Проект компании «Ханьхай Цзюйнэн» получил поддержку в рамках ключевой программы научно-технических исследований Управления науки и технологий провинции Сычуань

Проект «Разработка и демонстрационное применение мегаваттной микросекундной импульсной системы вывода и рекуперации энергии с накопителем для переходных режимов термоядерных установок», организованный и заявленный компанией «Чэнду Ханьхай Цзюйнэн Кэцзи Юсянь Гунсы», недавно прошёл строгую экспертизу Управления науки и технологий провинции Сычуань и был официально утверждён, включён в ключевой план научно-технических исследований провинции Сычуань и получил поддержку в виде специального научно-исследовательского финансирования. Это первый случай, когда ключевая провинциальная программа научно-технических исследований провинции Сычуань в форме специального проекта поддерживает коммерциализацию технологий управляемого термоядерного синтеза; тематика проекта точно нацелена на разработку уникальной для технологического направления конфигурации с обращённым полем (FRC) системы импульсного вывода энергии и прямого электромагнитного восстановления с накоплением.

По мере того как мировой управляемый термоядерный синтез постепенно переходит от фундаментального физического вопроса «возможно ли зажигание» к стадии коммерческих инженерных оценок «возможна ли экономически эффективная выработка электроэнергии», технологическое направление FRC, обладающее потенциалом высокого коэффициента давления (значения Beta), компактной физической конфигурации и низких капитальных затрат, привлекает широкое внимание международного термоядерного сообщества. В импульсном режиме работы большая часть энергии, генерируемой в процессе реакции термоядерной установки FRC, запасается преимущественно в форме переходной импульсной магнитной энергии; теоретическая эффективность преобразования при прямом электромагнитном восстановлении может достигать более 90%, что позволяет на физическом уровне обойти традиционную косвенную схему выработки электроэнергии через термодинамический цикл «нагрев воды — привод паровой турбины»; уровень эффективности прямого восстановления напрямую определяет чистый энергетический коэффициент полезного действия всей системы (значение Q) и нормированную стоимость электроэнергии (LCOE). Однако реализация интегрированного замкнутого управления «вывод — рекуперация — накопление» мегаваттного уровня в экстремальных переходных режимах термоядерного синтеза до настоящего времени оставалась нерешённой задачей в области термоядерной инженерии нашей страны.

Цель проекта, утверждённого для компании «Ханьхай Цзюйнэн», — окончательное преодоление этого фундаментального технологического барьера, сдерживающего коммерческое внедрение. Проект строго следует инженерно-техническому маршруту «топология — компоненты — управление — интеграция — демонстрация», с акцентом на разработку двунаправленной сверхбыстрой топологии преобразования энергии в экстремальных термоядерных режимах, массивов твердотельных силовых ключей, способных выдерживать сверхвысокие скорости изменения тока (di/dt) и напряжения (dv/dt), наносекундных полностью распределённых алгоритмов синхронного управления, а также многодисциплинарного сопряжённого терморегулирования. В конечном итоге проект предусматривает создание высокоинтегрированного промышленного прототипа мегаваттной импульсной системы вывода и рекуперации энергии, включающего двунаправленные импульсные силовые модули, массивы твердотельных ключей, гибридные накопители энергии и интеллектуальную систему центрального управления, что позволит сформировать полную цепочку технологических компетенций — от физической проверки принципов и изготовления ключевых подсистем до применения в реальных инженерных условиях.

Сложность создания этого промышленного прототипа заключается в необходимости выдерживать суровые испытания в реальной среде термоядерного разряда. В процессе осевого переноса и сжатия плазмы FRC резкие изменения магнитного потока в катушках индуцируют мощное биполярное индуцированное обратное напряжение, что требует от системы двунаправленного бездиссипативного приёма и отдачи мегаваттной энергии за микросекундное время; точность динамического выравнивания напряжения и тока значительно превосходит обычные промышленные импульсные источники питания. Техническая команда «Ханьхай Цзюйнэн» на ранних этапах уже завершила инженерные испытания высоковольтного импульсного источника питания тета-пинча и мощного стационарного источника питания на термоядерной установке первого поколения, а также накопила огромный объём технологических параметров и опыт отладки волновых форм в плазмофизических экспериментах в области формирования, что заложило инженерную основу для последующей высоконадёжной интеграции аппаратных модулей.

Согласно плану проекта, компания «Ханьхай Цзюйнэн» будет последовательно реализовывать инженерные вехи в рамках стратегии «трёх шагов»: на первом этапе — завершение моделирования двунаправленной быстрой топологии преобразования и разработка прототипа наносекундного алгоритма управления; на втором этапе — поставка инженерных модулей силовых ключей, гибридных накопителей энергии и прототипов распределённых контроллеров, а также углублённая проверка механизма выработки электроэнергии и эффективности прямого восстановления энергии на экспериментальной установке второго поколения; на третьем этапе — завершение полномасштабных комплексных испытаний всего изделия на полной мощности и его монтаж на термоядерной установке для проведения демонстрационных испытаний, с последующим применением на демонстрационной термоядерной электростанции третьего поколения с высокой частотой повторения импульсов. Реализация этого специального проекта позволит перевести оценку нормированной стоимости электроэнергии для направления FRC от чисто теоретических расчётов к инженерным натурным измерениям и откроет для нашей страны совершенно новый технологический путь к созданию компактных, низкозатратных и высокоэффективных коммерческих термоядерных электростанций.