В прошлом столетии человечество проникло в атом, открыв тем самым новый источник энергии. Но для её использования оно стало строить гигантские кипятильники.
Всё бы ничего. Но 70% извлечённой из атома энергии отправляется нагревать планету. Поэтому вовсе неудивительно, что климат нашей планеты стремительно меняется далеко не в лучшую сторону.
В статье раскрывается возможный путь, как сократить негативное влияние на климат этого источника энергии, а также том, как из того же количества топлива получать до трёх раз больше электроэнергии!
Также приоткрывается дорога к созданию альтернативного источника энергии.
Ну и конечно же говорится о том, почему формула Карно не всегда верна.
Возрождение атомной энергетики началось
Прямо сейчас в мире разворачивается высокотехнологичный бум, который будет драйвить мировую экономику ближайшие лет 30.
В мире наметился взрывной рост мирового энергопотребления. Происходит постепенный отказ от углеродной энергетики. Растет спрос на стабильную генерацию для дата-центров и AI-инфраструктуры.
Интерес к атомной энергетике усиливается как со стороны государств, так и со стороны инвесторов. Отрасль возвращается в фазу устойчивого развития после десятилетий затишья.
Сегодня в мире работают более 400 реакторов. И еще столько же находятся в разработке.
Евросоюз включил атомную энергетику в разряд «зеленых», а США внедрили налоговые стимулы.
Средний возраст реакторов в мире – 30 лет, что стимулирует строительство новых мощностей.
Все указывает на растущий спрос в данном секторе. Но что происходит в отрасли с позиции технологий?
КПД современных атомных электростанций по-прежнему находится на довольно низком уровне: 28-32%. Это значит, что лишь около 30% извлечённой из атома энергии превращаются в другой вид энергии - электроэнергию. Оставшиеся же 70% превращаются в тепло, но при низкой температуре. Человечество не нашло лучшего способа, чтобы её выбросить в реки или атмосферу, что вкупе с другими факторами и приводит к прямому нагреву планеты и изменениям климата.
Прежде всего следует отметить, что сбрасываемая тепловая энергия – это энергия. Вне зависимости от того, при какой температуре она находится. Значит, можно предположить, что она может быть доработана и преобразована в другой вид энергии, например, электроэнергию. Если удастся это осуществить и повысить КПД использования топлива на АЭС до 90%, то нагрузка от данного источника энергии на климат сократится с 70% неиспользуемого тепла до 10%, т.е. в немыслимые 7 раз! Вклад же в снижение нагрузки на климат при внедрении решения во всем мире, если такое решение будет найдено, будет потрясающим! Но одновременно с этим вырастут втрое и доходы от генерации, а количество производимых ядерных отходов снизится!
Вступление
Если вас не интересуют технические тонкости и физические принципы, я рекомендую пролистать в конец статьи в раздел «Перспективы» и «Альтернативная энергетика». Если понравится – вернуться и перечитать сначала.
А мы начинаем.
Решение любой проблемы всегда начинается не с поиска решения, а с детального описания причин проблемы. Лишь после этого можно начать думать над тем, как эту проблему решить. Если проблема в деталях не ясна, то не имеет никакого смысла пытаться найти решение. Ведь без понимания того, что в итоге необходимо достичь, все ваши попытки будут тщетными. Целью данной статьи является указать на новый взгляд на истинную причину низкого КПД современных АЭС.
Но так уж сложилось, что принцип выработки электроэнергии на АЭС (цикл Ренкина) во многом схож с принципом выработки электроэнергии на ТЭС, где в качестве топлива используется газ, уголь, мазут. Поэтому если удастся определить причину низкого КПД АЭС, то одновременно удастся определить и причину низкого КПД ТЭС, показать которого тоже далек от идеала и едва ли превышает +/-55%.
Если вы не привыкли читать лонгриды, считаете себя специалистом, и ищете быстрый ответ, то скажу коротко, что причина низкого КПД теплоэлектростанций – это неиспользуемая «скрытая» теплота парообразования (энергия фазового перехода). Для тех, кто в теме, этого будет достаточно, чтобы меня понять.
Я же стремлюсь излагать свои мысли так, чтобы быть понятным даже человеку, мало понимающим что-либо в данной отрасли. Поэтому более простое и детальное объяснение даётся далее по тексту.
Цикл Ренкина
В настоящее время около 80% мировой электроэнергии вырабатывается из тепла на так называемом цикле Ренкина. Данный цикл был предложен Уильямом Джоном Ренкиным около 170 лет назад и за прошедшие годы не претерпел существенных изменений. Этот принцип применяется и на атомных электростанциях.
