tnenergy. Ядерная энергия Ядерная энергия - LiveJournal.com http://so-l.ru/news/source/tnenergy_yadernaya_energiya Wed, 21 Feb 2018 20:33:19 +0300 <![CDATA[США начинает новую программу быстрых реакторов?]]> Fast Flux Test Facility был остановлен в 1993 году в силу произошедшей к этому моменту полной потерей государством и бизнесом интереса к быстрым реакторам.


Верх активной зоны реактора FFTF перед заполнением натрием и пуском в 1978 году.

Надо заметить, что умение менеджеров в США быстро закрывать направления, которые перестают казаться перспективными, и не обещают отдачи в ближайшие 5-10 лет, обычно благоприятное для бизнеса, здесь сыграло двоякую роль. Сегодня исследовательские быстрые реакторы, доступные для проверки новых идей - абсолютный эксклюзив, в мире функционирует ровно 1 (одна) такая установка - БОР-60 в институте НИИАР. У кого же не получается попасть в места в активно зоне этого реактора вынуждены довольствоваться либо маломасштабными экспериментами в кольцевых твэлах исследовательских реакторов с тепловым спектром нейтронов, либо строить национальные установки, как сделали в Индии, Японии и Китае (впрочем, Китай пока только в начале пути, с мучительным освоением первого быстрого реактора).

В итоге именно вокруг БОР-60 и его наследника МБИР собираются команды, занимающиеся реальной разработкой быстрых реакторов - будь то американские инженеры из TerraPower, финансируемые Биллом Гейтсом или южнокорейские разработчики из KAERI, а так же лишенные на сегодня своего быстрого реактора опытнейшие французы из Areva (теперь Orano). Возможность общения, наблюдения за методиками и частично - топливом ведущих специалистов в такой хайтечной сфере как технологии быстрых реакторов стоит многого. И, кажется, это понимают и американцы, форсируя развитие своего центра притяжения.


Молчаливая презентация МБИР

Пока точно неизвестно, какой из проектов национальных атомных лабораторий США будет двинут вперед, но вот известный американский атомный эксперт Эд Лайман считает, что это реактор FASTER, концептуальную проработку которого сделала Аргонская национальная лаборатория.

FASTER - это быстрый реактор тепловой мощностью 300 мегаватт (в 2 раза больше, чем МБИР), охлаждаемый натрием и с несколькими интересными фишками. Во-первых, здесь планируется использовать металлическое топливо, т.е. сплав из урана, плутония и циркония - никакого кислорода, никакого азота в активной зоне. Это топливо обладает двумя важными плюсами - оно очень теплопроводно, что позволяет создавать активные зоны колоссальногой энергонапряженности (и забегая вперед - в FASTER именно такая АЗ) и имеет максимальную концентрацию атомов делящегося вещества из всех вариантов топливных композиций. Что в свою очередь облегчает создание потоков нейтронов высокой мощности. В частности, в FASTER планируются потоки до ~5*10^15 н*c/см^2 - такие же, как в МБИР, в котором концентрация плутония в топливе будет в два раза выше, и чуть ниже, чем в более мощной FFTF.

Активная зона реактора шагает от топлива - очень высокое объемное энерговыделение доходящее до 900 мегаватт на кубометр (для сравнения - у ВВЭР ~100 мегаватт, а у БН-600 - 400), высокий подогрев натрия при проходе через АЗ (155 С). Предполагается наличие 3 петлевых ячеек (т.е. там можно организовать петлю с другим теплоносителем - водой, жидким свинцом, газом, расплавом соли и т.п.) и 36 позиций для тестовых сборок и облучательных устройств. Одной из фишек реактора вляется наличие зоны с замедлителем и тепловым спектром, что позволяет исследовать и облучать и образцы, которым нужен тепловой спектр, хотя здесь у реактора будет множество конкурентов.



За пределами активной зоны планируется практически стандартное решение: бассеновое размещение теплообменников 1-2 контура и ГЦН 1 контура, разве что одинарная поворотная пробка и внутренняя перегрузочная машина-манипулятор - нестандартное решение (что-то похожее можно увидеть на реакторе MYRRHA). Второй контур - натриевый, отводит тепло на турбогенератор с мощностью около 120 МВт (кпд 40% - примерно стандарный для натриевых реакторов с такой температурой теплоносителя на выходе).


Разрез корпуса реактора.

Стоимость строительства оценивается в 2,8 млрд долларов (и 13 лет на реализацию, включая НИОКР) разработчиками, Сенат в своем законе указывает гораздо более оптимистичные цифры - 2 млрд и 7 лет. Содержание реактора оценивается в 170 млн долларов в год, при этом производство электроэнергии может приносить 100 млн.

Однако, даже не касаясь переменчивости политической коньюктуры, и вполне вероятного закрытия проекта демократической администрацией, которая наверняка рано или поздно придет к власти в США, встает вопрос - кто может быть потребителем услуг такой немаленькой установки? Да, в 5 раз меньший БОР-60 загружен полностью и выкуплен до конца срока службы, однако МБИР, скажем, все таки не набрал пока достаточного количества твердых клиентов, что бы полностью загрузить комплекс (и оплатить производство оборудования, которое бюджет РФ не финансирует). Надо вспомнить, что большими программами быстрых реакторов сегодня занимаются только в рамках национальных стратегий (России, Индии, Китая и с некоторыми оговорками Европы, Японии и Южной Кореи), но не занимается бизнес - т.е. компании типа Areva (т.е. Orano), Westinghouse, GE Hitachi, хотя у последней, например, есть проект быстрого реактора PRISM.

Есть и еще один момент. Как я показал не так давно, быстрые реакторы очень хорошо совместимы экономически с переработкой ОЯТ, и плохо - с открытым циклом. А запрет на переработку ОЯТ по всему миру - краеугольный камень политики США, которую она продвигает уже не первое десятилетие.


На момент строительства FFTF в середине 70х (на фото), будущее быстрых реакторов в США еще виделось в гораздо более позитивном ключе.

Масштабные национальные программы России, Индии и Китая, понятно, не станут клиентами нового американского БР. Бизнес, в основном, тоже не станет в силу плохой совместимости развития быстрых реакторов и политики США, хотя, скажем TerraPower вполне могла бы занять несколько ячеек в активной зоне предлагаемой установки. Какое же будущее ее ждет?]]>
http://so-l.ru/news/y/2018_02_20_ssha_nachinaet_novuyu_programmu_bistrih_rea Tue, 20 Feb 2018 23:02:18 +0300
<![CDATA[Интересное видео по испытательной базе General Fusion]]> Izukel Goenzo. И посвящен он логову термоядерного стимпанк-стартапа General Fusion. Очень советую посмотреть, хотя ролик и на английском.



P.S.В интервью и фильмах основатель General Fusion Michael Laberge часто жалуется на недостаток денег. По тому, как выглядят его стенды и оборудования я бы сказал, что "маленький и бедный" стартап обгоняет по оснащению многие мировые термоядерные лаборатории. ]]>
http://so-l.ru/news/y/2018_02_14_interesnoe_video_po_ispitatelnoy_baze_g Wed, 14 Feb 2018 00:02:28 +0300
<![CDATA[Ядерная энергетика в 2017 году]]>
В 2017 году мировая атомная энергетика топталась на месте - было подключено к сети 3305 мегаватт новых мощностей, но при этом закрыто 2230, таким образом общая мощность АЭС выросла на 1,075 ГВт с 391.4 до 392.5 ГВт, мизер после гораздо более удачных 2016 года (+9,2 ГВт) и 2015 года (+7,9 ГВт).

Новые энергоблоки в 2017 году появлялись исключительно в Китае и Пакистане: 8 января был поключен гигаваттный Yangjiang блок 4 по проекту CPR-1000 (китайская адаптация французских блоков), 1 июля - в Пакистане был запущен блок Chasma-4 мощностью 315 мегаватт, построенный по Китайскому (не заимствованному) проекту CNP-300, спустя чуть менее месяца в Китае заработал еще один CNP, теперь уже гигаваттный Fuqing-4, наконец под самый новый год, 30 декабря в Китае же был подключен к сети построенный китайскими силами ВВЭР-1000 - 3 блок АЭС Tianwan.

Все пущенные реакторы относятся к одной и той же технологии двухкторнурных реакторов с водой под давлением.


Пакистанско-китайская экзотика Chasma-3

В 2018 году можно ожидать гораздо большего количества новых блоков, подключаемых к сети.

С отключениями АЭС разнообразия чуть больше. 18 июня 2017 года был отключен первый промышленный южнокорейский реактор KORI 1 мощностью 576 мегаватт, пущенный в 1977. Построенный по проекту Westinghouse (начало строительства в 1971) этот двухпетлевой PWR средней мощности один раз продлевался по сроку эксплуатации (в 2007). Скандалы вокруг подхода к безопасности на АЭС Kori в 2011 году привели к фактически невозможности дальнейшего продления срока эксплуатации (еще до прихода антиатомного Мун Джеина).


Kori-1 слева

Через день после Kori-1 на другом конце Земли, в Швеции, был окончательно остановлен 473-мегаваттный BWR Oskarshamn-1. Кипящий реактор, спроектированный и построенный шведской ASEA-atom, был запущен в феврале 1972 года, а остановлен был из-за текущей убыточности, связанной с необходимостью модернизации систем безопасности под современные стандартны, низкой цены электроэнергии на рынке Швеции и налогов на атомную мощность в Швеции.


Иллюстрация блока Oskarshamn-1. Кликабельно.

В 2017 году так же были формально закрыты АЭС Santa Maria de Garoña (пожалуй, АЭС с самым поэтическим названием) на севере Испании. Это тоже BWR небольшой мощности (446 МВт), построенный по технологии General Electric BWR Mark-3 и подключенный к сети в начале  1971 года, однако остановлен он был еще в 2013 году после истечения срока действия лицензии, а в 2017 году были завершены бюрократические процессы по выводу АЭС из эксплуатации.

Santa Maria de Garoña

Аналогичная история произошла с японским быстрым натриевым реактором MONJU, пущенном в 1995 году и закрытом в 2016. При этом надо признать, что этот реактор в основном существовал от одной аварии к другой и практически не работал на мощности (в общей сложности порядка 2-х лет из 20).



Наконец, 31 декабря в Германии завершилась работа блока Gundremmingen-B, относительно свеженого (пуск в 1984 году)  и мощного (1284 МВт) BWR, построенного по проекту немецкой KWU. Данная станция пала жертвой закона об отказе Германии от атомной энергии


Открытый реактор  Gundremmingen-B во время операции по перегрузке топлива. Слева видно паросепарирующее устройство.

 Пройдя грусные страницы отключений посмотрим, строительство каких же АЭС и новых энергоблоков началось в 2017. Здесь у нас всего 4 объекта, два из которых являются экспортными блоками Росатома

Во-первых, в июне 2017 года первый бетон был залит в фундаментную плиту 3 блока АЭС Куданкулам, где сооружается реактор проекта ВВЭР-1000, кажется это последний заложенный "тысячник"


Церемония заливки бетона в армирование

Вторым (а календарно первым) идет начало строительство еще одного APR-1400 в Южной Корее, Shin-Kori-5. Интересно, что стартовавшее 1 апреля строительство было заморожено новым президентом Южной Кореи в июле, однако в сентябре снова разморожено после некого референдума. На том же референдуме было решено остановить строительство Shin Kori-6, для которого в тот момент выполнялось вертикальное планирование (т.е. котлован)


Shin-kori 5 и 6 (на заднем плане) на лето 2017. Надо отметить, что "закладку" блока корейцы выполняют на весьма приличных объемах уже проделанной работы, что позволяет сокращать сроки строительства.

Наконец, 29 декабря началось строительство нового китайского быстрого натриевого реактора CFR-600.



Хотя, не похоже, что китайские атомщики готовы к запускам и эксплуатации больших натриевых реакторов и рискуют пойти по пути индийцев (которые 7 лет откладывают запуск PFBR-500) и японцев (с MONJU), суровая конкуренция между перспективными технологиями (а в Китае одновременно развивают малые модульные PWR, свинцово-висмутовые реакторы, газоохлаждаемые высокотемпературные реакторы, "реакторы-свечи" и жидкосолевые реакторы) заставляет "натриевую мафию" спешить и показывать партии и правительству выполнение своих обещаний (не позже 2017 года начать строительство CFR-600).

Таким был 2017 с точки зрения основных этапов развития атомной энергетики в мире.
]]>
http://so-l.ru/news/y/2018_02_11_yadernaya_energetika_v_2017_godu Sun, 11 Feb 2018 23:36:23 +0300
<![CDATA[Интересное наблюдение по запуску Falcon Heavy]]>
При попытке разобраться в ответе на этот вопрос выяснилась парочка интересных деталей.

Начнем с грузоподъемности FH в целом. На на сайте SpaceX она уканаза в 63.8 тонны на низкую орбиту(НОО), 26,700 на геопереходную и 16800 - на гомановскую отлетную к Марсу.



Однако на слайде презентации Маска прошлой осенью мы видим 30 тонн на НОО



Ага, ну правильно, это же "reuse", то бишь возврат ступеней на посадочные платформы. Правда не понятно, какой из многочисленных вариантов возвращения центральных блоков на наземные или морские площадки. Полезная нагрузка на НОО упала более чем вдвое, но на сколько уменьшилась полезная нагрузка на отлетной траектории? На форуме nasaspaceflight в свое время сделали оценку для более ранней версии FH

Здесь первая колонка - это наличие или отсутсвие перелива топлива между боковыми блоками и центральным, как мы знаем в итоге от этого вообще отказались. Вторая колонка "RTLS" - количество возвращающихся к старту ступеней, третья "ASDS" - садящихся на морских платформах. Т.е. наш случай - 4 строка. Выводимая к марсу ПН - 4 тонны. Поправочный коэффициент на выросшие с момента составления таблички характеристики FH можно взять из последней строки - там к марсу выводится 11 тонн, а на сайте 16,8, т.е. для текущей версии FH цифры таблицы надо умножить в 1,5 раза. Получается, что к Марсу должно было отправится 6 тонн, а отправилось порядка 1-1,5? Маловато.

На самом деле эта оценка слегка оптимистична. Разделение центрального блока и верхней ступени здесь предполагалось на скорости в ~3 км/с, см соответствующую симуляцию.



А в реальности оно произошло на скорости ~2,64 км/с.



Скорее всего в этой разнице между симуляцией и реальностью есть довольно интересный момент. Дело в том, что каждые недобранные последней ступенью при отделении сотни метров в секунду довольно больно аукаются на сокращении полезной нагрузки, она падает экспоненциально с ростом необходимой для добора скорости. Оптимально было бы отделять центральный блок заметно позже, при скорости, скажем, 4 км/с, вообще самая оптимальная ракета имеет примерно одинаковое распределение по набираемой каждой скоростью ступенью.

Однако сажать первые ступени на большой скорости очень сложно, если не невозможно. При запуске Falcon Heavy ставка явно делалась не на вывод максимальной ПН, а на охват тестом как можно больших сценариев, связанных с полетом ракеты - тут и возврат боковых блоков на землю, и посадка на морскую платформу (неудачная). Продолжая эту логику можно предположить, что скорее всего скорость отделения центрального блока не делали максимальной, для того, что бы посмотреть, как он поведет себя при возврате. Что, конечно же, сказалось на нагрузке.

Но что бы узнать точно, какую ПН мог бы вывести FH в этом полете, нужно знать конечную скорость, до которой была разогнана Тесла родстер. И ее можно узнать


Здесь показана итоговая траектория ПН, и там есть замечательная циферка С3 Earth (км^2/c^2) = 12.0 - это избыток скорости над второй космической скоростью (т.е. 11,2 км/c). Скорость, которую набирает ступень (Vpn) связана с второй космической (V2) и С3 довольно просто:

С3 = Vpn^2 - V2^2

В этом году должно было быть тесное сближение Земли и Марса, поэтому достичь (при старте в апреле-мае) можно с С3 7,7-7,9 км^2/c^2, и ПН Heavy на отлетную к Марсу считалась либо для этой цифры, либо для среднемноголетних С3=9.5. Немного об этом рассказано вот в этом видео:



Итого мы получаем следующие величины:

1. Скорость, набранная Тесла Родстером в запуске 6 февраля: Vpn = sqrt (11,19^2 + C3)=11,71 км/с  Скорость, набираемая Falcon Heavy для "стандартной" отправки ПН к Марсу должна быть 11,61 км/с, а для для этого года 11,53 км/с. К баллистической скорости надо добавить гравитационные потери - на глаз около 200 метров в секунду, полученная величина называется характеристической скоростью или delta V в западных терминах.

Теперь попробуем сравнить разницу в характеристической скорости, набираемой "стандартной отправки" груза к Марсу и запуска 6 февраля:

11,61 + 0,2 - 3 = 8,81 км/с <-> ступень должна выводить ~6 тонн
11,71 + 0,2 - 2,64 = 9,27 км/с <-> ступень вывела красную машинку с манекеном.

