Текст книги "Занимательно об энергетике"

Автор книги: Юрий Чирков

сообщить о нарушении

Текущая страница: 5 (всего у книги 13 страниц)

ГЛАВА 4
ДИНОЗАВРЫ ЭНЕРГЕТИКИ?

Скажи, как ты используешь топливо, и я скажу – в каком веке ты живешь!

Примерно сто миллионов лет назад, в мезозойскую эру, лик Земли был иным.

В это первое великое сплошное лето жизни Земля была покрыта роскошной, сочной растительностью тропиков. Среди оранжерейной флоры бродили сказочные звери. Самыми удивительными среди них были динозавры (буквально: «удивительные, необыкновенные, ужасные ящеры»; название 140 лет назад предложил знаменитый английский палеонтолог Р. Оуэн) – одна из самых разнообразных и загадочных групп рептилий, или пресмыкающихся.

Внешний облик динозавров подчас кажется фантастическим – настолько они непохожи на известных нам животных. Но, пожалуй, больше всего поражает их громадный рост.

То были гиганты с телом длиной до 25 метров и более. Подобная махина могла бы запросто перегородить улицу Горького в Москве или, скажем, Калининский проспект. Динозавр мог свободно заглянуть в окно 5-го этажа...

Развитие гигантизма у хищных динозавров («ящер-разбойник» тиранозавр и другие), по-видимому, было связано с параллельным развитием гигантизма и у растительноядных динозавров – этой пищи хищников.

Для хищников крупный размер означал возможность большой добычи так же, как для растительноядных животных крупный размер был одной из форм защиты от хищников.

Так и началось (а пищи в ту пору был вдоволь!) это соревнование в росте, хотя, конечно, всегда был какой-то предел, определявшийся комплексом биохимических и физиологических закономерностей.

Но вот климат начал меняться, суроветь. И к началу кайнозойской эры (тому 70 миллионов лет, в этой эре живем и мы, люди, уже один миллион лет) произошло «великое вымирание» динозавров: они исчезли. Причины вымирания и сейчас до конца не ясны. Динозавров, видимо, убил холод, но почему им не удалось приспособиться к новым условиям? Почему, скажем, уцелели крокодилы, жившие одновременно и рядом с динозаврами?

На это есть особая теория ортогенеза, или прямолинейной эволюции: эволюция видов по предопределенному прямому пути, направление которой не зависит от естественного отбора.

Согласно этой теории динозавры были тупиком в эволюции, поскольку эволюционный механизм, приводивший к выживанию наиболее крупных животных, вместе с тем закрывал путь для их дальнейшего совершенствования.

Читатель вправе спросить: а какое все это имеет отношение к энергетике? Где они – динозавры энергетики? Что это за странная аналогия?..

Вопросы справедливые – на них нужно отвечать.

Энергетическое похолодание

Вряд ли можно утверждать, что еще вчера на планете царил «энергетический мезозой», но сравнительно недавно имелась масса неиспользованных возможностей и ресурсов, казалось, неисчерпаемых для развития общества.

Экологических и прочих ограничений для научно-технического прогресса было немного. Во всяком случае, эти проблемы не волновали человечество. И, как следствие, энергетика землян была энергетикой расточительной. Потребление энергии неуклонно росло, но геологи открывали все новые и новые кладовые нефти и природного газа. Но аппетит человечества рос стремительно, и сегодня энергетический рай грозит стать энергетическим адом. И теперь за рубежом нередко высказываются (чаще всего спекулятивные и антинаучные) пророчества о наступлении Энергетического Судного Дня человечества. Во всяком случае, получает все большее распространение концепция так называемого «нулевого роста» в производстве энергии на душу населения.

Многие специалисты (в том числе и советские) считают, что рост потребления энергоресурсов уже в ближайшем будущем будет идти медленнее, чем в последние десятилетия, а затем, вероятно в конце XXI века, постепенное замедление роста приведет к практически постоянному уровню мирового потребления энергоресурсов. Еще недавно идею нулевого роста встречали, как некогда приверженцы системы Птолемея встретили теорию Коперника. «Традиционалисты» объявили подобные мысли необоснованными, а высказывающих их ученых – некомпетентными.

