Физика и магия вакуума. Древнее знание прошлых цивилизаций.

     Настоящие результаты обусловлены различной зависимостью выработки энергии гидротурбиной и энергопотреблением компрессора от расхода рабочего тела. Мощность гидротурбины пропорциональна расходу примерно в первой степени, в то время как энергозатраты компрессора — в степени 2.5;3. Поэтому если мы увеличиваем расход рабочего тела по контуру, энергетические затраты компрессора ;N растут быстрее гидротурбинной мощности и кпд постоянно снижается. До тех пор, пока энергопотребление компрессора остается значительно меньше гидротурбинной мощности, электрическая мощность станции продолжает расти. Но когда энергетические нужды компрессора сравнимы с выработкой энергии на гидротурбине, дальнейшее увеличение расхода рабочего тела будет вести к снижению электрической мощности станции.

     Сложной проблемой для будущих ГРАЭС может оказаться осаждение твердых нелетучих соединений в порах внешнего капиллярного покрытия. Любая жидкость (и рабочее тело ГРАЭС также) всегда имеет некоторые примеси независимо от степени очистки: абсолютно чистых жидкостей не бывает. Когда эти примеси попадают с потоком жидкости в наружный капиллярный слой, здесь они не испаряются, а накапливаются. Постепенно их концентрация растет и они начинают кристаллизоваться на стенках пор, уменьшая проходное сечение и увеличивая гидросопротивление. Рано или поздно поры полностью перекрываются и станция останавливается. Поэтому необходимо оценить хотя бы грубо интенсивность осаждения примесей, чтобы выяснить, насколько велика данная проблема.

     Исследования тех ученых, которые изучают тепловые трубы с щелочными металлами натрием и калием в качестве рабочего тела, показывают, что весовая концентрация кислорода в металле после его очистки титановыми и циркониевыми гетерными ловушками составляет менее одной миллионной доли процента. Примем для расчета величину 0.3;10(-6)%. Скорость движения рабочего тела в наружном капиллярном слое, как было найдено, составляет обычно (0.05;0.09) мм/сек. При столь малых скоростях обратный поток нелетучих примесей от места испарения жидкости, где примеси накапливаются в максимальных количествах, должен быть достаточно велик. Поэтому следует ожидать, что примеси будут равномерно распределяться по толщине наружного капиллярного слоя. В этом случае они будут полностью забивать капилляры, то есть снижать пористость с 0.6 до нуля, за время 17 лет. Это примерно вдвое меньше нормативного срока работы АЭС, составляющего 30 лет. Однако, если увеличить толщину наружного капиллярного слоя с 0.1 до 0.2 мм, тогда время бесперебойной работы станции возрастает также примерно вдвое и становится равным 32 годам. К сожалению, такой способ увеличения длительности работы станции сопровождается некоторым увеличением капитальных затрат и снижением мощности из-за возросшего гидросопротивления, поэтому стоимость установленного киловатта становится на (5;15)% выше.

     Электрическая мощность станции может быть резко увеличена за счет выравнивания эпюры скоростей в сопле. Если распределение скоростей в сопле подчиняется обычному параболическому закону, тогда коэффициент трения ; = 1.5. Но если скорость движения в сопле постоянна по его сечению, тогда коэффициент трения падает с 1.5. до 1.0. Снижение потерь гидравлического напора на преодоление трения позволяет уменьшить диаметр сопла с соответствующим увеличением скорости истечения и выработки энергии гидротурбиной. Это хорошо видно из рис. 3.1.4, который показывает зависимость электрической мощности WE и стоимости установленного киловатта от коэффициента трения сопла: снижение коэффициента трения с 1.5 до 1.0 сопровождается ростом электрической мощности примерно вдвое и соответствующим падением стоимости киловатта. При этом кпд станции также растет и достигает 72%. Конечно, случай ; = 1.0 в идеале недостижим. Максимум, на который можно рассчитывать, это  ; = 1.3. Но даже в этом случае электрическая мощность растет с 634 до 780 МВт, а стоимость установленного киловатта падает с 1.6 до 1.3 евро/ватт. Такой способ увеличения производительности станции привлекателен тем, что он практически не сказывается на капитальных затратах.

Рис. 3.1.4.Влияние трения сопла на параметры ГРАЭС: черная кривая — электрическая

мощность (МВт), зеленая кривая — стоимость установленного киловатта (евро/ватт).

Рис. 3.1.5. Влияние диаметра подъемного и опускного каналов на электрическую мощность ГРАЭС (МВт, черная кривая) и стоимость установленного киловатта (евро/ватт, зеленая кривая).