Он подразумевает подвод тепловой энергии к испарителю (1), что приводит к кипению содержащейся в нем воды и образованию пара. Пар направляется в сторону конденсатора (3), и проходя через паровую турбину (2), совершает работу и приводит во вращение турбину и генератор (5). В результате этого давление и температура пара снижается. Оставшийся отработавший пар поступает в конденсатор, где конденсируется с помощью воды охлаждения. Образовавшийся конденсат возвращается насосом (4) обратно в испаритель и процесс повторяется.
Однажды я принялся анализировать причины низкого КПД на АЭС и пришел к необычному выводу.
Почему формула Карно не всегда верна
Во всем мире принято считать, что КПД тепловой машины зависит от разницы температур.
Но так ли это? Давайте разбираться.
Работа любого теплового двигателя основана на изменении энергетического состояния его рабочего тела. Например, в двигателе Стирлинга, где функцию рабочего тела выполняет газ, тепловая энергия подводится к нагревателю, что повышает энергию рабочего тела. Далее газ совершает работу по перемещению поршня, в результате энергия газа уменьшается, и он при этом охлаждается. После чего газ поступает в холодильник, где он доохлаждается за счет теплообмена до первоначальной температуры, и энергия газа возвращается в первоначальное состояние. Далее вновь начинается нагрев рабочего тела и процесс повторяется.
Причем, тепловая энергия, подведенная к нагревателю, измеряется не в градусах, а в джоулях; совершаемая газом работа тоже измеряется в джоулях, и отводимая от системы тепловая энергия тоже измеряется в джоулях. Поэтому разумнее было бы считать КПД через джоули.
Вернемся к тому, как была выведена формула Карно. Изначально расчет исходил именно через энергию, т.е. джоули:
где Qп и Qо – это подведенная к устройству и отведенная от него энергия в джоулях.
Причем разница между подводимой и отводимой энергиями к устройству равна величине совершаемой работы A = Qп - Qо, которая тоже измеряется в джоулях. Пока все сходится.
Принято считать, что энтропия рабочего тела S связана с его энергией Q и температурой T формулой:
где ΔQ – изменение энергии вещества в джоулях, T – температура в Кельвинах.
Тогда, подставив (2) в (1):
Так мы перешли от джоулей к градусам.
Но мало кто указывает на факт: чтобы КПД менялся вслед за температурой линейно, энтропия и энергия рабочего тела тоже должны меняться линейно от температуры!
Но на практике все иначе: если процесс изменения температуры вещества линейный, то процесс изменения энергии вещества – не всегда линейный!
Рассмотрим подробнее.
Первый случай. Рабочее тело азот.
Давайте представим, что роль рабочего тела в нашей тепловой машине выполняет азот.
Построим график зависимости его энергии от температуры в диапазоне температур от 0K до 473К.
За точку отчета, соответствующей нулю джоулей тепловой энергии примем 0K.
При такой температуре азот будет находиться в твердом состоянии. Формула W = nRTln(V₂/V₁) в данном случае неприменима для оценки величины его внутренней энергии, т.к. она описывает энергию газа. Поэтому можно зайти с другой стороны и посчитать энергию азота через теплоемкость и энергию его фазового перехода, а оттуда посчитать его энтропию.
Теплоемкость льда азота равна c(N2 тв.) = 927 Дж/кг*K
По мере роста его температуры его энергия будет меняться по формуле: Q=cm*ΔT, где с – теплоемкость, m – масса, Т – температура.
Примем для простоты понимания массу азота неизменной и равной 1кг на всем диапазоне измерения температуры.
Тогда, для изменения энергии твердого азота на каждый градус потребуется 927 Дж тепловой энергии, пока он не достигнет температура плавления, равной 63 К. Чему будет соответствовать энергия 58401 Дж.
Для его плавления потребуется подвести еще 140 Дж энергии, но при фазовом переходе твердое тело-жидкость его температура не поменяется. Изменится только его фазовое состояние. Итого, его энергия после плавления будет равна 58541 Дж.
Для нагрева килограмма жидкого азота потребуется тратить еще 1040 Дж/К энергии, пока он на достигнет температуры испарения 77К (-196*С).
Для превращения жидкого азота в газ потребуется 198 Дж энергии.
А для его последующего нагрева до 473К потребуется тратить 1041 Дж на каждый килограмм*градус.
Я свел в таблицу итоговые значения энергии азота от температуры.
Нанесем эти значения на график, и мы увидим, что энергия азота меняется линейно во всем диапазоне температур. Также будет меняться и его энтропия – линейно в зависимости от температуры. Безусловно, есть некоторые отклонения, но они находятся в пределах нескольких процентов, чем можно пренебречь. Пока все сходится и формула Карно верна!
Но совсем иной будет картина для теплоэлектростанции, где в качестве рабочего тела используется вода и водяной пар.
Второй случай. Рабочее тело – вода.
Я не буду переписывать, как проводился расчет. Он аналогичен расчету для азота; меняются только цифры. Тем более, что это школьный курс физики 8 класса.