Однако число сторонников нового взгляда на развитие энергетики растет. В августе 1979 года школа бизнеса Гарвардского университета, далеко не чуждая интересам деловых кругов США, дала «благословение» экономии энергии.

Свой отчет, озаглавленный «Будущее энергетики», авторы заключили следующими слешами: «Соединенные Штаты способны потреблять на 30—40 процентов меньше энергии, чем сейчас, без каких-либо неблагоприятных последствий для образа жизни американцев. Наоборот, будут сэкономлены миллиарды долларов, меньше бремени ляжет на окружающую среду, воздух будет меньше загрязняться, уменьшится растущая и тревожащая зависимость от нефти ОПЕК, и общество меньше будет страдать от внутреннего и внешнего напряжения».И все же удивительно! Еще недавно энергетики утверждали: пусть нефти мало, да, ее хватит лишь на десятки лет, но угля – уже на сотни, а энергии атомного ядра – на тысячелетия. Природные запасы энергии практически бесконечны. Так в чем же дело? Нет ли здесь противоречия? Оказывается, нет. Оказывается, природные запасы энергии и энергетические ресурсы – это не одно и то же. Тут в дело вступают экономические соображения. Они-то и ограничивают энергетические ресурсы Прежде всего растут затраты на поиск и разработку энергоресурсов и материалов, на преобразование, транспорт и использование энергии. Не последнюю роль играют тут экологические ограничения. Важно принять в расчет и то, что сроки создания и освоения новых, как правило, более сложных и дорогостоящих энергетических технологий и отраслей велики – они исчисляются десятками лет. Огромны также затраты на доведение новых энергетических технологий до степени технической и экономической зрелости. И получается: возможности человека далеко не безграничны, как это может показаться с первого взгляда. Известна, говорят некоторые специалисты, экономическая закономерность: чем выше комфорт, тем дороже он обходится. Та же связь в производстве и потреблении электроэнергии: за потребление весьма удобного и исключительно комфортного вида энергии мы платим при его производстве довольно дорогой и всевозрастающей эколого-экономической ценой.

Проблемы экономии энергии обсуждают члены многих американских обществ. «Союз встревоженных ученых» – организация, объединяющая поборников охраны окружающей среды, «Друзья Земли» – тут изучается экономика энергоресуров, и так далее.

Они говорят: «Экономия обходится вовсе не дешево – просто это дешевле, чем не экономить». И еще: «Экономить куда дешевле, чем строить новые электростанции».

Ну' что ж: на протяжении своей истории человечество множество раз меняло взгляды и привычки, в зависимости от наличия или недостатка того или иного природного ресурса.

Видимо, в будущем нам придется менять свою энергопотребительскую психологию и привычки. Кто знает, может быть, скоро модными станут, как в старину, вечера при стеариновых свечах...

Пока же, если по-прежнему говорить о США, американцы пересаживаются в малолитражные автомобили (они экономнее тратят бензин), улучшают теплоизоляцию в домах, рационализируют (с точки зрения энергетики) технологические процессы и предусматривают в проектах зданий средства для отражения солнечных лучей летом и сбора солнечной энергии зимой. Полагают, что новые небоскребы, которые там сейчас строят, смогут обеспечить комфорт не хуже, чем здания, проектировавшиеся в 60-х годах, но – и это главное! – при вдвое меньших затратах энергии. Среди прочих нововведений в них предусмотрено вторичное использование отработанного тепла компьютеров, ламп освещения и даже тел обитателей! Этих бесценных калорий, которыми когда-то так пренебрегали, хотя бойлеры в котельных не уставали пожирать топливо для их возмещения.

И при социализме

Цена нефти на мировом рынке за последние годы многократно возросла. В богатейших капиталистических странах мира три миллиона человек лишились работы только по причинам энергетического кризиса.

