Термоядерная энергетика способна переписать триллионные энергетические рынки, но сначала стартапам необходимо доказать, что их разработки будут работать и не будут слишком дорогостоящими. И то, и другое непросто, особенно если учесть, что массивные магниты и лазеры, используемые во многих проектах, должны быть установлены с точностью до миллиметра или даже лучше.
Стартап в области термоядерного синтеза Thea Energy заявляет, что его реактор, созданный по образцу пиксельной графики, и специализированное программное обеспечение управления должны позволить ему вырабатывать электроэнергию без необходимости достижения столь же высокого уровня совершенства.
«С самого начала не обязательно, чтобы всё было идеально», — сказал Брайан Берзин, соучредитель и генеральный директор Thea Energy, в интервью TechCrunch. «У нас есть способ устранить недостатки на этапе обработки данных». Эта погрешность может дать Thea преимущество перед конкурентами.
Термоядерные электростанции обещают поставлять в сеть гигаватты чистой энергии, но стоимость материалов и строительства грозит сделать их неконкурентоспособными по сравнению с дешевой солнечной и ветровой энергией. Построив сначала электростанцию и устранив неполадки в программном обеспечении, Thea может помочь значительно снизить стоимость термоядерной энергии.
Но сначала компании необходимо создать рабочий прототип. Сегодня Thea публикует подробности своей конструкции, включая описание физических принципов, лежащих в её основе. Стартап предоставил этот документ эксклюзивно изданию TechCrunch.
Теа разрабатывает уникальную версию стелларатора — особого типа реактора, использующего магниты для придания плазменному топливу нужной формы. Магниты — один из двух основных способов, с помощью которых ученые, занимающиеся термоядерным синтезом, поддерживают температуру плазмы и удерживают ее до начала термоядерных реакций. Другой способ, известный как инерционное удержание, использует лазеры или другие силы для сжатия небольших топливных гранул.
Большинство стеллараторов построены с использованием магнитов, которые вполне могли бы украсить картину Сальвадора Дали. Но в конструкции Теи используется дюжина более крупных магнитов и сотни более мелких, что позволяет создать то, что можно назвать «виртуальным» стелларатором.
В типичном стеллараторе магниты изготавливаются таким образом, чтобы повторять контуры формы, предназначенной для работы с особенностями плазмы, что помогает удерживать её дольше, используя меньше энергии, чем токамаки, в которых используется ряд магнитов одинакового размера и формы. Однако у стеллараторов есть один существенный недостаток: неправильная форма затрудняет массовое производство магнитов.
Поэтому Теа разработала свой реактор на основе небольших, идентичных сверхпроводящих магнитов, расположенных в виде массивов. Стартап будет использовать программное обеспечение для индивидуального управления каждым магнитом с целью генерации магнитных полей, способных имитировать неустойчивую форму стелларатора.
Такой подход имеет несколько преимуществ. Во-первых, он позволил компании Thea быстро совершенствовать конструкцию магнита. За последние два года компания внесла изменения в конструкцию более 60 раз, сказал Берзин. «В большинстве компаний, занимающихся термоядерным синтезом, приходится иметь дело с магнитами размером с автомобиль, лазерами размером с автомобиль или клиновидными элементами размером с автомобиль. К сожалению, это означает, что один такой элемент стоит 20 миллионов долларов и на его изготовление уходит два года», — сказал он.
Это также позволило компании использовать программные средства управления для устранения любых неточностей в процессе изготовления или установки магнитов. Для проверки своей первоначальной системы управления компания Thea создала массив из трех на трех магнитов, снабженных датчиками. Система управления, основанная на физике электромагнетизма, работала хорошо. Но компания также хотела посмотреть, как искусственный интеллект справится с этой задачей, поэтому она обучила новый искусственный интеллект с помощью обучения с подкреплением.
Команда была удивлена тем, насколько хорошо всё сработало.
«Мы намеренно создавали для массива неожиданные препятствия», — сказал Берзин. «Мы специально сместили магнит буквально более чем на сантиметр. Было видно, что он сильно перекошен. Нам было очень сложно изготовить его настолько некачественно». Команда также протестировала сверхпроводящий материал от пяти разных производителей, а также намеренно дефектный материал. «Каждый раз, когда мы это делали, система управления, без нашего вмешательства и регулировки, смогла устранить эти дефекты», — сказал он.
В реакторе Helios, разработанном компанией Thea, будут использоваться два типа магнитов. Снаружи 12 больших магнитов четырех различных форм будут выполнять основную работу по удержанию плазмы. Они похожи на те, что используются в токамаках — реакторах в форме пончика, которые строит конкурирующая компания Commonwealth Fusion Systems. Внутри больших катушек 324 меньших круглых магнита будут точно регулировать форму плазмы.
Стартап прогнозирует, что Helios будет генерировать 1,1 гигаватта тепла, которое паровая турбина преобразует в 390 мегаватт электроэнергии. Реактор придется останавливать на 84-дневный период технического обслуживания раз в два года. Если все пойдет хорошо, это означает, что его коэффициент использования мощности — показатель того, сколько энергии он генерирует за определенный период времени — составит 88%. Это намного лучше, чем у современных газовых электростанций, и почти так же хорошо, как у современных атомных электростанций.
Проект Helios все еще находится на стадии концепции. Сначала Thea должна построить Eos, свое первое термоядерное устройство, предназначенное для подтверждения научной обоснованности концепции. Берзин заявил, что компания объявит о месте размещения Eos в 2026 году, а запуск проекта запланирован на «примерно 2030 год».
По мере строительства Eos компания Thea планирует параллельно начать работу над Helios. Это схожий подход с тем, как Commonwealth Fusion Systems продвигается вперед с работой над Arc, своей первой коммерческой электростанцией, одновременно строя Sparc, свою демонстрационную установку.
На данный момент Берзин с нетерпением ждёт мнения сообщества специалистов по термоядерному синтезу. «Это публикация обзорного документа. За ним последует довольно значительный объём работы, результаты которой будут рассмотрены экспертами и опубликованы», — сказал он. «Сейчас самое время наладить партнёрские отношения, сотрудничество, привлечь конечных пользователей для создания первого продукта».
Источник: techcrunch.com
