К
апица был исключительно за термоядерную энергетику.
Он тогда еще не знал, что плазма так сложно себя ведет.
Тогда рассчитывали, что все будет к 198х, а сейчас все понимают, что и к 205х будут только экспериментальные образцы.
Прогнозы академика П.Л.Капицы в плане энергетики , были неверны, совершенно предвзяты и вообще не оправдались !
Он мог считать правильно или неправильно.
С течением времени выяснилось, что он считал сильно неправильно.
Следовательно "с того" его прогнозы в этой области не имеют никакого значения.
Да и умер вот уже как 34 года назад, и оперировать его прогнозами более чем сорокалетней давности мягко так скажем несерьезно !
Академик Капица написал-же совершенно изумительнейшую хрень !
А наши члены секты "Свидетелей высоких цен на нефть и газ " её некритично повторяют !
Повторяют ныне то , что было написано более чем 40 лет назад !
Достаточно набрать в любом поисковике например слова " Капица топливные элементы " и вы найдете тьму наших """" цитирующих слова академика Капицы и доказывающих бесперспективность не только топливных элементов , но и альтернативной энергетики в целом !
Капица об топливных элементах например писал так :
" Аналогичный анализ показывает, что ограничение плотности потока энергии приводит к тому, что для энергетики больших мощностей приходится отказываться от ряда весьма эффективных процессов трансформировании энергии.
Так, например, в газовых элементах, где происходит прямое превращение химической энергии окисления водорода в электроэнергию, этот процесс уже сейчас может осуществляться с высоким КПД, который достигает 70%. Но возможность применения газовых элементов для энергетики больших мощностей ограничивается весьма малой скоростью диффузионных процессов в электролитах; поэтому, согласно выражению (1), на практике плотность потока энергии очень мала, и с квадратного метра электрода можно снимать только 200 Вт.
Для 100 мегаватт мощности рабочая площадь электродов достигает квадратного километра, и нет надежды, что капитальные затраты на построение такой электростанции оправдаются генерируемой ею энергией."
По выкладкам академика Капицы энергетический модуль топливных элементов даже мощностью 2,5 MW должен был-бы иметь фантастические размеры площадей электродов в 12,5 тысяч квадратных метров !
Это заключение Капицы замечательно уже тем ,что уже в 60-х годах топливные элементы Ф.Бекона имели удельную мощность с площади много более того ,что полагал реальным Капица ! Плотность тока 0,8А/см. кв. при напряжении на ячейке 0,78 В - 0,6Вт/см. кв. или с кв.метра поверхности электрода более 6КВт .
Проблему энергетических топливных элементов большой мощности удалось решить полностью !
Т.е. решить удалось именно то ,что академик Капица считал принципиально не решаемым !
Южнокорейская фирма POSCO производит серийные энергетические топливные элементы на 100kW, 300kW, и 2.5MW .
POSCO - это южнокорейский металлургический концерн ( второй в мире по производству стали ) , вышедший на рынок силового - энергетического машиностроения .
http://www.poscoenergy.com/renew/_service/main.asp Электростанции фирмы POSCO на высокотемпературных газовых топливных элементах на твердом электролите из окиси циркония и имеют общую эффективность использования энергии топлива на топливных элементах в 47% ( от энергии топлива до энергии в отводящем силовом кабеле ) и понятно-же ,что это совсем не предел ,а только начало .
Топливо для них : LNG, Bio Gas, and SNG - т.е. углеводородные газы самого разного происхождения и состава !
Утилизация-же тепла отходящих горячих газов от топливных элементов на паровой или газовой турбине моментально повышает общий КПД электростанции из батареи топливных элементов и утилизационного блока из газовой или паровой турбины , машины Стирлинга позволяет получить КПД и более 65-70% !
Вот данные серийных энергетических модулей на топливных элементах :
http://eng.poscoenergy.com/eng/renew/_ui/down/Fuel_Cell_eng.pdf Фирма POSCO уже построила в Южной Корее 20 электростанций общей мощностью 171,8 MW !
Большая электростанция на топливных элементах - мощность 59МВт.
http://eng.poscoenergy.com/eng/renew/_ui/images/menu2/use_item3.jpg Энергоблок из топливных элементов фирмы POSCO мощностью 2,5Мвт занимает в ширину 18,3метров , общую длину 32,2 метра и высоту 7,6 метра ( и это с дымовой трубой ) .
http://eng.poscoenergy.com/eng/renew/_ui/images/menu2/dfc3000_item1.jpg Причем это габарит не даже самой батареи , а всего энергоблока целиком и полностью .
Причем сама собственно батарея занимает габариты менее 1/8 общего объёма .
