Глава 409. Самое совершенное применение для выработки электроэнергии •
Услышав слова Сюй Чуаня, остальные трое в кабинете посмотрели на него.
Эффективность кипячения воды действительно не самая высокая среди множества способов выработки электроэнергии.
Например, технология сверхкритического цикла диоксида углерода, металлы с большой теплоёмкостью - всё это также можно использовать для выработки электроэнергии, и эффективность выше, чем у кипячения воды.
Но по сравнению с ними, у этих технологий есть свои недостатки, такие как незрелость технологии сверхкритического цикла диоксида углерода, слишком высокая температура сжижения металлов с большой теплоёмкостью и так далее.
А вода отличается: большая удельная теплоёмкость, легкодоступна, нетоксична, рабочая температура и давление очень подходят, химические свойства стабильны, плотность умеренная и так далее - все эти преимущества собраны воедино, практически невозможно найти продукт, который мог бы её заменить.
В целом, в настоящее время наиболее рентабельным способом использования энергии человеком является преобразование тепловой энергии (совершение работы, кипячение воды) - это бесспорно.
Заметив взгляды троих, Сюй Чуань улыбнулся и сказал: "На самом деле, мне не нужно говорить, у вас у всех есть ответ в душе."
Академик Хоу Чэнпин улыбнулся и сказал: "Действительно, мы рассматривали этот вариант. Теоретически, этот способ выработки электроэнергии должен очень подходить для управляемого термоядерного синтеза."
"Но на данный момент, по сравнению со зрелой тепловой машиной, он отстал в технологическом плане из-за того, что ранее выходил из поля зрения широкой публики."
Все присутствующие были академиками, а также ведущими экспертами в области ядерной энергетики. Что касается технологии, которую Сюй Чуань не упомянул в своих словах, все трое, естественно, знали о ней.
На самом деле, до сегодняшнего обсуждения Хоу Чэнпин и Ван Юннянь уже обсуждали и обменивались мнениями по этому поводу.
На данный момент, если не считать солнечную энергетику, можно сказать, что все масштабные способы выработки электроэнергии в основном заключаются в преобразовании различных источников энергии в кинетическую энергию различными способами, а затем в приведении в движение генератора для выработки электроэнергии.
А если отбросить этот путь, есть ли у человечества другие способы выработки электроэнергии?
Ответ - да.
Ещё в девятнадцатом веке, после того как Фарадей предложил магнитогидродинамику, теория магнитогидродинамической генерации была выдвинута сама собой.
И теория магнитогидродинамической генерации не только была предложена рано, но и на самом деле она применялась довольно рано.
В 1959 году США успешно разработали экспериментальную установку магнитогидродинамической генерации мощностью 11,5 киловатт.
В середине 60-х годов США применили её в военных целях, построив магнитогидродинамическую генераторную установку в качестве импульсного источника питания для лазерного оружия и источника питания для испытаний в аэродинамической трубе.
В том числе уже распавшийся Советский Союз и Япония включали магнитогидродинамическую генерацию в ключевые национальные проекты в области энергетики и добились заметных результатов.
В 1971 году Советский Союз построил экспериментальную электростанцию с комбинированным циклом магнитогидродинамики и пара, установленная мощность которой составляла 75 000 киловатт, из которых мощность магнитогидродинамического генератора составляла 25 000 киловатт.
А позже в Советском Союзе была построена первая в мире электростанция с комбинированным циклом магнитогидродинамики и пара мощностью 500 000 киловатт.
Топливом для этой электростанции был природный газ, она могла обеспечивать как электроэнергией, так и теплом, и по сравнению с обычной тепловой электростанцией она могла экономить более двадцати процентов топлива.
Несмотря на это, магнитогидродинамический генератор не получил широкого распространения во всём мире.
В настоящее время только в некоторых странах построены магнитогидродинамические электростанции.
Это связано с тем, что условия для магнитогидродинамической генерации слишком жёсткие по сравнению с традиционной тепловой генерацией.
Так называемая технология магнитогидродинамической генерации подразумевает прямой нагрев топлива (нефти, природного газа, угля, ядерной энергии и т. д.) до легко ионизируемого газа, который ионизируется в плазму при температуре свыше двух тысяч градусов Цельсия или даже трёх тысяч градусов Цельсия.
Затем эта плазма, двигаясь с высокой скоростью в магнитном поле, разрезает силовые линии магнитного поля, тем самым создавая электродвижущую силу.
Эта технология напрямую преобразует тепловую энергию в электрический ток, не требуя механического преобразования, поэтому она называется прямой генерацией, а также технологией плазменной генерации.
В настоящее время в разных странах используется технология магнитогидродинамической генерации, в основном сжигание угля и газа, требующая очень высокой температуры, около 3000 градусов Цельсия.
Такой температуры очень сложно достичь с помощью угля или газа.
Из-за технических причин, а также из-за средней экономической эффективности, уступающей традиционной тепловой генерации с её технологическим прогрессом, она постепенно вышла из поля зрения широкой публики.
Однако технология магнитогидродинамики всегда была в центре внимания исследований разных стран.
Причина проста: технология магнитогидродинамики может применяться в военной, космической, авиационной, управляемой термоядерной и других областях.
"Но также нельзя отрицать, что изначально она не предназначалась для традиционного сжигания ископаемого топлива для выработки электроэнергии."
