Энергоинформ / Опыт профессионалов / Песок вместо газа
Песок вместо газа
В результате глобального подорожания традиционных источников энергии и прогнозируемого в недалеком будущем дефицита углеводородов все большее внимание во всем мире уделяется альтернативным источникам энергии.
Изобретение, о котором речь пойдет, позволяет создать принципиально новые энергетические установки для получения тепловой энергии.
Оказывается, лежит – буквально – у нас под ногами.
Уникальность таких энергетических установок заключается в том, что в качестве топлива используется песок, запасы которого на Земле практически не ограничены, а стоимость 1 Гкал тепловой энергии в энергоустановках, работающих на песке, ниже, чем стоимость тепловой энергии, получаемой в котельных на газе, примерно в четыре раза и составляет 68 рублей.
Песок сквозь металл
Изобретение основано на использовании эффекта сверхглубокого проникновения тонкодисперсных твердых микрочастиц в твердые металлические преграды с аномальным выделением энергии, в 100…10000 раз превосходящей кинетическую энергию частицы в момент ее удара о преграду.
До настоящего времени никто в мире экспериментально не использовал указанный эффект для получения тепловой или электрической энергии.
Реальность эффекта сверхглубокого проникновения доказана многочисленными экспериментами, проведенными различными исследователями и сделанными на их основе научными публикациями.
В Кембридже готовится к изданию научный труд автора изобретения. Изобретение запатентовано – патент РФ № 2201625 «Способ получения энергии и реактор для его реализации».
Технически и технологически проект осуществим, смоделировано устройство установки, доказывающее реальность технического и промышленного производства этого изобретения.
Из истории
В 1974 году молодым белорусским ученым Сергеем Ушеренко был экспериментально открыт эффект сверхглубокого проникновения тонкодисперсных твердых микрочастиц диаметром 1-1000 мкм в твердые металлические преграды (мишени) с аномальным выделением энергии, в 102…104 раза превосходящей кинетическую энергию частицы в момент ее удара о преграду со скоростью порядка 1 км/с.
Энергетический эффект оценивался по энергии прожигания микрочастицей нитевидного канала в толще мишени. Длина нитевидного канала в стальной заготовке достигала 200 миллиметров и даже более.
Расчеты показывали, что кинетической энергии частицы было достаточно всего для проникновения в мишень на глубину не более 6-10 диаметров самой частицы. Обнаруженный эффект не объясняется с позиций современной термодинамики, электродинамики, теории относительности и квантовой теории, включая квантовую хромодинамику (КХД).
Источник колоссальной энергии в эффекте С. Ушеренко так и не был установлен.
Энерговыделение в канале мишени оценивается величиной 109…1010 Дж/кг на частицу. Это значительно превосходит энергетическую область, относящуюся к химическим процессам.
Кроме того, по данным С. Ушеренко, проведение спектральных анализов разрезов и шлифов каналов, образованных прохождением микрочастиц в толще мишеней, позволило обнаружить появление новых изотопов и элементов. В мишенях, подвергшихся бомбардировке микрочастиц в режиме сверхглубокого проникновения, обнаружено также наличие газа радона, которого изначально не было в исследуемых образцах.
Рентгеновская пленка, установленная в зоне мишени, оказалась засвеченной. В отдельных опытах характер засветки оказался линейчатым. Это указывает на то, что явление сверхглубокого проникновения микрочастиц в преграды связано со сложными синтезирующими и неизученными высокоэнергетическими физическими процессами, которые характерны для физики элементарных частиц и атомного ядра.
С. Ушеренко использовал в своих экспериментах довольно дешевые одноразовые взрывные ускорители кумулятивного типа. Но полученные результаты его уникальны.
Разгонка элементарных частиц
Подобный эффект практически невозможно получить даже на сверхмощных ускорителях элементарных частиц.
Разогнанная до скорости всего 1 км/с пылинка кремния диаметром 1 микрометр увеличивает свою кинетическую энергию на 0,61*10-9 Дж (3,8*109 эВ).
Для сравнения – протонный синхрофазотрон в Дубне (ОИЯИ) способен максимально разогнать протоны до энергии 9*109 эВ, то есть до энергии, соизмеримой с кинетической энергией данной пылинки, разогнанной всего до 1 км/с. Но при этом протону необходимо сообщить скорость, близкую к скорости света. Чтобы это осуществить, диаметр ускорительного кольца протонного синхрофазотрона в Дубне выполнили в размере 72 метра.
