Файл: Губарев В.С. Электрификация опережающая.pdf

сжигаем их в топках тепловых электростанций с очень низким коэффициентом полезного действия. Пока мы вынуждены идти на это, так как стоимость урана чрез­ вычайно высока и коэффициент полезного действия АЭС менее 10 процентов. Киловатт-час электроэнергии, выра­ батываемой на АЭС, сейчас в несколько раз дороже, чем на тепло- и гидростанциях. Некоторые ученые предпо­ лагают, что стоимость урана и тория в будущем не по­ низится, и поэтому мы вынуждены будем отказаться от строительства АЭС в массовых масштабах. С .подобным мнением согласиться нельзя. Не верить в ум, предприим­ чивость и возможности человека — это значит смотреть назад, отрицать прогресс науки и техники. Достаточно вспомнить, что сто лет назад алюминий был одним из самых ценных металлов, дороже серебра. Украше­ ния, сделанные из «белого» металла, считались признаком несметного богатства и вызывали непод­

чувствовал бы себя приблизительно так же, как аме­ риканский безработный рядом с Рокфеллером или Морганом...

Без сомнения, в будущем ядерная энергетика завою­ ет себе достойное место под солнцем. Но для этого необ­ ходимы новые исследования, новые открытия (мы мно­ гое знаем об «архитектуре» атомного ядра, но это лишь ничтожная часть того, что нам предстоит изучить). Только тогда атомная электростанция будет столь же обычна, как и тепловая, и она сможет соперничать с ТЭС и ГЭС по всем показателям.

Сейчас в энергетике создалось весьма любопытное положение. Например, атомная станция — это пришелец из XXI века и одновременно наследие XIX века: источ­

36

ник энергии — расщепление ядра урана— 'будущее тех­ ники, а получение энергии с малопроизводительными си­ стемами и генераторами явно осталось от прошлого.

Это противоречие сегодня обнаруживается наиболее ярко. Поэтому ,в область атомной энергетики ринутся новые способы преобразования энергии.

Могучая сила атома должна служить человеку. Дос­ таточно сказать, что один килограмм урана при расщеп­ лении дает столько энергии, сколько получается при сжигании двух тысяч тонн угля. Но, к сожалению, атом работает пока е неполной нагрузкой. Его можно сравнить с очень сильным, но ленивым человеком, которому не хо­ чется трудиться. А только заставь—-и он горы свернет!

Почему же атом — это своеобразный «лежебока» в современной энергетике? Почему получается, что более 90 процентов его энергии пока не используется?

Прежде всего потому, что до сих пор в техническом отношении АЭС очень несовершенны.

Использование атомной энергии основано на процес­ се деления тяжелых элементов: природных — тория и урана или искусственных — плутония.

В реакторе создаются очень высокие температуры. Тепловое движение молекул должно превращаться в по­ ток электронов. Так как иных способов мы не знаем, в реакторы вводятся трубы, по которым циркулирует во­ да. Эта вода и переносит энергию от реактора к турби­ нам. Принципиальная схема получения электроэнергии на АЭС не отличается от тепловых, а это и накладывает

тепла в электричество.

Улучшение технико-экономических показателей атом­ ных станций должно идти по пути освоения наиболее эффективных технологических схем и максимально

37

полного использования ядерного горючего, чтобы резко повысить коэффициент полезного действия станции. Вместе с тем необходимо снизить стоимость строи­ тельства АЗС, которая неизменно влияет на стои­ мость киловатт-часа электроэнергии. Сейчас цена «ядер­ ного электричества» взвинчена главным образом из-за того, что приходится изготовлять уникальные единичные экземпляры специального оборудования. Серийный вы­ пуск такого оборудования избавит АЗС от лишнего пере­ расхода средств.

Нельзя забывать и о топливных ресурсах для атом­ ных электростанций. Это не только расширение запасов и добычи природных материалов — урана и тория,, но и широкое применение реакторов-размножителей, которые обеспечат АЭС вторичным ядерным горючим — плуто­ нием.

Таким образом, программу развития атомной энерге­ тики следует разделить на два этапа: первые несколько лет — создание атомных электростанций с новыми типа­ ми реакторов для отбора наиболее технически совершен­ ных и экономически выгодных, в дальнейшем — массовое строительство промышленных атомных электростанций.

