология не взлетела. Разбираемся, почему так произошло и что изменилось за 25 лет.

Какое техническое решение является настолько знаковым, что каждое новое поколение инженеров снова и снова возвращается к нему, пытаясь переосмыслить, и применить в современных для них условиях? 

Несомненно, таким техническим решением является старинная турбина, разработанная ещё в 1913 году Никола Тесла. 

Чем же она так интересна, что инженерная мысль никак не хочет её оставить на «полке истории»?

Когда мы ехали по юго-западу Мемфиса, КеШон Пирсон попросил меня опустить окно автомобиля — выяснилось, что наш пункт назначения лучше не просто увидеть, но и унюхать. По пути мы проехали мимо заброшенной угольной электростанции справа, а затем — действующей электростанции слева, оснащённой огромными газотурбинными установками. Пирсон, руководитель некоммерческой организации «Мемфисское сообщество против загрязнения», вёз меня к новейшему промышленному мегапроекту своего родного города.

В воздухе уже витали запахи сажи, бензина и асфальта. Потом я почувствовал покалывание, поднимающееся по ноздрям и спускающееся в горло, как будто я простудился. Когда мы приблизились, я услышал грохот кранов и грузовиков, а затем из-за группы деревьев проступил целый лес электрических опор. Наконец я увидел его — ангар с белыми стенами, размером больше дюжины футбольных полей, где Илон Маск намеревается создать бога.

Это «Колосс» («Colossus») — центр обработки данных, который компания Маска по разработке искусственного интеллекта xAI использует в качестве полигона для обучения Grok, одной из самых передовых в мире моделей генеративного ИИ. Обучение этих моделей требует ошеломляющего количества энергии; если «Колосс» будет работать на полную мощность в течение года, он будет потреблять столько же электроэнергии, сколько 200 000 американских домов. Как написал Маск в X, при полной загрузке этот объект и два других близлежащих дата-центра xAI будут потреблять почти два гигаватта энергии. Ежегодно эти объекты могут потреблять примерно в два раза больше электроэнергии, чем весь город Сиэтл.

Эстония - уникальная энергетическая держава. Она единственная страна в мире, где основным источником энергии является горючий сланец. Произошло это не от лучшей жизни. Угля у них нет, нефти нет, газа нет, потенциала в гидроэнергетике у них нет, потому что на всех более-менее крупных реках ГЭС уже установлены. И есть только один вариант получения первичной энергии - огромные запасы горючего сланца.

Эта история началась со старой карикатуры, которая мне случайно попалась на Reddit. В комментариях ее приводили в качестве примера того, как в конце XIX века люди боялись электричества. Но чем дольше взгляд задерживался на этом сюжете, тем более непростым он казался. Стало интересно: откуда и на фоне чего на самом деле появилось изображение?

Оказалось, за изображением стоит не только страх перед новой технологией, но и война токов, борьба за городскую электрификацию, череда реальных аварий и вопрос о том, кто возьмет под контроль будущую инфраструктуру. Постепенно проступил и знакомый сюжет: там, где есть реальные риски, слабое понимание сложной системы и яркие пугающие образы, общественный страх очень быстро становится инструментом влияния.

Лето все ближе. Хочется солнца, выбраться поскорее на пляж и окунуться в теплую воду. А в шкафу к тому же пылится ранец с сапбордом. Сапборд — гениальное изобретение! Весь комплект весит всего 8 килограмм, помещается в небольшой рюкзак и надувается за три минуты. Раз-два и плыви куда хочешь! Что может быть лучше сапборда летом? Только сапборд с мотором!