На самом деле здесь более менее строгие расчеты заканчиваются и начинаются зыбкие предположения. Например то, что скорость отделения верхней ступени FH при максимально жестких условиях спасения центрального блока может быть 3 км/с - эта цифра встречается в обсуждениях на форуме nasaspaceflight, но правду, конечно, знают только в SpaceX. Еще одной неопределенной величиной будут массы заправленной и пустой верхней ступени FH, которе тоже никогда не публиковались. Наконец масса запущенного родстера тоже неизвестна. Тем не менее, плюс-минус километр прикидку сделать можно, и оценить, какую же долю от полной ПН запускали 6 февраля.

Итак, для начала  формула Циолковского

V = I * ln (Mn/Mk), где V - это характеристическая скорость, I - удельный импульс (3355 м/с для Merlin 1D vac), Mn/Mk - отношение начальной массы к конечной.

Для V (8,81) Mn/Mk = 13,81
Для V (9.27) Mn/Mk = 15.85

На все том же  nasaspaceflight я нашел такие цифры для верхней ступени FH - масса заправленной 95,000 кг, масса отработавшей ступени - 3900 кг (цифры не совпадают с симуляцией выше). Для Mn/Mk=15.85 это дает максимальную массу ПН в запуске 6 февраля в 2093 кг, что лишь слегка больше родстера без аккумуляторов, но с переходником, передатчиком и маникеном. Вполне ожидаемый запас на неизвестные пока динамические нагрузки и т.п. А вот ПН при "стандартной" отправке к Марсу будет всего ~3000 кг вместо 6000 из оценок выше и это ожидаемо. Набирать 8-9 километров в секунду одной керосиновой ступенью, даже такой шедевральной с точки зрения соотношения пустого веса к весу заправленной, означает уничтожить почти весь вес ПН в пользу веса ступени.

Получается, что в такой конфигурации носителя, возможности FH по отправке чего-то на Марс довольно скромны - меньше, чем у Delta IV Heavy, Atlas V 541, Протон-М/Бриз-М и Arian V и определяется это крайне неоптимальным распределением характеристической скорости по ступеням. В запуске 06.02.2018 FH работал близко к пределу возможностей, если отталкиваться от реалистичности цифр сухого и полного веса верхней ступени, которые гуляют в интернетах.



Главный же вывод - Falcon Heavy еще не показал своих возможностей, и по следующим пускам можно будет собрать данные, которые хорошо позволят оценить реальные веса ступеней и более точно оценить возможности многоразового и одноразового варианта.

]]>
http://so-l.ru/news/y/2018_02_10_interesnoe_nablyudenie_po_zapusku_falcon Sat, 10 Feb 2018 12:03:31 +0300
<![CDATA[Фотоапдейт по ИТЭР]]>
Понравилась мне одна фотография ИТЭР из свежих, и решил я сделать некий обзор. Ну сначало она, фотография:



Здесь показан цилиндр минимального размера, в который влезет токамак ИТЭР. Диаметр 30 метров, и наконец-то это не абстрактная цифра или графика с человечками. Тут человечки настоящие! В высоту, правда, только половина реактора, ну на то эта конструкция и называется "нижний цилиндр криостата". Гигантская вакуумная камера, которую сейчас собирают из деталей, изготовленных в Индии



Вот, например, фрагмент стенки криостата, через которую будет вводится пучок нейтральных частиц для нагрева плазмы. Пучок, кстати, приличный такой и будет - 1х0,5 метров, 16 мегаватт, 3% скорости света.

Рядом варят Основание Криостата, на которое потом будет поставлен и приварен Нижний Цилиндр.



На этом кадре, например, заваривают главный силовой элемент криостата и всего, что внутри - пьедестальное кольцо толщиной 200 мм (точнее это верхняя полка кольца толщиной 200 м) и шириной почти 2 метра. Левее двух скучающих сварщиков, уткнувшихся в монитор, виден край кольца, к которому в будущем и будут приваривать низ нижнего цилиндра.

А в здании токамака в шахте реактора тем временем готовят армирование бетонной "короны", на которую через 18 шарнирных элементов обопрется пьедестальное кольцо и через него - весь криостат и реактор внутри.



Заливка бетона тут начнется уже в этом месяце и продлится до августа. Впрочем до установки "основания" на "корону" еще чуть меньше двух лет: нужно достроить закончить работу с сегментами криостата, установить на него датчики и опорные элементы, достроить здание токамака, что бы можно было пронести кранами основание криостата из здания предварительной сборки, наконец, закончить финишные работы в шахте. Кстати, в соседнем помещении с шахтой они уже выполнены



Это помещение баков дренажа системы охлаждения токамака. Сюда будет сливаться вода из системы охлаждения в случае штатных и нештатных ситуаций на реакторе. Поскольку вода может быть с тритием, здесь оборудуется защитная оболочка из нержавейки для удержания воды в здании, если кроме аварии на токамаке еще и дренажный бак потечет. Но в целом интересно посмотреть, как будет выглядеть комлекс "катакомб" здания токамака в момент окончания строительства и перед началом монтажа тысяч тонн оборудования реакторных систем.

Что еще интересного? Хм, ну например, первый готовый кусочек вакуумной камеры ИТЭР:



Это первый из 36 кусочков, из которых соберут вакуумную камеру и один из самых простейших по геометрии. Двойная стенка из 40-мм стали организует пространство для воды системы охлаждения, кроме того эта вода будет замедлять нейтроны от термоядерной реакции. Для поглощения нейтронов пространство между стенками забито пластинами из борированной стали - их как раз хорошо видно. Наконец, стенку пронизывают цилиндрические опоры для внутреннего защитного бланкета. Что бы лучше представлять себе это все вкупе, смотрим графику:



Деталька выше  - часть внутренней стены вакуумной камеры. Она называется "полоидальный сегмент №1" и вместе с 3 другими полоидальными сегментами и двумя отводами портов должны быть сварены в один из девяти секторов вакуумной камеры. Сектор - это максимальная по логистическим возможностям единица, весом около 360 тонн. Сектора будут "одеваться" в тороидальные катушки и свариваться в единую камеру уже на площадке, а до этого будут изготавливаться в Южной Корее (4 сектора) и Италии (5 секторов).



Сборка полоидальных секторов начинается со сварки внутренней оболочки (она наиболее отвественная и сложная) приварке к ней конструкций окон портов, оребрения и опор бланкета, сборки внутри этого пирога пластин борной стали, заварки внешней стенки и тестов, тестов, тестов - на геометрию, на плотность швов, на трещины и т.п.




А вот фотография "полоидальный сегмент №2", от того же сектора (№6), который находится на сборке борной защиты.  Видно, что он слегка отстает по готовности от ПС №1, но учитывая, что фотография ноябрьская, можно ожидать скорой информации и по окончанию изготовления этой детали.



А это полоидальный сегмент №3, экваториальный. Большой размер цеха скрадывает размеры детали, но можно попробовать вообразить - высота ее порядка 10 метров. Все это изготовлено из нержавеющей стели 316L. Ну и наконец, нижний или диверторный сегмент:


Этот элемент в наименьшей готовности, но одновременно он слегка проще ПС2 и ПС3 за счет отсутсвия опор бланкета (т.к. в вакуумной камере на этом месте не бланкет, а дивертор).

К концу 2018 году, все эти сегменты должны быть изготовлены до конца и сварены в единый сектор №6, который, в свою очередь уже в начале 2019 должен отправится в  Кадараш, на стенды сборки, где будет происходить интеграция с первыми двумя тороидальными катушками. Вот такими:



Ну что ж, напоследок свежая фотография со стройплощадки:



Вид на готовую шахту реактора из камеры инжекторов нейтрального луча. Помните овальную "дверь" в нижнем цилиндре криостата? Она встанет напротиви вон тех отверстий в шахте. Буквально 2 перекрытия и все что между ними осталось возвести строителям до окончания основного строительства этого грандиозного комплекса.

P.S. Фотография с этого же ракурса но на 20 месяцев раньше



]]>
http://so-l.ru/news/y/2018_02_06_fotoapdeyt_po_iter Tue, 06 Feb 2018 22:15:04 +0300
<![CDATA[Energy Matters: Возможность перевести Чили на 100% обеспечение возобновляемой энергией]]> Energy Matters несколько недель назад появился анализ возможности обеспечения Чили на 100% солнечной энергией (со сглаживанием производства электроэнергии за счет гидроаккумуляторов). В принципе, выводы статьи тривиальны: на планете есть места, где ВИЭ конкурентны больше, есть места, где меньше, и Чили, в силу своей уникально большой инсоляции в пустыне Атакама и наличию обрывистого берега моря вдоль этой пустыни - лучшее в мире место для создания солнечно-гидроаккумулирующих энергокомплексов. Детали, тем не менее, интересны. Итак, статья Roger Andrews в переводе Станислава Безгина (Тояма Токанава)
Оригинал статьи здесь: How Chile’s electricity sector can go 100% renewable

==
Если гидро аккумулирующие электростанции, которые используют море в качестве нижнего резервуара, могут быть введены в крупномасштабную эксплуатацию, Чили сможет создать по меньшей мере 10 ТВт*ч аккумулирующих мощностей вдоль своего северного побережья. Благодаря этому Чили может превратить достаточно большой объем прерывистой солнечной энергии в диспетчеризируемую форму, чтобы заменить всю текущую топливную генерацию, и на уровне себестоимости электроэнергии (предварительно оцененной в размере около 80 долл. США / МВт-ч), которая была бы конкурентоспособной с большинством других источников диспетчеризируемой генерации. Впечатляющий гидропотенциал северного Чили является результатом существования естественных впадин на высоте 500 м или более, прилегающих к побережью, которые могут удерживать очень большие объемы морской воды и которые образуют готовые верхние водохранилища.

Насосная гидростанция Вальхалла

Мой недавний обзор проекта комплекса Вальхалла для солнечной энергии / гидроаккумуляции - вот что заставило меня задуматься о том, как много неиспользованного гидроаккумулирующего потенциала может существовать на севере Чили, поэтому я начинаю с краткого описания гидроаккумулирующей станции.

Схема расположения проекта Вальхалла показывает два верхних вдохранилища (они будут соединены каналом), занимающие две естественные впадины на высоте около 600 м и примерно в семи километрах от моря. Они могут содержать не менее 25 миллионов кубических метров морской воды и, по моим оценкам, около 15 гигаватт-часов хранимой энергии:


Рисунок 1: Схема гидроэнергетического проекта Вальхалла

Вопрос, который у меня был, заключался в том, как определить другие перспективные места для размещения верхних резервуаров гидроэлектростанций в этом районе, и лучшим инструментом в моем распоряжении был Google Earth. Поэтому перед тем как начать мой поиск, я проверил, могу ли я продублировать расчеты планов и объемы резервуаров Вальхалла с помощью Google Earth, которые в северном Чили используют высококачественные изображения и дают точки высоты. Не вдаваясь в подробности, я использовал горизонты Google Earth для определения границ водоемов на высоте верхней поверхности Вальхалла 608,5 и сделал приблизительные оценки площади поверхности и глубины. У меня получилась площадь поверхности 3,0 кв. км по сравнению с 3,7 кв. км Вальхаллы (по данным самого проекта) и объемом 33 млн. кб.м. по сравнению с 25 млн. Вальхаллы. Эти оценки довольно близки, и мои оценки, на самом деле могут быть даже точнее, чем оценки указываемые в проекте станции. Оценка объема Вальхаллы - это «нормальный рабочий объем», который может быть достигнут, когда резервуар будет меньше, чем полностью заполнен, и я подозреваю, что оценка площади поверхности 3,7 кв. км может включать в себя полосу земли между двумя водохранилищами.

Затем я сравнил контуры моего получившегося резервуара с визуализацией Вальхаллы из проекта. Углы обзора и перспективы не идентичны, но размеры и формы резервуара выглядят довольно похожими:


Рисунок 2: Визуальное сравнение форм водохранилища Вальхалла (сверху) и моего вариант (внизу)

Определение других перспективных мест под размещение резервуаров.

Убедившись в том, что программа Google Earth достаточно хороша, чтобы обеспечить, по крайней мере, оценочные оценки уровня, я посмотрел, сколько других потенциальных гидроаккумулирующих станций может быть в этом районе. Я определил восемь подходящих участков вдоль 250-километровой длины побережья между Топиллай и Икике. Один из них (участок 4) включает водохранилища Валгаллы, которые занимают лишь небольшую часть гораздо большей естественной впадины. На рисунке 3 показаны местоположения восьми участков:


Рисунок 3: Расположение восьми потенциальных участков верхнего резервуара. Север справа

На рисунках с 4 по 11 показаны скриншоты Google Earth этих восьми участков. Красные линии представляют собой приблизительные границы водохранилищ, определенных с помощью Google Earth.


Рисунок 4: Участок 1. Высота поверхности резервуара 1,605 м, средняя глубина 18 м, площадь 3,2 кв. км, объем при полном 56 млн. куб. м

Рисунок 5: Участок 2. Высота поверхности пласта 1,005 м, средняя глубина 33 м, площадь 21,0 кв. км, объем при полном объеме 683 млн куб. м

Рисунок 6: Участок 3. Высота поверхности пласта 980 м, средняя глубина 45 м, площадь 8,5 кв. км, объем при полной 383 млн куб. м

Рисунок 7: Сайт 4a (слева). Высота надводной поверхности 640 м, средняя глубина 25 м, площадь 9,0 кв. км, объем при полной 225 млн куб. Сайт 4b (справа). Высота надводной поверхности 640 м, средняя глубина 35 м, площадь 11,0 кв. км, объем при полном объеме 385 млн. куб. Комбинированная площадь 20,0 кв. км, объем при полном объеме 610 миллионов кубических метров. Меньшие красные контуры внутри участка 4а являются водохранилищами Вальхаллы.

Рисунок 8: Участок 5. Высота поверхности водохранилища 800 м, средняя глубина 30 м, площадь 16,5 кв. км, объем при полном объеме 495 млн. куб. м

Рисунок 9: Участок 6. Высота поверхности резервуара 945 м, средняя глубина 45 м, площадь 40 кв. км, объем при полной 1800 м куб. м

Рисунок 10: Участок 7. Высота поверхности водохранилища 590 м, средняя глубина 35 м, площадь 20 кв. км, объем при полных 700 млн куб. м


А затем есть еще участок 8 - Salar Grande de Iquique, Большая соляная сковородка Икике:

Рисунок 11: Участок 8. Красный контур, высота поверхности водохранилища 670 м, средняя глубина 10 м, площадь 64,5 кв. км, объем при полном объеме 645 млн. куб. Оранжевый контур: высота поверхности водохранилища 730 м, средняя глубина 40 м, площадь 282 кв. км, объем при полных 11 645 млн куб.м На заднем плане виден участок 4.. Белые пятна - соляные шахты.

С некоторым сожалением мне пришлось отказаться от плана оранжевого резервуара и удовлетвориться красным. Причина заключалась в том, что южная (левая) часть оранжевого резервуара разрезана линией разлома (обозначена буквами F), которая является доказательством недавнего движения коры. Вероятность того, что разлом будет двигаться снова в течение срока службы гидроэлектростанции, может быть невелика, но это может привести к серьезным сбоям в работе. В любом случае было бы трудно эффективно использовать водохранилище с потенциальным объемом хранения энергии, которое намного превышает текущие и ожидаемые потребности в хранении электроэнергии в Чили, особенно когда в других местах имеется более чем достаточно потенциальных аккумулирующих мощностей.

Вместе эти участки имеют емкость хранения более 5 миллиардов кубометров, что более чем в сто раз больше, чем верхнее водохранилище на гидроэлектростанции округа Вант в США, которое в настоящее время является крупнейшим в мире. (И здесь еще множество мест, которые я не стал рассматривать. Фактически, пока я писал эту статью я нашел еще один ~ 1 миллиард кубических метров между участками 5 и 6. Но я уже не стал включить его в расчеты.)

Будучи естественными впадинами, участки не нуждаются в плотинах, и экологические проблемы, которые часто создают препятствия для создания водохранилищ в других местах в основном отсутствуют. Нет никаких построек, ни людей, ни растительности, ни дикой природы; просто бесплодная земля, соль и камень. За исключением нескольких следов грязи и соляных шахт на участке 8, мы могли бы оказаться на поверхности Марса. Много работая в Атакаме в 1980-х годах, я могу подтвердить это из личного наблюдения. Также не существует риск того, что утечка морской воды будет загрязнять водоносные горизонты пресной воды, потому что нет пресной воде для загрязнения (подземные воды вблизи побережья являются засоленными и муниципальное водоснабжение обеспечивается из установок опреснения). Все участки, кроме участка 7, доступны с трассы, которая проходит вдоль побережья между Топиллай и Икике, а участок 7 находится достаточно близко.