Данные для расчета:
Начальная температура льда: 0К
Теплоемкость льда: 2056Дж/кг*К
Температура плавления льда: 273К
Теплота плавления льда: 2.100.000 Дж/кг
Теплоемкость воды: 4200 Дж/кг*К
Температура кипения воды: 373К
Теплота парообразования: 2.300.000 Дж/кг
Теплоемкость пара: 2200 Дж/кг
Итоговые данные зависимости энергии молекул воды от температуры сведены в таблицу. Нанесем значения на график.
Во-первых, отчетливо видны два скачкообразных изменения энергии в области температуры плавления льда (AB) и испарения воды (CD).
Во-вторых, теплоемкости льда, воды и пара отличаются, что делает наклон кривых OA, BC, DE не параллельными друг другу и ни о каком линейном изменении энтропии, едином для этих трех участков, говорить не приходится. Отмечу также, что теплоемкость пара в значительной степени меняется от его температуры и давления, что приводит к задергиванию кривой DE вверх (на графике не отражено). Не буду делать из этого лонгрид. В данном случае это несущественно. При желании вы можете самостоятельно проанализировать эту информацию.
Вывод, к которому я вас хочу вас подвести: поскольку энергия молекул воды меняется нелинейно в зависимости от температуры, то и энтропия будет меняться нелинейно, а скачкообразно. И формула Карно в этом случае будет неточна!
Причем, наибольшие отклонения между формулой расчета КПД через джоули и через градусы будет фиксироваться в областях фазового перехода рабочего тела «твердое тело - жидкость» (AB) и «жидкость - газ» (CD).
К чему это приводит на практике – посмотрим ниже.
Назад к проблеме АЭС
Когда вода в испарителе на АЭС переходит из жидкого состояния в газообразное, пару сообщаются два вида тепловой энергии: в виде температуры, и в виде теплоты парообразования (энергии фазового перехода).
Далее пар проходит через турбину и тепловая энергия, представленная температурой, «отбирается», превращаясь в полезную работу по вращению турбины, и температура пара снижается. Но попавший в конденсатор пар по-прежнему остается газом, только при низкой температуре и содержит в себе исходное количество теплоты парообразования, полученное при испарении. Далее пар конденсируют с помощью воды охлаждения и теплота парообразования высвобождается обратно, но уже в конденсаторе, приводя к его нагреву.
Выходит, что тепловая энергия, представленная теплотой парообразования, переносится от испарителя к конденсатору, но не принимает участие в генерации! И если энергия пара, зависящая от температуры, «оседает» на турбине и превращается в другой вид энергии – работу, то теплота парообразования проходит сквозь паровую турбину, как свет через стекло.
Теплота парообразования для воды равна 2,3 МДж/кг и это значение слабо зависит от температуры, при которой происходит фазовый переход «жидкость-газ», «газ-жидкость». Это очень большое количество энергии и его достаточно, чтобы нагреть тот же килограмм воды на 550 градусов!
Если теперь взглянуть на соотношение этих двух энергий, то станет понятно, что на АЭС на долю участвующей в генерации тепловой энергии (зависящей от температуры) приходится около 40% произведенной энергии, а на теплоту парообразования – 60%. В работу в турбине превратится, скажем, 80% от первой. От второй – ноль. И мы получим итоговое КПД = 40%*80% + 60% * 0 = 32%. Именно это мы и получаем на практике.
Обращаю внимание: если разделить мух от котлет, то КПД использования первого типа энергии на АЭС достигает 80-90%! Если же смотреть на фарш в среднем, то 30%.
На рисунке приведено примерное соотношение двух типов энергии на АЭС.
Проблему можно было бы отчасти решить повышением температуры, как это делается на ТЭС, где пар дополнительно перегревается, и его температура повышается до 550 градусов и более. Тогда соотношение этих двух энергий меняется и на долю энергии, представленной разницей температур, приходится уже порядка 70% тепловой энергии, а на теплоту парообразования – 30%. КПД генерации заметно увеличивается. И мы получаем на практике КПД для ТЭС, близкое к 55-60%
Но на АЭС используется насыщенный водяной пар и возможность его перегрева отсутствует. Поэтому его температура не может быть выше критической в 374 градуса Цельсия. В результате КПД генерации на АЭС оказывается низким и на единицу произведенной электроэнергии более двух единиц энергии сбрасывается в атмосферу в виде неиспользованного тепла.
Это и является причиной низкого КПД АЭС и ТЭС – неиспользуемая «скрытая» теплота парообразования.
Более наглядно поток энергии на АЭС от испарителя к конденсатору приведен на рисунке ниже.
