Ядерные «розетки»

0

Человечество скоро перестанет сжигать нефть, газ и уголь. И не потому, что они закончатся, а потому, что научно-техническая мысль в который раз все-таки восторжествует над ленью. Способы получения дешевой энергии давно существуют в теории и, как выясняется, благодаря работе ученых-энтузиастов, от этой теории до практики не так уж и далеко.

Солнечная энергия пока не очень оправдывает себя в качестве альтернативы ископаемым видам топлива, но это лишь потому, что солнечный свет доступен лишь днем и в ясную погоду. В космосе таких проблем нет, так почему бы не разместить солнечные батареи там? Осталось лишь придумать, как эффективно транспортировать полученную энергию на Землю. И такие разработки уже имеются.

Мирный атом давно освещает миллионы домов, но, оказывается, возможно и более эффективное его применение. Некоторые компании уже работают над созданием мини-АЭС, занимающих площадь в несколько квадратных метров и способных при этом, освещать десятки тысяч домов. И вся эта фантастика станет частью обыденной жизни уже в ближайшие десятилетия, обещают ученые.

Ток: Япония получит энергию из космоса

В том, что пример использования альтернативных источников энергии показывают, в первую очередь, страны, испытывающие нехватку природных ресурсов, ничего удивительного нет. Деваться-то им некуда — жить как-то надо, а горючими подземными сокровищами природа обделила. Ведь очевидно, что вряд ли стоит ждать прорывов от таких стран как Саудовская Аравия, Ирак или Венесуэла, где можно ткнув пальцем в землю сразу лицезреть нефтяной фонтанчик, а запасов ископаемого топлива для собственных нужд хватит на сотни лет.

Страны, обладающие скромными энергетическими ресурсами и полностью зависящие от импорта энергоносителей, очень заинтересованы в поисках альтернативы. И порой порождают фантастические проекты воистину глобальных масштабов. Например, Япония, которая собирается построить первую в мире орбитальную космическую солнечную электростанцию уже к 2030 году.

Это будет настоящая солнечная ферма площадью в несколько квадратных километров. Размещенные на орбите солнечные панели, по замыслу разработчиков проекта, будут иметь невероятно высокий коэффициент полезного действия. Все дело в том, что панели, размещенные на поверхности планеты, вынужденно бездействуют по ночам, а также в непогоду, когда лучи солнца не достигают земли. В околоземном пространстве таких проблем не будет, так как нет никакой облачности, а правильно подобранная орбита позволит панелям всегда быть в прямой видимости от солнца.

Допустим, осуществить эту идею на практике не так уж сложно. Да и сама задумка не то чтобы абсолютно новая, нечто подобное неоднократно фигурировало в произведениях известных фантастов. Гораздо более фантастическим и революционным выглядит план по доставке накопленной на орбите энергии на Землю.

Здесь японские инженеры разошлись не на шутку. По их плану, энергия будет передаваться с орбиты на поверхность планеты с помощью лазерного луча или микроволн. А прием будет осуществляться при помощи установленной в открытом море гигантской параболической антенны. Общая мощность этой энергосистемы составит 1 ГВт, то есть она будет соответствовать типичной атомной электростанции. При этом стоимость энергии будет просто копеечной — авторы проекта подсчитали, что киловатт-час полученной с орбиты энергии обойдется в 6 раз дешевле, чем японские потребители платят сегодня.

Проект находится в разработке уже более 10 лет, над ним трудятся около 130 ученых. Сегодня разработка достигла стадии, на которой японские власти готовы подключать к работе крупные промышленные концерны, также как и само правительство заинтересованные в получении доступа к дешевой энергии. Осенью нынешнего года по инициативе правительства был создан консорциум, в состав которого вошли такие известные компании как Mitsubishi Electric, Fujitsu, Sharp и NEC.

Для начала разработчики собираются вывести на орбиту экспериментальный спутник, с помощью которого будет опробована технология передачи микроволн с орбиты на Землю. В 2020 году будет опробована единая энергосистема мощностью 10 МВт. После нее настанет очередь следующего прототипа — энергосистемы мощностью 250 МВт. В случае успеха к 2030 году может быть начата полноценная работа орбитальной станции, способной заменить целую АЭС.

Микроволновый поток: спутники осветят дома

Свой не менее фантастический проект доставки электроэнергии с околоземной орбиты есть и у американских ученых. Причем, у них есть все шансы опередить японцев. Американский проект предполагает, что уже в 2016 году первые потоки электроэнергии будут отправлены из космоса во Фресно, округ штата Калифорния. Авторы разработки опираются на ту же логику, что и их японские коллеги — солнечные панели на орбите смогут работать круглосуточно и иметь очень высокий коэффициент полезного действия.

В отличие от японцев американцы пока не планируют строить глобальную солнечную ферму на орбите. Они готовы ограничить размах работой группы из нескольких спутников, оснащенных солнечными панелями. Первоначальный проект, конечно, не сравнится по мощности с атомной электростанцией, но сможет, по замыслу разработчиков из компании Solaren, обеспечить светом 250 тыс. домов.

Пять спутников будут расположены над экватором на высоте 35 тыс. км. Их зеркала будут превращать энергию солнечного света в направленное радиоизлучение, которое на Земле будет приниматься соответствующим оборудованием и преобразовываться в электроэнергию. Ученые отмечают, что радиолуч в этой технологии не узконаправленный, следовательно, он накрывает обширную площадь на планете и не может повредить людям и живой природе. В связи с этим антенны для приема этого луча должны быть достаточно внушительных размеров. Очевидно, речь идет о целом комплексе антенн на площади несколько квадратных километров. Именно это обстоятельство заставило авторов проекта выбрать округ Фресно — один из самых малонаселенных районов Калифорнии.