Из чертежа видно ,что сама батарея имеет габарит около 4,28Х4,28 Х 6,5 метра .
Их две , значит по 1,3 Мвт каждая и объём 120 куб метров .
Получается около 1МВт со 100 куб. метров .
«На практике плотность потока энергии очень мала, и с квадратного метра электрода можно снимать только 200 Вт."
Это-же значит всего только 20мВт с кв. см .
Тогда для мощности в 1,3МВт получается площадь электрода 6500 кв. м. .
Если площадь электрода одного элемента вышеупомянутой батареи POSCO 3,7Х 3,7 , т.е. примерно 15кв. м. ,то надо иметь примерно 450 элементов-ячеек в батарее и их толщина должна быть около 10мм ( в габарите 6 м. ) .
Реально-же толщина одного элемента -ячейки батареи около 100мм или даже более !
Таким образом фирма POSCO на своих энергетических топливных элементах получила удельные мощности по меньшей мере на порядок более чем указанных Капицей !
И это для твердотельных циркониевых оксидных топливных элементах с их очень низкой подвижностью зарядов !
Дизельная электростанция CTM Deutz-300 имеет мощность 240KW при весе 2180 кг .
Серийная электростанция на уже карбонатных топливных элементах фирмы MTU имеет мощность электрическую 250KW и тепловую 180KW при весе 2000кг !
КПД преобразования химической энергии топлива ( природный газ ,биогаз , коксовый газ и т.д. ) в энергию в силовом кабеле более 47% без утилизационного машинного контура .
Топливо для них : LNG, Bio Gas, and SNG - т.е. углеводородные газы самого разного происхождения и состава !
Электростанция на много менее интенсивных оксидных циркониевых топливных элементах фирмы Bloom Energy мощностью 250KW имеет вес 19,4 тонны при размерах 26' 5" x 8' 7" x 6' 9" футов .
В настоящее время в России КПД действующих паротурбинных установок на газе 38-40%, действующих паротурбинных установок на угле 30-32%, самых лучших парогазовых установок 50-60%, новых угольных блоков на сверхкритических параметрах пара 45-46%.
Таким образом конкурировать с электростанциями на топливных элементах могут только самые лучшие из парогазовых силовых установок !
А с электростанциями на топливных элементах с утилизационными контурами вообще никакие прочие тепловые конкурировать не могут !
С другой стороны электростанции на топливных элементах с утилизационными контурами имеют уже сейчас и меньшую стоимость и меньшие габариты , как и бесшумность, относительную простоту конструкции и безлюдный ,автоматический режим эксплуатации .
а в случае без утилизационного турбинного контура и отсутствие вращающихся механизмов, модульность и масштабируемость, исключительную приближенность к потребителю ( могут устанавливаться и устанавливаются прямо в зданиях и вместо трансформаторных подстанций .
и потому отсутствие затрат на строительство ЛЭП и кабельных линий большой длинны и соответственно и значительных потерь в тех и других , как и необходимости отведения земли под линии ЛЭП ,
отсутствие необходимости в громоздком и дорогом повышающем и понижающем трансформаторах большой мощности ( вместо него стоят каскадные полупроводниковые или ртутные инверторы-преобразователи ) ,
меньшее количество расходования дефицитных и дорогих металлов и сплавов ( что есть особо большая проблема для газотурбинных , и парогазовых силовых установок ) .
возможность более эффективного электропитания потребителей сразу постоянным током и так-же получения высокой эффективности передачи энергии постоянным током высокого напряжения ,
большая простота в эксплуатации, исключительно низкие затраты на эксплуатирующий персонал ,
высокая приспособляемость к пиковым нагрузкам и очень малая зависимость КПД от величины нагрузки - т.е. быстрое снижение и увеличение мощности и т.д. .
Ну надо прибавить ,что первые годные для промышленной эксплуатации топливные элементы фирмы POSCO это 2006-2008 год и КПД их 47% без утилизации тепла отходящих газов , а для получения КПД в 50-60% у парогазовых установок ушло времени более 50 лет !
Это КПД 47% в данном случае есть общий эффективный КПД электрохимического преобразования энергии природного газа в энергию на силовой линии ( т.е. в силовом кабеле ) без утилизации тепла отходящих газов .
А с считавшимися ещё более эффективными МГД-электростанциями так ничего и не вышло !
Таким образом все те проблемы которые Капица считал в принципе не решаемыми для топливных элементов успешно решены !
В частности у нас на оксидных топливных элементах получены такие результаты по удельной мощности с площади электрода
( см. тут
http://www.issp.ac.ru/conferens/2010bredikhin.pdf ) :
при рабочей температуре топливного элемента в 800 градусов получилась удельная мощность в 1,2 ватта / см2 , а при 600 градусах 0,35 ватта/см2 .