Для микрочастицы диаметром 100 микрометров кинетическая энергия при скорости 1…10 км/с соизмерима и даже превосходит энергию элементарных частиц, достигаемую на сверхмощном ускорителе в современном научном комплексе ЦЕРН (Женева), ускорительное кольцо которого составляет по периметру 27 километров.
Несомненно, что фундаментальный аспект открытия С. Ушеренко лежит в области принципиально новых энергетических технологий получения энергии ХХI века.
Предпосылки
Недостатком вышеуказанного взрывного способа являлись нестабильность самого эффекта сверхглубокого проникновения частиц-ударников в преграду, обусловленная высокой неравномерностью проникновения частиц-ударников в преграду и низким суммарным выделением энергии, что вело к нестабильности самого процесса выделения энергии в мишени-преграде, а также низкая технологичность вышеуказанного способа, которая не позволяла реализовать его в новых энергетических процессах получения избыточной энергии в реальных энергетических установках.
К тому же, имеющиеся научные гипотезы и теории сверхглубокого проникновения частиц-ударников в мишень-преграду были не в состоянии объяснить эффект аномального выделения избыточной энергии в мишени-преграде, намного превышающей кинетическую энергию частиц-ударников.
Поэтому вышеуказанный способ получения энергии, основанный на эффекте сверхглубокого проникновения, не имел перспективы практического применения в энергетике.
Проявление эффекта сверхглубокого проникновения тонкодисперсных частиц в мишень-преграду и выделение при этом избыточной энергии обязаны эффекту синтеза элементарных частиц и их античастиц и их последующей аннигиляции и другим высокоэнергетическим эффектам в результате действия принципа пространственной трансформации энергии.
Данный эффект достигается воздействием полей ударных деформаций на вещество частицы-ударника и мишени-преграды. Подробнее научное обоснование эффекта сверхглубокого проникновения изложено в патенте № 2201625 «Способ получения энергии и реактор для его реализации и в брошюре «Холодный синтез в эффекте С. Ушеренко и его применение в энергетике».
Пусть уран отдохнет
Технический результат достигается тем, что получение энергии осуществляют путем синтеза элементарных частиц и их античастиц в результате воздействия полей ударных деформаций в веществе за счет эффекта сверхглубокого проникновения в мишень-преграду потока порошка тонкодисперсных частиц-ударников с размерами порядка 10 микрометров (10*10-6 м) и более, при ускорении частиц-ударников до скоростей порядка 1000 м/с.
А также – съемом тепловой энергии с мишени-преграды, отличающимся тем, что частицы-ударники ускоряются до значений скорости, при которой начинают регистрироваться вспышки кратерообразующих взрывов на поверхности мишени-преграды. А затем скорость потока частиц-ударников уменьшают до величины, при которой вспышки кратерообразующих взрывов исчезают.
Состав исходного материала – тонкодисперсного порошка – предварительно выравнивают на однородный (по размеру и массе частиц-ударников). Причем поток тонкодисперсных частиц-ударников формируют коаксиальным относительно мишени-преграды с последующим расщеплением на отдельные потоки в виде веера, перемещая направление потока частиц-ударников возвратно-поступательным движением относительно преграды-мишени.
В результате использования предлагаемого изобретения достигается повышение технологичности и эффективности получения избыточной энергии за счет синтеза элементарных частиц и их античастиц с последующей аннигиляцией без применения радиоактивного топлива на основе урана и его компонентов, удешевление самой энергетической технологии и безопасность производства энергии.
Особенности конструкции
Установка по изобретению включает: герметичный загрузочный бункер для порошка частиц-ударников с дозатором и вакуумным затвором; корпус, являющийся одновременно рубашкой для теплоносителя; камеру для теплоносителя: герметичную рабочую камеру, выполненную в виде цилиндрической мишени-преграды и закрытую с торцов крышками, основную мишень-преграду в виде тепловыделяющих стоек-ребер с зазором между ними и установленных вертикально с внешней стороны цилиндрической мишени-преграды с возможностью съема тепловой энергии с помощью теплоносителя; центральную трубу-стойку; основной ускоритель; кольцевой дефлектор; узел предварительного центробежного ускорителя в виде диска с ребрами; устройство для очистки внутренней стенки мишени-преграды; сборник для порошка; входной патрубок и выходной патрубок для теплоносителя; фотоэлементы и блок автоматического управления и регулирования режимом работы установки (на чертеже не показаны).