Примечание. Чтобы было понятно, как происходит потеря энергии, постараюсь объяснить на пальцах: у нас есть два пути для тепловой энергии, которая движется от испарителя к конденсатору. Верхний путь – где энергия превращается в другой вид энергии – работу и электроэнергию (что и требуется). Но между испарителем и конденсатором (фиолетовый участок) мы поставили теплообменник, и более половины энергии проходит не через турбину, а в обход нее направляется в конденсатор так, как если бы мы напрямую грели конденсатор. Там эта энергия превращается в тепло, только при низкой температуре, откуда отправляется обогревать атмосферу. Привет, потери!
Тупиковое направление
Путь, по которому шло человечество прошедшие 170 лет – это повышение температуры носителя. За счет повышения температуры пара, количество тепловой энергии, приходящейся на первый тип энергии, увеличивается, но теплота парообразования так и остается константой. Общий КПД растет, но вклад теплоты парообразования в общий поток энергии все равно остается огромным.
Мы бы могли снизить влияние теплоты парообразования до нескольких процентов, подняв тем самым КПД генерации до 80-95% и возможно более. Но нам необходимо было бы нагревать пар до температуры, скажем 10000 °С. Однако, мы не можем бесконечно поднимать температуру пара, т.к. обязательно упремся в потолок жаропрочности материалов паропровода, лопаток турбины и прочего. Достигнутый практический предел температуры на ТЭС – это 850 градусов. Дальше расти некуда. Материалов, способных работать при более высоких температурах и давлениях, пока не придумано!
Решение
Но есть и другой путь – это использовать для генерации второй тип энергии – теплоту парообразования. И если нам удастся со временем добиться КПД использования этого типа энергии в 80-90% (очевидно, что достичь таких показателей мы сможем далеко не сразу), то мы повысим КПД атомной электростанции с 28-32% до 80-90% и возможно даже более! Т.е. станет возможным получать до трех раз больше энергии из того же количества топлива! Но даже если нам удастся вовлечь в генерацию на АЭС хотя бы 10% теплоты парообразования, то общий КПД станции увеличится с 30% до 37%, т.е. в 1.23 раза, что уже будет означать огромный рывок в отрасли!
Перспективы
Раз есть проблема, то должно быть и решение.
Учитывая, что проблема стала известна мне более 8 лет назад, то я не стал бегать по всей Вселенной и извещать мир о своем открытии, а решил основательно исследовать свойства теплоты парообразования и того, с чем ее можно съесть. Всесторонний анализ показал: если идти в это направление, то открываются возможности, далеко выходящие за рынок энергетики и решение найдет применение не только в промышленности, но и в быту. Также можно сказать, что решение этой проблемы открывает широчайшие возможности в области альтернативной энергетики и низкотемпературной генерации.
Я было приготовил текст по этому поводу. Но вдруг заметил, что больше, чем наполовину мои статьи никто не читает. Поэтому я рубанул топором весть текст ровно пополам. И об известном мне решении и сферах применения мы поговорим в следующей статье.
Продолжение следует...
С уважением,
инженер ООО "КриоГаз-Тула", Чекалин Андрей.
Комментарии (36)
Lazytech
16.07.2026 08:55Не будучи специалистом в данной теме, тем не менее, заподозрил нереалистичность сколько-нибудь серьезного повышения КПД АЭС предложенным способом и задал вопрос ChatGPT (см. ниже).
Промпт для ChatGPT (на английском)
Please read the following article: https://habr.com/ru/articles/1059696/
What do you think of the article’s main idea? Is it realistic or more like pseudoscience?
Ответ ChatGPT (на английском)
I think the article is an interesting engineering speculation, but in its current form it is much closer to an unsupported hypothesis than to an established scientific result. I would not call it outright pseudoscience, but I also would not consider its central claim scientifically convincing. (Habr)
The main idea, as I understand it, is:
Conventional nuclear power plants “waste” most of their energy as latent heat of vaporization during steam condensation.
The author argues that this latent heat bypasses the turbine almost entirely.
He concludes that the low efficiency of steam power plants is not fundamentally limited by Carnot efficiency, but by the inability to utilize latent heat.
Therefore, if someone invents a way to convert that latent heat into work, nuclear plant efficiency could rise from roughly 30% to 80–90%, even claiming that Carnot’s formula is “not always correct.” (Habr)
There are a few parts that are reasonable.
The observation that latent heat is enormous is absolutely true. The latent heat of vaporization of water is about 2.3 MJ/kg, and condensing steam releases a tremendous amount of energy. Engineers have known this for over a century.
Likewise, the statement that today’s Rankine cycle rejects a large amount of low-temperature heat is correct. Every thermal power plant does exactly that.
Also reasonable is the motivation: if someone could economically recover more useful work from low-grade heat, it would indeed be a major breakthrough.
Where the article becomes problematic is in its interpretation.
1. It misunderstands what Carnot efficiency says
The article argues that because water’s energy versus temperature is nonlinear (due to phase transitions), Carnot efficiency is “not always valid.”
This is the biggest issue.
Carnot’s theorem does not require internal energy to vary linearly with temperature.