Объем хранилища резервуара

Я оценил потенциал хранения энергии для восьми водохранилищ, используя формулу, предоставленную Стэнфордским университетом: E = (ρ g h v η) / 3600 Где E - накопление энергии в ватт-часах, ρ - плотность воды в кг / м3 (1000 для пресной воды), g - ускорение силы тяжести (9,81 м / с2), h уровень верхнего резервуара в метрах, v объем воды в кубических метров, η - эффективность обратного хода гидронасоса с накачкой и 3600 - количество секунд в час. Нужно подставить четыре переменные в эту формулу - плотность (я использовал 1029 кг / м3 для морской воды), объем воды, высоту и эффективность цикла. Объемы и высоты были указаны в приведенных выше рисунках. Эффективность цикла - это эффективность преобразования энергии турбин (потери, возникающие при перекачке воды в резервуар, не влияют на емкость). Цифры, данные в отчете Вальхаллы, подразумевают эффективность «туда и обратно» 77% (среднегодовая потребляемая энергия 2,28 ГВт*ч / день, среднегодовая мощность 1,75 ГВт*ч / день). Это дает эффективность цикла в 88,5% при условии, что половина потерь будет понесена в процессе генерации. Объемы хранилищ, оцененные с использованием этих переменных, снова считываемые непосредственно из моей таблицы, суммированы в таблице 2:


Примечание: емкость хранилища 8-го участка, обозначенная оранжевым цветом на рисунке 11, составляет ~ 20 ТВт-ч.

Чтобы дать представление о том, насколько велики эти цифры, общая глобальная емкость всех гидроаккумуляторов в настоящее время составляет 1 ТВт*ч, а самая большая в мире аккумуляторная батарея Tesla Big South Australia хранит 0,000129 ТВт*ч.

Использование гидроаккумуляции для преобразования солнечной энергии в диспетчеризируемую энергию

Кроме наличия такого огромного гидроаккумулирующего потенциала, пустыня Атакама также может похвастаться лучшими солнечными ресурсами в мире. Было подсчитано, что солнечные батареи, покрывающие только 0,5% Атакамы, могут поставлять всю электроэнергию в Чили, но это, конечно, возможно только в том случае, если солнечная энергия будет преобразована в диспетчеризируемую форму. Здесь мы рассмотрим возможность замены традиционной топливной генерации в Чили на комбинацию солнечной энергии и гидроаккумуляторов в пустыне Атакама. В сочетании с существующей традиционной гидрогенерацией это сделает электроэнергию Чили на 100% возобновляемой.

Сколько потребуется установить мощностей солнечной генерации и гидроаккумуляторов? Будучи не в состоянии предсказать, какой будет будущий спрос на электроэнергию в Чили, я использовал данные 2016 в качестве основы для оценки. Чилийское производство электроэнергии по источникам в 2016 году приведено в таблице 2 (данные Бюллетеня за январь 2017 года Меркадо Электико). Общая генерация составила 73,4 ТВт-ч, из которых 49,1 ТВт-ч (67%) приходится на угольное, газовое и нефтяное топливо, 19,5 ТВт-ч (27%) от обычной гидроэнергии, а оставшиеся 6% от солнечной энергии, ветра, биомассы и «других»:



Чтобы заменить 49,1 млрд. кВт*ч годовой топливной генерации на солнечную генерацию, нам потребуется достаточно солнечной энергии для производства 49,1 ТВт*ч / год. При коэффициенте использования установленной мощности (КИУМ) 35% для новых следящих по одной оси PV-массивов (солнечных батарей) в пустыне Атакама (на основе данных с проекта Вальхалла) это потребует 16 ГВт установленной солнечной емкости (16 ГВт * 24 часа * 365 дней * 0,35 КИУМ = 49,1 ТВт-ч ).

Эта прерывистая солнечная генерация затем должна быть преобразована в диспетчеризируемую форму, сохранив ее для повторного использования в гидроаккумуляторах. Если вся солнечная генерация уйдет в гидроаккумуляцию, тогда необходимо будет увеличить установленную мощность, чтобы компенсировать 77% -ную эффективность цикла работы аккумуляторов, т. е. с 16,0 до 20,8 ГВт. На практике, однако, данные из статью о Вальхалле предполагают, что, возможно, треть энергии может быть отправлена непосредственно в сеть без ущерба для балансировки нагрузки, и это снижает требования до 18,8 ГВт. Я взял за основу значение 19GW.

Чтобы полностью использовать солнечную энергию, установленная мощность турбин также должна была бы быть достаточно высокой, чтобы принимать пиковую солнечную энергию, которая иногда будет не менее 90% от 19 ГВт установленной солнечной энергии, т. е. порядка 17,1 ГВт. Я взял значение 17GW. Этого было бы более чем достаточно для покрытия пикового спроса Чили, который в 2016 году составлял 10,3 ГВт.

И сколько нужно объема хранения энергии в гидроаккумуляторах? Как всегда, в требованиях к хранению преобладает необходимость сглаживания сезонных колебаний солнечной генерации, а не колебаний день/ночь. На рисунке 2 сравнивается среднемесячная генерация Чили с солнечной генерацией в период с сентября 2015 года по сентябрь 2017 года. Солнечная генерация пропорционально увеличена, чтобы покрывать 67% потребления (данные снова из Boletínes del Mercado Eléctrico). Существует относительно небольшое сезонное изменение потребления энергии и сезонное изменение солнечной генерации не превышает 50%:


Рисунок 12: Среднемесячная генерация в Чили по сравнению со среднемесячной генерацией солнечных станций в пустыне Атакама, масштабированной до 67% от потребления Чили в 2016 году. Энергия, накопленная во время периодов избытка (зеленые), генерируется в периоды дефицита (красные), чтобы генерация соответствовала ежемесячному потреблению.

В этом примере требование к объему накопления энергии определяется энергией, содержащейся в красно-заштрихованных (или зелено-заштрихованных) областях в течение года. За указанный период — это примерно 2,7 ТВт-ч, что достаточно для того, чтобы покрыть потребность Чили в течение двух недель. С потенциалом до 11 ТВтч хранения на восьми участках - и, вероятно, еще и в других местах - установка 2.7 ТВт-ч гидроаккумулирующих мощностей не должно быть проблемой.

Экономика - Капитальные затраты

Сколько будет стоить комбинированная система (19GW солнце + 17GW / 2.7TWh гидросистема), и как дешево (или дорого) будет производимое электричество?

Solar Asset Management Latam дает установленные мощности и затраты для 16 солнечных фотоэлектрических станций мощностью от 30 МВт до 246 МВт, установленных в Чили в течение 2014, 2015 и 2016 годов. Средняя стоимость установки / кВт составляла 2 019 долл. США (максимум 3 059 долл. США, минимум 1 298 долл. США, средняя 1 857 долл. США, стандарт отклонение $ 515). Согласно проекту Валгаллы, ее солнечная станция мощностью 600 МВт будет стоить 900 миллионов долларов, или 1500 долларов за кВт. Учитывая масштабы и недавнее снижение цен на панели PV, это число не кажется необоснованным по сравнению с расходами на других 16 станциях, поэтому я принял его.

Гораздо меньше информации о капитальных затратах на гидростанции. Единственные недавние оценки, которые у меня есть, - это Вальхалла $ 1,283 / кВт ($ 385 млн. за 300 МВт, согласно отчету) и $ 1,640 / кВт ($ 3770 млн) для предлагаемой станции мощностью 225 МВт, Австралия. Среднее значение этих двух оценок составляет 1 462 долл. США / кВт, но поскольку предварительная оценка затрат обычно оказывается низкой, я предположил 2000 долл. США / кВт.

Применение этих оценок к перечисленным выше мощностям дает следующие капитальные затраты:

$29 млрд за 19 ГВт солнечной энергии
$34 млрд. за 17 ГВт гидроэлектростанции
Общая сумма в 63 миллиарда долларов

Экономика - уровень стоимости электроэнергии (LCOE)

Поскольку срок службы солнечной станции и гидроэлектростанции настолько различны, мне приходилось вычислять их LCOE отдельно и суммировать их. Оценки LCOE сделаны с помощью U.S. National Renewable Energy Laboratory (NREL) calculator’s. Предположения:

Солнечная:

Срок жизни проекта: 20 лет
Ставка дисконтирования: 6%
Коэффициент использования мощности: 35%
Капитальные затраты: 1500 долл. США / кВт
Постоянные затраты: $ 45 / кВт-год
Переменные затраты: ноль
Коэффициент использования топлива: ноль
Стоимость топлива: ноль
Гидроаккумулирующая станция:

Срок жизни проекта: 50 лет
Ставка дисконтирования: 6%
Коэффициент потерь: 77%
Капитальные затраты: 2000 долл. США / кВт
Постоянные затраты: $ 30 / кВт-год
Переменные затраты: ноль
Коэффициент использования топлива: ноль
Стоимость топлива: ноль
Данные о расходах на эксплуатацию приведены в Отчете о расходах NREL 2012 (NREL 2012 Cost Report.). [надо сказать, что сегодня O&M costs для СЭС во многих источниках не 45 а 10-20$/кВт*год, т.е. стоимость тут завышена. А вот для ГАЭС скорее всего наоборот - занижена - tnenergy]. Учетная ставка - это текущее среднее значение для проектов по возобновляемым источникам энергии в Европе и Северной Америке, предоставленных Грантом Торнтоном.

И вот LCOE:

Солнечная станция: $ 57 / МВтч
Гидроаккумулирующая станция: $ 23 / МВт-ч
Сумма: $ 80 / МВтч
Оценка LCOE гидроэлектростанции в размере 23 долл. / МВтч несколько сомнительна и может быть, как завышена, так и занижена. А вот LCOE солнечных станций в размере 57 долл. / МВтч намного выше, чем цена на солнечную энергию на последних аукционах в Чили, которая составила всего 21 долл. / МВт-ч. Либо мой LCOE нереально высок, либо цены аукциона нереалистично низки. Но даже если взять LCOE в размере 80 долл. / МВтч комплекса солнце+гидро как корректную, то данный энергетический комплекс вполне конкурентоспособен на фоне других диспетчиризируемых видом генерации, за исключением ПГУ, согласно последним оценкам Lazard (рисунок 13):


Рисунок 13: Сравнительная оценка LCOE Lazard версии 11.0. По вертикальной черной линии отображается $ 80 / МВтч. Обратите внимание, что оценки LCOE, опубликованные другими источниками, часто отличаются от оценок Lazard's1

Мои результаты также указывают на то, что преобразование «сырой» солнечной энергии в диспетчеризируемую энергию путем объединения ее с гидроаккумулирующей системой увеличивает затраты лишь на 40%. Это резко контрастирует с сочетанием солнечных батарей с батареями (это увеличивает затраты на порядок). Если целью является преобразование больших количеств прерывистой солнечной энергии в диспетчеризируемую энергию, то гидроаккумулирующая система - это, безусловно, путь к успеху- при условии, что вы имеет достаточно гидроаккумулирующего потенциала.

Возможность завышения мощности генерации.

Как я уже отмечал в своей заметке «don’t store it» альтернативный вариант для уравнивания производства прерывистой солнечной энергии и потребления заключается в том, чтобы минимизировать потребности в межсезонных аккумуляторах, увеличивая установленную мощность до величины, при которой солнечная энергия обеспечивает потребление в течение месяца, когда солнечная генерация является самой низкой (Октябрь в пустыне Атакама, см. Рисунок 12). В рассматриваемом случае это потребует 50% увеличения установленной мощности PV, от 19 до 29 ГВт. Это приведет к увеличению капитальных затрат примерно на 14 млрд. Долл. США, а также приведет к потерям больших объемов избыточной солнечной энергии. Тем не менее общие капитальные затраты будут меньше на величину до 20 млрд. Долл. США, поскольку больше не нужно будет устанавливать гидроаккумулирующие станции стоимостью 34 млрд. Долл. США, хотя некоторый объем хранения будет по-прежнему необходим для обеспечения генерации электроэнергии при облачной погоде, которая иногда бывает даже в Атакаме.

Так почему же я не рассматривал этот вариант?

Отчасти потому что данные, необходимые для его оценки, в частности ежечасные данные о солнечной энергии и потреблении, были недоступны, но главным образом потому, что они вносят существенную дополнительную неопределенность - будет ли устойчивой национальная сеть, основанная на солнечной энергии? Может ли частота поддерживаться в допустимых пределах? Я не знаю, и я не думаю, что кто-то другой это знает. И даже если сеть может быть стабилизирована, возникает вопрос, сколько будет стоить установка всех маховиков, батарей, резисторов для сброса нагрузки и другого оборудования, которое необходимо для ее стабилизации. Я могу рассмотреть этот вариант позже, но на данный момент я предпочитаю изучить вариант с синхронными гидрогенераторами, которые не должны создавать проблем с устойчивостью сети.

Обсуждение

Вот есть план, который, по крайней мере, теоретически позволил бы Чили генерировать все свое электричество из возобновляемых источников энергии, не разоряя бюджет. Вопрос в том, может ли он когда-нибудь быть реализован?

Множество вещей должны быть прояснены до этого. Сначала возникает вопрос, будут ли работать насосные гидростанции, которые используют море в качестве нижнего резервуара. Это не совсем новая технология. Гидроэлектростанция Янбару в Японии работала более десяти лет, используя море в качестве нижнего резервуара и, по-видимому, без серьезных проблем. Турбины на приливной электростанции La Rance во Франции работают с морской водой с 1966 года, хотя и при низких давлениях. И Вальхала и Култана утверждают, что сделали достаточно работы, чтобы показать, что их насосные гидростанции будут успешно эксплуатироваться с использованием морской воды, хотя инженеры Культана, возможно, находились под политическим давлением, чтобы придумать «правильные» результаты. Но вода - это вода, и при условии принятия адекватных антикоррозийных мер нет никаких технических причин или, по крайней мере, того, о чем я знаю, почему гидроаккумулирующая станция с морской водой не должна работать так же хорошо, как и станция на пресной воде.

Второй вопрос касается масштабов. Ранее я пришел к выводу, что Чили может обойтись 2,7 ТВт-ч насосных гидроаккумуляторов. Восемь идентифицированных водохранилищ могли обеспечить в четыре раза больше, и один из них (участок 6) мог бы обеспечить 2,7 ТВт-ч сам по себе. Но генерация 67% электроэнергии в Чили от одной гигантской гидроэлектростанции или даже с четырех или пяти меньших станций не было бы особо хорошей идеей. Север Чили является тектонически чрезвычайно активным, и если крупное землетрясение прервет работу на одной или нескольких станциях, Чили окажется с сильным дефицитом электроэнергии. Что необходимо для обеспечения безопасности поставок - это большее количество небольших предприятий. Я не рассматривал экономические последствия, но одним из решений могло бы быть разделение водохранилищ на сегменты и работа их независимо друг от друга. Например, резервуар участка 6 удобно делится на шесть сегментов примерно равного размера, как показано на рисунке 14. Водохранилище на участке 8 (рис. 11) также можно разделить на два при минимальных затратах:


Рисунок 14. Водохранилище участка 6, разделенное на шесть отдельных водохранилищ плотинами (черные линии).

Третий вопрос, вероятно, самый сложный. Развитие гидроэнергетического потенциала северного Чили является масштабным мероприятием и невозможно обеспечить его путем проведения периодических аукционов на несколько гигаватт новых мощностей, где выигрывает самый дешевый участник торгов, обычно это производитель солнечной или ветро энергии. Чтобы добиться этого, Чили придется принять энергетическую стратегию, которая признает: а) что прерывистая солнечная энергия и ветер, независимо от того, насколько она «дешевая», не могут обеспечить потребности Чили в электроэнергии 24/7/365 без надлежащего резервного хранения и b) что развитие насосных гидроэлектростанции является критически важным для достижения целей Чили по возобновляемым источникам энергии (70% возобновляемых источников энергии к 2050 году, возможно, скоро дойдет до 100%). Примет ли Чили такую стратегию? Точно не в обозримом будущем. В настоящее время низкие цены на ветровую и солнечную энергию считаются доказательством того, что подход через аукционы мощности является успешным, и поэтому мы можем ожидать, что эта практика будет продолжаться до тех пор, пока Чилийское Energiewende не столкнется с жесткой стеной реальности.

Последнее замечание. Чилийские проекты по гидроэнергетике с солнечной энергией не позволят миру перейти на возобновляемые источники энергии. Сочетание выгодной прибрежной топографии и превосходных солнечных ресурсов, которые делают ее потенциально возможной, кажется уникальным для Чили, а Чили – находится далеко от любых основных центров потребления энергии.

И совсем последнее замечание: За стоимость рассмотренного варианта в размере 63 млрд. Долл. США Чили может установить не менее 10 ГВт ядерных мощностей, что более чем достаточно для удовлетворения всех потребностей в электроэнергии в 2016 году. Но ядерная энергия, конечно, не возобновляемая.

