Филиалы Солнца на Земле
Продолжаем серию публикаций о гидрино - экзотическом состоянии атома водорода - и о его применении в энергетике. При образовании гидрино выделяется огромное количество энергии, и уже тестируются (а кое-где даже внедрены) инновационные гидринные энергоустановки, разработанные в американской компании Brilliant Light Power (BrLP) под руководством первооткрывателя гидрино Рэнделла Миллса.
Компания BrLP в своём стремлении коммерциализировать новый способ производства энергии нацелилась на нужды автономных потребителей, не имеющих подключения к централизованной энергосистеме. То есть она конкурирует с предприятиями возобновляемой энергетики.
Трудно сказать, будут ли установки BrLP причислены к ВИЭ-генерации. Они расходуют воду, а выпускают гидринный газ, который поднимается в верхние слои атмосферы и оттуда уходит в космос. Теоретически количество чистой воды на Земле ограничено, но в данном случае её расход настолько мал, что на практике ограничений не возникает.
С точки зрения стабильности выработки гидринные энергоустановки (паровые котлы и электрогенерирующие системы SunCell компании BrLP) превосходят традиционные ВИЭ-станции (солнечные, ветровые, волновые) и даже ГЭС. По экологическим свойствам установки BrLP тоже выигрывают, поскольку отличаются небольшой материалоёмкостью и занимают мало места. А теперь давайте поговорим о системе SunCell.
Совладать с мощностью
Создавая установку SunCell, учёные и инженеры из BrLP столкнулись с огромными трудностями. При образовании гидрино в реакторах выделяется столько энергии, что поджигающие электроды из вольфрама разрушаются через десять-пятнадцать секунд. Вольфрам - чрезвычайно тугоплавкий металл - не только расплавляется, но и испаряется. Проблему стабильности поджигающих электродов компания BrLP изящно решила путём подачи в камеру жидкого металла (серебра, галлия или олова). Для его начального расплавления используется индукционный нагреватель. При запуске реактора вспышки плазмы разбрызгивают и испаряют металл, но жидкометаллические электроды всё время восстанавливают свою форму. Оседающий на стенках камеры металл стекает в сборные ёмкости, откуда электромагнитными насосами вновь подаётся в реактор.
реакторы разного диаметра (здесь - 12 дюймов)
В качестве материала для жидких электродов лучше всего подходит серебро - оно отлично отражает свет и практически не окисляется кислородом. Откуда кислород? Он неизбежно образуется в результате плазменного разложения воды, посредством которого получают водород для реакции.
В качестве катализатора реакции преобразования водорода в гидрино используется молекулярная вода. Здесь важно, чтобы молекулы не были объединены в группы водородными связями. Для получения молекулярной воды и заодно водорода предусмотрена камера подготовки топлива и катализатора. В ней «горючее» проходит через тлеющий электрический разряд.
Перед запуском установки её реактор заполняется инертным аргоном. На жидкометаллические электроды подаётся напряжение 36 В с блока суперконденсаторов, которые должны обеспечить кратковременную выдачу тока в тысячи ампер. После запуска реакции образования гидрино в камере нарастает концентрация серебряного пара. В определённый момент его проводимость становится достаточно велика для того, чтобы можно было отключить электромагнитные насосы. Температура достигает огромных значений, так что реакция переходит в самоподдерживающийся режим.
Реактор SunCell работает при давлении чуть выше атмосферного (чтобы внутрь не попадали азот и другие газы из воздуха). Энергия выделяется в виде мощного экстремального ультрафиолетового излучения, невидимого глазу. (Для его исследования нужно использовать вакуумный спектрометр. Яркое свечение, наблюдаемое в экспериментах, - это результат ионизации газов ультрафиолетом.)
Энергопревращения
В компании BrLP решили, что малая энергоустановка должна иметь минимум движущихся частей. Идеи применения паровой турбины и двигателя Стирлинга для вращения вала электрогенератора были отметены. Между тем полупроводникового фотоэлектрического преобразователя, подходящего для излучаемого ячейкой экстремального ультрафиолета, не существует. Теоретически такой преобразователь можно создать, но команда Миллса решила не тратить на это время и силы. В установке SunCell ультрафиолетовое излучение преобразуется в обычный видимый свет простейшим способом. Сфера из изотропного графита (изначально предлагался вольфрам) разогревается изнутри ультрафиолетом. Нагревшись добела, она вовне излучает свет, который поглощается многопереходными полупроводниковыми фотоэлементами, согласованными по спектру с излучением абсолютно чёрного тела. Такие фотоэлементы созданы для работы с солнечными концентраторами (зеркалами и линзами), а потому выдерживают освещённость в тысячи раз больше солнечной.
Горящая подобно лампе накаливания графитовая сфера напоминает Солнце в миниатюре, вот почему установка была названа SunCell («Солнечная ячейка»). Конечно, между раскалённым излучателем и фотоэлектрическими преобразователями создаётся вакуум. Фотоэлементы нужно интенсивно охлаждать, но в случае генератора на десятки киловатт для индивидуального дома эта задача легко решается с помощью системы металлических теплоотводов и медных трубок, водяного насоса, обычного автомобильного радиатора и вентилятора. Фотоэлементы выдают постоянный ток, который при необходимости легко преобразовать в переменный с помощью стандартного транзисторного инвертора.
Экономика
Реакция превращения водорода в гидрино обеспечивает огромную плотность лучистой энергии, проходящей через поверхность светящейся сферы, - более 10 МВт/кв. м. Имея столь высокую удельную мощность, можно собрать электрогенератор на несколько десятков киловатт в габаритах чемодана и на 150 кВт - в габаритах бытового холодильника. Минимальная мощность установки, которую стоит выпускать, равна 10 кВт.
В 2017 году, ещё до того, как началась долларовая инфляция, Рэнделл Миллс оценивал удельную стоимость SunCell в 60-100 долларов за киловатт генерируемой электрической мощности. По сравнению с традиционными тепловыми электростанциями, где речь идёт о тысяче долларов за киловатт и выше, SunCell обходится совсем недорого. Более того, установку можно удешевить благодаря масштабному производству и за счёт увеличения удельной мощности фотоэлектрических элементов. Как следствие, преобразование постоянного тока в переменный ток высокого напряжения и передача энергии от SunCell на большие расстояния теряют всякий экономический смысл - дешевле у каждого потребителя разместить небольшие энергоустановки.
мощностью 250 кВт (розничные цены)
Оценочный срок службы SunCell - 20 лет. Затраты на техническое обслуживание - около 2% от начальной стоимости в год. Расчётная себестоимость вырабатываемой электроэнергии до смешного мала - порядка 0,01 цента за киловатт-час.
Конструкторы SunCell рассчитывают на использование по возможности стандартных компонентов, выпускаемых промышленностью. Это уже упомянутые индукционные нагреватели, электромагнитные насосы, фотоэлектрические элементы, управляющий микроконтроллер, суперконденсаторные модули и так далее.
* * *
На момент публикации статьи компания BrLP сообщила о том, что разработка коммерческого прототипа SunCell почти закончена и что её инженеры пытаются «повысить эффективность преобразования лучистой энергии в электрическую до 85% за счёт многократных отражений (ресайклинга) инфракрасных лучей». Как только выяснятся подробности, мы поделимся ими с читателями.
От редакции: О том, что такое гидрино, вы можете прочесть, щёлкнув мышью здесь. История открытия размещена здесь. О гидрино в космосе смотрите здесь.
Читайте другие наши материалы
