Карл Тишлер (Karl Tischler) из Европейского консорциума термоядерных исследований EUROfusion рассказывает о потенциале термоядерной энергетики в достижении глобальной декарбонизации.
Энергетический ландшафт быстро меняется по мере того, как растет необходимость сокращения выбросов углекислого газа и достижения энергетической безопасности. Термоядерная энергетика, которая долгое время считалась научной мечтой, сейчас приближается к поворотному моменту, который может по-новому определить то, как мы используем энергию в нашем мире. Благодаря прочным партнерским отношениям между государственным и частным секторами наука и промышленность интегрируют свои подходы к термоядерной энергетике.
Являясь потенциальным источником чистой и надежной базовой энергии, термоядерный синтез обещает восполнить критические пробелы, оставленные существующими возобновляемыми технологиями, такими как ветер и солнечная энергия. Благодаря недавним достижениям и растущим инвестициям термоядерная энергетика готова стать краеугольным камнем будущего энергетического баланса, дополняя возобновляемые источники энергии и изменяя наш путь к созданию устойчивой и жизнеспособной энергетической системы.
Впечатление художника от демонстрации европейской термоядерной электростанции, которая продемонстрирует возможность использования термоядерного синтеза в качестве источника энергии для производства электроэнергии для энергосистемы
Фото: Консорциум EUROfusion и F4E
Термоядерный синтез: максимальная базовая мощность
В отличие от возобновляемых источников энергии, таких как солнце и ветер, которые работают с перебоями и зависят от погодных условий, термоядерный синтез обеспечивает постоянный и надежный источник энергии. В процессе термоядерного синтеза атомные ядра объединяются для высвобождения огромного количества энергии, как это происходит в звездах. Этот процесс позволяет вырабатывать энергию в режиме 24/7, независимо от внешних условий. Топливо для термоядерного синтеза, дейтерий и тритий, получают из таких ресурсов, как морская вода и литий. Поскольку термоядерный синтез требует в десять миллионов раз меньше топлива, чем угольная электростанция, для выработки того же количества энергии, он не только устойчив, но и защищен от геополитических рисков и рисков цепочки поставок, связанных с ископаемым топливом.
Как источник энергии, термоядерный синтез по своей сути безопасен, не приводит к выбросам углекислого газа, не образует долгоживущих ядерных отходов и не создает риска расплавления. Побочными продуктами термоядерных реакций являются гелий и короткоживущие радиоактивные материалы с низким и средним уровнем радиоактивности, с которыми гораздо проще обращаться по сравнению с высокоактивными отходами ядерных реакторов. Это позиционирует термоядерный синтез как исключительно чистый источник энергии с базовой нагрузкой, который может работать непрерывно, уравновешивая колебания других возобновляемых источников энергии и стабилизируя работу сети.
Помимо электроэнергии: производство тепла и его применение
Потенциал термоядерного синтеза простирается не только на производство электроэнергии, но и на выработку тепла, которое может быть использовано для определенных целей, таких как централизованное теплоснабжение. В настоящее время тепло, вырабатываемое термоядерными реакторами, подходит не для всех промышленных процессов, особенно для тех, которые требуют очень высоких температур, таких как производство водорода или передовые производственные процессы. Это ограничение возникает из-за того, что для поддержания надежности таких материалов, как сталь Eurofer, ферритно-мартенситная сталь с пониженной активацией (RAFM), специально разработанная для термоядерного синтеза, необходимо поддерживать температуру ниже определенного порога.
Иллюстрация художника с изображением термоядерной электростанции
Фото: UKAEA
Однако это ограничение связано с материалами, которые мы используем сегодня. В будущем могут быть разработаны другие материалы, способные выдерживать более высокие температуры, что откроет путь к более широкому спектру промышленного применения. Благодаря достижениям в области материаловедения, возможно, тепло, выделяемое при термоядерном синтезе, можно будет использовать для более высокотемпературных процессов.
Сталь Eurofer разработана таким образом, чтобы выдерживать высокие радиационные и температурные условия, характерные для термоядерных реакторов, что делает ее незаменимой для таких важных компонентов, как теплоизоляционный слой и отводной клапан. Однако превышение определенных температурных пределов может нарушить структурную целостность Eurofer, что ограничивает его пригодность для некоторых высокотемпературных промышленных применений по сравнению с использованием тепла от реакторов ядерного деления. Несмотря на это, инновации в области материалов могут позволить термоядерным реакторам вырабатывать тепло, подходящее для более сложных промышленных применений.
