В США представили первую «суперкритическую» турбину — в десять раз меньше обычной
Новая турбина работает на углекислом газе вместо традиционного пара. За счет этого она получает больше энергии из того же объема топлива, а по размерам равна обычному офисному столу.
Сегодня практически все угольные (36 процентов мировой электрогенерации) и атомные (10 процентов мировой генерации) электростанции используют паровые турбины. Из них же получают примерно 30 процентов электроэнергии на газовых ТЭС комбинированного цикла (20 процентов мировой генерации). В итоге около половины всего электричества на планете производят именно паровые установки, то есть устройства, где топливо сперва нагревает водяной пар под давлением, а затем он крутит турбину, попутно расширяясь и охлаждаясь. Вращение ротора турбины генерирует ток.
Сама эта технология появилась еще в XIX веке. Большой рост давления и температур позволил существенно поднять их КПД, но фундаментальные ограничения «века пара» никуда не делись.
Главный недостаток таких установок — они очень громоздкие: ротор имеет массу от трех до 150 тонн, а размах лопастей может достигать нескольких метров. Общая длина крупной паровой турбины доходит до десятков метров: иначе водяной пар не успеет отдать всю свою энергию.
Необходимость в настолько крупных установках резко увеличивает размер электростанций и их стоимость. Но даже при таких габаритах КПД паровых турбин трудно поднять выше 45 процентов. Причина в том, что нагревать пар до необходимых 550-560 градусов (и выше) технически очень непросто.
Инженеры давно ищут способы, с помощью которых можно было бы уменьшить размеры таких турбин и при этом сохранить или даже повысить исходные мощности. В качестве альтернативы рассматривают турбины на углекислом газе (CO2).
При температуре 31 градус и давлении 74 бара углекислый газ переходит в сверхкритическое состояние. В этом состоянии вещество расширяется, занимая весь предоставленный объем, подобно газу, но имеет высокую плотность, как у жидкости. Затем с помощью относительно небольших изменений температуры можно вызвать значительные изменения плотности вещества.
Принцип работы такой турбины достаточно прост: солнечная энергия нагревает соль, которая после используется для нагрева углекислого газа, изначально хранящегося в виде сухого льда. Этот перегретый СО2 превращается в сверхкритическую жидкость — она подается в турбину, и на выходе производится электроэнергия.
КПД турбины, работающей на сверхкритическом углекислом газе, — около 50 процентов, то есть из того же количества тепловой энергии она может получить на 10 процентов больше электричества, чем обычная паровая. Также они достаточно компактные. Турбина CO2 длиной в метр может выполнять тот же объем работы, что и паровая турбина длиной 20 метров.
Кроме того, установки на CO2 запускаются, включаются и выключаются гораздо быстрее, чем паровые. Прототипы турбин на углекислом газе показали, что при рабочей температуре около 700 градусов им требуется примерно две минуты, чтобы начать генерировать энергию, тогда как у паровых турбин на это уходит минимум полчаса.
До недавнего времени таких установок представлено не было. В 2016 году компания General Electric сообщила, что собирается построить первую турбину, но окончательный рабочий вариант не показала. Зато это сделали специалисты из Юго-Западного исследовательского института (США), компании GTI Energy и GE Vernova, а также Министерства энергетики США. В конце октября в городе Сан-Антонио (штат Техас) они представили совместный проект: открыли первую в мире турбину, работающую на углекислом газе, которая получила название Supercritical Transformational Electric Power (STEP).
Пока это пилотная версия, но разработчики заявили, что она «технически завершена». STEP имеет размер офисного стола и в 10 раз меньше обычной паровой турбины такой же мощности.
Мощность STEP составила 10 мегаватт, она обеспечит электроэнергией около 10 тысяч домов. Конечно, 10 мегаватт — лишь пилотный образец, а в дальнейшем на таком же принципе планируют строить намного более крупные устройства.
Учитывая, что именно паровые турбины сегодня дают половину всей мировой электроэнергии, полная их замена на сверхкритические потенциально может снизить потребление ископаемого и атомного топлива в паротурбинном цикле на одну десятую. Помимо этого, она может сделать АЭС, использующие только паровые турбины, заметно меньше и дешевле.
Инженеры планируют ввести STEP в эксплуатацию к 2024 году. До этого времени она будет проходить испытания на специальном заводе. Если установка окажется эффективной, ее можно будет внедрить в работу различных коммунальных служб, и начать вытеснять ею паровые турбины на электростанциях.
В любом случае представители Юго-Западного исследовательского института уверены, что их разработка изменит представление о производстве электроэнергии уже в ближайшее время.
