Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Технологии эффективного преобразования энергии. Учебное пособие
.pdf
International Thermonuclear Experimental Reactor) [37]. Более подробно
рассмотрим проект ITER.
Реактор ITER создается консорциумом, в который входят ЕС, Япония, Россия, США, Китай, Южная Корея и Индия. Основные компоненты и узлы реактора ITER уже созданы и испытаны, а строительство
начато в местечке Кадараш (Франция). Запуск реактора был запланирован на 2018 год, позже несколько раз переносился, новая
дата запуска
запланирована на декабрь 2025 года.
Магнитные катушки реактора ITER созданы на основе сверхпроводящих материалов (что в принципе позволяет работать непрерывно
при условии поддержания тока в плазме), так что проектировщики надеются обеспечить гарантированный рабочий цикл длительностью не менее 10 мин. Наличие сверхпроводящих магнитных катушек является
принципиально важным для непрерывной работы
реальной термоядерной электростанции. Сверхпроводящие катушки уже применялись
в устройствах типа токамак, однако ранее они не использовались
в столь крупномасштабных установках, рассчитанных на тритиевую
плазму. Кроме этого, в реакторе ITER будут впервые использованы
и испытаны разные модули оболочки, предназначенные для работы
в реальных станциях, где могут генерироваться или «восстанавливаться» ядра
трития.
Основной целью постройки реактора ITER является демонстрация
уже достигнутых успехов в управлении плазмой и возможности реального получения энергии в термоядерных устройствах на основе существующей аппаратуры. Дальнейшее развитие в этом направлении, конечно, потребует многих усилий для повышения эффективности работы
устройств. Мощность реактора должна составлять не менее 500 MВт.
81
7. ДРУГИЕ ПЕРСПЕКТИВНЫЕ ТЕХНОЛОГИИ
ПРЕОБРАЗОВАНИЯ ЭНЕРГИИ
В предыдущих разделах были рассмотрены те преобразователи
энергии, которые либо уже широко используются, либо по ним было
много исследований. Кроме рассмотренных, существуют и другие технологии преобразования энергии. Рассмотрим некоторые из них.
Технология ионного преобразования
Реализацией такой технологии является ионный двигатель, который
можно использовать в качестве двигателя космических спутников и кораблей.
Публикация А.И. Морозова в 1957 году «Об ускорении плазмы магнитным полем» [38] дала толчок к исследованиям в области ионных
преобразователей.
Принцип работы двигателя заключается в ионизации газа и его разгоне электростатическим полем. За
к массе становится возможным разогнать ионы до очень высоких скоростей.
Таким образом, в ионном двигателе можно достичь очень большого
удельного импульса, что позволяет значительно уменьшить расход реактивной массы ионизированного газа по сравнению с расходом реактивной массы в химических ракетах, но требует больших затрат
гии. В ионных двигателях могут быть достигнуты скорости истечения
порядка 30…300 км/с, а следовательно, удельный импульс будет
3000…30000 с [39]. Для сравнения: у современных жидкостных и ракетных двигателей удельный импульс не превышает 500 с.
Удельный импульc ионных двигателей по сравнению с химическими весьма велик, но уровень тяги намного меньше. Поэтому,
развить большое ускорение, такой двигатель должен работать очень
длительное время [39].
счет высокого отношения заряда
энер-
чтобы
82
В настоящее время ионные двигатели из-за небольшой тяги применяются только для корректировки спутниковых орбит либо для медленного длительного ускорения небольших аппаратов в космическом пространстве [40].
Технология использования нанотрубок для производства
топливных элементов
Углеродные нанотрубки удачно сочетают рекордно высокую удельную поверхность с хорошими электрическими характеристиками
и прочностью. Поэтому они могут быть эффективно использованы для
изготовления электродов в топливных элементах. При реализации такой
технологии удается полностью избавиться от металлических деталей,
что позволяет существенно снизить массу устройства.
В ТЭ используются электрокатализаторы (металлы платиновой
группы) на
углеродных носителях. В качестве носителей катализаторов
сейчас используют сажу или технический углерод. Недавние эксперименты показали, что замена их на углеродные нанотрубки или нановолокна позволяет повысить активность электрокатализаторов и эффективность работы топливных элементов с твердым полимерным электролитом [41].
Исследования выявили зависимость электрохимических характери-
стик от размеров и морфологии
углеродных нанотрубок и углеродных
нановолокон [41]. Были синтезированы и исследованы углеродные
нанотрубки и нановолокна разных размеров и морфологии (трубки диаметром 25 и 15 нм, скрученные волокна диаметром 40, 65 и 100 нм, прямые волокна диаметром 70 нм). Лучшие результаты получены для трубок с меньшими диаметрами.