Принцип работы
Работает установка для производства энергии следующим образом.
Материал порошка частиц-ударников из бункера с помощью дозатора поступает по трубе-стойке на диск предварительного центробежного ускорителя, образуя поток частиц-ударников в сторону мишени-преграды. На пути потока частиц-ударников установлен кольцевой дефлектор, выполненный в виде кольца со щелями. Дефлектор расщепляет поток частиц на множество отдельных потоков в виде веера, каждый из которых направлен только в сторону дополнительной мишени-преграды в виде тепловыделяющих стоек-ребер. На пути потока частиц-ударников установлен основной ускоритель. Поток ускоренных частиц-ударников (показан стрелками), пройдя узел ускорения, ударяет по мишеням-преградам: цилиндрической и основной (стойки-ребра), устанавливая нагрев до необходимой температуры тепловыделяющих стоек-ребер. Съем тепла с реактора осуществляется теплоносителем, поступающим в рубашку реактора через патрубки.
Об ускорении
Важным узлом установки по изобретению является ускорительная система, которая в предлагаемой установке имеет узел предварительного центробежного ускорителя в виде диска с ребрами. При радиусе диска 0,5 метра и частоте вращения 3000 об/мин по радиусу достигается 1500 м/с. Эта скорость одного порядка с необходимой скоростью разгона частиц-ударников в реакторе. Для уменьшения скольжения частиц-ударников при их разгоне на поверхности диск снабжен ребрами, установленными вертикально.
Дисковый центробежный ускоритель обеспечивает равномерный поток частиц коаксиально относительно цилиндрической мишени-преграды. Но основное энерговыделение происходит в основной мишени-преграде в виде тепловыделяющих стоек-ребер с зазором между ними, установленных вертикально с внешней стороны цилиндрической мишени-преграды. Стойки-ребра основной мишени-преграды установлены веером равномерно по окружности цилиндра мишени-преграды.
Это накладывает требования к необходимому расщеплению непрерывного коаксиального потока на множество отдельных потоков в виде веера, направленных только в область установки тепловыделяющих стоек-ребер. Для выполнения данного требования служит кольцевой дефлектор со щелями.
Диск центробежного ускорителя установлен внутри кольцевого дефлектора со щелями. Тепловыделяющие стойки-ребра основной мишени-преграды подвергаются бомбардировке только частицами, прошедшими через щели кольцевого дефлектора и тонкую стенку цилиндрической мишени-преграды. Частицы, не прошедшие через щели, отклоняются дефлектором вниз и собираются в сборнике порошка. Для этого кольцевой дефлектор со щелями имеет конусность.
Основной ускоритель предназначен для дальнейшего ускорения расщепленного на отдельные потоки частиц-ударников после их предварительного ускорения дисковым центробежным ускорителем.
В оптимальном режиме
Ускоритель предназначен для быстрого регулирования скорости частиц-ударников в режиме автоматического регулирования максимального выделения энергии.
Система автоматического регулирования уменьшает скорость частиц, обеспечивая оптимальный режим работы реактора. Кроме того, система автоматического управления и регулирования снабжена программой, периодически проверяющей оптимальность режима работы ускорителя, повышая скорость частиц-ударников до образования кратерообразующих взрывов, а затем, снижая автоматически скорость частиц до значений, при которых кратерообразующие взрывы исчезают.
В качестве основного ускорителя могут быть использованы известные ускорительные системы: электростатические, магнитные, электромагнитные, с бегущими полями и другие известные ускорители частиц.
В зависимости от типа ускорителя к свойствам частиц-ударников добавляются дополнительные требования о наличии диэлектрических, магнитных и проводящих свойств частиц и их способности к предварительной зарядке электрическим зарядом.
О топливе
В качестве топлива в установках по изобретению могут использоваться микрочастицы размерами 1-1000 микрометров любых твердых материалов, включая обычный песок (кремнезем).
Для этого микрочастицы необходимо разогнать до скорости порядка 1 км/с и ударить о твердую тепловыделяющую преграду (мишень).
Например, в соответствии с принципом эквивалентности массы и энергии даже мельчайшая пылинка из кремния (плотность 2,33*103 кг/м3) диаметром всего 1 микрометр аккумулирует в себе колоссальный запас энергии – 110 Дж, определяя максимальную энергоемкость вещества 9*1016 Дж/кг.