То есть при 800 градусах получается мощность 12 киловатт с кв. метра электрода , а при 600 градусах 3,5 киловатта с кв. метра !
И это в 60 раз и 17,5 раз более того , чем полагал возможным Капица !
А он полагал ,что более чем 200 ватт с кв. метра электрода топливного получить нельзя !
Кроме лоббирования работ по термоядерной энергетике П.Л. Капица с председателем ГКНТ акад.В.А. Кириллиным и директором ИВТАНа акад. А.Е.Шейдлиным. самым активным образом проталкивали работы по МГД-электростанциям .
Магнито-газодинамические генераторы электроэнергии считались у нас в 60-80-х за очень перспективные , а энергетические топливные элементы считались у нас за тупиковые .
Но на Западе магнито-газодинамические генераторы электроэнергии сочли за тупиковые ещё в начале 70-х !
КПД-же наши обещалкины обещали в 60% !
Работы велись полным ходом ,на НИОКР потратили многие миллиарды рублей .
Построили и и запустили в 1971 году опытную МГД-электростанцию - ТЭЦ-28 мощностью 25 МВт на Ижорской улице рядом с ТЭЦ-21 в Москве .
Трахались с ней до 1992 года ( потом её демонтировали ) ,но всех технических проблем так и не решили , возникали все новые и новые проблемы !
Тем не менее эту опытную МГД-электростанцию пиарили как небывалый прорыв в науке и технике везде где только возможно !
И к середине 80-х оказалось ,что количество всё новых проблем при разработке промышленных МГД-энергомодулей увеличивается все более !
Сперва планировали запустить промышленный МГД-энергомодуль в 1975 году ,потом в 1980 году ,потом в 1985 году . потом в 1990 году и начали строить на Рязанской ГРЭС .
Тем не менее решили строить промышленный МГД-энергомодуль в 500Мвт ,не решив даже прорвы сложнейших научных и технических проблем !
Построен он не был ,хотя и был начат постройкой .
Сейчас-же ясно ,что если-бы его и построили ,то он оказался-бы совершенно неработоспособным !
Ныне-же мы знаем об физике плазмы и поведении материалов при столь высоких температурах много более чем тогда в 80-х и потому ныне и понятно .что магнито-газодинамические генераторы электроэнергии тупик полный !
Впрочем многие проблемы видели и тогда в 80-х .
Сейчас фирмы FuelCell Energy и POSCO совместно со Стенфордским университетом ( наверное и другие ) активно работают над проблемой прямого непосредственного превращения химической энергии каменного или бурого угля в электрическую .
Такие топливные элементы для прямого электрохимического сжигания угля принято называть – Direct Carbon Fuel Cells (DCFC).
Это как раз то о чем мечтал в 19 веке наш пионер электрического освещения Яблочков .
Опытные образцы топливных элементов на твердом топливе были ещё в начале 20-го века , но тогда проблем решить не удалось .
Тогда эта задача была совершено "не по зубам "!
Числились -же такие источники тока за научные и технические курьёзы , вроде паровоза с ногами !
Топливные элементы POSCO и FuelCell Energy могут использовать разные газы получаемые при газификации углей ,сланцев и разной органики . но это как-то сложно .
Ныне уже получены опытные образцы DCFC - топливных элементов с КПД 70% и удельной мощностью 0,3Вт/см2 и ресурсом от 1200 часов .
Для промышленной эксплуатации ресурс надо поднять ещё на три порядка .
Для описанных выше газовых топливных элементов фирмы POSCO гарантийная наработка на отказ ( ресурс батареи ) уже 2 миллиона часов !
Если-же будут созданы серийные энергетические топливные элементы напрямую использующие в качестве топлива твердый углерод - т.е. каменный и бурый уголь , то для нас и всех стран экспортеров нефти и газа настанет даже не полная Ж-па ,а много хуже !
Нужда в атомной и термоядерной энергетике может тогда вообще отпасть на несколько веков !
Фирмой MTU ( известной отличными судовыми и прочими дизелями ) ведутся работы по созданию судовых и корабельных силовых установок большой мощности на топливных элементах работающих на тяжелом нефтяном топливе ( топливном мазуте и тяжелом дизельном топливе ) .
Именно для замены судовых и корабельных дизельных , газотурбинных и паротурбинных силовых установок !
Технически-же проблема топливных элементов работающих на тяжелом нефтяном топливе мало чем отличается от разработки DCFC - топливных элементов .
Их создание обещает удешевление морских перевозок на 50% в сравнении с морскими перевозками на теплоходах .