===

Теперь комментарий от меня [tnenergy]:

Мне кажется, эта статья является примером постепенного сдвига дискуссии вокруг возобновляемых источников энергии (ВИЭ). Если 15 лет назад, когда самые большие солнечные и ветровые станции были в районе 20-50 мегаватт речь шла про то, что технически невозможно создать ВИЭ генерацию масштаба общепланетного потребления энергии, то сейчас довольно очевидно, что нет, это возможно. Следующим пунктом дискуссии был недостаток площадей под ВИЭ, особенно, когда их основой были наземные ветряки. Солнечные станции в пустынной местности (на юге) и морские ветряки (на севере) приглушили и этот вопрос. Затем долгое время неубиваемым аргументов против ВИЭ была выравненная цена электроэнергии (LCOE), получаемая с этих источников. Сегодня в удачных местах ВИЭ-генерация дает электроэнергию по стоимости от 20 до 60 долларов за МВт*ч - это меньше, чем новая генерация на угле или атомной энергии и сравнимо с ПГУ на природном газе в лучших (по стоимости газа) местах.

Таким образом сегодня оценки будущего ВИЭ крутятся вокруг проблемы переменчивости этого источника энергии и способов балансировки производства и потребления. Технически балансировка может решаться тремя путями: либо "заполнением" дефицита ВИЭ-энергии с помощью маневренной генерации (чаще всего газотурбинными генераторами на природном газе), либо аккумуляцией энергии тем или иным способом, либо созданием такого избытка ВИЭ, что бы даже в самых неблагоприятных условиях их генерации хватало для потребителей. И как мы видим, экономически целесообразен уже не только вариант 1, но и вариант 2, хотя, конечно, расчет здесь прикидочный.

ВИЭ сегодня должны восприниматься как серьезный конкурент в поле энергетики, и если электрические аккумуляторы продолжать дешеветь, а производство их продолжит расширяться, то конкурентноспособность ВИЭ будет возрастать все больше.
]]>
http://so-l.ru/news/y/2018_02_05_energy_matters_vozmozhnost_perevesti_chi Mon, 05 Feb 2018 13:55:06 +0300
<![CDATA[Мысль про науку]]>
Но ведь в реальности совсем не так. Условный европейский правитель 1900 года не может выстроить цепочку научных открытий, которые надо сделать, что бы получить атомную бомбу и спокойно их финансировать. Да, бывает такое, что сосредоточение ресурсов и кадров на конкретной задаче помогает ее решить, но ведь есть и другой, как мне кажется, более увлекательный вариант. Чем-то похожий на кладоискательство - государство вкладывает в фундаментальную науку, а та, пытаясь понять, как устроен мир, порой находит брильянты.



Хрестоматийный пример - транзистор, изобретение которого, на мой взгляд, является сильнейшим драйвером изменения мира последние 70 лет. В 1926 году Эрвин Шредингер формулирует идеи квантовой механики в виде волнового уравнения - вещь, очень далекая от практических применений в 20х. Через два года Феликс Блох применяет уравнение Шредингера к идеальному кристаллу и получает инструмент для построения полупроводников. Опять же, на тот момент, хотя некоторые приложения у полупроводников уже были (например выпрямители с окисью меди), это была весьма лабораторная штука. А дальше, эта теория развивается и в 1939 году объясняет, как устроен p-n переход. Еще немного медитации вокруг его свойств и полупроводниковые приборы начинают появлятся как из рога изобилия - детекторные и выпрямительные диоды, транзистор, тиристор, симистор и т.п. и т.д.

Я, конечно, упрощаю, реальность еще более сложна и зачастую переплетена из озарений людей, случайных вещей, чей-то усидчивости и наблюдательности, но суть в том, что она точно не состоит из цепочки равнозначных и равноудаленных "открытий". Те же p-n переходы "отрывал" каждый владелец приемника с кристаллическим детектором, только вот теории, которая бы это объяснила - не было.

Получается, что более приближенное к реальности "дерево технологий" должно бы выглядеть так: поглощающая все больше ресурсов наука, которая выдает случайные открытия, в которые можно ввалить еще немножко ресурсов, что бы получить уже совсем конкретные устройства получить которые можно уже почти классическим методом "20 единиц науки за открытие "двигатель внутреннего сгорания".

Где вы, разработчики хардкор-стратегий, что бы воплотить это в жизнь?  ]]>
http://so-l.ru/news/y/2018_01_29_misl_pro_nauku Mon, 29 Jan 2018 23:08:04 +0300
<![CDATA[Ready for Equipment]]>


Это два почти одинаковых здания для выпрямителей, питающих магниты слева и по центру кадра. Здесь уже началась кое-какая установка оборудования (в частности, вводных трансформаторов, которых будет около 40 штук и располагаться они будут в этих бетонных загончиках по периметру), но развертывание работ внутри, по монтажу собственно монструозных выпрямителей, можно ожидать к концу года.

Справа, кстати, криокомбинат, и монтаж оборудования внутри уже идет во всю. А 8 февраля ожидается начало монтажа крупногабаритного оборудования на бетонную "дорожку" вдоль здания - здесь будут стоять большие газгольдеры гелия и азота, ректификационные колонны для получения жидкого азота, буферные баки для жидкого гелия, азота и сброса с магнитов. Подробнее про вторую в мире по мощности криосистему я рассказывал в этом посте.

Кстати, если вернутся к картине и посмотреть на бетон самого здания токамака (по центру кадра на заднем плане), то можно мыслено представить пол реакторного зала - шахта реактора как раз достигла этого уровня. ]]>
http://so-l.ru/news/y/2018_01_28_ready_for_equipement Sun, 28 Jan 2018 15:10:48 +0300
<![CDATA[Видео устройства первых атомных бомб]]>


]]>
http://so-l.ru/news/y/2018_01_26_video_ustroystva_pervih_atomnih_bomb Fri, 26 Jan 2018 22:12:55 +0300
<![CDATA[Обзор термоядерных стартапов мира, часть I]]> Думаю, очень полезным будет сделать обзор стартапов работающих в области термоядерной энергии. Почему стартапов, а не университетских научных команд, скажем? Стартап - это форма организации проекта с четко поставленной практической целью, и такая форма позволяет максимально жестко и четко тестировать разнообразные идеи практикой. В то время, как задача науки в целом - это добыча знаний без какой-то особой сортировки на “полезные” и “бесполезные” (бесполезные когда-то знания о том, что ток в проводе вызывает появление магнитного поля определяют нашу жизнь сегодня).


Спасибо за помощь в создании статьи Андрею Гаврилову.


Я попробую не только перечислить стартапы, но и оценить их “продвинутость” на этой магистральной дороге - от идеи о работающих термоядерных электростанций, построенных на базе этой идеи. Кроме того, я дам краткую характеристику по отношению экспертного сообщества к той или иной концепции термоядерного реактора. Для того, чтобы оценивать технологическую зрелость, предлагаю ставить баллы от 1 до 7 в соответствии с такой табличкой



Ну давайте начнем с чего-то хорошо известного


1. Организация: ITER. Технический уровень: 6.1. Год старта проекта: 1992

Ключевые люди Dr. Bernard Bigot, Dr. Robert Aymar, академик Евгений Велихов, Dr. Gunter Janeschitz, Dr. Osamu Motojima , Dr. Won Namkung, :
Сайт: https://www.iter.org/

Описание концепции: Классический токамак - тороидальная камера для магнитного удержания термоядерной плазмы. На этой концепции достигнуто максимальное Q (отношение мощности нагрева к термоядерной мощности), намного обгоняющее остальные идеи. ITER является наиболее продвинутым термоядерным реактором, позволяющим получать устойчивую горящую термоядерную плазму. Однако проект не является на самом деле стартапом, направленным на практическую пользу, что не позволяет его сравнивать с другими участниками этого списка.

Экспертная позиция: Токамаки показали себя как наиболее успешная идея термоядерного реактора, однако она имеет фундаментальные ограничения, практически не позволяющие работать с другой, кроме DT термоядерной реакцией, а также на сегодня видны большие инженерные сложности по созданию промышленных энергетических реакторов на базе этой концепции (плотность мощности на диверторе, срывы, устойчивость конструкции под нейтронным излучением и т.п.)


2. Организация: Tri Alpha Energy. Технический уровень: 4.0. Год старта проекта: 1998.



Ключевые люди: Dr. Michl Binderbauer, Сергей Путвинский, Norman Rostoker, Сайт: https://tae.com/

Описание концепции: Beam driven FRC - удержание плазменного вихря, называемого FRC с помощью инжектируемых тангенциально пучков нейтралов. Пучки нейтралов также обеспечивают часть синтеза. Концепция отличается очень удачной физикой, что теоретически позволяет освоить не только DT и DD реакции, но и pB11. В свою очередь pB11 означает практически полное (по сравнению с DT) отсутствие радиоактивных отходов, широко распространенное дешевое топливо, инженерную простоту реактора. Еще одним плюсом является меньшая по сравнению с токамаками мощность, при которой “сходится” реактор. К минусом можно отнести гораздо меньшую изученность и возможные подводные камни. (моя статья по проекту)

Экспертная позиция: Идея Нормана Ростокера из середины 90х была проверена командой TAE в 2000х и оказалась работающей. В частности, время удержание FRC было поднято с сотен микросекунд до десятков миллисекунд, нащупан скейлинг. В настоящее время TAE набрало ~500 млн инвестиций, обладает командой, включающей в себя многих “звезд” управляемого термоядерного синтеза.


Скейлинги TAE показывают очень серьезный прогресс и возможность достижения обозначенных целей.


3. Организация: Hellion Energy. Технический уровень: 2.5. Год старта проекта: 2005.



Ключевые люди: Dr. John Slough, Chris Pihl, Dr. George VotroubekI Сайт: www.helionenergy.com/

Описание концепции: Идея опять Нормана Ростокера - два FRC вихря разгоняются магнитной системой, сталкиваются, переводя кинетическую энергию в нагрев, и сжимаются (другой) магнитной системой до термоядерных параметров. Импульсный реактор.

Экспертная позиция: Считается, энергетический реактор на этой концепции построить весьма сложно как с точки зрения физики, так и с точки зрения инженерии. Однако основатели Hellion Energy полны оптимизма, и в последнее время перешли от проработок элементов плазменной машины к созданию реактора, который должен проверить масштабируемость идеи. Одна из темных лошадок рынка. Юмористическая оценка сложностей этой концепции от автора другой концепции в данном списке.


4. Организация: General Fusion. Технический уровень: 2.1. Год старта проекта: 2002



Ключевые люди: Dr. Michel Laberge, Michael Delage Ссылка на сайт: http://generalfusion.com/

Описание концепции: Идея, в чем-то схожая с предыдущей - адиабатическое сжатие двух столкнувшихся FRC. Однако здесь сжимающей средой выступает гигантская капля жидкого металла, в которой паровыми молотами(!) возбуждается сходящаяся сферическая волна. (моя статья по проекту)

Экспертная позиция: Данная концепция имеет длинную историю развития технологии “имплозии металлическими лейнерами замагниченных плазменных мишеней”, и ноги у нее растут из проекта LINUS 1972 года. Идея неплохая на бумаге, но мало исследованная экспериментально. Это видно и по General Fusion - стартап уже ~10 лет очень неплохо финансируется (собрал больше 130 млн долларов), и должен был по планам достичь технического уровня ~3 еще 4 года назад. Однако практически каждый элемент машины вызывает затруднения и цепочку НИОКР, проблемы множатся, а будущее становится более туманным. В настоящее время достижение технического уровня 3 планируется в 2021 году.


5. Организация: Compact Fusion Reactor (Lockheed Martin). Технический уровень: 2.1. Год старта проекта: 2010



Ключевые люди: Dr. Tom McGuire, Mr. Charles Chase
Сайт: https://lockheedmartin.com/us/products/compact-fusion.html

Описание концепции: Открытая ловушка с внутриплазменными диполями. Позволяет, как и все открытые ловушки достичь высокой доли использования давления магнитного поля (в отличии от токамаков), а значит доступны реакции DD, DHe3.

Экспертная позиция: На самом деле, этот тип магнитных ловушек концептуально уходит еще в 60е годы, и плотно исследовался теоретически и экспериментально. Но похоже, команда CFR истории не знает, поэтому набивает многие шишки самостоятельно. Интересно, что изначальные планы создать реактор “который помещается в грузовик” уже отброшены, и размеры минимального реактора подросли до 7х22 метра. Если дальше экстраполировать опыт работы с этой концепцией на команду CFR, то скоро они должны узнать, что размещать сверхпроводящие катушки прямо внутри идущей термоядерной реакции мягко говоря “не инженерно” и из лаборатории этой концепции скорее всего не удасться выбраться и в этот раз.


6. Организация: Tokamak Energy. Технический уровень: 3.2. Год старта проекта: 2009



Ключевые люди: Jonathan Carling, David Kingham, Michael Graznevitch Сайт: https://www.tokamakenergy.co.uk/

Описание концепции: Сферический токамак - геометрический “округленный” обычный токамак, физика в котором благоприятствует более простому получению термоядерной реакции. Является довольно хорошо разработанной концепцией - в мире работает 22 исследовательских сферических токамака, на крупнейшем из которых получены условия Q~0.1 (моя статья по проекту)

Экспертная позиция: Сферический токамак обещает зажигание при более простых условиях и меньшем размере, и на первый взгляд из него гораздо проще и дешевле сделать промышленный реактор. Однако сжатая геометрия означает инженерный кошмар и более напряженные условия работы конструкции, в частности в центральной колонне, что может означать простой и быстрый прогресс до технического уровня 5 и полный тупик далее.


7. Организация: Applied Fusion Systems. Технический уровень: 2.2. Год старта проекта: 2015



Ключевые люди: Richard Dinan, Dr. James Lambert Сайт: http://appliedfusionsystems.com/

Описание концепции: Тоже сферический токамак.

Экспертная позиция: Недавно появившийся стартап с неясными перспективами и пока не показавший никакого железа. Один из создателей - ТВ-звезда.


8. Организация: EMCC. Технический уровень: 2.1. Год старта проекта: 1987



Ключевые люди: Dr. Jaeyoung Park, Dr. Paul Sieck, Dr. Robert W. Bussard Сайт: http://www.emc2fusion.org/

Описание концепции: Электростатитческое удержание типа Polywell - в центре камеры создается и удерживается магнитным полем облако электронов, к которому притягиваются ионы дейтерия, разгоняются и сталкиваются друг с другом с термоядерной реакцией. Идейно это фузор с виртуальным катодом.

Экспертная позиция: Существуют сильнейшие сомнения, что подобная конструкция работоспособна в смысле положительного энерговыхода, однако она привлекательна среди любителей простотой реализации, и “улучшайзинг” поливелов похож обычно на метод научного тыка. Фирма EMCC много десятилетий сосала деньги из американского ВМФ на подобную деятельность, показав нулевой прогресс.


9. Организация: Convergent Scientific Inc Технический уровень: 1.5 Год старта проекта: 1987 Ключевые люди: Mr. Devlin Baker, Dr. Joel Rogers, Dr. Matt Moynihan Ссылка на сайт: http://convsci.com/login

Описание концепции: Тоже polywell, как и предыдущий стартап.

Экспертная позиция: На данный момент фирма, похоже умерла, хотя официально об этом не заявлено.


10. Организация: Fusion One Технический уровень: 1.5 Год старта проекта: 2015



Ключевые люди: Mr. Randal Volberg, Dr. Scott Cornish Сайт: https://www.fusionone.co/

Описание концепции: Тоже polywell, как и предыдущий стартап.

Экспертная позиция: Стартап с максимально сомнительными перспективами - как по выбранной концепции, так и по компетенциям основателей. Зато есть картинки “гигаваттный polywell размером 5.5х5.5х5.5 метра” (т.е. плотность снимаемой термоядерной энергии предлагается 16,1 МВт/м^2 - в несколько раз круче ИТЭР).


Продолжение здесь.

]]>
http://so-l.ru/news/y/2018_01_17_obzor_termoyadernih_startapov_mira_chast Wed, 17 Jan 2018 10:56:47 +0300
<![CDATA[Обзор термоядерных стартапов мира, часть II]]> здесь.

11. Организация: Lawrenceville Plasma Physics Fusion. Технический уровень: 2.8 Год старта проекта: 1998



Ключевые люди: Eric Lerner, Dr. Syed Hassan, Dr. Robert Terry Сайт: https://lppfusion.com/

Описание концепции: Плазменный фокус - одна из первых идей термоядерного реактора. В торцевом коаксиальном электрическом разряде неустойчивости вызывают сильно сжатие плазменного шнура, приводящее к достижению термоядерных условий.