По словам руководителя компании Solaren Гари Спирнака, проект обойдется примерно в $2 млрд. Компания уже заключила первый контракт на продажу еще неполученной электроэнергии с крупнейшим оператором энергоресурсов Калифорнии Pacific Gas & Electric. В контракте оговорено, что Pacific Gas & Electric приобретет у Solaren 200 МВт электричества после того, как спутники вступят в строй.

Кстати, работа спутников будет отлично видна жителям Калифорнии. По словам авторов проекта, микроволновый поток с орбиты будет заметен невооруженным глазом: он будет светиться примерно в 6 раз слабее, чем полная Луна.

Газотурбины в кармане

Миниатюрными могут быть не только атомные реакторы, но и газотурбинные двигатели, считают специалисты Массачусетсского технологического института. В этой alma mater американской инженерной мысли ведутся серьезные работы над проектом экологически чистых, бесшумных, экономичных и, самое главное, весьма компактных персональных электростанций, работающих на водороде. Причем, компактных — это слабо сказано.
Американские инженеры умудрились довести технологию до совершенства и представить устройство, в разы опережающее разработки конкурентов. Когда японская компания IHI Aerospace создала газотурбинный генератор, который при массе 67 кг производит 2,6 КВт электроэнергии, это считалось крупным достижением. Когда специалисты Швейцарского федерального технологического института в Цюрихе создали генератор размером несколько сантиметров, способный на протяжении несколько дней генерировать 100 Вт электроэнергии, это назвали революцией.

Но проект Массачусетсского института выглядит намного внушительнее. Ведь разработанный американцами газотурбинный двигатель может похвастаться размерами в считанные миллиметры. Тем не менее, в этом двигателе есть и компрессор, и камера сгорания и турбина, которую приводит в движение струя продуктов сгорания. В камере сгорания топливо и воздух смешиваются и горят при температуре плавления стали. Работа над проектом была начата еще в 90-х. «Я задумался, если большой газотурбинный генератор может обеспечивать электричеством целый город, то почему бы не сделать маленький генератор, который мог бы обеспечить потребности одного человека?» — вспоминает руководитель исследования Алан Эпштейн.

Для того чтобы добиться цели, ученым пришлось пойти на нешуточные ухищрения. Микроскопический двигатель состоит из скрепленных вместе шести кремниевых пластин, каждая из которых представляет собой цельный кристалл с атомами, выстроенными в заданном порядке.

Эпштейн и его коллеги считают, что первой сферой применения их детища станет микроэлектроника. При весе, сопоставимом с обычными батарейками, миниатюрные газотурбинные генераторы смогут работать в десятки раз дольше.

Мини-аэс: вечный свет за $2500

Крупные атомные и гидроэлектростанции скоро отойдут в историю. Ну или, по крайней мере, их роль сведется к обеспечению энергией крупных промышленных предприятий. А вот жители городов и мелких селений вполне смогут в ближайшее время обеспечить себя энергией из других источников.
Так считает американский ученый Отис Петерсон из Национальной лаборатории в Лос-Аламосе. Вместе с группой коллег Петерсон занимается разработкой миниатюрных атомных электростанций, каждая из которых сможет обеспечивать электричеством 20 тыс. домов.

Размер такой мини-АЭС будет не больше, чем у обычного мусорного бака, отсутствие каких-либо движущихся элементов делает эти устройства крайне надежными. Одного заряда реактора хватит как минимум на 5 лет. Причем за эти пять лет реактор выделит количество отходов, по размеру сопоставимое с мячом для гольфа.

Стоимость одного киловатта энергии будет ощутимо меньше, чем сегодня, когда эта энергия централизованно вырабатывается на крупных АЭС и ГЭС, считает Джон Дил, возглавляющий компанию Hyperion Power Generation, которая занимается коммерческим развитием проекта. Компания уже получила первые заказы на свои реакторы. Первые поставки подземных мини-АЭС планируются в 2013 году.

По словам Дила, реакторы будут вполне по карману простым жителям США. «Один реактор обойдется примерно в $25 млн., — говорит он. — Для сообщества в 10 тыс. домовладельцев это будет вполне доступным приобретением — всего $2500 на каждый дом».

И вновь конкурировать американцам приходится с японскими учеными, которые также трудятся над созданием компактных АЭС. Так, корпорация Toshiba создала компактную установку мощностью 10 000 КВт. Это самоохлаждаемый реактор на быстрых нейтронах, а охлаждение обеспечивается с помощью жидкого натрия. Такая установка, занимающая площадь 10 на 3 метра, способна проработать на одном заряде ядерного топлива около 30 лет, освещая при этом 3 тыс. типичных городских квартир.

Правда, в Toshiba видят несколько иное применение своему детищу. По мнению разработчиков, установка будет востребована в отдаленных регионах планеты, где слабо развита энергетическая инфраструктура. Например, на севере Канады, на Аляске, в странах Африки. Японские разработчики подчеркивают, что их мини-АЭС отличается высокой степенью безопасности, ни о какой утечке радиоактивности или других кошмарах, которые возникают в мозгу обывателя при мысли о близости к ядерному реактору, речь не идет.

Другая крупная компания Mitsubishi занимается разработкой компактного реактора мощностью 350 000 КВт с водяным охлаждением. А еще один японский промышленный гигант Hitachi работает над более мощной компактной установкой, способной выдавать около 500 000 КВт электроэнергии.

Словом, скоро наши розетки уже смогут «кормиться» не только от АЭС и ГЭС, но и от более фантастических источников. Главное, чтобы прогнозы ученых не подкачали.

Алексей Бондарев,
«Сегодня»

Поделиться.

Комментарии закрыты