Thea Energy презентує Helios - свою термоядерну електростанцію

Термоядерний синтез має потенціал переписати енергетичні ринки вартістю трильйон доларів, але спочатку стартапи повинні довести, що їхні конструкції працюватимуть і не будуть надто дорогими. Ні те, ні інше не є простим, особливо враховуючи, що масивні магніти та лазери, що використовуються в багатьох конструкціях, повинні бути встановлені з точністю до міліметра або краще.

Стартап з термоядерного синтезу Thea Energy стверджує, що його реактор, натхненний пікселями , та спеціалізоване програмне забезпечення для керування повинні бути здатними генерувати енергію, не вимагаючи такого ж рівня досконалості.

«Спочатку все не обов’язково має бути так добре», – сказав Браян Берзін, співзасновник і генеральний директор Thea Energy, в інтерв’ю TechCrunch. «У нас є спосіб усунути недоліки на стороні сервера». Такий запас похибки може дати Thea перевагу над конкурентами. 

Термоядерні електростанції обіцяють постачати гігавати чистої енергії в мережу, але витрати на матеріали та будівництво загрожують зробити їх неконкурентоспроможними з дешевою сонячною та вітровою енергією. Побудувавши спочатку електростанцію та виправивши недоліки програмного забезпечення, Thea може допомогти значно знизити вартість термоядерної енергії.

Але спочатку компанія має створити робочий прототип. Сьогодні Теа публікує деталі його конструкції, включаючи деталі фізики, що лежить в її основі. Стартап поділився цією статтею ексклюзивно з TechCrunch.

Теа створює унікальний варіант стеларатора, специфічного типу реактора, який використовує магніти для надання плазмовому паливу потрібної форми. Магніти – один із двох основних способів, за допомогою яких вчені-термоядери підтримують тепло плазми та утримують плазму до початку реакцій синтезу. Інший спосіб, відомий як інерційне утримання, використовує лазери або якусь іншу силу для стискання невеликих паливних гранул.

Більшість стелараторів побудовані з магнітами, які чудово виглядають на картинах Сальвадора Далі. Але в конструкції Теї використовується десяток більших магнітів і сотні менших, щоб створити те, що можна назвати «віртуальним» стеларатором.

У типовому стелараторі магніти побудовані таким чином, щоб повторювати контури форми, призначеної для роботи з особливостями плазми, допомагаючи утримувати її довше, використовуючи менше енергії, ніж токамаки, які використовують серію магнітів однакового розміру та форми. Однак стеларатори мають один суттєвий недолік: неправильна форма ускладнює масове виробництво магнітів.

Тож замість цього Теа розробила свій реактор на основі невеликих, ідентичних надпровідних магнітів, розташованих у масивах. Стартап використовуватиме програмне забезпечення для керування кожним магнітом окремо, щоб створювати магнітні поля, які можуть відтворювати хитку форму стеларатора.

Такий підхід має кілька переваг. По-перше, він дозволив Thea швидко вдосконалювати конструкцію свого магніту. За останні два роки компанія вносила зміни до конструкції понад 60 разів, сказав Берзін. «У більшості компаній, що займаються термоядерним синтезом, ви маєте справу з магнітами розміром з автомобіль, або лазером розміром з автомобіль, або віджетом розміром з автомобіль. На жаль, це означає, що один коштує 20 мільйонів доларів і його виробництво займає два роки», – сказав він.

Це також означало, що компанія може використовувати програмні засоби керування для подолання будь-яких нерівностей у способі виготовлення або встановлення магнітів. Щоб протестувати свою оригінальну систему керування, Теа створила масив магнітів три на три, об'єднаний датчиками. Елементи керування, які були отримані з фізики електромагнетизму, працювали добре. Але компанія також хотіла побачити, як штучний інтелект зможе впоратися з цим завданням, тому вона також навчила новий, використовуючи навчання з підкріпленням.

Команда була здивована тим, як добре все спрацювало.

«Ми навмисно кидали криві кулі в масив», – сказав Берзін. «Ми навмисно змістили магніт буквально на сантиметр. Було видно, що він дуже нерівний. Нам було дуже важко виготовити його так погано». Команда також протестувала надпровідний матеріал від п’яти різних виробників разом із навмисно дефектним матеріалом. «Щоразу, коли ми це робили, система керування, без нашого повороту ручок та втручання, могла усунути ці дефекти», – сказав він.

Реактор Helios, розроблений компанією Thea, використовуватиме два типи магнітів. Зовнішній, 12 великих магнітів чотирьох різних форм, виконуватимуть важку роботу, щоб утримувати плазму в межах. Вони схожі на ті, що знаходяться на токамаку, типі реактора у формі пончика, який будує конкурент Commonwealth Fusion Systems . Усередині великих котушок 324 менших круглих магніти точно налаштовуватимуть форму плазми.

Стартап прогнозує, що Helios генеруватиме 1,1 гігавата тепла, яке парова турбіна перетворить на 390 мегават електроенергії за ціною менше 150 доларів за мегават-годину. Реактор доведеться зупиняти на 84-денний період технічного обслуговування раз на два роки. Якщо все піде добре, це означає, що його коефіцієнт використання потужності — показник того, скільки енергії він генерує за певний період часу — становитиме 88%. Це набагато краще, ніж на сучасних газових електростанціях, і майже так само добре, як і на сучасних атомних електростанціях.

Helios все ще перебуває на стадії розробки концепції. Спочатку Thea має побудувати Eos, свій перший термоядерний пристрій, який має довести наукову обґрунтованість концепції. Берзін сказав, що компанія оголосить про місце розташування Eos у 2026 році, а запуск планується здійснити «приблизно у 2030 році». 

Під час будівництва Eos, Thea планує паралельно розпочати роботу над Helios. Це схожий підхід до того, як Commonwealth Fusion Systems просуває роботу над Arc , своєю першою комерційною електростанцією, одночасно будуючи Sparc , свою демонстраційну електростанцію.

Наразі Берзін з нетерпінням чекає на думку спільноти термоядерного синтезу. «Це публікація оглядового документа. Після цього буде проведено досить значний обсяг роботи, який буде опубліковано у вигляді експертної оцінки», – сказав він. «Зараз саме час налагодити партнерства, співпрацю, залучити кінцевих користувачів до створення першого проекту».