Экспертная позиция: Плазменный фокус давно используется как технология получения термоядерных нейтронов, в т.ч. подобные устройства используются в качестве импульсных источников нейтронов в ядерных бомбах. Технический уровень “плазменного фокуса”, достигнутый в военных научных центрах США и России неизмеримо выше, чем показывает LPPX. В частности, полный ток военных установок на порядок выше. Отсюда можно сделать вывод, что никаких перспектив по созданию термоядерного реактора у стартапа нет, иначе бы этот подход был бы использован специалистами по УТС на госзарплате.


12. Организация: First Light Fusion. Технический уровень: 1.1. Год старта проекта: 2015



Ключевые люди: Paul Hoolligan. Сайт: http://firstlightfusion.com/

Описание концепции: Коллапс сферической мишени с термоядерным топливом проходящей скоростной ударной волной в жидкости. (презентация)

Экспертная позиция: На данный момент это практически ничем не подтвержденная голая концепция, тем не менее получившая какие-то деньги на экспериментальную проверку.


===

На этом классические стартапы, развивающие свои идеи на деньги частных инвесторов и гранты заканчиваются, но есть еще несколько проектов, которые в любом момент могут стать стартапом, и стоит о них упомянуть:


Проект: CT Fusion (Dynomak). Технический уровень: 2.0.



Ключевые люди: Dr. Tom Jarboe, Dr. Aaron Hossack, Mr. Derek Sutherland
Сайт: http://www.ctfusion.net/

Описание концепции: Магнитная ловушка, где плазма удерживает себя сложно закрученным вмороженным магнитным полем. По мнению создателей эту концепцию можно довести до термоядерных параметров. (моя статья по проекту)

Экспертная позиция: Университетский проект, который пытался стать токамаком, и рисовал быстрый прогресс до электростанции. Преимуществом концепции является отсутсвие большой и тяжелой магнитной системы, минусом, по видимому, неясные перспективы масштабирования.


Проект:Hyper-V + The PLX . Технический уровень: 2.0. Ключевые люди: Dr. Scott Hsu, Dr. Doug Witherspoon,



Сайт: http://www.hyperv.com

Описание концепции: Еще один вариант сжатия замагниченной мишени лейнером, в данном случае плазменным из тяжелых благородных газов. В чем-то схож с General Fusion. Сферическая плазменная DT мишень должна сжиматься прилетающими со всех направлений плазменными пучками, которые генерируются плазменными пушками.

Экспертная позиция: Умеренно интересная концепция, которая уже примерно 10 лет находит деньги на эксперименты в ядерных лабораториях США. Из всех импульсных концепций имеет преимущество полностью газовой мишени и драйверов, что позволяет не заботится изготовления новой мишени и уборки обломков старой 10 раз в секунду. С другой стороны с точки зрения параметров сжатия данный эксперимент уже 5-7 лет не показывает особого прогресса, зато показывает прогресс по усложнению планируемого реактора - дорожка, которая чаще всего ведет на кладбище термоядерных концепций.


Проект: MIT ARC. Технический уровень: 2.5.



Ключевые люди: B.N.Sorbom, J.Ball, T.R.Palmer, F.J.Mangiarotti, Сайт: https://arxiv.org/pdf/1409.3540

Описание концепции: Еще один вариант токамака - с сильным полем. Увеличив поле в 2 раза (что инженерно очень сложно) можно получить прирост мощности в том же объеме плазмы в 16 раз. Концептуально здесь обостряются проблемы с первой стенкой и дивертором, однако выигрыш заметен на глаз. К сожалению, в мире работало мало токамаков с сильным полем, и это направление еще требует своих промежуточных установок. (моя статья по проекту)

Экспертная позиция: ARC от плазменной лаборатории известного университета MIT представляет собой сплав ярких идей - высокопольный токамак с разборными высокотемпературными сверхпроводящими магнитами, жидкосолевым бланкетом, сокращением систем поддержания тока и т.п. К сожалению, все это великолепие позволяет нарисовать очень классную машину, легко кладующую ИТЭР на лопатки, но в реальности может потребовать десятилетий НИОКР и нахождения проблем, которые заведут токамаки с сильным полем в тупик ровно так же, как и традиционные. Так, например, не так давно было обнаружено, что проводящая жидкость, которую качают поперек сильного магнитного поля может образовывать обратные прокачке течения - такие находки заставляют полностью пересматривать идею создания простых жидкосолевых бланкетов


Проект: NumerEx. Технический уровень: 1.5.



Ключевые люди: Dr. Scott Hsu, Dr. Doug Witherspoon, Сайт: http://www.hyperv.com

Описание концепции: Еще один представитель концепций с сжатием замагниченной плазмы, фактически реанимация идеи LINUS 1972 года. В быстро вращающейся полости цилиндрической формы налит жидкий металл (расплавленный NaK или Li), который раскидан центробежной силой по стенкам и есть пустой канал в центре. В канал инжектируется замагниченная плазменная мишень, а с помощью газовых поршней, металл вытесняется ближе к центру, схлопывая канал и сжимая плазменную мишень.

Экспертная позиция: Концепция LINUS и ее развитие в NumerEx с точки зрения физики довольно неплохи. Однако, даже базовые экспериментальные установки требуют сложной инженерии - рекордных сразу по нескольким параметрам газовых клапанов, больших вращающихся машин, интеграции всего этого с высоким вакуумом и деликатными плазменными инжекторами. Путь к проверке концепции на скейлинг будет не дешевым и не быстрым. С этой точки зрения, творческое переосмысление и инженерная оптимизация, проведенная General Fusion выглядит весьма правильной работой, которую очень сложно переплюнуть.


Проект: ГДМЛ. Технический уровень: 3.5.



Ключевые люди: А.А. Иванов, П.А. Багрянский, А.Д. Беклемишев, Сайт: http://www.inp.nsk.su/

Описание концепции: Открытые ловушки представляют собой простейший вариант магнитного удержания термоядерной плазмы - реакторы постоянного действия. За свою длинную историю они имели несколько взлетов и падений, и достижение новосибирской команды из ИЯФ внушают оптимизм по поводу возможного внезапного выхода ОЛ в фавориты. (моя статья по проекту)

Экспертная позиция: Проект ГДМЛ сочетает в себе как уже проверенные экспериментально, так и пока остающиеся теоретическими идеи, которые вместе оценочно позволяют собрать один из самых лучших (с точки зрения экономики и доступных термоядерных реакций) реакторов среди всех возможных. В настоящий момент упор ИЯФ - на проверке дополнительных идей, которые, в случае реализации, позволяют сделать минимальный ГДМЛ-реактор размерами около 30х3 метров. Удивляет пока только то, что в мире нет ни одного стартапа, который заявил бы в качестве концепции открытую ловушку, видимо по той причине, что повторить опыт и экспериментальную базу ИЯФ слишком дорого для стартапа.


Проект: MagLIF. Технический уровень: 3.1.


Ключевые люди: A.B. Sefkow, S.A. Slutz, J.M Koning Ссылка на обзор: http://aip.scitation.org/doi/pdf/10.1063/1.4890298

Описание концепции: Еще один представитель систем со сжатием замагниченных плазменных мишеней. Небольшая цилиндрическая мишень с DT газом нагревается и ионизируется через торец импульсом мощного лазера. В ионизированной плазме внешней катушкой наводится сильное затравочное поле (~10T), после чего через мишень пропускается продольный ток в 25 мегаампер. Магнитное поле тока сжимает мишень по радиусу примерно в 100 раз, заодно разогревая топливо до термоядерных параметров, после чего происходит зажигание. (более подробное описание на русском)
Экспертная позиция: MagLIF - одна из самых красивых термоядерных концепций, появившиеся за последние 10 лет, и продемонстировавшая в 2014 году очень хорошие экспериментальные результаты (полного согласия с теорией помешало добится неучтенное "вбивание" внутрь плазмы окна для пропускания лазерного излучения). Видимо, физически эта концепция может добраться до высокого энерговыхода - если создать установку, обеспечивающую импульсный ток в 70 мегаампер, то энерговыход будет в 1000 раз выше энергозатрат.
Впрочем, как и у любых импульсных систем у этой есть две важные сложности, препятствующие реализации электростанций на базе концепта. Это необходимость собирать сложные высокотехнологичные мишени примерно раз в секунду, и вводить их в рабочую камеру, а так же сама рабочая камера, в которой будет взрываться где-то одна тонна тротилового эквивалента каждую секунду. По этим причинам мы врядли когда-нибудь увидим электростанцию с импульсным термоядерным реактором, однако физика тут интересная...



===

В заключение хочется отметить, что все эти стартапы находятся в США, Канаде и Великобритании. Хотя наиболее благоприятный рынок для развития термоядерных электростанций - наверное Китай, ЮВА, и континентальная Европа (замена угольных ТЭС). Можно сделать вывод, что для инвесторов из других стран это направление пока кажется слишком рискованным и “длинным”. И делая такой вывод можно пойти дальше - как только мы увидим первые тайваньские, южнокорейские, японские и китайские стартапы на околотермоядерную тематику, то можно с большой уверенностью говорить, что время термоядерной энергетики пришло. ]]>
http://so-l.ru/news/y/2018_01_17_tnenergy_yadernaya_energiya Wed, 17 Jan 2018 10:53:44 +0300
<![CDATA[ИТЭР переходит на большой масштаб]]>
Первая новость особенно радует меня. Три года назад, когда я писал про тороидальные катушки, существовали только кабели, из которых их должны были мотать, а создание полноразмерной катушки все как-то откладывалось и уползало в будущее. И вот, внезапно





На фото примерка первого корпуса тороидальной катушки на Hundai Heavy Industries, которую производили 18-19 декабря. Примерка одной половины корпуса, изготовленной тут же, к другой, изготовленной в Японии. И вот что получилось



Настоящая полноразмерная катушка, со всеми элементами! Фантастика! Весит эта нержавеющая красота 190 тонн. Точность изготовления - вот:


Здесь видно, как сошлись две половинки выреза под сварку на двух деталях. Общий размер - 16х9 метров, получившийся допуск - 0,75 мм.

Напомню, как это все будет выглядеть в сборе



Эти детали корпуса в январе должны отправится в Италию на производство SIMIC, где уже лежит собственно сверхпроводящий магнит, который будут вставлять в корпус, заваривать и проводить холодные испытания получившейся конструкции. На SIMIC соберут 10 катушек, а еще 9 - на производстве Mitsubishi в Японии.


Сверхпроводящий магнит, который ляжет внутрь корпуса.

Но это еще не все. На площадке ИТЭР в ночь с 18 на 19 прошли испытания крановой системы в здании предварительной сборки



Нагрузка весом 1875 тонн была поднята спаркой кранов, и перемещалась по программам, которые запланированы для элементов токамака в дальнейшем.



Здание предварительной сборки постепенно обретает окончательный вид, который позволит работать и с тороидальными катушками и с сегментами вакуумной камеры. По планам, первые элементы должны прибыть на стенды сюда уже в конце 2018, хотя верится в этой с трудом.



Масштаб!]]>
http://so-l.ru/news/y/2018_01_09_iter_perehodit_na_bolshoy_masshtab Tue, 09 Jan 2018 00:07:04 +0300
<![CDATA[Полезный ОЯТ]]> Мне кажется довольно интересным разобраться с экономикой отработанного ядерного топлива (ОЯТ). На Земле мало вещей с такой сложной экономической двойственностью: ОЯТ это и весьма опасный отход с крайне недешевой утилизацией, и одновременно источник многих уникальных элементов и изотопов, стоящих весьма немалые деньги.


Эта двойственность порождает сложный выбор о дальнейшей судьбе ОЯТ - вот уже много десятилетий подавляющее большинство стран, обладающих атомной энергетикой не могут определится, необходимо ли захоранивать ОЯТ или перерабатывать.


В этом тексте я по возможности аккуратно попытаюсь посчитать расходную и доходную часть экономики ОЯТ.


Расходы на ОЯТ начинаются у оператора АЭС, когда оно покидает приреакторный бассейн выдержки и отправляется либо в сухое, либо в мокрое хранилище. Удобно здесь и далее все расходы пересчитывать в удельные затраты на килограмм тяжелых металлов ОЯТ, так вот в случае отправки в сухое хранилище такие расходы составляют от 130 до 300 долларов на кг ОЯТ и определяются в основном стоимостью контейнеров хранения либо здания, в котором размещается ОЯТ. Из этой суммы от 5 до 30 долларов приходится на транспортные операции.

Загрузка в транспортный контейнер, пожалуй, самого дорогостоящего ОЯТ в мире - из уцелевшего бассейна выдержки 4 блока Фукусимской АЭС

Эти суммы, на самом деле, ничтожны. Килограмм ОЯТ, когда еще был топливом, выработал (если взять PWR/ВВЭР) от 400 до 500 МВт*ч электроэнергии, стоимостью где-то 16...50 тысяч долларов, т.е. перемещение в промежуточное хранение не стоит и 1% доходов от производства атомной электроэнергии.


Впрочем, промежуточное хранение на то и промежуточное, что у него должно быть какое-то продолжение. Это может быть либо прямое захоронение ОЯТ в неизменном виде, либо переработка.


Сухое контейнерное хранение является самым дешевым вариантом промежуточного хранения ОЯТ на сегодня - не нужно здание, если площадка расположена на территории АЭС - не нужна даже дополнительная охрана. Гигаваттный блок за год использует топлива примерно на 2,5 таких контейнера стоимость по 0,5-1 млн $ штука.


Глубокое захоронение ОЯТ сегодня реализуется в виде конкретных проектов в Финляндии, Швеции, США и Швейцарии и исследуется для разных площадок еще в двух десятках стран. Пример Финляндии и Швеции показывает, что стоимость прямого захоронения будет скорее всего в районе 1000 долларов на килограмм ОЯТ или чуть ниже - и общие затраты к моменту окончательного снятия вопроса с ОЯТ с плеч оператора АЭС составят, соответственно что-то вроде 1000-1200 долларов на килограмм. Интересно, что эта сумма составляет примерно половину стоимости свежего топлива.


Контейнеры для окончательного геологического захоронения. Технология требует выдержки в 20-30 лет прежде, чем выполнять это захоронение, впрочем сегодня во многих странах нет проблем с поиском ОЯТ, которое хранится уже 30+ лет


Однако, стоимость прямого захоронения схожа со стоимостью переработки - может быть извлекая ценные материалы можно снизить общие расходы, или даже выйти в плюс?


Основным мотивом к радиохимической переработке ОЯТ является наработанное в нем новое ядерное топливо, и чуть шире - вообще делящиеся материалы (Pu239, U235, Pu241, U233). Стоимость этих извлекаемых материалов является неким якорем во всей экономике переработки, проще говоря, это однозначно самое ценное, что можно извлечь из ОЯТ. Сравнивая со стоимостью U235, извлеченного из природного урана (примерно 25 тысяч долларов за кг) можно достаточно быстро прикидывать, стоит ли овчинка (переработка) выработки.


Если поискать информацию по стоимости переработки, то можно найти цифры от 700 до 2000 долларов за килограмм тяжелых металлов ОЯТ (без учета веса металлических частей ТВС, с которыми тоже приходится возиться, и кислорода - ведь топливо в основном находится в форме оксида). В ОЯТ современных рабочих лошадок атомной энергетики - реакторов PWR/ВВЭР содержится от 1,5 до 2,5% делящихся материалов (первая цифра относится к современным конструкциям топлива, из которых выжимают по максимуму, вторая - к старому, вылежавшемуся ОЯТ).


Перегрузка нового транспортного контейнера ТУК-141с ОЯТ Балаковской АЭС в сентябре этого года на АО Маяк для последующей переработки


Можно перемножить. Потратив от 700 до 2000 долларов мы получим 25000х1,5-2,5%=375...625 долларов делящихся материалов. Ситуация ухудшается еще больше, если вспомнить об изотопном составе извлеченных из ОЯТ PWR/ВВЭР делящихся материалов - уран будет загрязнен нейтронным ядом U236, а плутоний чуть ли не наполовину состоять из неделящихся изотопов (Pu240, Pu242). Кроме того, последующая фабрикация свежего ОЯТ с довольно радиоактивным плутонием тоже дороже, чем работа с “органическим” обогащенным продуктом природного урана.


И тут в стройном (я надеюсь) повествовании по экономике ОЯТ, которое есть сегодня стоит сделать шаг в сторону и посмотреть так же на стоимость топливного цикла применительно к быстрым реакторам и ЗЯТЦ - то, что рассматривали специалисты в 60х и 70х как будущее отрасли.


Упрощенная (действительно упрощенная) схема топливного цикла с переработкой без быстрых реакторов довольно бесмысленна, о чем ниже.


И ситуация сразу улучшится. Во-первых, быстрый спектр нейтронов требует гораздо большего количества делящихся материалов в активной зоне, что достигается увеличением их концентрации:до 20-30% плутония или 235 урана, против 4-5% для реакторов с тепловым спектром. Т.е. для получения того же количества Pu239 нам надо переработать в 5-6 раз меньше ОЯТ. Кроме все мы помним о том, что быстрые реакторы - это бридеры, и в ОЯТ у них содержится больше ДМ, чем в свежем топливе!


