Цель проекта
Cоздание новой энергетической машины мощностью 100 кВт, топливом в которой является вода.
Обоснование проекта
Принцип действия тепловой машины основан на открытии нового физического явления – низкоэнергетической трансмутации атомных ядер химических элементов.
История экспериментальных исследований нового физического явления
В течение последних 10 лет более чем в двенадцати научных группах в России и за рубежом наблюдается новое физическое явление – низкоэнергетическая трансмутация элементов (НТЭ). Суть явления внешне выглядит достаточно просто: при воздействии электромагнитного излучения на конденсированную среду, атомы химических элементов переходят в другие атомы химических элементов. Переход не сопровождается вылетом ядерного излучения, реакции являются экзотермическими. Безусловно, внешняя простота экспериментов с НТЭ обманчива: учёные подбирали условия эксперимента многие годы. Вероятность трансмутационных переходов, как правило, находилась в диапазоне 10-3 —10-1 от количества задействованных атомных ядер.
Экспериментальная группа ЦПФИ провела свои экспериментальные проверки. Результаты опубликованы в журнале Annales de la Fondation Louis de Broglie vol 28 № 2, 2003.
Веб-сайт:
http://FondationLouisdeBroglie.org
Статья Low Energy Transmutation of Atomic Nuclei of Chemical Elements.
Авторы V. D. Kuznetsov, G. V. Mishinsky, F. M. Penkov, V.I. Arbuzov,
V.I. Zhemenik.
Статья стала классической, так как результаты представлены на профессиональном языке экспериментальной ядерной физики. Кроме того, в статье дан компьютерный расчёт некоторых реакций НТЭ. Эти расчёты показали, что наше теоретическое понимание деталей процессов НТЭ совпадает с экспериментальными результатами. Кроме того, проведённые модификации установок наших коллег, сделанные по нашим расчётам, показали адекватность нашей теории сверхслабого взаимодействия реальному эксперименту.
Наше теоретическое описание процессов НТЭ позволило нам спроектировать несколько установок, на которых можно реализовать реакции трансмутации. Эти установки по нашим предположениям позволят решать технические задачи, которые нельзя решить с помощью знаний классической квантовой механики и всех дисциплин, описывающих физику субатомного мира.
Одной из установок, которые мы представляем в этом проекте, является НЭМА-100. Эта машина имеет мощность 100 кВт, которая выдаётся в виде разогретой до 97°С горячей воды. Входная электрическая мощность задающего генератора составляет 1 кВт. Ниже даны детали трансмутационных процессов, проходящих в НЭМА-100.
Физическое обоснование
Трансмутация воды - сложный физический процесс, протекающий в несколько этапов. В начале специальным устройством генерируется электромагнитное излучение, имеющее специально организованную пространственно-временную структуру. Электромагнитное излучение превращается в трансмутационное излучение (ТМ-излучение) с помощью фазоинверторов. ТМ-изучение воздействует на молекулу воды и производит физический процесс перехода H2O16 в O18. На Рис.1 показана фазовая диаграмма трансмутации. Первая позиция показывает молекулу воды находящейся в поле ТМ-излучения. Частотно-амплитудные характеристики ТМ-излучения подобраны к характеристикам H2O16.
Под действием излучения происходит перестройка H2O16: электроны атомов водорода переходят на позицию электронных орбиталей атома O16, а протоны – ядра водорода движутся к ядру O16. Два электрона в дальнейшем захватываются протонами. После этого захвата (обратный бета-процесс) рождаются два нейтрона и два нейтрино. Нейтрино свободно вылетают из атома, а нейтроны попадают в ядро O16, образуя изотоп кислорода O18. Указанный процесс в поле ТМ-излучения происходит таким образом, что ядро O18 остаётся стабильным. Получившийся атом O18 выходит из резонанса с ТМ-излучением и далее не трансмутирует.
Это конечный продукт реакции. Реакция сопровождается энерговыделением: H216O ---> 18O +2v + 11,6 МэВ (или 2х10-12Дж). Высвобождается внутриядерная энергия, При переходе молекулы H2O в 18O испускается 2 нейтрино, они могут уносить половину энергии 5-6 МэВ (10-12Дж). Оставшаяся энергия - 10-12Дж нагревает водный объём, в котором происходит реакция. Энергию нагретой воды можно использовать для обогрева помещений или, применяя парогенератор, для производства электроэнергии. При тепловой мощности энергетической установки в 100 кВт должно осуществляться 1х1018 переходов в секунду (7,5х10-4грамма воды). За сутки расход воды составит 26 миллиграмм. Согласно расчётам, и опираясь на экспериментальные результаты по наблюдению нового физического явления, Центр прикладных физических исследований (Ген. директор Кузнецов В.Д.) предлагает создать энергетические устройства различной мощности, вырабатывающие тепловую и электрическую энергию.