It is an extremely general theorem based on reversible thermodynamics.
It remains valid for:
gases,
liquids,
steam,
mixtures,
phase transitions,
supercritical fluids.
Real steam turbines and refrigeration cycles are routinely analyzed using steam tables that explicitly include latent heat and phase changes. Engineers do this every day.
The nonlinear enthalpy of water is already built into classical thermodynamics—it isn’t something that invalidates it.
2. Latent heat is not “ignored”
The author repeatedly says that latent heat “passes through the turbine like light through glass.”
That isn’t really correct.
The turbine extracts work from the enthalpy drop of the steam.
Steam enthalpy consists of
sensible heat,
pressure energy,
latent heat,
internal energy.
The turbine converts part of that total enthalpy into shaft work.
The remaining enthalpy—including some latent component—is rejected in the condenser because the cycle must return the working fluid to its initial state.
Nothing has been forgotten.
3. Recovering low-temperature heat is fundamentally difficult
The condenser typically operates around 30–50°C.
Heat at these temperatures contains much less available work (exergy) than heat near the reactor.
This distinction is essential.
The article treats all joules as equally useful.
Thermodynamics does not.
One joule at 300°C has much greater potential to perform work than one joule at 35°C.
That is exactly why power plants reject so much low-temperature heat.
4. Existing engineering already tries to do this
The article presents the idea almost as though nobody has attempted to utilize condenser heat.
In reality, engineers have spent decades doing exactly that:
regenerative Rankine cycles,
feedwater heaters,
combined heat and power (cogeneration),
district heating,
binary cycles,
organic Rankine cycles,
Kalina cycles,
supercritical CO₂ cycles.
All of these aim to extract more useful work or useful heat from energy that would otherwise be discarded.
None come close to increasing a conventional nuclear plant from ~30% efficiency to ~90%.
5. Extraordinary efficiency claims require extraordinary evidence
The article predicts efficiencies of 80–90%.
That would represent one of the largest advances in thermodynamics since the nineteenth century.
To support such a claim one would expect:
a complete thermodynamic cycle,
pressure–enthalpy diagrams,
entropy balance,
exergy analysis,
mathematical proof,
simulation,
experimental data.
Instead, the article mostly presents qualitative reasoning and promises that the actual solution will appear in a future article. (Habr)
Is it pseudoscience?
I would distinguish three levels:
Not pseudoscience: asking whether latent heat can be better utilized is a perfectly legitimate engineering question.
Weak science: claiming to have found a new interpretation of power-plant efficiency without providing rigorous thermodynamic analysis.
Pseudoscience: claiming to have overturned Carnot’s theorem while ignoring established thermodynamics and offering no reproducible evidence.
This article sits somewhere between the first two categories. It doesn’t use mystical language or reject mathematics altogether, so I wouldn’t immediately label it pseudoscience. But its central argument is not supported by accepted thermodynamics, and the challenge to Carnot’s theorem is not persuasive.
Overall, my assessment would be:
The motivation is good.
The engineering ambition is admirable.
The physics argument is weak.
The claims of tripling nuclear plant efficiency are highly implausible without a fundamentally new thermodynamic cycle that has yet to be demonstrated.
If the author eventually publishes a complete proposed cycle with rigorous energy, entropy, and exergy calculations, that would be the right basis for evaluating whether there’s a genuine innovation. As it stands, the article is better viewed as an interesting speculative idea than as evidence that modern thermodynamics is incomplete.
Ответ ChatGPT (гуглоперевод на русский)
Я считаю, что статья представляет собой интересное инженерное предположение, но в нынешнем виде она гораздо ближе к неподтвержденной гипотезе, чем к установленному научному результату. Я бы не назвал её откровенной псевдонаукой, но и не счёл бы её центральное утверждение научно убедительным. (Habr)
Основная идея, как я её понимаю, такова:
Традиционные атомные электростанции «теряют» большую часть своей энергии в виде скрытой теплоты испарения при конденсации пара.
Автор утверждает, что эта скрытая теплота почти полностью обходит турбину.
Он делает вывод, что низкая эффективность паровых электростанций не принципиально ограничена эффективностью Карно, а неспособностью использовать скрытую теплоту.
Следовательно, если кто-то изобретёт способ преобразования этой скрытой теплоты в работу, эффективность атомных электростанций может возрасти примерно с 30% до 80–90%, даже если утверждать, что формула Карно «не всегда верна». (Habr)
Есть несколько разумных моментов.
Утверждение о том, что скрытая теплота огромна, абсолютно верно. Скрытая теплота испарения воды составляет около 2,3 МДж/кг, а конденсация пара выделяет огромное количество энергии. Инженеры знают это уже более века.
Аналогично, утверждение о том, что современный цикл Ранкина отводит большое количество низкотемпературного тепла, верно. Каждая тепловая электростанция делает именно это.
