DaoMail - путь письма
социальная почтовая служба (beta-версия)
весь DaoMail
вход / регистрация
Гость
ваша подписка (0
реклама
Как перекрыть утечки энергии?
| text | html

web-архив: по темам » наша бурная планета » капризы погоды » это письмо

2012-09-21 00:30:16

Ученые обещают, что электроника завтрашнего дня будет использовать гораздо меньше энергии.

shutterstock.com

Часть энергии сегодня пропадает только потому, что существующие микросхемы не очень эффективны. Другая часть – по другим причинам, например, из-за саморазряда используемых во многих электронных устройствах аккумуляторов. Однако больше всего энергии практически "испаряется в космос" прямо на наших глазах из домов и общественных зданий.

Но уже сейчас мы можем сократить затраты на электроэнергию благодаря "умным устройствам". Так, в здании Центра устойчивого строительства в немецком Касселе внутренний климат управляется энергосберегающим компьютерным алгоритмом. Система анализирует метеорологические прогнозы и внутренний микроклимат в здании, чтобы определить, когда лучше включить и выключить кондиционер. Экономия энергии происходит также благодаря использованию естественной вентиляции и солнечной энергии, когда это возможно.

"Предположим, что у нас есть здание и дует сильный ветер, – говорит в интервью Euronews Димитриос Ровас, ассистент профессора термодинамики Технического университета Крита. – Мы знаем, что некоторые комнаты будут охлаждаться быстрее, из-за утечки тепла на улицу. Наша система может предсказать, что конкретным помещениям или зонам будет необходимо больше энергии в определенные отрезки времени. Поэтому мы можем приступить к оптимизации условий путем предварительного охлаждения или предварительного обогрева этих помещений, используя, по возможности, энергию солнечных батарей".

Система следит за каждым помещением с помощью датчиков, измеряющих температуру, влажность, уровень углекислого газа и учитывая количество находящихся там людей. Она знакомится с графиком работы, поэтому знает, какие комнаты и когда будут заняты. Исходя из этого, система гарантирует достаточный комфорт с минимальными, по сравнению с обычным режимом энергоснабжения, затратами энергии. Этот умный алгоритм был разработан в рамках европейского проекта, объединившего исследования ученых из 5 стран.

"В этом здании мы моделируем сотни различных сценариев на основе прогноза завтрашней температуры и солнечного излучения, – рассказывает Хуан Сантьяго, старший исследователь в области возобновляемых источников энергии и технологий интеграции FIBP. – Таким образом мы создаем стратегию для здания, которое будет экономить энергию и обеспечит больший комфорт для пользователей".

Программой моделирования управляет распределенная компьютерная сеть, передающая команды простым локальным функциональным устройствам. Маленький компьютер может управлять всем зданием. Он получает сигнал от сети, обрабатывает его, выявляет наилучший с точки зрения экономии энергии и максимального комфорта людей сценарий действий, и отправляет исполнительную команду определенному устройству здания, например, говорит ему опустить жалюзи.

Пользователи в любое время могут проверять показания датчиков или, по необходимости, корректировать условия с помощью веб-интерфейсов на своих планшетных компьютерах или смартфонах.

Уже сейчас подобные алгоритмы применяются в более широком масштабе. Центр энергетических исследований в университете Аахена работает как гигантский холодильник или тепловой насос. Для поддержания нужной температуры в многофункциональных офисах, конференц-залах и лабораториях, он использует подземные запасы энергии. "Здесь находятся 16 теплообменных скважин глубиной по 100 метров, – рассказывает Алекс Михальски, докторант в области геотермальной энергетики RWTH, Аахен. – Мы закачиваем в землю теплую воду, а оттуда выкачиваем холодную, с градиентом в 4 градуса по Цельсию".

Геотермальные источники, солнечные панели, воздух в системе вентиляции и даже лишнее тепло от серверных центров дают полезную энергию для системы кондиционирования помещений. Так, компьютерная программа использует все доступные источники поступления "бросовой" низкопотенциальной энергии для оптимизации температуры воды, проходящей через трубы в потолке.