Telegram 
Дзен 
VK Плавящийся асфальт в США, многие тысячи погибших в Западной Европе, своеобразное лето в России — все это списывают на вредоносный феномен рекордного Эль-Ниньо. И конечно же, на него спихивают и ожидаемый рост цен на кофе и основные сельхозтовары. Правда, есть в этой картине и белые пятна: в прошлые Эль-Ниньо мировые урожаи росли. Что скорее всего случится в 2026 году и отчего роль этого события может быть куда больше, чем мы думаем?
Инфекции, такие как коронавирус, наносят серьезный удар организму, из-за чего даже после выздоровления он продолжительное время остается уязвимым. Сегодня для оценки иммунитета врачи смотрят в первую очередь на уровень антител в крови, однако такой подход не отражает реального состояния здоровья человека. Это не позволяет врачам точно прогнозировать, как будет протекать болезнь и насколько быстро пациент выздоровеет. Ученые Пермского Политеха и ПГАТУ впервые выяснили, как именно восстановление иммунитета зависит от пола человека и кто наиболее подвержен осложнениям после коронавирусной инфекции. Результаты исследования помогут правильно учитывать гендерные особенности пациента при лечении и реабилитации, что повысит точность прогнозов и эффективность терапии.
Ученые синтезировали три новых комплекса металла европия и нашли способ управлять яркостью их свечения (люминесценции). Подобные светящиеся соединения востребованы в биологии и медицине для визуализации тканей и отслеживания распределения лекарств по организму, а также в технике при разработке энергоэффективных дисплеев и светодиодов.
Анализ более 150 тысяч древних звезд Млечного Пути показал, что возраст космоса, судя по всему, близок к 13,8 миллиарда лет. Авторы нового исследования заключили, что сценарии, в которых Вселенную приходится делать заметно «моложе» ради решения хаббловского кризиса, плохо согласуются с наблюдениями. Это важно, поскольку возраст старейших светил — один из немногих независимых способов проверить космологические модели не по данным ранней Вселенной, а по объектам нашей собственной Галактики.
Сканирующая туннельная микроскопия достигла квантово-механического предела пространства-времени. Физики провели эксперимент и смоделировали перемещение одиночного электрона с атомарной точностью и скоростью в доли фемтосекунды. Результат показал границы применимости квантовых законов и объяснил механику сверхбыстрых процессов.
Инфекции, такие как коронавирус, наносят серьезный удар организму, из-за чего даже после выздоровления он продолжительное время остается уязвимым. Сегодня для оценки иммунитета врачи смотрят в первую очередь на уровень антител в крови, однако такой подход не отражает реального состояния здоровья человека. Это не позволяет врачам точно прогнозировать, как будет протекать болезнь и насколько быстро пациент выздоровеет. Ученые Пермского Политеха и ПГАТУ впервые выяснили, как именно восстановление иммунитета зависит от пола человека и кто наиболее подвержен осложнениям после коронавирусной инфекции. Результаты исследования помогут правильно учитывать гендерные особенности пациента при лечении и реабилитации, что повысит точность прогнозов и эффективность терапии.
Хотя длительность помех не превышала десяти секунд, это первый известный случай такого рода. Обычно спутникам не хватает мощности для создания радиосигналов той силы, что нужна для подобных помех.
Вселенная может оказаться «замкнутой» глобальной структурой, где свет от далеких галактик способен возвращаться к наблюдателю с разных направлений. Именно такой сценарий не удалось исключить авторам нового масштабного обзора. Проверить его предсказания астрономы смогут уже в ближайшие годы.
Ученые впервые на молекулярном уровне доказали, что обычная вода одновременно состоит из двух разных жидких состояний — более плотного и менее плотного, которые непрерывно сменяют друг друга. Раз молекулярная «двойственность» действительно существует, это подтверждает спорную 30-летнюю гипотезу. Новое открытие поможет, наконец, объяснить десятки «странных» физических аномалий воды, включая ее расширение при замерзании и парадоксальное изменение вязкости под давлением.
Вы попытались написать запрещенную фразу или вас забанили за частые нарушения.
Понятно
Что-то в вашем комментарии показалось подозрительным, поэтому перед публикацией он пройдет модерацию.
Понятно
Из-за нарушений правил сайта на ваш аккаунт были наложены ограничения. Если это ошибка, напишите нам.
Понятно
Наши фильтры обнаружили в ваших действиях признаки накрутки. Отдохните немного и вернитесь к нам позже.
Понятно
Мы скоро изучим заявку и свяжемся с Вами по указанной почте в случае положительного исхода. Спасибо за интерес к проекту.
Понятно
Последние комментарии