Журнал `Компьютерра` №724

Новый мировой рекорд эффективности преобразования солнечной энергии в электроэнергию силовой сети - 31,25% - установили инженеры компании Stirling Energy Systems при поддержке ученых из Национальной лаборатории Сандия в Альбукерке. Прежний рекорд - 29,4% - был установлен еще в 1984 году на похожей системе и теперь улучшен менее чем на два процента. Но в консервативной большой энергетике каждый процент на вес золота.

Быстрый прогресс полупроводниковых технологий уже позволил на экспериментальных солнечных концентраторах получать электричество с эффективностью более чем 40%. Но когда дело доходит до промышленных масштабов и учета всех сопутствующих расходов энергии - от преобразователей напряжения и насосов водяного охлаждения до питания управляющих компьютеров, то оказывается, что старые добрые тепловые машины все еще вне конкуренции. А как раз такую конечную эффективность солнечной установки измеряли ученые в ясный зимний день в пустыне штата Нью.Мексико. Любопытно, что именно холод способствовал установлению рекорда, поскольку снизил температуру холодильника тепловой машины, что благотворно сказалось на ее эффективности.

Рекордная полупромышленная солнечная электростанция способна днем выдать в электросеть до 150 кВт. Она включает шесть тарелок, набранных из 82 прямоугольных зеркал, которые концентрируют солнечные лучи на теплообменнике машины Стирлинга. В этом устройстве, запатентованном еще в 1816 году священником Шотландской церкви Робертом Стирлингом, в замкнутом цикле работает водород. Он нагревается солнцем, расширяется и толкает поршень, крутящий электрогенератор, а затем охлаждается и сжимается, давая старт новому циклу. Машины с циклом Стирлинга, благодаря бесшумности и возможности работать с внешним нагревателем, давно нашли применение в подводных лодках и в космосе, и их конструкция хорошо отработана. Улучшения, которые помогли установить новый рекорд, касались в основном зеркал, теплообменника и электрогенератора.

Компания Stirling Energy Systems уже построила в пустыне Мохаве на юге Калифорнии самую большую солнечную электростанцию общей мощностью 354 МВт. Сейчас компания налаживает серийное производство новых солнечных тарелок и планирует установить в пустыне до семидесяти тысяч таких концентраторов общей мощностью почти два гигаватта. ГА

Физика в песочнице

Удивительно, как долго, казалось бы, простые и знакомые всем явления могут ставить в тупик серьезных ученых.

Только недавно международной команде специалистов, координируемой из Института динамики и самоорганизации в Геттингене, удалось разобраться со странным поведением смеси обыкновенного песка с водой.

С детства мы знаем - чтобы куличик или песчаный замок не рассыпался, достаточно намочить песок водой. Любой старшеклассник сообразит, что мокрые песчинки "склеиваются" друг с другом за счет капиллярных сил. Но как это происходит и почему, например, механические свойства мокрого песка слабо зависят от формы песчинок и количества воды, оставалось загадкой.

Дело в том, что вода заполняет пространство между песчинками довольно сложным образом. И чтобы разобраться с возникающими при этом структурами, ученые прибегли к сравнительно новым методам трехмерной рентгеновской микротомографии.

Эксперименты проводились со стеклянными бусинами, размер и поведение которых близки к размеру и поведению "среднестатистических" песчинок. По мере добавления воды между отдельными бусинками возникали капиллярные мостики.

Чем больше становилось воды, тем большая поверхность бусинок покрывалась водяными мостиками, что увеличивало количество связей между ними. Но одновременно с ростом мостиков кривизна свободной водной поверхности уменьшалась, что вело к ослаблению капиллярных сил. Эти два эффекта компенсировали друг друга, что и объясняет слабую зависимость механических свойств мокрого песка от количества воды.

Если жидкости становилось еще больше, соседние водные мостики начинали сливаться и связывать несколько соседних бусинок в более сложные структуры. Воду добавляли еще, агломераты из бусинок росли и множились, но механические свойства "песка" по.прежнему мало менялись.

Ученым удалось обнаружить в этих нетривиальных процессах простые закономерности и описать их несложными формулами.

Теперь ученым легче предсказывать свойства мокрого песка и других разнообразных смесей из жидкостей и гранул, которые часто используются в различных технологических процессах.

Проще будет избежать образования нежелательных комков или возникновения оползней. В ближайшее время экспериментаторы собираются применить уже отработанные методы рентгеновской томографии для того, чтобы лучше понять микродинамику течения мокрого песка и других смесей. ГА

Микрофишки