Тайна газовой струи

Что. бы вы сказали, если бы из десяти купленных ва­ ми яблок шесть пришлось выкинуть? Вы потребовали бы жалобную книгу и гневно 'обвинили торговых работников в недобросовестности. - -

Приблизительно в положении такого покупателя, на­ ходятся и наши энергетики, только обвинять в «недобро­ совестности» им приходится самих себя. Сколько они ни бьются, чего только.не выдумывают, а повысить коэффи­ циент полезного действия существующих тепловых элек­

38

тростанций не могут. 40—45 процентов — это предел, к которому стремится инженеры. Так и получается, что «шесть яблок» обязательно приходится выбрасывать.

Сейчас iy пас четырехстадийная система получения электроэнергии. Химическую мы превращаем в тепло­ вую, тепловую — в механическую и только потом меха­ ническую— в электрическую. Это привычная для всех схема: топка— котел—паровая турбина—генератор. Но в этом привычном и кроется корень зла.

Маловероятно, что будет открыт более совершенный вид энергии, чем электрическая, так как она легко пре­ образуется в свет, тепло, механическое движение и дру­ гие виды энергии. Потери при этих преобразованиях не­ велики, и поэтому с ними можно смириться. Следова­ тельно, в схеме топка—котел—паровая турбина—генера­ тор последнее звено останется незыблемым. Изменяться должны другие...

В существующих тепловых электростанциях коэффи­ циент полезного действия достигает 30—35 процентов. Предел желания энергетиков, как уже говорилось, — по­ высить его хотя бы на 10 процентов. Почему инженеры готовы довольствоваться малым? Дело в том, что тепло­ вая энергия не может дать нам большего коэффициен­ та полезного действия, так как она качественно ниже хи­ мической, механической и электрической. Тепловая энер­ гия в данной схеме не может преобразовываться в другие виды энергии без больших потерь. Получается некий за­ колдованный круг: «лучшую», если можно так выразить­ ся, химическую энергию мы прекращаем в «худшую» тепловую, из которой вновь добиваемся «лучшей». Это напоминает незадачливого шофера-любителя, который, купив себе «Москвича», прикрепил к нему оглобли, впряг в них коня и пытается ездить со скоростью сто километ­ ров в час.

39

Система топка—котел—турбина—генератор нуждает­ ся в коренном изменении. Сейчас мыстоим на пороге не­ посредственного превращения тепловой и химической энергии в электрическую, минуя промежуточные стадии. Здесь будущее энергетики. Возможен .вариант полного исключения вращательного .движения, на котором осно­ вано сегодняшнее получение электроэнергии.

■ Если говорить о ближайших перспективах, то пальму первенства здесь следует отдать так называемому магнитогидродинамическому .методу получения электроэнер­ гии.

Принцип .работы обычного генератора известен даже школьнику: металлический проводник движется ,в магнит­ ном поле, и по нему идет ток. Магнитогидродинамический генератор отличается тем, что через магнитное поле про­ пускается струя ионизированного газа (так называемая плазма, то есть «смесь» не связанных между собой ядер и электронов), обладающего большой электропроводно­ стью. В газе под действием магнитного поля возникает электрический ток, который отводится при помощи элек­ тродов.

Это принцип. А теперь представим себе МГД-установ-

ку‘ В топке сжигается дешевое топливо. Продукты сгора­ ния нагреваются до очень высокой температуры, порядка 2500—3000 градусов. Газ становится слабоионизиро,ван­ ной плазмой, которая через сопло подается в МГД-гене- ратор.

Скорость струи газа достигает нескольких тысяч мет­ ров в .секунду. Плазма пролетает сквозь мощное магнит­ ное поле, пересекая магнитные силовые линии. Электро­ ны, которые под действием высокой температуры покину­ ли ядра и стали свободными, начинают двигаться строго в одном направлении. На выходе из камеры газ «подсте-

40

регаюг» два электрода, через которые и идет электриче­ ский ток.

Пройдя МГД-генератор, газ имеет очень высокую тем­ пературу и (большой запас энергии. Не использовать ее нельзя. И поэтому часть газа вновь (Возвращают к входу е установку и подогревают следующие «парнии» топлива, а другую часть направляют в обычную паросиловую уста­ новку, которая монтируется рядом с МГД-генератором. Таким образом, будущая магнитогидродинамическая электростанция — это органическое соединение МГД-ге- нератора и обыкновенной тепловой станции.