"После того, как тепловой насос охлаждает или нагревает воду, она распространяется по всему зданию, – продолжает Ана Константин, научный сотрудник в области теплообмена и моделирования RWTH, Аахен. – У нас она поступает по трубам в потолке. А программа системы говорит тепловому насосу, какой должна быть температура воды".

Умный дом, который учитывает изменения погоды и регулирует отопление в соответствии с потребностями пользователей, уже в ближайшем будущем может позволить экономить ценную энергию.

"Здание будет адаптироваться к вашим привычкам. Когда вы приходите домой с работы, уезжаете в отпуск и так далее, система будет это учитывать и настраиваться на предварительное отопление или охлаждение зданий, и таким образом – экономить энергию и, следовательно, ваши деньги, а также повышать ваш тепловой комфорт", - продолжает рассказ своего коллеги Йоханнес Фуеттерер, научный сотрудник в области стратегий оптимизации климат-контроля.

Другой энергосберегающий европейский проект направлен против так называемых "энергетических вампиров" – всех электронных устройств, от мобильных телефонов до суперкомпьютеров, которые вызывают утечку энергии даже в режиме ожидания. В Европе, потери энергии от устройств, оставленных в режиме ожидания, равны энегропотреблению Австрии, Чехии и Португалии вместе взятых.

"Одна из сегодняшних проблем – это транзисторы, которые являются частью всех электронных схем. Они "протекают". [То есть, даже когда устройства не работают, все равно происходит утечка энергии. И хотя каждое из этих устройств является маленьким как по размерам, так и по энергопотреблению, но их в разных устройствах может быть тысячи и миллионы. Поэтому эффект от такого масштаба становится значимым.] Фактически, огромный объем энергии тратится впустую. Мы работаем над новым типом транзисторов – так называемыми туннельными транзисторами, которые, как мы надеемся, помогут решить эту проблему. Они будут допускать меньше утечек энергии в режиме ожидания устройств, они будут потреблять меньше энергии, и мы можем уменьшить мощность электронных устройств по сравнению с нынешними", - делится планами Кирстен Мозелунд, исследователь в области наноэлектроники, IBM Research, Цюрих.

Транзистор работает как водопроводный кран, позволяя протекать току. Ожидается, что следующему поколению туннельных транзисторов потребуется гораздо меньшее напряжение для "запирания" электронного крана, и для максимальной эффективности. Сегодня задача ученых – добиться успешного сочетания кремния, кремний-германия и полупроводниковых нанопроводов.

"Мы поместили кремниевую пластину внутрь этого реактора, а потом мы нарастили на кремниевой пластине нанопровода. С помощью этой структуры, сочетания этих двух материалов, мы можем сделать новый тип транзистора, который позволяет снизить энергопотребление при сохранении той же скорости, как и у современных транзисторов", - продолжает Маттиас Борг, материаловед из того же подразделения IBM.

Цель заключается в снижении потребления энергии компьютерными чипами на 90% и свединии практически к нулю ее потребления в режиме ожидания. Поистине революционная в науке задача.

С такой эффективностью многие устройства смогут вообще обойтись без электрозарядки, они просто будут черпать необходимую энергию из окружающей среды. Тонкие и гибкие устройства с автономным питанием могут совершить революцию в таких областях, как здравоохранение, безопасность и связь.

"Интересный результат этих разработок заключается в том, что сочетание низкого энергопотребления с гибкой подложкой и возможностью подпитки от окружающей среды, их интеграция, может привести к созданию автономной системы, открывающей совершенно новый тип применения устройств в повседневной жизни. Это могут быть как карманные системы, так и предметы, включающие в себя большое количество функций, которые можно использовать для того, чтобы улучшить нашу жизнь, улучшить коммуникации с окружающей средой", - рассказывает Адриан Ионеску, координатор проекта STEEPER.

Все названные исследования еще продолжаются, поэтому пока трудно сказать, когда следующее поколение транзисторов будет готово к промышленному производству – некоторые ученые полагают, что потребуется еще 15-20 лет, чтобы полностью перекрыть в транзисторе "кран" утечки энергии.

Источник



web-архив: по темам » наша бурная планета » капризы погоды » это письмо








© 2004-2024 DaoMail.ru