Также разумна мотивация: если бы кто-то смог экономически выгодно извлекать больше полезной работы из низкотемпературного тепла, это действительно стало бы крупным прорывом.
Проблема статьи заключается в её интерпретации.
1. Неправильное понимание того, что говорит об эффективности Карно
В статье утверждается, что поскольку зависимость энергии воды от температуры нелинейна (из-за фазовых переходов), эффективность Карно «не всегда верна».
Это самая большая проблема.
Теорема Карно не требует, чтобы внутренняя энергия изменялась линейно с температурой.
Это чрезвычайно общая теорема, основанная на обратимой термодинамике.
Это остается в силе для:
газов,
жидкостей,
пара,
смесей,
фазовых переходов,
сверхкритических жидкостей.
Реальные паровые турбины и холодильные циклы обычно анализируются с использованием таблиц свойств пара, которые явно учитывают скрытую теплоту и фазовые переходы. Инженеры делают это каждый день.
Нелинейная энтальпия воды уже заложена в классической термодинамике — это не то, что делает её недействительной.
2. Скрытая теплота не «игнорируется»
Автор неоднократно утверждает, что скрытая теплота «проходит через турбину, как свет через стекло».
Это не совсем верно.
Турбина извлекает работу из падения энтальпии пара.
Энтальпия пара состоит из:
явной теплоты,
энергии давления,
скрытой теплоты,
внутренней энергии.
Турбина преобразует часть этой общей энтальпии в работу вала.
Оставшаяся энтальпия, включая некоторую скрытую составляющую, отводится в конденсаторе, поскольку цикл должен вернуть рабочую жидкость в исходное состояние.
Ничего не забыто.
3. Рекуперация низкотемпературного тепла принципиально сложна
Конденсатор обычно работает при температуре около 30–50 °C.
Тепло при этих температурах содержит гораздо меньше доступной работы (эксергии), чем тепло вблизи реактора.
Это различие имеет важное значение.
В статье все джоули рассматриваются как одинаково полезные.
Термодинамика так не считает.
Один джоуль при 300 °C обладает гораздо большим потенциалом для совершения работы, чем один джоуль при 35 °C.
Именно поэтому электростанции отводят так много низкотемпературного тепла.
4. Существующие инженерные решения уже пытаются это сделать
В статье эта идея представлена почти так, как будто никто не пытался использовать тепло конденсатора.
В действительности инженеры десятилетиями занимались именно этим:
регенеративными циклами Ранкина,
подогревателями питательной воды,
комбинированным производством тепла и электроэнергии (когенерацией),
централизованным теплоснабжением,
бинарными циклами,
органическими циклами Ранкина,
циклами Калина,
циклами сверхкритического CO₂.
Все они направлены на извлечение большей полезной работы или полезного тепла из энергии, которая в противном случае была бы потеряна.
Ни один из них не приближается к повышению КПД обычной атомной электростанции с ~30% до ~90%.
5. Чрезвычайно высокие показатели эффективности требуют чрезвычайных доказательств
В статье прогнозируется КПД в 80–90%.
Это стало бы одним из крупнейших достижений в термодинамике с XIX века.
В поддержку такого утверждения можно было бы ожидать:
полного термодинамического цикла,
диаграмм давления-энтальпии,
баланса энтропии,
эксергетического анализа,
математического доказательства,
моделирования,
экспериментальных данных.
Вместо этого статья в основном представляет качественные рассуждения и обещает, что фактическое решение появится в будущей статье. (Habr)
Это псевдонаука?
Я бы выделил три уровня:
Не псевдонаука: вопрос о том, можно ли лучше использовать скрытую теплоту, является вполне законным инженерным вопросом.
Слабая наука: утверждение о нахождении новой интерпретации эффективности электростанции без предоставления строгого термодинамического анализа.
Псевдонаука: утверждение о ниспровержении теории Карно.
Эта статья находится где-то между первыми двумя категориями. В ней не используется мистический язык и не отвергается математика полностью, поэтому я бы не стал сразу же называть её псевдонаукой. Но её центральный аргумент не подкрепляется общепринятой термодинамикой, а возражение против теоремы Карно неубедительно.
В целом, моя оценка такова:
Мотивация хорошая.
Инженерные амбиции достойны восхищения.
Аргумент с точки зрения физики слаб.
Утверждения о утроении эффективности атомных электростанций крайне неправдоподобны без принципиально нового термодинамического цикла, который ещё не был продемонстрирован.
Если автор в конечном итоге опубликует полный предлагаемый цикл со строгими расчётами энергии, энтропии и эксергии, это станет правильной основой для оценки того, является ли это подлинным нововведением. В нынешнем виде статью лучше рассматривать как интересную спекулятивную идею, чем как доказательство неполноты современной термодинамики.
heatoff Автор
16.07.2026 08:55А я и не отрицаю, что известными ныне способами вовлечь в генерацию энергию фазового перехода невозможно. Но это не значит, что это невозможно в принципе. Я пока готовлю текст. Со временем все расскажу.
