Штурм абсолютного нуля

Однако расходы на построение сверхпроводящих накопителей должны окупиться с лихвой.

Американские специалисты подсчитали, что двадцать подобных накопителей дадут возможность уменьшить капиталовложения в развитие энергетики США на 45 миллиардов долларов.

Резервуар для охлаждения катушки сверхпроводящего накопителя с запасом энергии 27 миллиардов ватт — часов по расчетам должен содержать 600 тысяч кубических метров, то есть, по сути, небольшое озеро жидкого газа.

В одном из проектов сверхпроводящего индуктивного накопителя электрической энергии такое «озеро» предлагается наполнять жидким водородом.

Но почему водородом? Ведь высокотемпературные керамические сверхпроводники можно охлаждать даже жидким азотом.

Водород сам по себе является источником энергии. Это прекрасное топливо для котлов электростанций, двигателей автомашин, тепловозов и самолетов.

Чтобы заменить органическое топливо водородом, его необходимо вырабатывать в больших количествах из морской воды. Предполагается, что это будет осуществляться на атомных, а позже на термоядерных станциях.

Тогда сверхпроводящий накопитель электрической энергии будет одновременно служить складом идеального горючего. Отсюда жидкий водород будет направляться потребителям, «по дороге» охлаждая сверхпроводящие кабели, несущие электрическую энергию.

Развитой промышленности требуются электродвигатели все большей мощности. Увеличивается мощность электрических машин — повышается их сложность, увеличиваются габариты, которые в конце концов превышают разумные пределы. Такие машины становятся, в частности, нетранспортабельными. Для электродвигателей постоянного тока предел мощности в общепринятом конструкторском решении составляет 10 миллионов ватт.

Практически перешагнуть этот барьер можно только при использовании сверхпроводимости.

Сверхпроводящая машина постоянного тока имеет неподвижный индуктор с обмотками возбуждения и вращающийся якорь.

Сверхпроводящие обмотки возбуждения располагаются в неподвижном криостате. В его центральном отверстии вращается «теплый» обычный якорь.

Плотность тока в обмотке сверхпроводящей машины может достигать 1000 ампер на квадратный миллиметр. При таком токе возбуждается достаточно сильное магнитное поле без помощи железа и отпадает надобность в ферромагнитном сердечнике.

Если учесть, что в обычных электрических машинах основную массу составляет железо, то нетрудно себе представить, насколько уменьшаются габариты и масса сверхпроводящей машины. Многие детали машины могут быть изготовлены из… пластмассы.

Малая инерционность и хорошая регулируемость сверхпроводящего электродвигателя постоянного тока создают хорошие перспективы для его применения в качестве привода прокатных станов, больших насосов и вентиляторов на электростанциях, шахтных подъемников и в ряде других отраслей промышленности.

Особенно перспективным является применение сверхпроводящих электрических машин в морском транспорте.

При проектировании электрического привода для кораблей редко удавалось преодолеть трудности, связанные с габаритами и стоимостью. На современных судах мощность на валу нередко превышает 30 миллионов ватт, что намного превосходит возможности обычных двигателей постоянного тока.

Сверхпроводящие машины постоянного тока обладают достаточной мощностью для непосредственного привода винта, а также для приведения в действие всех вспомогательных установок корабля, нуждающихся в электрическом питании. Подсчитано, что применение на танкерах и контейнеровозах сверхпроводящих электродвигателей даст возможность увеличить пространство, занимаемое грузом, на 10–20 %.

А знаете ли вы, что такое магнитогидродинамический генератор, или сокращенно МГД — генератор?

Уже его внешний вид ломает традиционное представление об электрических машинах. В нем нет вращающихся частей.

Принцип действия МГД — генератора заключается вкратце в следующем. Газ нагревается, например, путем сжигания какого‑либо горючего до температуры порядка 3000К. Для повышения степени ионизации в газ добавляется небольшое количество щелочных металлов. В результате газ становится электропроводным: он превращается в так называемую низкотемпературную плазму.

Поток такой плазмы пропускается с большой скоростью через канал, помещенный в сильное магнитное поле, которое может создаваться, например, сверхпроводящими магнитами. При этом отклоняемые магнитным полем ионы и электроны создают на специально введенных электродах электрическое напряжение.

Плазма покидает МГД — генератор при относительно высокой температуре. Следовательно, она уносит с собой часть тепла. Для его использования плазма после выхода из канала МГД — генератора попадает в парогенератор, где ее достаточно высокий запас тепла расходуется для получения пара.

Таким образом, плазма работает как бы дважды: в канале МГД — генератора из нее непосредственно извлекают электрическую энергию, а затем, несколько охладившись и превратившись в обычный неэлектропроводный газ, она отдает оставшееся тепло пару, который вращает турбину и сидящий с ней на валу электрический генератор.