"Даже ядерный распад на самом деле не подходит для технологии магнитогидродинамической генерации."
"Потому что она слишком требовательна к температуре выработки электроэнергии." "Температура выше трёх тысяч градусов и ионизация топлива для образования плазмы - это почти невозможно или очень-очень сложно сделать для большинства тепловых машин."
"Однако для управляемого термоядерного синтеза это довольно легко."
"Будь то гелиевая зола, выводимая из дивертора, или тепло, которое мы выводим из первой стенки, достичь температуры выше трёх тысяч градусов не составляет труда."
"По сути, технология магнитогидродинамической генерации с самого начала была предложена как дополнение к управляемому термоядерному синтезу."
Напротив, Хоу Чэнпин согласно кивнул и сказал: "Действительно, очень сложно нагреть топливо до температуры выше трёх тысяч градусов, используя другие виды топлива. А управляемый термоядерный синтез имеет естественное преимущество в этом отношении."
Сюй Чуань улыбнулся и продолжил: "Помимо магнитогидродинамической генерации, мы также можем установить в хвостовой части "сверх-сверхкритический тепловой генератор" и "сверхкритический тепловой генератор"."
Сказав это, он встал и вытащил из угла кабинета доску.
Взяв из коробки с мелом белый мел, он начал рисовать на доске.
От демонстрационного реактора, выводя тепловую энергию, вдоль трубы сначала через технологию магнитогидродинамической генерации, а затем дальше, проходя через зоны "сверх-сверхкритического теплового генератора" и "сверхкритического теплового генератора", он нарисовал структуру, похожую на производственную линию или, скорее, на северный геотермальный трубопровод.
В кабинете Хоу Чэнпин и двое других встали и подошли к нему, глядя на структурную схему на доске.
Хотя структурная схема была довольно грубой и не совсем стандартной, она очень чётко передавала смысл.
Глядя на структурную схему, нарисованную Сюй Чуанем, академик Хоу Чэнпин с улыбкой похвалил: "Интересно, похоже, академик Сюй, вы давно продумали, как использовать управляемый термоядерный синтез для выработки электроэнергии."
Комбинация технологии магнитогидродинамической генерации и технологии тепловой машины, идеально использующая тепло, выводимое из управляемого термоядерного синтеза, - это то, что он и академик Ван Юннянь рассматривали уже давно.
Ведь для тепла, производимого реактором управляемого термоядерного синтеза, даже магнитогидродинамический генератор не может израсходовать всю тепловую энергию за один раз.
В этом случае можно установить обычные тепловые машины после магнитогидродинамического генератора, чтобы продолжить использовать остаточное тепло.
Ван Юннянь, стоявший рядом, молчал, он смотрел на эскиз на доске с интересом в глазах, погрузившись в размышления.
На эскизе на доске он увидел кое-что новое, более продвинутое, чем комбинированная генераторная установка, которую он изначально обсуждал и обдумывал с Хоу Чэнпином.
Так называемые "сверх-сверхкритический тепловой генератор" и "сверхкритический тепловой генератор" относятся к установкам, в которых параметры рабочей среды котла достигают или превышают критическое давление.
Как правило, рабочей средой в котлах для выработки электроэнергии является вода, критическое давление воды составляет 22,129 МПа, а критическая температура - 374,15 °C.
При давлении в 1 стандартную атмосферу точка кипения воды при переходе из жидкого состояния в газообразное составляет 100 °C. Чтобы повысить температуру водяного пара, необходимо увеличить давление, чтобы повысить температуру кипения.
А при давлении 22,115 МПа и температуре 374,15 °C плотность водяного пара такая же, как у жидкой воды, достигая критического состояния; когда температура и давление превышают критические значения, вода находится в сверхкритическом состоянии.
Использование водяного пара в сверхкритическом состоянии для выработки электроэнергии называется технологией сверхкритической генерации, а сверх-сверхкритическая генерация - это более высокий этап, чем технология сверхкритической генерации.
В настоящее время не существует единого международного стандарта для разделения сверх-сверхкритических и сверхкритических параметров.
Однако в национальном проекте "863" "Технология сверх-сверхкритической генерации на угле" сверх-сверхкритические параметры установлены как давление ≥ 25 МПа, температура ≥ 580 °C.
Глядя на структурную схему на доске, Ван Юннянь посмотрел на Сюй Чуаня сияющими глазами и сказал: "Использовать остаточное тепло магнитогидродинамической установки, сначала для нагрева сверх-сверхкритической установки; затем с помощью циркуляционных вспомогательных тепловых труб и технологий ещё больше повысить остаточное тепло, а затем использовать его для нагрева сверхкритической установки."
"При необходимости можно добавить и докритический тепловой двигатель."
"Таким образом, можно достичь почти идеального использования тепловой энергии управляемого термоядерного синтеза, эта схема просто идеальна, она намного лучше, чем комбинированная установка, которую мы задумывали ранее!"
"Не ожидал, что академик Сюй так глубоко разбирается и в традиционной технологии тепловых машин."
В этот момент он искренне восхищался этим молодым человеком.
С его многолетним опытом проектирования генераторных установок для ядерного деления, после того как структурная схема прояснила ситуацию, он, естественно, быстро разобрался в сути.
Но для него технология тепловой генерации была одной из самых знакомых областей.
Однако в своей самой знакомой области он был так легко превзойдён, и было предложено более совершенное и идеальное решение, как тут не восхититься?