Năng lượng fusion có tiềm năng viết lại thị trường năng lượng trị giá hàng nghìn tỷ đô la, nhưng trước tiên, các startup phải chứng minh thiết kế của họ sẽ hoạt động và không quá tốn kém. Điều này không hề dễ dàng, đặc biệt khi xem xét những nam châm và laser khổng lồ được sử dụng trong nhiều thiết kế phải được lắp đặt với độ chính xác đến từng milimét hoặc tốt hơn.
Startup fusion Thea Energy cho biết lò phản ứng lấy cảm hứng từ pixel và phần mềm điều khiển chuyên biệt của họ có thể tạo ra điện mà không cần đòi hỏi mức độ hoàn hảo tương tự.
Biên độ sai số đó có thể mang lại cho Thea lợi thế so với đối thủ. Các nhà máy điện fusion hứa hẹn cung cấp gigawatt điện sạch cho lưới điện, nhưng chi phí vật liệu và xây dựng có thể khiến chúng không cạnh tranh được với năng lượng mặt trời và gió giá rẻ. Bằng cách xây dựng nhà máy điện trước và khắc phục các vấn đề trong phần mềm, Thea có thể giúp giảm chi phí năng lượng fusion một cách đáng kể.
Nhưng trước tiên công ty phải xây dựng một nguyên mẫu hoạt động. Hôm nay, Thea công bố chi tiết thiết kế của mình, bao gồm các chi tiết về vật lý làm nền tảng cho nó. Startup đã chia sẻ bài báo độc quyền với TechCrunch.
Thea đang xây dựng một cách tiếp cận độc đáo với stellarator, một loại lò phản ứng cụ thể sử dụng nam châm để tạo hình plasma nhiên liệu. Nam châm là một trong hai cách chính mà các nhà khoa học fusion giữ nhiệt plasma và giới hạn plasma cho đến khi các phản ứng fusion xảy ra. Cách khác, được gọi là giới hạn quán tính, sử dụng laser hoặc một số lực khác để ép các viên nhiên liệu nhỏ.
Hầu hết các stellarator được xây dựng với nam châm trông như ở nhà trong một bức tranh của Salvador Dali. Nhưng thiết kế của Thea sử dụng một tá nam châm lớn hơn và hàng trăm nam châm nhỏ hơn để tạo ra cái mà bạn có thể gọi là stellarator "ảo".
Trong một stellarator điển hình, nam châm được xây dựng để theo đường viền của một hình dạng dự định hoạt động với những đặc tính kỳ quái của plasma, giúp giới hạn nó lâu hơn bằng cách sử dụng ít năng lượng hơn so với tokamak, sử dụng một loạt nam châm có kích thước và hình dạng giống hệt nhau. Tuy nhiên, stellarator có một nhược điểm lớn: hình dạng bất thường khiến việc sản xuất hàng loạt nam châm trở nên thách thức.
Thay vào đó, Thea thiết kế lò phản ứng của mình xung quanh các nam châm siêu dẫn nhỏ, giống hệt nhau được sắp xếp thành mảng. Startup sẽ sử dụng phần mềm để điều khiển từng nam châm riêng lẻ để tạo ra từ trường có thể tái tạo hình dạng lắc lư của stellarator.
Cách tiếp cận này có nhiều ưu điểm. Thứ nhất, nó đã cho phép Thea nhanh chóng lặp lại thiết kế nam châm của mình. Trong hai năm qua, công ty đã điều chỉnh thiết kế hơn 60 lần, Berzin cho biết.
"Hầu hết các công ty fusion, bạn đang xử lý nam châm có kích thước bằng một chiếc ô tô hoặc laser có kích thước bằng một chiếc ô tô hoặc một tiện ích có kích thước bằng ô tô. Điều đó thật không may có nghĩa là một cái có giá 20 triệu đô la và mất hai năm [để làm]," ông nói.
Điều này cũng có nghĩa là công ty có thể sử dụng điều khiển phần mềm để khắc phục bất kỳ bất thường nào trong cách nam châm được chế tạo hoặc lắp đặt. Để kiểm tra hệ thống điều khiển ban đầu, Thea đã xây dựng một mảng ba nhân ba nam châm được trang bị cảm biến. Các điều khiển, được rút ra từ vật lý của điện từ học, hoạt động tốt. Nhưng công ty cũng muốn xem AI có thể xử lý nhiệm vụ như thế nào, vì vậy họ cũng đã đào tạo một hệ thống mới bằng cách sử dụng học tăng cường.
Nhóm đã bất ngờ về mức độ hoạt động tốt của tất cả. "Chúng tôi cố tình ném những quả bóng cong vào mảng," Berzin nói. "Chúng tôi cố tình tháo rời một nam châm theo nghĩa đen hơn một cm. Bạn có thể thấy nó cực kỳ lệch hàng. Thật khó cho chúng tôi để thực sự sản xuất nó một cách tồi tệ như vậy."
Nhóm cũng đã thử nghiệm vật liệu siêu dẫn từ năm nhà sản xuất khác nhau cùng với vật liệu có khuyết tật cố ý. "Mỗi lần chúng tôi làm điều đó, hệ thống điều khiển, mà không cần chúng tôi xoay núm và can thiệp, đã có thể điều chỉnh những khuyết tật đó," ông nói.
Thiết kế lò phản ứng của Thea, Helios, sẽ sử dụng hai loại nam châm. Ở bên ngoài, 12 nam châm lớn với bốn hình dạng khác nhau sẽ làm công việc nặng nhọc để giữ plasma bị giới hạn. Chúng tương tự như những cái được tìm thấy trên tokamak, loại lò phản ứng hình bánh donut mà đối thủ Commonwealth Fusion Systems đang xây dựng. Bên trong các cuộn dây lớn, 324 nam châm tròn nhỏ hơn sẽ tinh chỉnh hình dạng của plasma.
Startup dự đoán Helios sẽ tạo ra 1,1 gigawatt nhiệt, mà turbine hơi nước sẽ biến thành 390 megawatt điện với chi phí dưới 150 đô la mỗi megawatt-giờ cho ví dụ đầu tiên. (Thea nghĩ họ có thể giảm chi phí xuống 60 đô la mỗi megawatt-giờ sau khi xây dựng nhà máy điện thứ bảy hoặc thứ mười.)
Lò phản ứng sẽ phải tắt trong thời gian bảo trì 84 ngày một lần mỗi hai năm. Nếu mọi thứ diễn ra tốt đẹp, điều đó có nghĩa là hệ số công suất của nó - một thước đo về lượng điện nó tạo ra trong một khoảng thời gian nhất định - sẽ là 88%. Điều đó tốt hơn nhiều so với các nhà máy điện chạy bằng khí đốt ngày nay và gần như tốt bằng các nhà máy điện hạt nhân ngày nay.
Helios vẫn đang trong giai đoạn bắt đầu. Thea trước tiên phải xây dựng Eos, thiết bị fusion ban đầu của mình nhằm chứng minh khoa học đằng sau khái niệm. Berzin cho biết công ty sẽ công bố...
