Главная  Взрывная дейтериевая энергетика 

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 [ 62 ] 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90

уран-233 опаснее дейтерия;

количество радиоактивных продуктов в КВС меньше, чем в реакторах.

Вторичная ядерная энергетика может стать более мобильной частью глобальной энергетики, например, для энергообеспечения отдаленных и слабозаселенных районов, транспортных энергоустановок и т. п. Это могут быть реакторы малой и средней мощности (20...200 МВт), активные зоны которых обеспечиваются топливом и даже изготавливаются на базовом КВС. После выгорания 10...20 % урана-233 такая зона (например, в виде двух подкритичных полузон) возвращается в ЬСВС и испаряется при очередном взрыве. Отработанное ядерное топливо (ОЯТ), в котором содержатся: 90...80 % первоначального урана-233, осколки деления, материал-разбавитель, а также материалы-маркеры для идентификации топлива, - возвращается в совместный топливный цикл КВС и ВЯЭ.

ВЯЭ на единицу мощности производит в K. раз больше осколков деления, чем КВС. Поэтому коэффициент термоядерности энергозаряда бессмысленно делать намного больше, чем отношение мощностей базовой КВС {W-q ) и ВЯЭ (ВЯЭ ) Например, вполне достаточно

Кхя-2

КВС

(7.2)

ВЯЭ

Так, если мощность мировой КВС-энергетики достигнет -100 ТВт (ю' Вт), а мобильная ВЯЭ потребуется в пределах 10 ТВт, то:

при К.гя = 10 полное потребление тория и производство осколков деления будет ~5 тыс. тонн в год;

при K.jj, ~ 25 потребуется 3,5 тыс. тонн тория в год.

Сегодняшние мировые потребности АЭС в добыче урана около 60 тыс. тонн в год, хотя совокупная тепловая мощность АЭС меньше 1 ТВт.

В гл. 2 было показано, что, оставаясь в рамках классической реакторной энергетики, энергомощность даже около 4 ТВт для планеты вряд ли достижима. Иными словами, только КВС может вывести реакторную энергетику из топливного тупика.

7.2.3. Химические аккумуляторы - искусственное топливо

Используя т*пло или электроэнергию КВС, можно изменять химическое состояние некоторых веществ, делая их пригодными для последующего сжигания. Такие технологии, как правило, базируются на использовании энергии других химических же соединений. При недостатке нефти применялись, например, газогенераторные автомобили, в которых за счет энергии дров нарабатывался горючий газ, сгоравший в цилиндрах ДВС. Искусственный газ из каменного угля широко использовался перед второй мировой войной в Восточной Пруссии.

Для транспортных средств, конечно, удобнее аккумулировать энергию не в газообразных, а жидких химических соединениях. Во время второй мировой войны за счет гидрогенизации угля в Германии производилось до 5 млн тонн заменителей

нефти в год. Проц Поэтому суммарно чем от прямого по. процесс окажется i ные компоненты в лей в КВС (см. рис.

Реализовать п 10 ТВт, чтобы ош трудно. Для произ тепловой мощност бываемого угля. Н( чем ВЯТ. ДвигaтeJ уже работают на у к ним электроэнерг почти 2 % мирово? сурсов. В XXI век{

повторить. Для СОЕ

в год искусственно]

Сейчас трудно зированные КВС в ки по подземной п энергии, подвозя в балансах КВС, изо(

Еще ЭКОЛОГИИ! вающих отходов 6i зовать сложнее, че возобновляемой 6i а потенциальные в дешевую энергию же С коэффициенте чезновение нефти и

Бытует мнени в XXI веке будет В( логически чище иа жидкими при обыч ным. Транспортире схем водород выра получаемое при ся 25...30% первично димую водородные первичной энергии.

Такой КПД ср был бы таскать на системы с гидрида]



i, чем в реакторах. )бильной частью гло-(аленных и слабозасе-) могут быть реакторы 1ы которых обеспечи-ВС. После выгорания дкритичных полузон) Этработанное ядерное шьного урана-233, ос-г-маркеры для иден-Шй цикл КВС и ВЯЭ. ше осколков деления, заряда бессмысленно йКВС(%вс)иВЯЭ

(7.2)

[остигнет -100 ТВт , то:

тво осколков деления

на около 60 тыс. тонн Вт.

;сической реакторной >1 вряд ли достижима, о энергетику из топ-

[СНЯТЬ химическое со-1едующего сжигания, ании энергии других зялись, например, га-ов нарабатывался го-аз из каменного угля гочной Пруссии, овать энергию не в га-рой мировой войны за 1лн тонн заменителей

нефти в год. Процесс шел с использованием энергии от сжигания того же угля. Поэтому суммарное загрязнение окружающей среды, вероятно, было не меньше, чем от прямого получения энергии из угля. Если же использовать энергию КВС, процесс окажется даже более чистым, чем прямое сжигание нефти: многие вредные компоненты в искусственное топливо не попадут. Температура теплоносителей в КВС (см. рис. 7.4, 7.5) подходит для такой переработки.

Реализовать производство синтетического топлива на тепловую мощность 10 ТВт, чтобы оно могло конкурировать с вторичной ядерной энергетикой, трудно. Для производства 1 млрд тонн углеводородов в год, соответствующих тепловой мощности в 1 ТВт, придется перерабатывать большую часть ныне добываемого угля. Но синтетическое углеводородное топливо более универсально, чем ВЯТ. Двигатели внутреннего сгорания, большая доля турбин и котельных уже работают на углеводородах. Заменить их все на электромоторы и подвести к ним электроэнергию от АЭС вряд ли быстро удастся. Германия смогла получать почти 2 % мировой нефтедобычи в условиях войны и ограниченности энергоресурсов. В XXI веке, обладая дешевой энергией КВС, остальной мир сможет это повторить. Для современного мирового автопарка и сельхозмашин 1 млрд тонн в год искусственного бензина достаточно.