Но мы, люди иного социального строя, не платим дороже за электроэнергию, отопление или за билет в автобусе. И никого это не удивляет. Мы родились при социализме и не можем себе представить, чтобы нас не защитили от любых ударов такого рода.

У нас нет кризиса. Но это не означает, что энергию можно беззаботно транжирить. Тут следует напомнить, чего стоит добыча каждой тонны нефти, каждого кубометра газа там, среди болот, тайги и тундры, на мерзлоте.

Освоение Западной Сибири зовется подвигом не зря. Добывать нефть на тюменской земле – совсем не то, что в Баку и Поволжье. Еще не раз будут писать о подвигах тех, кто добывает нам нефть, уголь и газ. Но никому не придет в голову сочинить оду экономии электроэнергии или, скажем, написать об этом рассказ.

А ведь простое рассуждение показывает: гораздо выгоднее уменьшить расход топлива на тонну, чем на ту же тонну увеличивать ее добычу. Хотя бы потому, что эту тонну невозобновимого природного горючего мы сохраним!

Так что тема экономии энергии вполне достойна пера поэта или прозаика. Нет героизма? Борьбы? Преодоления трудностей? А вот и ошибка: помех и трудностей тут сколько угодно.

Экономия энергии дается гораздо труднее, чем рост энергодобычи. Ведь нужно «перековать» психологию потребительства – а потребители все! (Не то, что добыча энергии – этим делом занимаются немногие.)

Люди никогда не отличались единством взглядов, но в вопросах экономии энергии требуется единодушие. Такое же, как у пассажиров, едущих на одном корабле. Как будет решена проблема экономии энергии, как удастся изменить людскую психологию, сделать экономность непреходящей модой, привить к этому делу вкус. – сказать сейчас трудно. А пока?

Пока в социалистических странах принимаются простые и конкретные меры.

По расчетам ученых, превышение установленной в помещении температуры на 1 градус увеличивает расход энергии на отопление на 3—5 процентов. Поэтому постановлением Совета Министров ГДР введены нормы отопления для зданий разного назначения. Для квартир норма – 19—21 градус. Ночью подача тепла в дома уменьшается.

Другая возможность экономии – сдвигать, сообразуясь с сезоном, ритм жизни людей (время работы, отдыха).

В Чехословакии обычное время начала утренней смены – 6—7 часов, учреждения работают с 7—8-ми. В 6—7 открываются продовольственные магазины.

В ГДР с 1980 года введено «летнее время»: с 6 апреля по 28 сентября все часы переводятся на час вперед. Это ведь и здоровее: пользоваться солнечным светом вместо электрического. А экономия немалая. Четыре таких электростанции, какой станет по проекту Саяно-Шушенская, надо пустить на полную мощность, чтобы в наших квартирах зажглись лампочки по скромной норме – 100 ватт на человека.

В нашей стране, с ее громадными размерами, одним простым переводом часов по сезону не обойдешься. Ведь когда в Москве полночь, во Владивостоке начинается рабочий день.

Более действенная мера – собрать по возможности всю энергию страны, так сказать, в один кулак и, умело маневрируя ею, бороться за экономию.

Такое централизованное энергоснабжение осуществляет Единая энергосистема страны (ЕЭС СССР). Это крупнейшее в мире энергообъединение: оно простирается на территории 7 часовых поясов, охватывая более 700 электростанций общей мощностью свыше 210 миллионов киловатт.

Более того: в ЕЭС СССР на параллельную работу соединены Монголия, а также объединенные энергосистемы Болгарии, Венгрии, ГДР, Польши, Румынии и Чехословакии. Это первый этап образования гигантского энергообъединения социалистических стран общей мощностью около 300 миллионов киловатт.

Кроме того, из ЕЭС СССР электроэнергию получают Финляндия, Норвегия и Турция.