Технические особенности НЭМА-100 и затраты на изготовление
На Рис.2 показана блочная схема НЭМА-100. Установка НЭМА-100 состоит из шести основных узлов: резонатор, излучатель, кварцевый фазоинвертор, реактор, задающий генератор, теплотехнические элементы. В техзадании на НИОКР (смотри Приложение 1) пилотной экспериментальной установки детально расписаны составные части узлов тепловой машины. Здесь даются только базовые параметры НЭМА-100, общий вид которой дан на Рис.3
Рисунок 3 - Промышленный вариант энергетической установки НЭМА-100
ТЕХНИЧЕСКИЕ ПАРАМЕТРЫ НЭМА-100
Габариты НЭМА-100 400 × 937 мм
Вес, без воды 150 кг
Выходная тепловая мощность 100 кВт
Мощность задающего генератора переменного тока 1 кВт
Питание генератора 220 В, 50 Гц
Потребление воды ~26 мг в сутки
Время непрерывной работы 5 лет
Материалы для НЭМА-100
Нержавеющая сталь 150 кг
Кварц 5 кг (заготовка)
Медь 15 кг
Серебро 0,45 кг
Золото 250
Затраты на изготовление установки НЭМА-100
Расчет затрат на изготовление установки НЭМА-100 произведен исходя из следующих предположений:
1. Стоимость основных материалов оценивалась по текущим рыночным ценам.
2. Трудовые затраты оценивались экспертно исходя из предположения мелкосерийного производства.
Общая сумма расходов по проекту НЭМА-100 - 265 484 долларов (полную схему затрат на создание установки, предоставим по запросу)
Адекватная розничная цена для продажи данной энергоустановки по нашим подсчётам 93 981 доллар. Сравнение затрат потребителя на НЭМА-100 и стандартных источников тепла показывает, что после трёх лет эксплуатации НЭМА-100 новая тепловая машина полностью окупиться. Гарантийный срок непрерывной работы НЭМА-100 составляет 5 лет. После регламентных работ её можно будет эксплуатировать дальше.
Прибыль предприятия производителя
Прибыль производителя НЭМА-100 можно оценить по Таблице №3. Из неё следует, что с каждой установки можно получить прибыль 13 274 $US. Пока не развёрнуто серийное производство трудно оценить стартовые затраты на создание завода и его инфраструктуры. Попробуем сделать оценку количества рабочей силы для производства НЭМА-100.
И
сходим из производства 5 000 изделий в год. Из Таблицы №2 на производство 1 изделия нужно 1100 н.ч. В год на 5 000 шт. нужно 5 000 шт. • 1 100 н.ч. = 550 000 н.ч. При восьмичасовом рабочем дне на предприятии должно работать человека. С управлением — ~ 3 000 человек. По количеству рабочей силы, необходимый для сборки НЭМА-100 завод, не представляется слишком большим.
Сценарий развёртывания промышленного производства установки предполагает, что производство будет развиваться на собственной производственной базе стоимостью 80 000 000 $US, где 40 000 000 $US составляют капитальные строения, а 40 000 000 $US станочное и производственное оборудование. В течение первых двух лет можно наладить производство НЭМА-100 в арендных помещениях в «отвёрточном режиме», используя подрядные организации. Но наш опыт показал, что производство должно находиться целиком в нашем распоряжении из-за очень низкого уровня организации труда на российских предприятиях. В дальнейшем, на 90% можно держать всё производство у себя, а по незначительным узлам и элементам опираться на помощь субподрядных организаций.
По нашим расчётам видно, что на четвёртый год, при крейсерской скорости производства НЭМА-100 - 5 000 изделий в год, вложенные деньги полностью окупятся. Совершенно очевидно, что предложенная схема очень приближённая. Тем не менее, общее представление о выгоде проекта она даёт.
По истечению 4-5 лет с начала развёртывания проекта по промышленному производству НЭМА-100 получается чистая прибыль 25 836 000 $US. По имеющимся данным среднее время получения прибыли по какой-либо новой технике для любой фирмы в мире составляет 10-15 лет с момента начала развертывания проекта. Оценочные данные показывают, что этот проект даёт достаточно быструю окупаемость, как для производителя, так и для потребителя. Очевидно, что причина такой быстрой окупаемости находится в самой сути проекта: топливом в машине является вода — бесплатное горючее.НИОКР по созданию энергетической установки НЭМА-100
Общая стоимость………………………………………..€2 304 435
Срок…………………………………………………………31 месяцев
Первый этап: Создание и запуск пилотной экспериментальной установки.Стоимость....................................................................€964 435
Срок..............................................................................14 месяцев
Второй этап: Научные исследования пилотной установкиСтоимость……………………………………………………€660 000
Срок….............................................................................5 месяцев
Третий этап: Создание пилотной коммерческой установкиСтоимость.........................................................................€680 000
Срок...................................................................................12 месяцев
Устойчивость проекта
Устойчивость данного проекта для инвестора зависит от:
- технических рисков (абсолютно новая технология и пока только теоретически экспериментально подтверждается возможность ее использования в энергетике);
- рыночных характеристик: емкости рынка, динамики развития, уровня цен, конкурирующих технологий, потребительских предпочтений, выходом на рынок новых конкурентов;
- динамики цен на основные материалы, необходимые для изготовления установки.