Исследования [42] также показали, что проводимость изготовлен-
ных электродов на основе
сетей нанотрубок более чем на два порядка
превышает соответствующий параметр для стандартных электродов,
при этом толщина и масса этих электродов примерно на порядок ниже
стандартных.
83
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Ветров В. И. Преобразователи энергии : учеб. пособие / В. И. Ветров,
А. В. Белоглазов ; Новосиб. гос. техн. ун-т. – Новосибирск : Изд-во НГТУ,
2019. – 126, [1] с.
2. Алексеев Г. Н. Непосредственное превращение различных видов энер-
гии в электрическую и механическую / Г. Н. Алексеев. – Москва ; Ленинград :
Госэнергоиздат, 1963.
3. Статистический ежегодник мировой
https://yearbook.enerdata.ru/electricity/electricity-domestic-consumption-data.html
(дата обращения: 25.12.2022).
4. Эрдеи-Груз Т. Химические источники энергии : пер. с нем. / Т. Эрдеи-
Груз. – Москва : Мир, 1974.
5. Паланкер В. Ш. Холодное горение / В. Ш. Паланкер. – Москва : Наука,
1972.
6. Баготский В. С. Химические источники тока / В. С. Баготский,
А. М. Скундин. – Москва : Энергоиздат, 1981.
7. Лидоренко Н. С. Электрохимические
Г. Ф. Мучник. – Москва : Энергоиздат, 1982.
8. Колбенев И. Л. Электрохимические генераторы в подводных аппара-
тах / И. Л. Колбенев. – Москва : Воениздат, 1980.
9. Чирков Ю. Любимое дитя электрохимии / Ю. Чирков. – Москва : Зна-
ние, 1985.
10. Баготский В. С. Новейшие достижения в области химических источни-
ков тока / В. С. Баготский, В. Н
дат, 1963.
11. Бертиков А. И. Специальные электрические машины / А. И. Бертиков,
Д. А. Бут, С. Р. Мизюрин. – Москва : Энергоиздат, 1982.
12. Шилейко А. В. В океане энергии / А. В. Шилейко, Т. И. Шилейко. –
Москва : Знание, 1989.
13. Ушаков Б. А. Основы термоэмиссионного преобразования энергии /
Б. А. Ушаков, В. Д. Никитин,
288 с.
14. Шейндлин А. Е. Проблемы новой энергетики / А. Е. Шейндлин. –
Москва : Наука, 2006. – 406 с.
. Флеров. – Москва ; Ленинград : Госэнергоиз-
И. Я. Емельянов. – Москва : Атомиздат, 1974. –
энергетики 2021. – URL:
генераторы / Н. С. Лидоренко,
84
15. Милантьев В. П. Физика плазмы / В. П. Милантьев, С. В. Темко. –
Москва : Просвещение, 1970.
16. Арцимович Л. А. Элементарная физика плазмы / Л. А. Арцимович. –
3-е изд. – Москва : Атомиздат, 1969.
17. Доля ветровой и солнечной энергии в производстве электроэнергии. –
URL: https://energystats.enerdata.net/renewables/wind-solar-share-electricity-production.html (дата обращения: 25.12.2022).
18. Официальный сайт компании BP. – URL: https://www.bp.com/en/global/
corporate/energy-economics/energy-outlook/renewable-energy.html (дата обраще-
ния: 25.12.2022).
19. Мак-Вейг
Д. Применение солнечной энергии : пер. с англ. / Д. Мак-
Вейг ; под ред. Б. В. Тарпинского. – Москва : Энергоатомиздат, 1981.
20. Колтун М. М. Солнечные элементы / М. М. Колтун. – Москва : Наука,
1987.
21. Бринкворт Б. Дж. Солнечная энергия для человека / Б. Дж. Бринкворт ;
пер. с англ. Б. Н. Оглоблин. – Москва : Мир, 1976.
22. Грилихес В
. А. Солнечные космические энергостанции / В. А. Грили-
хес. – Ленинград : Наука, 1986.
23. Гуревич В. З. Энергия невидимого света / В. З. Гуревич. – Москва :
Наука, 1973.
24. Алфёров Ж. И. Тенденции и перспективы развития солнечной фотоэнергетики / Ж. И. Алфёров, В. М. Андреев, В. Д. Румянцев // Физика и техника
полупроводников. – 2004. – Т. 38. – Вып. 8. – С. 937–948.