Термоядерное тепло является ценным ресурсом для систем централизованного теплоснабжения и других применений при умеренных температурах, способствуя сокращению использования ископаемого топлива в жилых и некоторых коммерческих помещениях. По мере развития технологий материалов расширяются возможности использования термоядерного тепла, что, возможно, позволит выйти за рамки умеренных применений и распространиться на более широкий спектр промышленных процессов.
EUROfusion: лидерство на пути к будущему, основанному на термоядерном топливе
EUROfusion, ведущий европейский консорциум по исследованию термоядерного синтеза, находится на переднем крае этой трансформации. Наша миссия выходит за рамки развития термоядерной науки; мы стремимся вывести термоядерный синтез на рынок как неотъемлемую часть европейского энергетического портфеля, основанного на обезуглероживании.
Исследования EUROfusion поддерживают проект ITER, крупнейший в мире эксперимент по термоядерному синтезу на юге Франции, в котором 35 стран сотрудничают, чтобы продемонстрировать научную и технологическую осуществимость использования термоядерной энергии. Наша работа напрямую способствует преодолению остающихся технических препятствий, гарантируя, что термоядерный синтез будет готов дополнить существующие источники энергии в течение следующих нескольких десятилетий.
Лидерство EUROfusion в области термоядерных исследований связано не только с научными достижениями, но и с созданием устойчивой, экономически жизнеспособной энергетики будущего. Наши сильные стороны заключаются в нашем глобальном опыте, духе сотрудничества и способности объединить сплоченное исследовательское сообщество, которое в настоящее время стремится к расширению и налаживанию прочных партнерских отношений с промышленностью и частными предприятиями по термоядерному синтезу в качестве равноправных партнеров. Этот подход уже привел к значительным достижениям в физике плазмы, материаловедении и проектировании реакторов, что позволяет термоядерному синтезу стать практичным и конкурентоспособным источником энергии.
Роль термоядерного синтеза в энергетическом балансе будущего
По мере того как мир движется в направлении электрификации, особенно в таких секторах, как транспорт, тяжелая промышленность и центры обработки данных, спрос на надежную и чистую энергию будет только возрастать. Термоядерный синтез обеспечивает уникальную синергию с возобновляемыми источниками энергии. Обеспечивая постоянную мощность при базовой нагрузке, fusion может снизить потребность в крупномасштабных аккумуляторных батареях и технологиях балансировки сети, которые являются дорогостоящими и ресурсоемкими. Результатом такой интеграции может стать создание более устойчивой и экономичной энергетической системы, в которой возобновляемые источники энергии обеспечивают переменную мощность, а термоядерный синтез обеспечивает стабильное энергоснабжение, оптимизируя общую производительность и надежность сети.
Преодоление трудностей и взгляд в будущее
Несмотря на огромный потенциал термоядерного синтеза, проблемы остаются. Переход от экспериментальных реакторов к промышленным электростанциям требует значительных инвестиций, четкого регулирования и постоянных технологических инноваций. Недавние достижения, в том числе достижение чистого энергетического прироста – измерение энергии, вырабатываемой в результате термоядерных реакций, по сравнению с энергией, передаваемой топливу, – повысили интерес и инвестиции во всем мире. Однако этот показатель пока не учитывает общее количество энергии, требуемой для работы системы, что подчеркивает необходимость дальнейшего развития.
EUROfusion стремится решать эти задачи в тесном сотрудничестве с международными партнерами в области исследований и промышленности, чтобы перенести термоядерную энергию из лаборатории в энергосистему. Наши усилия согласуются с более широкими глобальными целями достижения климатической нейтральности при понимании того, что основное влияние термоядерного синтеза будет ощущаться после 2050 года. Компания Fusion готова помочь удовлетворить растущие потребности в энергии в меняющемся мире, обеспечивая глобальное распространение преимуществ этой чистой и безопасной технологии, поддерживая энергетическую справедливость, позволяя всем странам обеспечивать энергией свои общества и стимулировать их развитие.
Следующий большой скачок
Термоядерный синтез представляет собой следующий большой прорыв в области энергетических технологий – прорыв, к которому EUROfusion стремится благодаря дальновидности, инновациям и сотрудничеству. Поскольку мы стоим на пороге реализации потенциала термоядерного синтеза, мы приглашаем политиков, лидеров отрасли и общественность присоединиться к нам в поддержке этой революционной технологии. Термоядерный синтез — это больше, чем просто научная веха; это будущее чистой, надежной и изобильной энергии, которая будет обеспечивать энергией следующее поколение и не только его.
С помощью термоядерного синтеза у нас есть возможность переосмыслить основные источники энергии и обеспечить устойчивое будущее для всех.
Пожалуйста, обратите внимание, что эта статья также появится в 20-м выпуске нашего ежеквартального издания.
+ There are no comments
Add yours