С точки зрения технического риска минимизация потерь в случае неосуществимости реакции трансмутации сводится к прекращению финансирования проекта на стадии завершения строительства демонстрационной установки. Дополнительно оговариваются: сроки испытаний, экспериментов и время доводки аппаратуры, возможность финансирования данного этапа.
Дальнейшее финансирование проекта возможно лишь после обеспечения надежной работы оборудования, получения планируемых эксплуатационных характеристик и обеспечения приемлемого уровня безопасности. На этом этапе возможно строительство 10 – 15 экспериментальных установок для промышленных испытаний. После пусковых мероприятий, безусловно, необходимо провести комплекс научных исследований трансмутации воды в изотоп кислорода О18 и сопутствующих технологических исследований.
Рынок сбыта и области применения
На рынке источников энергии в настоящее время доминируют дизельные электростанции (ДЭС). Дизельные электростанции используются в качестве, как основного источника электропитания, так и в качестве резервного. Дизельные электростанции выпускаются, как стационарные, так и в мобильном исполнении. В последнее время в этом сегменте появились газотурбинные электростанции (ГТЭС) мощностью 2,5 мВт (НПО «Сатурн»). Электростанциям малой мощности нет альтернативы в отдаленных районах, где прокладка линий электропередач либо невозможна, либо экономически невыгодна. В то же время завоз дизельного топлива в отдаленные районы удорожает и без того высокие тарифы дизельных электростанций.
Электроэнергия дизельных электростанций очень дорогая (до 10 центов за 1кВт.час. и более). Другим сегментом рынка являются мобильные электростанции (дизель-генераторы), использующиеся на железнодорожном транспорте и судах. Очевидно, что главным преимуществом НЭМА-100 является её полная независимость от стоимости органического топлива и проблем с его доставкой, т.е. полная автономность. Поэтому следует ожидать, что первые покупатели будут из регионов, удаленных от источников энергоснабжения и транспортных магистралей. Это нефтяники, газовики, золотодобытчики, метеостанции, отдельные поселения и поселки и пр.
Конкурентоспособность НЭМА-100
Согласно отчета РАО ЕЭС в 2002 г. в России было произведено 469,8 млн. Гкал. тепловой энергии, что составляет 32,8 % от всей произведенной тепловой энергии в России. В настоящее время в России существует преимущественно централизованная система теплоснабжения. Потери тепловой энергии в магистральных трубопроводах составляют по разным оценкам от 20 до 30 % [*] Отчет ОАО Магаданэнерго]. Сюда необходимо добавить огромные затраты коммунальных служб на ремонт тепловых сетей.
ТМ-тепловые станции позволяют кардинально изменить систему теплоснабжения. Появляется возможность установки мини-котельной на каждый дом или подъезд.
Перевод теплоснабжения с централизованной системы на децентрализованную посредством НЭМА-100 позволит:
- Полностью исключить потери тепла в магистральных тепловых сетях;
- Полностью исключить затраты на ремонт тепловых сетей;
- Исключить аварийные ситуации, связанные с разрывом тепловых сетей;
- Уменьшить затраты на получение тепловой энергии;
- Улучшить экологическую обстановку в районе.
Способы продаж
В зависимости от принятой стратегии возможны следующие варианты продаж (а также их комбинации):
- Продажа лицензий на производство оборудования.
- Прямые продажи оборудования.
- Лизинг оборудования.
- Продажи тепловой и электрической энергии (посредством учреждения специальных предприятий).
Выводы
Анализ экономической эффективности внедрения установок НЭМА-100 позволяет сделать выводы, что данное направление имеет очень большой рынок сбыта при очень быстрой окупаемости оборудования.
Технический риск.
Как уже отмечалось, существуют гарантии почти 100% успеха по теории расчета ТМ-установок. Но есть, безусловно, экспериментальный риск. Степень этого риска существенно уменьшится при запуске установки НЭМА-100. Тем самым решится главная проблема – принципиальный вопрос осуществления экзотермической реакции «горения» воды.
Финансовый риск.