Ryan M. France, John F. Geisz, Tao Song, Waldo Olavarria, Michelle
25.
Young, Alan Kibbler, Myles A. Steiner. Triple-junction solar cells with 39.5% terrestrial and 34.2% space efficiency enabled by thick quantum well superlattices,
Joule, Vol. 6, Issue 5, 2022, PP. 1121-1135, ISSN 2542-4351,
https://doi.org/10.1016/j.joule.2022.04.024.
26. Росс Дэвид. Энергия волн / Д. Росс . ; пер. с англ. Н. Е. Вольцингерг. –
Ленинград : Гидрометеоиздат, 1981.
27. International Atomic Energy Agency. – URL: https://pris.iaea.org/PRIS/
WorldStatistics/OperationalReactorsByCountry.aspx (дата обращения: 26.12.2022).
28. Ташлыков О. Л. Основы ядерной энергетики : учеб. пособие / О. Л. Таш-
лыков. – Екатеринбург : Изд-во Урал. ун-та, 2016. – 212 с.
29. Левин В. Е. Ядерная физика и
ядерные реакторы / В. Е. Левин. –
4-е изд. – Москва : Атомиздат, 1979.
30. Wilson K. A. Decommissioning Planning for the Joint European Torus Fusion Reactor / K. A. Wilson, K. Stevens // WM’07 Conference, February 25 –
March 1, 2007, Tucson, AZ.
31. Сахаров А. Д. Теория магнитного термоядерного реактора / А. Д. Саха-
ров, И. Е. Тамм // Физика плазмы и проблема управляемых термоядерных реакций ; под ред. М. А. Леонтовича. – Москва, 1958. – Т. 1.
85
32. Велихов Е. П. Термоядерная энергетика. Статус и роль в долгосрочной
перспективе / Е. П. Велихов, С. В. Путвинский // Доклад от 22.10.1999, выполненный в рамках Energy Center of the World Federation of Scientists.
33. Nevins W.M. // Journal of Fusion Energy, 17(1998)25.
34. Artsimovich L. A. Controlled Thermonuclear Reactions / L. A. Artsimovich // Gordon and Breach Science Publishers. NY, 1964.
35. A Helically Symmetric Stellarator (HSX) / A. F. Almagri, D. T. Anderson,
F. S. B. Anderson et al. // IEEE TRANSACTIONS ON PLASMA SCIENCE. –
Vol. 27. – № 1, February 1999.
36. Intrinsic plasma rotation and Reynolds stress at the plasma edge in the HSX
stellarator/ R. S. Wilcox , J. N. Talmadge, D. T. Anderson et al. // Nucl. Fusion 56
(2016) 036002 (14pp).
37. Официальный международный сайт проекта ITER. – URL:
https://www.iter.org (дата обращения
38. Морозов А. И. Об ускорении плазмы магнитным полем / А. И. Морозов // ЖЭТФ. – 1957. – Т. 32, вып. 2. – С. 305–310.
39. Петров Е. М. Космические двигатели будущего / Е. М. Петров // Природа. – 1965. – № 5. – С. 113–116.
40. Левин А. Химия далеко не увезет / А. Левин // Популярная механика. –
2005. – № 9 (35). – С. 30–36.
41. Нанотрубки для топливных элементов // Нано- и
ника. – 2005. – № 6. – С. 47– 48.
42. Kaempgen M. et al. // Appl. Phys. Lett. 92, 094103 (2008).
: 10.12.2022).
микросистемная тех-
86
Белоглазов Алексей Владимирович
ТЕХНОЛОГИИ ЭФФЕКТИВНОГО ПРЕОБРАЗОВАНИЯ ЭНЕРГИИ
Учебное пособие
Редактор И.Л. Кескевич
Выпускающий редактор И.П. Брованова
Корректор И.Е. Семенова
Дизайн обложки А.А. Ладыжская
Компьютерная верстка С.И. Ткачева
Налоговая льгота – Общероссийский классификатор продукции
Издание соответствует коду 95 3000 ОК 005-93 (ОКП)
Подписано в печать 05.06.2023. Формат 60 84 1/16. Бумага офсетная. Тираж 50 экз.
Уч.-изд. л. 5,11. Печ. л. 5,5. Изд. № 29. Заказ № 183. Цена договорная
Новосибирского государственного технического университета
Отпечатано в типографии
630073, г. Новосибирск, пр. К. Маркса, 20
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]