Есть еще один аспект, если уж мы сравниваем ДМ из ОЯТ и природный уран. При концентрации ДМ в свежем топливе БН, скажем, 27%, выгорает из этого не больше 11%. Т.е. ⅔ добытого природного урана без переработки пойдут в отвал, что катастрофически роняет экономику быстрых реакторов без переработки ОЯТ (например, БН-600). Ситуация, фактически обратная ВВЭРам.


Но давайте посчитаем. Если из килограмма ОЯТ БН мы извлекаем 300 грамм плутония, то в эквиваленте природного урана наша прибыль - 7500 долларов, что заведомо больше стоимости переработки этого килограмма в 2000 долларов. Тут правда надо вспомнить, что сгорает в следующем цикле около ⅓ извлеченного количества, т.е. доход сокращается до 2500 долларов на килограмм ОЯТ.


Фактически это означает, что расходы на переработку ОЯТ - фабрикацию нового топлива для быстрых реакторов эквивалентны фабрикации топлива из природного урана - перерабатывающий “хвост” перестает быть обузой.

На деле, конечно, я упрощаю. всякие вещи, типа минорных актиноидов, захоронения продуктов деления тянут экономику переработки в низ, и реальный результат сильно зависит от технологии. Для примера - ниже расчетные цифры по выходу разных неприятных вещей при переработки ОЯТ во Франции (для 6 разных сценариев развития этой переработки) в объеме, охватывающем ОЯТ от 100 до 150 гигаватт мощностей.



Ниже табличка, которая показывает сокращение потребности в природном уране за счет использования делящихся материалов из переработанного топлива.


А теперь посмотрим, нет ли еще чего полезного в ОЯТ, что могло бы улучшить экономику переработки в целом. Тут необходимо вспомнить, что продукты деления урана и плутония - это примерно 70 изотопов 25 элементов. Некоторые нуклиды - стабильные и радиоактивные, в принципе, представляют коммерческий интерес.


Палладий. На каждую тонну продуктов деления приходится примерно 5% палладия сложного изотопного состава. Т.е. из каждой тонны ОЯТ БН можно будет извлечь около 5 килограмм палладия, из тонны ОЯТ ВВЭР - 800 грамм. К сожалению, палладий будет радиоактивен из-за изотопа Pd-107 (его примерно 14% из всех изотопов палладия в ОЯТ), который имеет период полураспада 6,5 млн лет, т.е. дождаться его распада не получится. Удельная активность извлеченного из ОЯТ палладия будет около 1,2 МБк/г - это довольно много, НРБ-99 устанавливает предел безопасного годового поступления палладия такой активности в 1,45 грамма в год.


Теоретически, если этот радиоактивный палладий найдет применение (в каких-нибудь промышленных катализаторах, скажем) и цена его будет равна цене природного (~30000 долларов за кг!), то добытый из ОЯТ палладий будет восполнять 1-2% стоимости переработки ОЯТ.


Родий. Другой металл платиновой группы. Из тонны ОЯТ БН можно будет извлечь 1,2 кг родия, а из тонны ОЯТ ВВЭР - порядка 500 грамм. Самый долгоживущий радиоактивный изотоп Rh-102 с периодом полураспада 3,74 года, Где-то за 50 лет выдержки радиоактивность родия упадет до значений, после которых его можно считать не радиоактивным. Стоимость родия примерно такая же (сейчас даже больше), чем у палладия, соответственно добытый из ОЯТ родий будет восполнять 0,3-0,5% стоимости переработки.


Рутений. Кроме печально известного Ru-106 среди продуктов деления есть и стабильные изотопы этого элемента. Рутения по массе в ОЯТ примерно на 25% больше, чем палладия, а не радиоактивным (после распада основного количества Ru-106) он становится примерно за 40 лет выдержки. К сожалению, стоимость рутения в 6 раз ниже, чем палладия, поэтому он так же добавляет при продаже всего 0,2-0,4% от стоимости переработки ОЯТ.


Серебро. Среди осколков деления его доля приблизительно 0,8%. Т.е. из этой тонны осколков его будет около 8 кг. Имеет два относительно долгоживущих радиоактивных изотопа. Ag-110m с периодом полураспада 250 суток и Ag-108m c периодом полураспада 418 лет. Второй изотоп образуется со сравнительно малым выходом. Остаточная активность после 30 лет выдержки будет 2,9 мкКи/г, несколько повыше радиоактивности природного урана, но соизмеримо. Пригодно для технического применения, однако из-за относительно низкой стоимости вряд ли экономически оправдано.


Технически есть еще несколько элементов, которые в будущем могут представлять интерес для извлечения из ОЯТ - например теллур и ксенон. Однако текущая стоимость этих материалов, как и в случае серебра не оправдывает их добычи из ОЯТ.


Доли различных элементах в продуктах деления U235


В итоге получается, что в лучшем случае, при снятии барьеров на использование слабо радиоактивного палладия, драгоценные металлы могут вернуть около 2-2,5% стоимости переработки ОЯТ, а в худшем - порядка 0,5% и это означает, что их извлечением из осколочной массы никто заниматься не будет.


Заканчивая описание этого раздела необходимо сказать, что выжидательная позиция по захоронению объясняется еще и возможным появлением новых методов переработки ОЯТ, например предлагаемой в рамках БРЕСТ электрорастворением расплава ОЯТ или еще более экзотичными ректификацией фторидов ОЯТ или разделением в виде плазмы. Теоретически, переработка ОЯТ может быть заметно дешевле, выигрывая по общим расходам у сценария с захоронением. Впрочем, стать этой теории практикой мешает позиция США, всячески препятствующей развитию переработки ОЯТ в мире, и технические сложности.


Возвращаясь к экономике: видя общую картину, хочется рассмотреть еще один вариант - бесконечное “промежуточное” хранение. Если заглянуть в оценки операционных расходов площадки хранения, то мы увидим там цифры в 5-15 долларов на килограмм топлива в год, причем 90% этой суммы обуславливается стоимостью охраны площадки. Получается, что разница между стоимостью прямого захоронения и накопленной стоимостью хранения выбирается за 50-100 лет, на которые обычно и рассчитываются контейнеры сухого хранения или здания хранения.


Получается следующая градация действий - дешевле всего “промежуточно” хранить, однако этот процесс рискует затянуться (как это происходит в США, где национальное захоронение ОЯТ обсуждается уже 40 лет) и стать существенным фактором в общей цене жизненного цикла ядерного топлива. Наилучшим мгновенным решением в плане стоимости является как можно более быстрое захоронение ОЯТ в глубокой геологии. Ну а если есть надежда на развитие атомной энергетики в сторону ЗЯТЦ - то необходимо развивать переработку ядерного топлива.

P.S. Нашлся классный ролик про создание и испытания бетонной пробки для туннелей захоронения Онкало.

]]>
http://so-l.ru/news/y/2018_01_08_polezniy_oyat Mon, 08 Jan 2018 19:12:51 +0300
<![CDATA[Планы по пускам АЭС в 2018 году]]>
А теперь посмотрим на планы:



Росатом второй раз в своей истории в конце 2018 года может столкнуться с одновременным пуском двух станций, в т.ч. первой станции Белорусии. Практически гарантирован пуск еще одного ВВЭРа - 14 строчка, китайская АЭС Таньвань. В то же время пуск ВВЭР-440 на словацкой АЭС Моховце не так гарантирован, но в планах есть.

В 2017 году должен был произойти пуск как трех новейших APR-1400 корейской постройки - двух в Южной Корее, второго - в ОАЭ. Однако все эти пуски были в последний момент перенесены на 10 месяцев, прямо перед началом загрузки топлива в случае Barakh 1 и Shin Hanul 1. Слухи ходят, что это следствие того, что корейцы увидели что-то не очень правильное после пуска первого APR-1400 в 2016 году, поэтому возникли какие-то доработки по уже серийным блокам.

Первые китайские AP-1000 (и первые в истории AP-1000) тоже изначально планировались к пуску в 2017 году (на самом деле, в начале строительства планы пуска Sanmen 1 вообще приходились на 2013 год), и в начале осени было даже заявлено, что блок 1 АЭС Sanmen закончил горячую обкатку и готовится к загрузке топлива в реактор (для чего нужно сделать обзор результатов испытаний систем реактора с атомным надзором и получить разрешение). Однако, ни загрузки, ни пуска не случилось, но видимо вот-вот. Второй AP-1000 тоже на подходе.

Так же Китай, похоже, становится площадкой для запуска первого в истории ERP-1600, хотя изначально предполагалось, что первый блок АЭС Taishan не будет "первым в своем роде", однако строительство EPR на финской АЭС Олкилуото и французской АЭС Фламавиль превратилось в эпические долгострои. Впрочем, как мы видим, 3 блок Олкилуото наконец-то добрался до того, что бы планировать пуск на текущий год, хотя, опять же, по слухам, перенос на 2019 неизбежен.

Возвращаясь к Китаю, необходимо отметить 13 строку и уникальный газоохлаждаемый высокотемпературный блок с реакторами HTR-PM. По планам, этот реактор может стать прототипом целой линейки реакторов, которые Китай намерен широко развивать и даже ставить на замену угольным блокам (теоретически, это можно делать без замены паротурбинного оборудования). Шансы пуститься у этого проекта в этом году невелики, но будем следить.

Вообще Китай, несмотря на обилие пусков, начинает испытывать некоторые проблемы в стремительном развитии атомной отрасли. В прошлом году не было начато строительство ни одного большого блока (за исключением аналога БН-800 быстрого натриевого реактора CFR-600, первый бетон которого произошел в конце декабря 2017) - то ли по политическим причинам (атомную отрасль Китая сейчас переформатируют на более монопольный вариант), то ли из-за проблем с кадрами, о которых давно говорят. Через несколько лет 2017 выльется в провал в пусках...

Наконец, из всей таблички у нас остались два экзотичных Индийских долгостроя - тяжеловодник PHWR-700 Kakrakpar и быстрый натриевый PFBR-500. Эти реакторы уже много лет перебираются из одних годовых планов в другие, в частности быстровик пытаются пустить уже 6 год. Но если с БН все можно объяснить сложностью технологии, то в чем причина зависания серийного в общем-то PHWR-700, неясно. Есть идея, что после отмены санкций на поставку природного урана в Индию, индусы постепенно потеряли интерес к более перспективной в плане ториевого ЗЯТЦ тяжеловодной технологии, как к более сложной, чем обычные PWR (которые, тем более, с радостью готовы строить для Индии иностранные поставщики).

Что ж, через год посмотрим, что сбудется из этих планов. ]]>
http://so-l.ru/news/y/2018_01_07_plani_po_puskam_aes_v_2018_godu Sun, 07 Jan 2018 11:35:25 +0300
<![CDATA[Проект ИТЭР в 2017 году]]>


Проект


Правила драматургии долгоиграющих сериалов подразумевают, что исток будущих драматических событий должен закладываться в момент триумфальной победы над проблемой предыдущей. Похоже, история проекта международного экспериментального термоядерного реактора (ИТЭР) пишется сценаристами, знакомыми с этим правилом - на фоне триумфального преодоления сложностей, чуть не погубивших самую дорогую научную стройку мира в 2015 появляются тени новых, будущих, проблем, которые еще могут сыграть свою роковую роль.


В частности, новый виток изоляционизма США в 2016 году сложился с отрицанием новым президентом США пользы от длинных вложений в науку, и в итоге США запланировали расходы в 2018 на ИТЭР в размере ~65 млн долларов против необходимых 175. Если такая ситуация продлится еще пару лет, то неизбежен новый перенос даты пуска международного токамака, а за ним - и новый виток охлаждения интереса к проекту.


Для контраста, Европейский Парламент, наоборот, решил выделить ИТЭР все запрошенные деньги (порядка 6 млрд евро до 2025 года).


Тем не менее, все эти сложности если и выльются в реальное сползание сроков - то только через несколько лет. Пока менеджмент ИТЭР открывает шампанское, отмечая пройденные в ноябре 2017 50% затрат человеко-часов от запланированных до первой плазмы (в 2025).


Строительство зданий на площадке постепенно подходит к концу - в 2018 году будет готово под монтаж оборудования 85% сооружений, необходимых для первой плазмы. Собственно, следующий год станет годом широкого развертывания монтажа оборудования проекта - в том числе первые трубопроводы и опоры будут смонтированы в здании токамака. Однако, обо всем по порядку, и самым первым я хотел бы напомнить о том, что у меня есть статья с ответами на самые часто задаваемые вопросы по ИТЭР.


Строительство и монтаж оборудования




  • Основное здание реактора (виртуально поделенное на здания Трития, Токамака и Диагностик) в 2017 году выросло на 2 этажа. Этот комплекс тоже прошел свой экватор трудозатрат летом 2017 года, и на нижних этажах уже в начале 2018 года должен начаться монтаж многочисленных систем ИТЭР.


    Построенная часть комплекса зданий токамака показана красной линией


  • За 2017 год здания выпрямителей магнитной системы прошли путь от фундаментов до сданных под отделку. Здесь уже появились первые из трансформаторов, которые будут питать грандиозные активные выпрямители.


    Активные тиристорные выпрямители нужны для управления током в магнитах ИТЭР


  • Здание криокомбината, задача которого в обеспечении комплекса жидким азотом и гелием (это будет второй в мире по производительности завод жидкого гелия после расположенного на Большом адронном коллайдере) было сдано строителями осенью 2017 года - в нем ведется монтаж оборудования.


    Установка "холодных объемов" с гелиевыми ожижителями в здание криокомбината летом 2017 года


  • Активно строились электрические сети комплекса и трубопроводы с охлаждающей водой

    На фото выше трубы системы охлаждения токамака и компонентов комплекса. Диаметр труб - 2 метра


    На заднем плане видно открытое распределительное устройство и центр распределения электроэнергии постоянных нагрузок на 110 мегаватт


  • В здании предварительной сборки практически в 2017 году закончены и испытаны все мостовые краны (в т.ч. рекордной грузоподьемности по 750 тонн, могущие работать в спарке) и в декабре начат монтаж первого стенда сборки секторов токамака.


  • В 2017 году была построена бетонная основа системы сброса тепла (мощностью в 1150 мегаватт) - и в 2018 году мы увидим монтаж 10 вентиляторных градирен и 40 насосов общей мощностью около 70 мегаватт на этом комплексе.


  • В 2017 году после заводской приемки в Корее был начат монтаж грандиозных стендов сборки секторов токамака уже в здании предварительной сборки

  • Сборка первого стенда для сборки. Забавно, но вот эти кольцевые рельсы точно очерчивают размеры плазменного "бублика", который через 7 лет должен загореться в ИТЭР.




Производство оборудования



  • Первым элементом, с которого начнется в 2020 году сборка токамака должно быть основание криостата, уложенное на опорное кольцо на дне шахты реактора. Эта деталь насколько большая и тяжелая (30 метров диаметром, 6 метров высотой и 1280 тонн весом), то ее сваривают на стапеле прямо на площадке ИТЭР в 200 метрах от места установки. Сварка первых элементов торжественно началась еще в сентябре 2016 года, но индусско-немецкий коллектив, который занимается этой работой, делает ее в темпе улитки. В настоящее время элементы основания полностью выставлены на стапеле, но не завершена даже сварка основных элементов, а впереди еще проверка швов и наварка сотен мелких элементов.


    Квадрат, образованный стенками кольца - это опорная конструкция реактора, поэтому здесь используется сталь толщиной до 120 мм.


  • На соседнем стапеле тем временем собирается следующая деталь криостата - нижний цилиндр. Здесь пока все идет веселей, сборка начата летом, и к концу года выставлены все элементы этой конструкции 30 метров диаметром, 10 метров высотой и 500 тонн весом. По плану этот элемент устанавливается вторым - сразу после основания и сваривается с ним в единое целое. А уже в эту половинку криостата начинается монтаж всех внутренностей реактора.

    Секции "второго" этажа нижнего цилиндра на фоне стапеля, где сваривается эта конструкция.


  • Интересно, что весь криостат и находящийся в нем токамак всеми своими 23000 тоннами будет опираться на бетонное основание через 18 полусферических подшипников. Первый серийный подшипник такого рода был изготовлен в испании в 2017 году, а на установку обойм этих подшипников в бетон можно будет посмотреть уже в феврале-марте 2018.


  • Другой, еще более грандиозной и дорогой подсистемой токамака являются его сверхпроводящие магниты. Магниты ИТЭР во много раз превосходят по своим параметрам все, что было создано до этого проекта, поэтому потребовали строительства множества производств, что было начато сильно заранее (еще до начала строительства собственно ИТЭР). Однако этот запас времени хорошо сыграл - в 2017 году из полуфабрикатов наконец начали появлятся первые штатные магниты ИТЭР, в том числе:


  • Намотаны первые 4 галеты (из 8) катушки PF1, изготавливаемой на Средненевском судостроительном заводе.