Ubudragon
16.07.2026 08:55нужно отходить от концепции ядерного кипятильника в прямые преобразователи энергии продуктов деления
heatoff Автор
16.07.2026 08:55Давно смотрел в эту сторону. Но увы: прямых преобразователей энергии ядерных превращений в электроэнергию пока не придумано. Единственное же устройство прямого преобразования тепла в работу - элемент Пельте. Его КПД 3%. Слышал, что достигает 5%.
ksbes
16.07.2026 08:55При альфа/бетта-распаде можно “ловить” заряженныё частицы и за счёт этого иметь напрямую разницу потенциалов. И такие истройства есть - маломощные и в лаборотариях. Т.к. “уносимая мощность” такого рода распадов довольно мала по сравнению с увеличением кинетической энергии - т.е. с мощностью повышения тепловой энергии.
heatoff Автор
16.07.2026 08:55Эту проблему я давно заметил: что ДВС, что АЭС или ряд других направлений - мы попутно получаем астрономическое количество тепловой энергии, которая не используется. Но тепловая энергия - это энергия. Мы можем превращать её в другой вид энергии. Тем самым повышая КПД. Задумка была в том, чтобы найти способ использовать тепло, которое находится при комнатной температуре. Да, я понимаю - это было безумием. Но я решил попробовать. Прошло 13 лет. Решение нашёл именно в области использования теплоты парообразования. О чем и рассказываю. Пока захожу издалека.
chebo
16.07.2026 08:55Но есть и другой путь – это использовать для генерации второй тип энергии – теплоту парообразования
А третий путь - использовать для генерации другое рабочее тело, например, тот же самый азот, с которого вы начинали статью?
Tiriet
16.07.2026 08:55Для генерации нужно совершить механическую работу. Нужно крутануть вал генератора. Как это делает сжатый газ- понятно. А как это будет делать фазовый переход? Как скрытая теплота перехода превратился в работу?
heatoff Автор
16.07.2026 08:55Забегая вперед. Работа A=PdV (зависит от изменения объема) В процессе перехода жидкость-газ объем вещества меняется. Значит, можно снять и работу.
Tiriet
16.07.2026 08:55Конечно! Можно! Эээх, а сколько конкретно? Какой будет работа и какие будут потери на весь цикл?
Я ж почему про диаграмму спросил? Потому что на ней как раз весь цикл и разрисован. И на ней видно- где и сколько и каких потерь и где и сколько и каких работ, и из неё видно, какой КПД получится. И, кстати, энтропии на этой диаграмме нету! Там только P и Т, ну или Р и V. И вся её фишка- что нелинейность этих зависимостей в ней ваще ни на чо не влияет! КПД связан с температурой именно такой формулой при любой! зависимости энтропии от Т.
heatoff Автор
16.07.2026 08:55Формула Карно была выведена для идеального газа. Фазовые переходы в ней не учитываются, на что я и указал в статье.
Bedal
16.07.2026 08:55банально навесить на выхлопе движок Стирлинга, так что автор зря тут туман напускает. Но конструкционно и механически на энергетических мощностях это не окупается. Проверено.
heatoff Автор
16.07.2026 08:55КПД Стирлинга как раз и зависит от разницы температур. А фазовый переход можно осуществлять при перепаде температур 100*С -99*С, работая за счет разницы в доли градуса, и вовлекая в процесс такое же количество энергии, как на ТЭС при 550*С.
Bedal
16.07.2026 08:55угу. И конденсационных турбин не изобрели, вот беда, до сих пор. Ньюкомен, Ползунов, далее, что называется, везде.
Боюсь, фраза "всякая сложная проблема имеет простое решение, столь же простое, сколь и неверное" точно описывает чудесное решение, которое Вы скрыли во второй части.
ksbes
16.07.2026 08:55Вообще идея подобная этой пррабатывалась вроде бы. Но там речь шла о компактных установках атмосферного давления. Т.к. как раз КПД там получается довольно низким из-за атмосферности.
heatoff Автор
16.07.2026 08:55Вы не можете выжать из теплоты парообразования много энергии при атмосферном давлении. Решения есть. Об этом в будущем.
heatoff Автор
16.07.2026 08:55Если бы теплота парообразования выделялась в турбине, то и конденсатор в схеме был бы не нужен. Я не отрицаю, что конденсационные турбины имеют повышенный КПД. Я про то, как его значительно увеличить
Bedal
16.07.2026 08:55... а ведь я перечислил не только их. Но Вы в упоении секретным знанием не хотите заметить, что перепробовано множество самых разных способов и методов.
