Q Club

Нові технології проти марнування енергії

Наче вода з недбало закритого крану енергія витікає з електронних приладів. Байдуже, користуєтесь ви ними, чи ні. Таким чином, ми платимо також за енергію, яка зникає марно через неекономні мікрочіпи. У цій програмі поговоримо про електроніку майбутнього, що буде використовувати значно менше електроенергії. Однак спершу поглянемо, чи можна зберегти енергію вже сьогодні завдяки кращій вентиляції приміщення.

У німецькому місті Кассел працює центр розробки ефективного життєвого простору. Температуру у будівлі контролює спеціальний комп‘ютерний алгоритм, що зберігає енергію. Система аналізує погоду і вирішує увімкнути кондиціонер чи вимкнути. Коли можливо, система переключається на економну природну вентиляцію та сонячну енергію.

Дімітріос Ровас, асистент професора з термодинаміки:

“Нам відомо, що за умови вітряної погоди, деякі кімнати провітрюються краще за інші, тому що вони більш дотичні до зовнішнього середовища. Наша система знає, що певна кімната або певна територія невдовзі потребуватиме більше енергії. Таким чином, система встигає оптимізувати попереднє охолодження або нагрівання у певній кімнаті і використовує для цього, якщо можливо, енергію сонячних батарей.”

За кожною кімнатою система спостерігає окремо, тут є прилади, що вимірюють температуру, вологість, рівень вуглекислого газу та кількість людей у кімнаті. Програма також вивчає графік роботи співробітників і знає як та коли буде зайнята будь-яка з кімнат. Таким чином система з мінімальними витратами гарантує комфортну роботу для людей.

Цей розумний алгоритм винайшли дослідники з п‘яти країн. Вони спільно працюють над проектом, який фінансує ЄС.

Хуан Сантьяго, старший дослідник центру:

“У цій будівлі ми симулюємо сотні різних обставин. За основу беремо прогноз температур та сонячного випромінення на завтра і створюємо схеми роботи для будинків, що дозволять зберігати енергію за комфортних умов для користувачів.”

Програми симулювання, задіяні тут, користуються інформаційними хмарами, тому на місці працюють лише невеликі та прості комп‘ютери.

Хуан Сантьяго, старший дослідник центру:

“Ось такі комп‘ютери, як цей, контролюють всю будівлю. Він отримує сигнал від інформаційної хмари і надсилає до будинку, так, наприклад, зачиняються жалюзі на вікнах.”

Користувач може керувати системою через веб-інтерфейс на планшетному комп‘ютері або смартфоні, це якщо потрібно налаштувати щось вручну. Крім того, можна в будь-який час перевірити сенсорні індикатори.

Подібний алгоритм, але у більших масштабах, використовують у Центрі досліджень енергії у німецькому Аахені. Місцевий університет працює як величезний холодильник. Він підтримує правильну температуру у різноманітних офісах, конференц-залах та лабораторіях завдяки підземним енергетичним ресурсам.

Алекс Міхальскі, докторант з геотермальної енергетики:

“Тут у нас працює 16 теплообмінників, розташованих на глибині 100 метрів. Ми закачуємо у землю теплу воду і забираємо холодну з градієнтом у 4 градуси за Цельсієм.”

Геотермальні родовища, сонячні батареї і навіть надлишкове тепло з серверних кімнат постачають корисну енергію для клімат-контролю всередині приміщень. Комп‘ютерні програми використовують всі можливі джерела, щоб підлаштувати температуру води, яка тече у трубах, вмонтованих у стелю.

Ана Константен, асистент дослідника:

“Тепловий насос нагріває або охолоджує воду і поширює її по всій будівлі. Вона циркулює у трубах у стелі. Система контролює якої саме температури має бути вода.”

“Розумний” дім” передбачає зміну температур та підлаштовує систему опалення до потреб користувачів – це дозволить зберігати цінну енергію у найближчому майбутньому.

Йоханнес Фуеттерер, асистент з покращення клімат-контролю:

“Будинок підлаштується до ваших потреб. Знатиме, коли ви приходите додому, коли йдете відпочивати – він підлаштує систему попереднього опалення або охолодження, що дозволить зберегти енергію та гроші для вас за комфортних температурних умов.”

Ще один європейський проект бореться з так званими енергетичними вампірами: всі електронні прилади, від мобільного телефону до надкомп‘ютерів, споживають енергію навіть у “сплячому” режимі. Лише у Європі втрата енергії пристроями у режимі очікування дорівнює загальному споживанню електроенергії в Австрії, Чехії та Португалії разом.

Кірстен Моселюнд, фахівець з наноелектроніки:

“Сучасні транзистори є будівельними блоками для всіх електронних схем – і вони втрачають енергію. Навіть коли ви не використовуєте прилад він все одно витрачає енергію. Тобто, дуже багато енергії було втрачено даремно. Нині ми працюємо над новим типом транзисторів з так званим “ефектом тунелю”, який, сподіваємося, вирішить цю проблему: пристрої не будуть споживати енергію, коли їх не використовують, і будуть споживати менше під час роботи. Тобто прилади, що працюватимуть з новою розробкою будуть загалом більш економними, у порівнянні з приладами старого зразка.”

Транзистори працюють наче водопровідний кран, вони звільняють потік енергії. Науковці сподіваються, що транзистори наступного покоління з ефектом тунелю потребуватимуть значно менших енерговитрат за умов максимальної потужності. Задля цього дослідники намагаються поєднати кремній, кремній-германій та напівпровідникові нанопроводи.

Маттіас Борг, фахівець з матеріалів:

“Ми розміщуємо кремнієву пластину всередині реактора, а потім ми вирощуємо на ній нанопроводи, за допомогою цієї структури та поєднання двох матеріалів, ми можемо створити новий тип транзистора, який споживає менше енергії, однак зберігає швидкість роботи.”

Основна мета винаходу – на 90% зменшити споживання енергії комп‘ютерними чіпами, коли вони у роботі, та до нуля – коли вони у сплячому режимі.

Завдяки новій системі деякі прилади взагалі не матимуть потреби у підзарядці. Вони збиратимуть всю необхідну енергію з довкілля. Тонкі та гнучкі прилади, що самі забезпечують себе енергією, можуть принести революційні зміни у галузь медицини, безпеки та комунікацій.

Адріан Іонеску, координатор проекту:

“Цікавий результат може принести поєднання низьковитратної електроніки з технологією гнучкої підкладки та збирачем енергії. Разом вони можуть створити автономну систему, зовсім новий тип приладів, корисних у повсякденному житті. Наприклад, їх можна буде причепити на одяг, а вони будуть поглинати енергію з середовища. Все це удосконалить функціональність електроніки, полегшить людині життя та покращить її взаємодію з довкіллям.”

Коли запрацює нове покоління транзисторів, сказати поки що важко – дослідження тривають. За прогнозами деяких науковців, потрібно ще близько 15-20 років, аби зупинити марнування електроенергії.

За матеріалами: «Euronews»