  • Намотаны первые 2 галеты одной из самых больших (диаметром 14 метров) катушки PF5, она также изготавливается на площадке ИТЭР.


  • В США изготовлен первый модуль (из 7) центрального соленоида ИТЭР



  • В Китае из российского сверхпроводника намотаны первые 3 галеты самой тяжелой катушки PF6 - она же, не смотря на номер тоже является одним из самых первых устанавливаемых элементов реактора.


  • В Италии был сдан намоточный пакет первой тороидальной катушки (всего в Италии их будет изготовлено 10 и еще 10 - в Японии). В настоящее время это самый большой и мощный (в плане запасаемой энергии) магнит в мире. Этот пакет в настоящее время перевезен на предприятие SIMIC, где ему предстоит пройти холодные испытания и заварку в 200 тонный корпус из нержавеющей стали.




      Изготовленный в японии первый внутренний полукорпус в августе 2017 был отправлен в Южную Корею для стыковки с изготовленным там внешним полукорпусом. Вместе корпус              будет свариваться уже при сборке магнита.


    На фото выше - опора тороидального магнита, изготовленная в Китае. Размер данного изделия - 2х1х1 метр, а такая конструкция обеспечивает подвижность магнита относительно           основания в одном направлении. Это нужно для того, что бы конструкция не разрушалась от сжатия при захолаживании.

  • В этом году  французско-немецкой командой была собрана первая криосорбционная помпа, отвественная за поддержание свервысокого вакуума в вакуумной камере ИТЭР.


    На фото выше - сорбирующие пластины с активированным углем, охлаждаемые изнутри жидким гелием.   


    А это корпус криопомпы со стороны ее "атмосферного" фланца.

  • Одним из важнейших событий, на мой взгляд, стало прибытие на площадку ИТЭР в октябре 2017 года криомагнитного фидера катушки PF4. Это изделие представляет собой вакуумированную трубу в которой проложены гидравлические и электрические (в т.ч. сверхпроводящие) коммуникации идущие к соответствующему магниту. Криофидер PF4 намного опережает другие подобные изделия по той простой причине что он будет замурован в бетон. Важность этого события в том, что это первое высокотехнологичное и изготовленное специально для ИТЭР изделие на площадке и под приемку подобных вещей необходимо создать специальную инфраструктуру, которая и будет проходить проверку данной поставкой.


  • В России, тем временем, успешно прошли заводские приемочные испытания первого (из 8) серийного гиротрона - мегаваттной микроволновой радиолампы для разогрева плазмы и управления током в ней, без которых невозможен запуск токамака. Гиротроны - одна из высокотехнологичных технологий (правда, весьма узкоспециализированная), в которых Россия остается одним из мировых лидеров. В следующем году гиротрон должен быть отгружен на площадку ИТЭР.

    Стенд приемочных испытания гиротронов. На переднем плане гиротрон в защите, согласующий резонатор. На заднем плане - нагрузка на мегаватт микроволнового излучения


  • Еще одной продукцией, которую поставляла Россия в 2017 стали алюминиевые шины, по которым пойдет ток от выпрямителей магнитной системы до криофидеров. В прошедшем году было отгружено 80 тонн 12-метровых шин (сечением до 200х240мм) и множество сопутствующих элементов системы охлаждения шин и термокомпенсирующих вставок.


  • Вместе с шинопроводами Россия должна поставить и гораздо более интеллектуальное оборудование - быстродействующие выключатели и переключатели на ток до 70 килоампер и напряжение до 8,5 киловольт. Испытания серийного прототипа одного такого переключателя прошло в мае этого года в Санкт-Петербурге.


  • Завершая обзор производственных достижений проекта в 2017 году следует сказать о стенде SPIDER и шире - подсистеме инжекторов нейтральных пучков (NBI). Эта подсистема является критически важной для ИТЭР и одновременно, пожалуй, самой высокотехнологичной. За ее создание и поставку отвечает Евросоюз и делает он это путем строительства серии постепенно увеличивающихся прототипов (ELISE->BATMAN->SPIDER->MITICA->штатный инжектор). В октябре 2017 было закончено производство “сердца” стенда SPIDER - ионного источника на полный ток, практически аналогичного тому, что будет использован в инжекторе ИТЭР.


    Источник ионов SPIDER представляет собой 8 радиочастотных генераторов плазмы и электростатическую вытягивающую систему, разгоняющую

    отрицательные ионы в ускоритель. Подробнее.

    На этой поставке высвечивается одна из важных особенностей/проблем сверхбольших и длинных научных проектов - размыкание обратных связей по результативности решений. Дело в том, что данный ионный источник был спроектирован еще ~15 лет назад и заложен как основа инжекторов нейтралов. За прошедшее время стало ясно, что предложенная схема может и не заработать с теми характеристиками, которые нужны - некоторые эксперты считают, что ток пучка будет в два раза меньше номинального.


    Стенд SPIDER. Внутри бетонного бункера биозащиты видна центральная часть вакуумной камеры стенда, к которой сверху подходит линия питания различных составляющих ионного источника, вывешенная на -100 кВ.

    Однако сложившаяся схема организации больших НИОКР и распределения ответственности в мегапроектах не дает шансов переделки имеющихся решений - остается надеятся, что возможные будущие проблемы NBI ИТЭР можно будет решить тонкой настройкой и минорной модернизацией без кардинальных изменений.



Заключение


Большие научно-исследовательские работы имеют одно внутренне неразрешимое противоречие: с одной стороны для выделения миллиардов долларов работы по проекту должны быть расписаны, обоснованы и ответственно розданы исполнителям, с другой стороны - начиная такой проект, создатели зачастую не еще знают его конечного облика, на то он и научно-исследовательский. Единственным работающим рецептом по решению этого конфликта является уменьшение масштаба единичного проекта. Однако, на пути прогресса по многим направлениям на сегодня исчерпаны простые и дешевые варианты создания чего-то нового. Человечество вынуждено все чаще встречаться с разработкой машин таких масштабов, что не укладываются ни в одну голову, и так растянутых во времени, что они не укладываются в типичную карьеру специалиста. Как бы нам не хотелось, но необходимо учится работать и с такими задачами, и ИТЭР является тут хорошей учебной скамьей. Но, будем надеятся, не тем проектом, про который будут говорить “оказалось, что это было невозможно построить”.

]]>
http://so-l.ru/news/y/2018_01_03_proekt_iter_v_2017_godu Wed, 03 Jan 2018 13:02:37 +0300
<![CDATA[Обновление по коммерческим пускам]]> 20 месяцев назад я написал маленький пост про ситуацию с рынком запуска в космос коммерческих полезных нагрузок, и вот пришло время обновить эту информацию. Напомню, что речь идет о рынке, где клиенты могут выбрать оператора и есть конкуренция - т.е. сюда не относятся национальные военные, научные и пилотируемые программы, хотя в США в последнее время SpaceX постепенно отъедает монополию ULA. Но что бы не смешивать эти явления, остановимся на коммерческих ПН - спутниках связи, запускаемых на геостационарную/геопереходную орбиты и низкую околоземную орбиту, а так же спутники дистанционного зондирования.

Забавно, но при таком разделении всех пусков на две категории, довольно очевидном и беспроблемном 20 месяцев назад наметились проблемы. Во-первых, раньше можно было смело отбросить запуски cubsat'ов - однако теперь у нас есть вполне коммерческая спутниковая группировка фирмы Planet из спутников ДЗЗ Flock, и неплохо бы учитывать этот рынок. Во-вторых развивается рынок запуска созвездий связных спутников (вслед за обновлением Iridium планируются запуски O3b и грандиозной OneWeb). Видимо надо будет либо приписать их операторам (например - Arianspace и Роскосмосу), либо учесть отдельными линиями.

В общем получившаяся картинка в итоге носит скорее иллюстративный характер
Напомню, что график нарисован скользящими средними за два года, и цифры слева - тоже количество коммерческих пусков за два года, а не за один - иначе скользящая оказывается слишком шумной. В итоге графики почти не реагируют на паузы в запусках, показывая тренды.

А тренды такие - начиная с 2014 года падает доля рынка "Протон-М", которая сначала перетекала к Arianspace, но в последний год и Arianspace начал терять рынок в пользу Space-X. В общем-то всем заинтересованным это и так очевидно.

Интереснее, конечно что будет дальше. На картинке хорошо видно, что хотя последние 3 года есть небольшой рост с ~15-20 запусков в год до 20-25, кардинально ничего не меняется. В целом это означает, что 18 пусков SpaceX прошлого года практически полностью выбирают нишу, доступную этой компании, учитывая, что монополизм заказчикам не нужен, и Arianspace будут тянуть и дальше. В ближайшие дни я хочу написать текст про возможное будущее спутниковых созвездий на низких орбитах - одну такую собирается запускать компания OneWeb а другую SpaceX. Эти созвездия из сотен и тысяч спутников если обещают очень заметно изменить рынок запусков, вопрос в том - состоятся ли они в целом?

]]>
http://so-l.ru/news/y/2017_12_30_obnovlenie_po_kommercheskim_puskam Sat, 30 Dec 2017 21:26:05 +0300
<![CDATA[Проблема лазерного термоядерного синтеза решена! (нет)]]> Последнюю неделю СМИ заполонили тексты про решение всех проблем лазерного термоядерного синтеза, и даже достижение не только дейтерий-тритиевого горения, но гораздо более заветного протон-борного. Все эти тексты в итоге сводятся к одному источнику - статье австралийского ученого Генриха Хора в журнале Laser and Particles Beams про новую конфигурацию установки лазерного УТС, которая теоретически должна дать возможность получить термоядерный реактор с протон-борным топливом.


На деле к этой статье есть множество претензий, и постулируемые чудеса, скорее всего, недостижимы  в том виде, которые описан там. Но прежде чем высказывать эти претензии стоит немножко вспомнить про то, как и зачем существует лазерный инерциальный управляемый термоядерный синтез (ЛТС).


На фоне испытательной камеры крупной французской установки ЛТС Laser Megajoule


Это направление разработки термоядерного реактора появилось в 60х года (практически одновременно с появлением лазеров). Концептуально ЛТС - это борьба с проблемами магнитного удержания термоядерной плазмы путем отказа от удержания. Если увеличивать плотность и температуру плазменной мишений, то скорость термоядерной реакции будет быстро расти, однако еще быстрее будут возрастать сложности с удержанием Если на этом пути отказаться от постоянного удержания и просто нагреть плотный кусочек термоядерного топлива до оптимальной температуры, то до момента разлета, как показывали теоретические оценки, выделится гораздо больше энергии термоядерной реакции, чем будет затрачено на нагрев. Фактически реакция будет идти в виде взрыва, а весь концепт называется "инерционным удержанием", с тем смыслом, что термоядерная реакция идет, пока плазменную мишень от разлета удерживают силы инерции.


Инерционный характер создания необходимых условий подразумевает, что начальную энергию надо вкладывать как можно быстрее, на высокой мощности - и лазерам тут нет равных.


Спутниковый снимок строящейся установки ЛТС УФЛ-2М в ядерном центре в Сарове сделанный 22 августа 2017 года. Длина здания - 330 метров, видно помещение испытательной камеры и длинные ангары для лазеров.


Изначально, теория ЛТС рассматривала вариант с просто нагревом топлива лазером - но для этого нужно было вложить минимально порядка 100 мегаджоулей лазерной энергии - что даже сейчас далеко за пределами возможностей техники (рекордные ЛТС установки - NIF в США, Laser Megajoule во Франции и УФЛ-2М в России оперируют энергиями в 1,5-2,5 мегаджоуля). Однако, в начале 70х была предложена схема, в которой, теоретически, достаточно было вложить уже всего сотню килоджоулей для зажигания термоядерного топлива. Схема была такая: шарик из замороженной DT смеси (наиболее простое для зажигания топлива) имел внутреннюю полость c DT газом. Множество лазеров симметрично нагревают шарик снаружи, из-за чего оболочка начинает испарятся и своей реактивной тягой толкает остатки к центру. Газ в шарике адиабатически сжимается, и в момент коллапса достигает термоядерных температур и плотностей - в нем зажигается термоядерная реакция, которая своим теплом поджигает и остатки оболочки.


Идея красивая, она вызвала первый значительный всплеск интереса к лазерному ЛТС, в т.ч. со стороны журналистов. Однако, через десятилетие, после строительства больших установок с килоджоулевыми лазерами оказалось, что схема эта не работает - несимметричный нагрев приводит к разрушению мишени до достижения необходимых температур и давлений.



Форма мишени NIF , сжатой лазерным излучением в момент минимального размера (2 разных эксперимента сверху и снизу). Видно, что красивой сферы, наилучшим образом обеспечивающей энерговыделение, не получается.

В принципе, на этом по большому счету, история ЛТС и заканчивается. Были построены грандиозные установки, предложена масса усовершенствования схемы адиабатического сжатия (например - нагрев не прямыми лазрными лучами, а рентгеном от плазмы окружающего мишень хольраума, в который врезалась энергия лазерного излучения ), однако результат так и не был достигнут.


Сложность установок ЛТС давно превысила все мыслимые пределы, которые могли бы быть интересны энергетикам, однако с самого начала у лазерных термоядерщиков был и другой заказчик - военные. Их интерес сначала заключался в возможном получении термоядерных боеприпасов, которые бы не требовали ядерного детонатора - т.е. теоретически тут можно было бы получить оружие с термоядерной мощностью, но без ядерного загрязнения.  Затем, на фоне запрещения испытания ядерного оружия ЛТС-установки оказались хорошим источником экспериментальных данных по поведению материи в условиях, характерных для ядерного/термоядерного взрыва - т.е. как минимум на них и только на них можно было бы получать константы для кодов, в которых моделируют поведение ядерного оружия, ну и вообще моделируя ЛТС-эксперименты на этих же кодах их можно проверять на правильность.



Строительство Laser Megajoule - по масштабам похоже на ИТЭР (хотя стоимость в 3 миллиарда евро - в 7 раз ниже), но термоядерной энергии за год здесь будет выделятся в 100.000 раз меньше, чем планируется получать в ИТЭР.

Так или иначе, рассматривать сегодня ЛТС как подход к энергетическому термоядерному реактору - это как минимум лукавить или опираться на очень устаревшее понимание ситуации. И вот тут находится человек, который говорит, что ЛТС, как реактор - вполне себе ничего, и более того - на нем можно зажигать даже гораздо более сложную, но гораздо более желанную реакцию pB11 (протон-бор).




Желанную исключительно из-за почти полного отсутсвия нейтронов и очень дешевого и доступного топлива - так-то достичь условия горения  pB11 гораздо сложнее, чем для DT.

Что же предложил Генрих Хора? На самом деле, свою идею ЛТС он развивает и продвигает порядка 30 лет, но СМИ возбудились только после очередной (правда обзорной) его статьи. Хора предлагает “детонировать” цилиндрические топливные элементы из водородно-борного топлива, на один из концов которого попадает лазерное излучение с плотностью мощности в 10^18 ватт на квадратный сантиметр. При этом блок топлива ионизируется и разгоняется лазером до скорости ~1000 км/с в направлении остального топлива, при столкновении с которым зажигается термоядерная реакция. От неустойчивостей и разлета в радиальном направлении всю конструкцию должно удерживать магнитное поле в 4500 Тесла, которое будет получено тоже с помощью лазера на специальной конструкции, окружающей топливо.


Схема экспериментальной установки: синий цилиндр - топливо, желтая конструкция - лазерный генератор магнитного поля, справа - экспериментальная камера, за счет электростатического потенциала на ней должна выделятся энергия продуктов термоядерной реакции.


Хора утверждает, что вся эта конструкция способна выдать  ~1,1 ГДж термоядерной энергии при затратах всего в несколько десятков килоджоулей электроэнергии. Основной лазерный драйвер, правда, нужен довольно мощный - 30 петаваттный, что превышает сегодняшний рекорд, впрочем, превышает не кардинально (раза в 3). Примерно такой же разрыв есть по магнитной системе.


Впрочем, у специалистов претензии в этой работе вызывает не требуемые технические параметры лазеров и магнитов, а работоспособность идеи в целом. Начать с того, что работа опубликована в журнале, к которому не имеет доступа подавляющее большинство физиков-плазмистов и термоядерщиков, более того, это означает что при рецензировании статьи до публикации на предмет ее реалистичности (что всегда делается в научных журналах) и правильности профильные физики ее скорее всего не видели.