Печатайте уже вторую половину - но не обессудьте, если смеяться будут.
ksbes
16.07.2026 08:55Так для справки: кондесатор тоже “извлекает энергию” - он создаёт необходимый “вакуум” на выходе турбины. Так что теплота конденсации - тоже переходит в работу. На этом все паровые двигатели одинарного расширения построенны.
И да. Сейчас пошла “мода” снимать эту “лишнюю теплоту” с ТЭС и не только - с помошью энергетических установок на малокипящих жидкостях (в соновном водно-аммиачной смеси). Но пока это не слишком распространено, т.к. цена киловат-часа этой “дополнителной энергии” получается в три-пять раз дороже “основной”. Да и аммиак - не то чтобы полезен, случись чего.
heatoff Автор
16.07.2026 08:55Про вакуум мне известно. Это безусловно повышает КПД. Но я считаю, что энергия фазового перехода используется сейчас далеко не в той степени, как могла бы.
Piterssh
16.07.2026 08:55Энергия фазового перехода частично возращается встречно-поточным теплообменником включенным перед и после конденсирующего.
masuk0
16.07.2026 08:55Уважаемый, вы как-то упустили, что после закачки 2260 кДж/кг упомянутая 100-градусная вода расширяется от 1 л/кг до 598 л/кг, а при конденсации - сжимается обратно. А между местом где она расширяется и сжимается и стоит турбина.
Естественно все не так просто: на турбине будет перепад давления и температура парообразования будет выше 100 до турбины, а конденсации - ниже 100 после, так как в конденсаторе создастся вакуум, а в котле давление из-за препятствия в виде турбины. Но цикл с испарением и конденсацией на порядок технически эффективнее просто разогрева и охлаждения, потому, что не требует огромных массовых расходов и связанных потерь тупо в трубах.
На практике для исчисления КПД тепловых машин тепловых машин использую энтальпию рабочего тела, которая зависит как от температуры так и от давления, про которое вы вообще не говорите. Если расширение и сжатие не учитывать можно прийти к очеь экстравагантным выводам.
P.S. 10 ТВт потерянного тепла от всего проиводства электричества никак не влияет на энергетический баланс планеты с инсоляцией 174 000 ТВт.
heatoff Автор
16.07.2026 08:55Вы ошибаетесь. Температуре 100 градусов Цельсия соответствует плотность пара 0.598кг/М3. Что лишь в 1.67 раза меньше плотности воды. Ни о каком увеличении объема в 598 раз речи не идёт.
Tiriet
Шедеврально.
Скажите, какой факультет Вы заканчивали?
heatoff Автор
Этот https://vk.com/club32773128
Bedal
выделение моё. Спасибо, вопросов особо нет
heatoff Автор
А зря. Я там много чего нового узнал из области аэродинамики. В обычных книжках и не скажут. Ну нет-так нет.
Bedal
ай, бросьте. Чего же такого чудесного в книжках не скажут? Ну-ка, ну-ка? Конкретно про аэродинамику.
ksbes
У меня на работе ВК закрыт, но Квен выдал такую характеристику:
Краткое описание сообщества vk.com/club32773128:
Название: Творческое объединение “Радиолюбитель”.
Статус: Закрытое сообщество (информация ограничена, всего 3 подписчика).
Тематика: Судя по описанию, это юмористическое или сатирическое сообщество (так называемый «трэш-юмор» или абсурдистский паблик).
Описание: Содержит намеренно абсурдный и комичный текст о «изучении излучения антенн высотой до бесконечности», попутном изучении аэродинамики, паркура, техник спецназа, выращивания слив, а также о «влиянии паранойи на поведение индивида».
Контакты: Указаны с шуточными должностями, например, «директор научного института клейки обоев», «гуру адекватного безумства» и «посол Эстонии».
Итог: Это небольшое закрытое сообщество с шуточным, абсурдистским наполнением, не имеющее отношения к серьезному радиолюбительству или науке.
heatoff Автор
Если интересно, то это это ламповое творческое сообщество тульских бэйс-джамперов. Бэйс мы все в итоге прыгать перестали. Но знаний оттуда утащили много. В том числе и в области аэродинамики. В результате двое стали чемпионами России по сверхлегкой авиации, включая меня. Один пересел на параплан и летает маршруты по 140 км с одного старта.
Но меня больше потащило в науку: термодинамика, аэродинамика, паровые турбины, турбодетандер, энергетика, криогеника и ряд других направлений. Где я и преуспел. Вне зависимости от того, какую дичь раньше творил.
heatoff Автор
Предлагаю встретиться на 120м антенне в Переславле-Залесском. Так и быть возьму для вас B.A.S.E.-систему в аренду, ибо свою я продал. Во время прыжка вы всё и познаете.
Bedal
Зачем нам полумеры? Приезжайте, с Юцы попрыгаем. Заодно что-нибудь секретное про аэродинамику мне расскажете. Что-нибудь из гаражных знаний.