Новые станции будут чрезвычайно экономичны, ведь энергетическая способность топлива используется в них почти полностью. Коэффициент полезного действия МГДстанций, по подсчетам специалистов, приблизится к 55— 60 процентам. Такой резкий скачок эффективности рабо­ ты электростанции позволит сохранить тысячи тайн угля, нефти и других видав природного топлива, добыча кото­ рых обходится очень дорого. Притом стоимость МГДстанций не будет превышать обычных тепловых...

На первый взгляд магнитогидродинамическая уста­ новка довольно проста. Некоторые горячие головы могут оказать: надо делать такие станции, а не писать о них. Что ж, замечание правильное, однако осуществить такую установку в (настоящее время невозможно.

Недавно в США был построен МГД-генератор мощ­ ностью 10 киловатт. (На испытаниях, как сообщает зару­ бежная печать, он проработал всего несколько секунд. Температура в нем достигала 3000 градусов, и материалы, из которых генератор был сделан, не выдержали и рас­ плавились.

Решение проблемы создания МГД-тенераторов сейчас упирается в отоутствие термостойких материалов. Здесь необычайные возможности для различных исследований,

41

и «аши ученые настойчиво ищут новые сплавы, которые могли бы сопротивляться таким температурам. Это напо­ минает поиски иголки в стоге сена при твердой уверенно­ сти, что такая иголка существует. Но, без сомнения, в ближайшие годы физики и металлурги представят в рас­ поряжение энергетиков такие материалы. И тогда появят­ ся первые промышленные образцы МГД-установак.

Но поиски термостойких материалов — это еще не все. Необходимо создать и очень устойчивую ионизацию газа. Однако вторая проблема может решиться только после получения новых материалов. Стойкий к высокой темпе­ ратуре корпус МГД-генератора позволит ученым после непродолжительных исследований найти устойчивый и наиболее выгодный режим работы установки...

Машинным генераторам, основанным на вращатель­ ном движении и длительных преобразованиях химиче­ ской энергии топлива в электрическую, в будущем, види­ мо, тоже придется основательно потесниться и уступить место своему младшему собрату — магнитагидродинамическому генератору. Много задач предстоит решить ученым и инженерам, прежде чем МГД-установка будет работать с высокой эффективностью, прежде чем она по­ лучит промышленное крещение.

Вторая молодость «пенсионера»

Длинные ряды трансформаторов. Колеблются стрелки вольтметров и амперметров на щите управления. Неуже­ ли это электростанция? Но почему мы не слышим работы турбин?

Наверху ярко вспыхивает красная лампочка: где-то во втором ряду трансформаторов случилась авария, тре­ буется вмешательство человека. На пункте аварийной помощи, который находится в нескольких километрах от

4й

станции, раздается резкий звонок — это сработала систе­ ма предупреждения. Через несколько минут бригада электриков отправляется на станцию.

Инженер включает телевизионный экран и начинает внимательно присматриваться к хитроумному 'переплете­ нию .'проводов и каких-то ттолуфантаотических сооруже­ ний, которые напоминают щупальцы опрута.

— Там, глубоко под землей, — поясняет он, — на­ ходятся наши агрегаты, — топливные блоки. Так как они работают бесшумно, мы не слышим привычного пула турбин. Топливные блоки очень просты в работе, и нам удалось полностью автоматизировать электростанцию. Только на диспетчерском пункте энергетической системы оператор контролирует подачу горючего в ванны сгора­ ния. Почему ванны? Да потому, что под землей соору­ жены огромные резервуары, наполненные специальным раствором.

Эти резервуары напоминают гальванические элемен­ ты, которые были незаменимы в прошлом веке. Сейчас они начинают вторую жизнь. Работы ученых в области непосредственного преобразования тепловой энергии в электрическую натолкнули на мысль, что принцип дейст­ вия гальванического элемента позволит отказаться на электростанции от турбин и котлов. И вот первая такая электростанция построена. Ее мощность два миллиона киловатт. Она начала работать 26 августа 197... 'года.

...Сейчас, когда на страницах газет крупнейшие совет­ ские ученые рассказывают о перспективах энергетики, они неизменно говорят о топливных элементах. Это объ­ ясняется тем, что в их лабораториях уже получены не­ которые результаты, позволяющие делать вывод, что электростанции, подобные только что описанной, 'По­ явятся. Правда, сегодня трудно назвать точно срок, когда мы приступим к их строительству, но такой день придет.

43