Финансовый риск на первых этапах продаж готовых изделий будет происходить из-за недоверия энергетических компаний в виду принципиальной новизны ТМ-станций. Однако, исторический опыт показал, что этот временной интервал не велик. Можно ожидать, что рекламная компания вокруг запущенной установки НЭМА-100 в научных, политических, общественных и деловых кругах может составить готовый к потреблению рынок, пока производится первый образец НЭМА-100. Серьезную опасность могут представлять нефтяные компании.
Однако, анализ мирового рынка показал, что доля нефти, идущей в химическую промышленность очень велика (50-70%). Если принять во внимание, что ожидается истощение нефтяных ресурсов в течение 30-40 лет (рентабельных при данном уровне цен), то можно построить политику так, что бы убедить мировое сообщество в экономической целесообразности использования оставшейся нефти для нужд химической промышленности.
Исключительно важной характеристикой этого проекта является экологическая чистота ТМ-станций. Угроза теплового разогрева Земли и связанных с этим природных катаклизмов ставит ТМ-станции в первый ряд с другими, альтернативными источниками энергии не имеющими выбросов СО2.
Технико-экономическое обоснование проведения НИОКР по сборке, запуску и ядерно-физическим исследованиям
Приведенные в первой половине представленного документа цифры по экономической выгоде эксплуатации НЭМА-100 относятся к коммерческой стороне проекта. НИОКР всегда дороже серийных образцов, так как необходимо содержать высококвалифицированный научно-технический персонал, покупать регистрирующую технику, производить измерения в технических узлах системы, платить аренду. Существует дополнительный ряд проблем, задерживающих НИОКР и приводящих к увеличению трат. Согласно Приложениям 2, 3 для завершения работ по НЭМА-100 необходимо довести сборку технических узлов и изготовить отдельные элементы по следующему списку:
1.Резонатор.
Резонатор имеет цилиндрическую форму с четырёхслойной стенкой. Внутри его запускается трансмутационный режим, инициируемый токовой волной через спираль излучателя. Внутри резонатора под действием магнитных монополей, составляющих основу ТМ-излучения, аргон становится чрезвычайно химически активным. Из всех известных доступных металлов меньше всего коррозируют под воздействием ТМ-излучения группа благородных металлов и медь. Излучение действует радиально в сторону от излучателя и фокусируется на входе кварцевого конуса.
Наибольшая нагрузка по коррозии (90%) падает на внутреннюю стенку резонатора, сделанную из нержавеющей стали. Для защиты от коррозии внутренняя стенка покрывается золотом. Покрытие золотом необходимо потому, что золото не поддаётся трансмутации. Это выяснилось в экспериментах, где трансмутационному воздействию подвергалось золото. Толщина 40 мкм является гарантированной толщиной, при которой на пилотной экспериментальной установке не будет коррозии нержавеющей стали. В дальнейшем при технологических доводках можно будет подобрать металлы более дешёвые, чем золото.
Можно смело говорить, что ТМ-физика положила начало и ТМ-химии, при которой одновременно с перестройкой ядер атомов химических элементов, создаются полностью неизвестные новые молекулярные соединения и кристаллы с новыми структурными особенностями.
2. Излучатель.
Токоведущей частью излучателя является Cu-Ag спираль с толщиной проволоки 10 мкм. Характеристики спирали даны в ТЗ (см приложение 1). При протекании токовой волны через двойную спираль начинается процесс рождения ТМ-излучения. Согласно волновым уравнениям одним из условий генерации ТМ-излучения является гетерогенность проводника. Характерным рангом расстояния между центрами нанопроволок является величина . При этом между проводниками должен быть окисный изолятор.
Нанометрический длинномер должен иметь организованную структуру, характерный размер которой должен войти в резонанс с длиной волны магнитных монополей, нарождающихся в промежутке между проволоками. Кроме того, имеет критически важное значение градиент электрического поля вблизи поверхности проволок. При данных параметрах протекающего тока d = 10 мкм является критической величиной, при которой проявляется развитый резонансный процесс генерации ТМ-излучения.
В Приложении 4 даны некоторые аналитические выражения, освещающие проблематику магнитных монополей. Полное описание каждой из частей НЭМА-100 и, самое главное, компьютерный расчёт, графики и таблицы займут не один том техдокументации. Выводы, на которые опираются эти уравнения, совершенно не описываются классической квантовой механикой и очень громоздки и трудны. Поэтому мы ограничиваемся описательной стороной процесса.Техническая реализация нанодлиномера осуществлена во ВНИИНМ им. Бочвара, г. Москва.
Полученную нанометрическую проволоку необходимо свить в спираль. Выяснилось, что в настоящее время нет готовых намоточных станков, на которых можно было бы свить тонкую спираль. Поэтому нам придётся проектировать и изготовить такой намоточный станок.
Рисунок 2 - Блок-схема энергетической установки НЭМА-100