Сейчас трудно сказать, как это будет сделано. Можно построить специализированные КВС в районах угледобычи и использовать существующие наработки по подземной газификации угля. Можно на каждом КВС использовать часть энергии, подвозя в качестве сырья уголь. Такой вариант предусмотрен в энергобалансах КВС, изображенных на рис. 7.4 и 7.5.

Еще экологичней было бы получить синтетическое топливо из ныне сгнивающих отходов биомассы, однако в больших масштабах такой процесс организовать сложнее, чем на угле. По данным 1990 года [15], технические ресурсы возобновляемой биомассы оцениваются в 3,6 млрд тонн условного топлива, а потенциальные в 54 млрд тонн. Их сложно собрать и использовать. Но, имея дешевую энергию КВС, можно вырабатывать искусственные зтлеводороды даже с коэффициентом энергоотдачи меньше единицы, чтобы компенсировать исчезновение нефти и газа.

Бытует мнение, что перспективным вторичным химическим топливом в XXI веке будет водород. Можно согласиться, что искусственный водород экологически чище искусственных углеводородов. Но углеводороды можно сделать жидкими при обычных температурах, водород же при этом останется газообразным. Транспортировка его будет сложной задачей. Кроме того, в большинстве схем водород вырабатывается за счет электроэнергии. Это значит, что в тепло, получаемое при сжигании искусственного водорода, может перейти не более 25...30% первичной энергии КВС. При этом в механическую энергию, производимую водородным двигателем, скорее всего, будет переводиться не более 10 % первичной энергии.

Такой КПД сравним с КПД паровоза. Но тепловоз на водороде вынужден был бы таскать на себе баллоны высокого давления или достаточно сложные системы с гидридами, выделяющими водород при небольшом нагревании. Оба



варианта еще уменьшат КПД перевода первичной энергии в полезную механическую. Кроме того, газообразное топливо более взрывоопасно. Часто ссылаются на опыт эксплуатации автомобилей с газовыми баллонами. Но обычно они работают на пропан-бутане, не являющемся чистым газом: он при обычной температуре и давлении в полтора - два десятка атмосфер находится в жидком состоянии.

С точки зрения безопасности более перспективным может оказаться химический аккумулятор на основе сжигания металла. В частности, магний на единицу веса обладает всего вдвое меньшей калорийностью, чем бензин. На единицу объема он по калорийности бензину не уступает. Его, скорее всего, как и водород, придется производить через промежуточную электроэнергию. Но транспортировка представляется не намного более сложной задачей, чем транспортировка угля.

Экологическая чистота магниевого топливного цикла также выглядит достаточно высокой. Продукт сгорания - окись магния - твердое вещество. Его можно собрать, а при регенерации (за счет электроэнергии) вернуть систему топливо - внешняя среда к исходному состоянию.

Так или иначе, химические аккумуляторы энергии КВС могут составить значительную, конкуренцию вторичной ядерной энергетике. При удачных результатах, например, по магниевому топливу, долю урана-233 в энергобалансе можно значительно уменьшить.

Вряд ли можно рассчитывать на то, что проблему аккумулирования энергии можно будет решить за счет улучшения характеристик обычных электроаккумуляторов. Их удельная калорийность почти на два порядка уступает калорийности того же магния. Экологически электроаккумуляторы не безупречны, ресурсы исходных материалов для их производства ограничены.

7.2.4. О передаче больших количеств тепла

Обычно ТЭЦ снабжают электроэнергией потребителей, удаленных и на тысячи километров, а теплом только тех, кто находится в пределах десятков километров. Причин здесь, вероятно, несколько: тепла требуется больше, чем электричества, потери в трубах теплоснабжения велики, эксплуатация теплопроводов с водой под давлением дороже эксплуатации электросетей. При увеличении количества передаваемого тепла до гигаваттных мощностей одному потребителю (например, большому городу) удается увеличить расстояние теплопередачи с помощью воды до сотни километров. Однако для мощностей в десятки гига-ватт, характерных для КВС, вряд ли найдется достаточное количество потребителей, размещенных на подходящем расстоянии в одном направлении. Кроме того, низкая температура кипения воды затрудняет теплопередачу, при наличии на трассе перепадов высот, даже при температурах близких к 100 °С.

Для теплопередачи в качестве теплоносителя применяются масла, обладающие температурой кипения в несколько сотен градусов. При замене теплоносителя воды на масло многие трудности, вероятно, могут устраниться. Сразу больших переделок в системе теплоснабжения не потребуется: на месте старых котельных достаточно поставить теплообменники, подведя к ним магистральные теплопроводы. Далее можно модернизировать и систему теплоразводки

в населенных пуню пламя или электроэ! масляных теплопро!

Конечно, масл! на не очень большие дуктов в качестве тс НИИ нефти епд = : проводе того же дна стояния в -100 раз ь объема перекачивае для теплопроводов , жара или загрязнен! мого масла будет ра

Какое-то реше искать. На теплосш вается электроэнер] их мощности долж на-15%.

Эта проблема в ладающего калорий

зообразной водой -

Нагрев воду за счет в газопровод (ГП), г

будет меньше мощи

Поскольку ГИД]

рактеристикам мет! затраты на транспо!

останутся теми же, ПТП можно, исхода

В Большой Coi газопровода Бухара осуществляется д£ ГПБ = 5500 км при

На транспортир



1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 [ 62 ] 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90

© ООО "Карат-Авто", 2001 – 2018
Разработчик – Евгений Андрианов