Для сравнения: при сгорании 1 килограмма бензина выделяется энергия 4,4*107 Дж, а известные ядерные и термоядерные реакции характеризуются энергоемкостью топлива 1013-1014 Дж/кг.
В опытах С. Ушеренко уже достигнут уровень удельного энерговыделения 109-1010 Дж/кг на частицу. Это пока ниже характеристик уранового топлива, но значительно превосходит энерговыделение химического топлива – почти на три порядка. Важно то, что процесс энерговыделения в режиме сверхглубокого проникновения не носит взрывного характера, легко может управляться и контролироваться.
Экономическая эффективность
В качестве топлива для установки по производству тепловой энергии можно использовать различного рода мелкодисперсные порошки размером 10-1000 микрометров, в том числе порошок кремнезема, или иначе – песочный порошок.
Как известно, масса земной коры примерно на 12 процентов состоит из песка – поэтому человечеству при использовании данной технологии не грозит дефицит такого вида топлива. Песок распространен практически по всей земле, поэтому производство «топлива» (песочного порошка необходимых размеров) для установок по производству тепловой и электрической энергии можно организовать в любых регионах , что максимально минимизирует транспортные расходы на доставку топлива к месту его использования в качестве топлива.
Экология и безопасность
Песочный порошок абсолютно экологичен и безопасен. Установки по изобретению не будут создавать дополнительного «вклада» в развитие парникового эффекта, ведущего к катастрофическим изменениям климата на планете, «отходы» производства (отработанный песочный порошок) являются естественным веществом земной поверхности и не представляют угрозы здоровью человека и не загрязняют окружающую среду.
Добыча и производство песочного порошка и утилизация отработанного песочного порошка не представляют собой экологической опасности. Песочный порошок является полностью безопасным, поскольку не горюч, не пожароопасен, не токсичен, экологически безвреден и пр.
Выводы
Себестоимость производства тепловой энергии по изобретению дешевле себестоимости доминирующих способов производства тепловой энергии в несколько раз.
Имеются неограниченные и легко извлекаемые запасы дешевого топлива (песка) для установок по изобретению.
Способ производства тепловой энергии по изобретению экологичен и безопасен.
Установки по изобретению могут также использоваться в целях производства дешевой электроэнергии.
Высокая рентабельность производства установок по изобретению.
Установки по изобретению являются конкурентоспособным энергетическим оборудованием.
Вышеуказанные преимущества установок по изобретению обеспечивают им большой рынок сбыта в России и за рубежом.
СПРАВКА
Сравнительная себестоимость производства тепловой энергии при различных видах топлива
В настоящее время доминирующими видами топлива в России для выработки тепловой энергии на ТЭС и в котельных являются газ (70 процентов), уголь (более 26 процентов) и топочный мазут (3,4 процента).
Структура потребления топлива на ТЭС представлена на схеме. Ниже даны сравнительные усредненные данные по эффективности использования указанных видов топлива с песочным порошком.
Магистральный газ. Оптовая цена природного газа в России в 2007 году составляла в среднем 2000 рублей за 1000 кубометров. Для получения 1 МВт / час тепловой энергии расходуется примерно 100 кубометров газа в час. Таким образом, для получения 1 МВт / час тепловой энергии необходимо сжечь 100 кубометров природного газа на сумму 200 рублей.
Уголь. Усредненная оптовая цена угля в России в 2007 году, включая усредненную стоимость транспортных расходов на его доставку до места использования, составляет примерно 3000 рублей за тонну. Для получения 1 МВт / час тепловой энергии расходуется примерно 0,2 тонны угля в час. Таким образом, для получения 1 МВт / час тепловой энергии необходимо сжечь 0,2 тонны угля в час на сумму 600 рублей.
Топочный мазут. Оптовая цена топочного мазута в России в 2007 году составляет в среднем 6000 рублей за тонну. Для получения 1 МВт / час тепловой энергии расходуется примерно 100 литров мазута. Таким образом, для получения 1 МВт / час тепловой энергии необходимо сжечь 100 литров мазута на сумму 600 рублей.
Песочный порошок. Оптовая цена песочного порошка составит примерно 3000 рублей за тонну (включая усредненную стоимость доставки до места применения). Для получения 1 МВт / час тепловой энергии потребуется использовать примерно 0,4 килограмма песочного порошка на сумму 1,20 рубля.
Виталий ПИЛКИН