А увидеть бы не мешало. До появления идеи с сферическим обжатием и реактивным “уплотнением” топлива в ЛТС цилиндрические (“одномерные”) варианты с разными вариантами замагничивания, дополнительного удержания и прочими хитростями были очень популярны и довольно неплохо проработаны. Однако все эти варианты так и не заработали - а эмпирика крайне важна в этой отрасли науки, т.к. очень сложная взаимосвязь явлений в термоядерной плазме часто приводит к недоучету проблем и сложностей, мешающих достижению нужных параметров.


Команда NIF использует 20-летний опыт, сложнейшее оборудование, передовые коды, однако результаты все равно не очень.


Второй неприятный звоночек связан с тем, что физическая модель и ее моделирование поданы очень невнятно по меркам физиком, можно сказать, что набросаны в эскизе, после чего автор сразу переходит к результатам. Промежуточные модели и результаты моделирования тоже не доступны.


При этом даже те идеи, что проговариваются в статье не стыкуются между собой. Например, сверхмощное магнитное поле категорически противопоказано реакции pB11 - при этом очень сильно растут циклотронные потери, приводя к быстрому остыванию плазмы и затуханию реакции. Еще один важный канал снижения потерь в этой реакции (а потери энергии - главная и очень серьезная проблема pB11) - неравновесная плазма, где большинство ионов имеют температуру резонансного пика вероятности реакции. Такая конфигурация позволяет улучшать энерговыход, и Хора тоже постулирует ее наличие, однако дальше идут рассуждения про подогрев термоядерного топлива продуктами реакции (альфа-частицами), что убивает неравновесность.



Предложенная схема циркуляции энергии работать не будет.

Такие “детские” ошибки в рассуждениях вкупе с максимальным осложнением доступа квалифицированных критиков к данной публикации убивают на корню доверие к словам о решении проблем лазерного термоядерного синтеза Генрихом Хора. Даже если бы статья была написана по всем канонам правильно, это бы не гарантировало положительный результат - мегаустановка NIF, физически спроектированная лучшими умами из отрасли пока добилась энерговыхода в ~1% от планировавшегося, альтернативный красивейший магнитно-инерциальный эксперимент MagLIF получил ~10% энерговыхода. Неудача - это в некотором смысле наиболее ожидаемый результат экспериментов на этом поле, поэтому с оптимизмом про ЛТС-проекты могут писать только полностью не знающие историю этого направления журналисты.


Что ж, будем ждать новостей - например по строительству отечественной установки УФЛ-2М или новой серии экспериментов MagLIF, которая должна пройти в 2018 году и наслаждаться красивой физикой.


]]>
http://so-l.ru/news/y/2017_12_24_problema_yadernogo_termoyadernogo_sinteza Sun, 24 Dec 2017 22:52:26 +0300
<![CDATA[Большая политика]]>
Ответ официального представителя МИД России М.В.Захаровой на вопрос СМИ о намерении Японии сбросить жидкие радиоактивные отходы, образовавшиеся в результате аварии на АЭС Фукусима, в Тихий океан
МИД РФ, ОПУБЛИКОВАНО 20.12.2017
Вопрос: Как бы вы могли прокомментировать появившиеся в японской и британской прессе сообщения о намерении Японии слить жидкие радиоактивные отходы, образовавшиеся в результате аварии на АЭС Фукусима, в Тихий океан?
Ответ: Встревожены регулярно появляющимися в СМИ сообщениями о намерении японской кампании ТЕРСО - оператора аварийной АЭС "Фукусима-1" - произвести масштабный слив жидких радиоактивных отходов, образовавшихся в результате катастрофы на этой атомной станции, в океан.
В частности, прозвучавшими в июле 2017 года заявлениями руководителя ТЕРСО Такаси Кавамуры, а также последними публикациями в ряде зарубежных газет, в частности "Independent" и "Japan News".
Отмечаем, что речь идёт о сотнях тысяч тонн радиоактивной воды. Считаем, что такой масштабный сброс может причинить существенный ущерб окружающей среде и рыбным ресурсам Тихого океана. Это нанесет удар по японским рыбакам а, возможно, и по жителям прибрежных районов в целом.
Не исключаем и вероятность трансграничного ущерба. Сброс радиоактивной воды может негативно сказаться на интересах рыболовства нашей страны и других государств региона.
Полагаем, что правительство Японии должно запретить сбрасывать радиоактивную воду в океан и найти способы безопасной переработки образовавшихся в результате фукусимской катастрофы отходов.

Если у Японии нет таких технологий, она могла бы обратиться за содействием к мировому сообществу.

====


Моделирование распространения неконтролируемого сброса Cs137 во время аварии на Фукусимской АЭС в океане. Шкала в беккерелях Предельная допустимая концентрация трития в питьевой воде - ~8000 Бк/л, объем сброса в беккерелях примерно соотвествует Cs137 в этой модели. 

Если не знать контекст, то это заявление кажется рутиной - представители МИД озабочиваются по совершенно разным поводам по 5 раз на дню. Однако, в своем исследовании проблемы радиоактивной воды на Фукусиме я показывал, что безопасный слив радиоактивной воды - дело техники (т.е. ее можно слить безопасно, т.к. после очистки там остается только тритий в невысокой концентрации), и что это позволило бы сэкономить TEPCO несколько миллиардов долларов.

Однако, организации, типа Areva, Kurion, Росатом, которые предлагают потратить эти миллиарды долларов на их оборудование для очистки воды от трития были бы весьма недовольны таким развитием событий. Отсюда, как мне кажется, вытекает эта озабоченность МИД - негоже вот так вот взять и не дать Росатому заработать. Во всяком случае, последняя фраза из сообщения МИД заставляет подозревать, что это не гуманитарно-экологическая инициатива изнутри самого министерства.

Понятно, большая политика - большие деньги, но на мой взгляд вот так играть на радиофобии ради сиюминутных прибылей чревато. Недавняя истерика вокруг рутения могла бы и заставить подумать, как подобное отношение к делу может больно ударить по лбу в следующий раз.
]]>
http://so-l.ru/news/y/2017_12_23_bolshaya_politika Sat, 23 Dec 2017 11:20:51 +0300
<![CDATA[Собранная зона]]>


Здесь стоит 163 свеженьких тепловыделяющих сборки (ТВС) примерно на 5 миллиардов рублей. По периметру тянутся кабели измерительной аппаратуры пускового периода - они нужны что бы измерять очень слабый (по меркам работающего реактора) нейтронный поток от свежего топлива и оценивать размножающие свойства собираемой активной зоны.

После установки, в общем (не знаю конкретный план на ЛАЭС-2) должны последовать залив водой с бором, затем сборка реактора, уплотнение, измерения нейтронно-физических характеристик АЗ и поглощающих элементов системы управления и защиты, и затем постепенный набор рабочего давления и температуры теплоносителя (не самим реактором, но внешними системами), снова измерения и наконец - набор нейтронной мощности и выход на минимальный контролируемый уровень (МКУ).]]>
http://so-l.ru/news/y/2017_12_20_sobrannaya_zona Wed, 20 Dec 2017 12:57:59 +0300
<![CDATA[Ядерное тепло]]>

Теплоснабжение по-китайски

ATOMINFO.RU, ОПУБЛИКОВАНО 14.12.2017



Китай провёл успешную демонстрацию бассейнового реактора малой мощности, использующегося для целей местного теплоснабжения.






На представлении проекта DHR-400, фото CNNC



Реактор 49-2

В сообщении на сайте корпорации CNNC говорится о том, что легководный бассейновый реактор, разработанный китайским институтом атомной энергии (CIAE), на протяжении 168 часов непрерывно поставлял тепло потребителям. Успех демонстрации позволил корпорации приступить к работе над проектом реактора DHR-400, предназначенного для районного теплоснабжения.

Название у демонстрационного реактора простое - реактор 49-2. Он установлен на территории пекинского комплекса CIAE. Ранее говорилось, что создание нового реактора происходило на основе устаревшего исследовательского бассейнового реактора, пущенного в 60-ые годы. Под такое описание подходит исследовательский реактор SPR IAE. Его впервые вывели на критику в 1964 году, а его мощность составляла 3,5 МВт(т).

О демонстрационном реакторе 49-2, заместившем реактор SPR IAE, пока известно немногое. Китайским журналистам разработчики установки рассказали, что в ходе своего 168-часового испытания тепло с их детища подавалось в соседние здания общей площадью около 10 тысяч квадратных метров.О мощности, на которой отработал 49-2, можно сделать предположение по кадрам из репортажа китайского телеканала CCTV. По этим кадрам видно, что мощность аппарата составила чуть более 300 кВт(т).




Кадры из репортажа CCTV со схемой технологического процесса для реактора 49-2.

Реактор DHR-400

Реактор DHR-400 (Yanlong) мощностью 400 МВт(т), разрабатываемый в CNNC в развитие проекта 49-2, сможет обеспечить теплоснабжение 20 миллионов квадратных метров помещений. В пересчёте на жильё это означает 200 тысяч трёхкомнатных квартир. Кэ Готу (Ke Goutu), генеральный конструктор DHR-400, обращает на сделанный для проекта выбор мощности особое внимание: "Насколько я знаю, в других странах для станций теплоснабжения говорят о 200 или 300 МВт(т). Идея сделать проект на 400 МВт(т) была выдвинута в Китае впервые".

Да, можно упрекнуть китайского специалиста за то, что в разговоре с журналистами он забыл о советском проекте АСТ-500. Но в любом случае, нынешний китайский проект сам по себе достаточно амбициозен. Активная зона реактора DHR-400 будет располагаться в бассейне, заполненном лёгкой водой. По размерам бассейна данные слегка разнятся, но для первого впечатления можно считать, что он будет 10 метров в диаметре и 20 метров в глубину.

Тепло от воды бассейна передаётся тепловым сетям через систему промежуточных теплообменников, что обеспечивает непопадание загрязнённой воды в городские батареи. "У реактора предусмотрены три водных бассейна, в которых в общей сложности содержится 5 тысяч тонн воды. Даже если мой реактор окажется повреждённым при цунами или землетрясении, его полное осушение произойдёт примерно через месяц, и всё это время активной зоне не будет угрожать расплавление", - заявил журналистам Кэ Готу.

Второе название реактора DHR-400 - "Yanlong". Оно перекликается с названием китайских реакторов третьего поколения "Hualong One", или "Китайских драконов". Перекличка, как поясняют в корпорации CNNC, не случайна. Реактор теплоснабжеиия тоже будет принадлежать к семейству "Драконов" (лун, long). Первый слог названия "yan" (янь) дан в честь того, что начало проекту было положено в столице царства Янь - то есть, в Пекине.


Кэ Готу, кадр из репортажа CCTV

На пути к коммерциализации

Успешная демонстрация на реакторе 49-2 означает завершение первого и переход ко второму этапу проекта в целом. На втором этапе, который начнётся, может быть, уже в конце 2018 года, корпорация CNNC намерена построить головной блок с DHR-400. Третий заключительный этап включает в себя работы по коммерциализации проекта и, в случае удачного завершения, переход к серийному строительству.

Реакторными технологиями для районного теплоснабжения в Китае интересуются с 80-ых годов, и в библиотеках можно отыскать старые китайские научные статьи на эту тему. Но о практическом применении в КНР заговорили относительно недавно. Замена угольных ТЭЦ на атомные АСТ должна помочь стране справиться с проблемой смога.

Стоимость строительства блока с DHR-400 оценивается как 1,5 миллиарда юаней (более 225 миллионов долларов), а срок сооружения составит всего три года.

С технической точки зрения, особых трудностей при создании DHR-400 не предвидится. Помимо всего прочего, низкие параметры реакторной установки являются серьёзным аргументом в пользу её безопасности. Несмотря на это, проблема общественной приемлемости стоит перед DHR-400 в полный рост, ведь такие реакторы придётся устанавливать в непосредственной близости к жилым кварталам.

Кроме того, для серийного строительства атомщикам придётся обеспечить хорошие экономические показатели. В корпорации CNNC рассчитывают, что 1 ГДж тепла от DHR-400 будет стоить порядка 30-40 юаней, что позволит реакторам конкурировать с газовыми станциями. Но как обычно, у бумажных прогнозов неопределённость велика, и реальные экономические показатели DHR-400 можно будет попробовать спрогнозировать только после пуска головного блока.


===

Отопление - это второй после генерации электроэнергии потребитель первичной энергии, если смотреть на общемировую статистику, на это уходит до 20% всей первичной энергии. В России, скажем, промышленное производство низкопотенциального тепла - порядка 1,3 миллиарда гигакалорий (5 эксаджоулей) в год, это рынок объемом ~1,7 триллиона рублей.



Разумеется, мысль энергетиков  не могла пройти мимо такого значительного применения атомной энергетики, как отопление. Для обеспечения этих 5 петаджоулей понадобилось бы ~58 тонн U235 или ~10000 тонн природного урана в год, примерно в три раза больше всего объема атомной энергетики в России сегодня. Однако эти 10000 тонн заменяют ~120 миллионов тонн газа или мазута - в общем какого-то довольно высококалорийного ископаемого топлива.

Первый опыт отопления ядерным реактором относится к первым реакторам - наработчикам оружейного плутония на "Маяке" (где, впрочем, обогревали здания самого комбината) и "Горно-химическом комбинате" в Железногорске, где от этих реакторов грелся целый город работников ГХК. Затем этот опыт был повторен на некоторых экспериментальных установках (например исследовательский быстрый реактор БОР-60 является источником отопительного тепла) и в городах-спутниках больших АЭС (Курчатов, Сосновый Бор, Балаково и др.). Однако все это были примеры очень небольшого по масштабам использования тепла. Для масштаба нужны были специально спроектированные атомные теплоцентрали.


Реакторный зал заброшенной и недостроенной атомной станции теплоснабжения в Нижнем Новгороде.

И вот в середине 70х годов в СССР появляется программа разработки и строительства в крупных городах атомных станций теплоснабжения (АСТ) с 500-мегаваттными (по теплу, это 1/6 от ВВЭР-1000) реакторами. Реакторы были довольно красиво спроектированы:


  • Интегральная схема, когда тепло во второый контур забирается прямо из корпуса реактора, при это планировалась естественная циркуляция первого контура, без насосов. Давление первого контура 16 атмосфер, максимальная температура теплоносителя 200 С.

  • Идея дожигания отработанного топлива ВВЭР-1000 - относительно короткая кампания и низкая температура (=высокая плотность) воды позволяла проворачивать такой трюк

  • Три контура, из которых первый - это сам реактор, второй, промежуточный, с высоким давлением воды, и третий - отопительный. В случае течей наличие промежуточного контура с высоким давлением обеспечивало изоляцию сетей отопления от радиоактивного первого контура.

  • Отдачу горячей воды с температурой 150 С, что позволяло передавать тепло на расстояние до 30 км.



Некоторые из этих пунктов мне кажутся настолько очевидно правильными решениями, что странно, что они не скопированы в китайском DHR-400. Из минусов АСТ-500 можно назвать разве что проблемы с маневрированием мощностью, которая характерна и для тепловой генерации, хотя и не с такой скоростью, как для электроэнергетики. В частности, в Нижнем предполагалось строительство еще и пиковых котельных на газе для маневрирования выдаваемой мощностью.

Было начато строительство АСТ-500 как минимум в трех городах (Нижний Новгород, Воронеж, Минск), и даже доведено до монтажа оборудования, однако чернобыльская авария и последовавший всплеск радиофобии прервали эту программу.


Крышка реактора АСТ-500. Вообще весь репортаж здесь

Теперь вот эту тему двигают китайцы.

Что бы закончить эту тему, подниму еще один дискуссионный вопрос. Раз уж мир идет к безкарбоновому будущему, то необходимо обратить внимание и на отопление. Если сегодня фокус борьбы с выбросами СО2 направлен на производство электроэнергии с помощью ВИЭ, где в целом они постепенно приближаются по выравненной стоимости электроэнергии к разумным цифрам, то в случае тепла все гораздо запутаннее. С одной стороны сжигание ископаемых топлив и ядерная энергия первично - это именно тепло, и стоимость этого тепла за джоуль получается сильно ниже, чем стоимость джоуля электроэнергии от солнечных батарей и ветряков, т.е. впрямую ВИЭ смотрятся очень бледно, когда речь идет о снижении эмиссии СО2 в отоплении. С другой стороны, теплосети могут быть аккумулятором приличного масштаба для избыточной генерации ВИЭ - совершенно необходимый элемент для машстабного внедрения последних. Мысль исследователей уже рисует подобные модели, однако мне кажется, что бюрократические государства с трудом смогут обеспечить баланс интересов в системах подобной сложности, ну я расписывал уже эту мысль.

Как не удивительно, ядерное тепло в перспективе десятков лет может стать неожиданным фаворитом для применения ядерной энергии, особенно в сочетании с некоторыми новыми вариантами ядерных реакторов - вполне себе полноценный "новый облик", избавленный от образов аварий прошлого.

]]>
http://so-l.ru/news/y/2017_12_17_yadernoe_teplo Sun, 17 Dec 2017 14:05:22 +0300