Хозяйство большое и сложное. Организовать такую работу непросто. Но и результат ощутим: уже сегодня ЕЭС СССР выигрывает до 12 миллионов киловатт энергетических мощностей лишь от использования ее маневренных возможностей. Распределение мощного потока энергии, контроль за ним осуществляются из одного пункта – центрального диспетчерского управления (ЦДУ). В ЦДУ всегда знают, какая из телевизионных программ самая популярная. Когда разом включаются все телевизоры нашей страны, надо включить не менее двух Братских ГЭС...

Конечно, в странах СЭВ проводятся и более простые средства экономии энергии. Вот некоторые из них. В Польше для экономии бензина скорость движения автотранспорта на дорогах ограничена. То же сделано и в ГДР. По оценкам, в масштабах ГДР это даст экономию 70 миллионов литров горючего в год. В Польше, кроме того, ограничена и мощность двигателей легковых автомобилей.

Во всех европейских социалистических странах не раз за последние годы повышались розничные цены на бензин.

В Болгарии цена теперь 1 лев за литр – это примерно 1 рубль 10 копеек. Думаете, частники покупают «левый» бензин у шоферов государственных машин? Нет. Бензин для общественных машин подкрашивают. И если автоинспекция обнаружит подкрашенный бензин в бензобаке личной машины, ее тут же конфискуют. А шофера, пойманного на продаже государственного бензина, увольняют с потерей права вождения машины на три года.

В Болгарии же введены ограничения на движение слабо загруженных автомашин и автобусов, легковых служебных машин. Запрещено использование персональных служебных машин в нерабочие дни, кроме поездок для служебных целей с разрешения руководителя.

В Венгрии с января 1981 года в панельных зданиях будет использоваться более толстый слой теплоизоляционного материала. Каждые 10 кубометров такого материала экономят энергию, эквивалентную 1 тонне нефти в год.

Список энергонововведений, экономящих калории и топливо, можно было бы продолжить. (Штрафы за растрату энергии – разбавление бензина водой: бензин, оказывается, в присутствии воды сгорает лучше...) Но полезнее осознать и запомнить простую истину.

Время – это не только деньги, как мы привыкли повторять Ибо в этой пословице ценность времени выражена все-таки недостаточно хлестко. Время – это энергия. Как показывает последний опыт человечества, энергию, как и время, часто не купишь ни за какие деньги.

Телега с восьмицилиндровым двигателем

До сих пор мы рассуждали об экономии уже готовой энергии. Ну а ее получение – насколько эффективны подобные процессы? Насколько рационально используются еще остающиеся в земных закромах органические топлива? Увы, картина тут не очень отрадная.

Костяк современной нашей энергетики – тепловые паротурбинные электростанции – ТЭС. Они работают на угле, нефти, газе, мазуте. Система превращения топлива в электрическую энергию, на которой основаны ТЭС, многоступенчата. Тепло сгорающего топлива нагревает воду в котле, вода превращается в пар высокого давления, пар приводит в движение огромную турбину, которая, в свою очередь, передает вращение на ротор электрического генератора, находящегося в сильном магнитном поле. От этого движения в медных обмотках ротора и возникает электрический ток.

Громоздко, многоступенчато, а значит, и не без потерь. Но современные электростанции создавались во времена, когда считалось, что запасы топлива на Земле практически неисчерпаемы. Не имело особого значения, сколько его будет потрачено, лишь бы получить желаемое – электрический ток. Что и было достигнуто с высокой для тогдашнего положения степенью совершенства.

Sed alia tempora! (Иные времена!) Сейчас, в эпоху энергетического похолодания, когда калории стали считать, должны измениться и требования к ТЭС и другим поставщикам энергии. Эффективность превращения энергии должна поневоле стать в энергетике проблемой номер один.

Чем выше коэффициент полезного действия (КПД) энергетической установки – отношение полученной электроэнергии к теплотворной способности топлива (тому запасу энергии, которое в нем заключено), – тем меньше отходов, меньше загрязняется окружающая среда, меньше расход топлива.

Но ТЭС, говорят нам, доживают свой век. Уже и замена готова – атомные электростанции. У них, видно, все будет по-иному. И вновь увы! Промышленное освоение ядерной энергетики не привело и вряд ли приведет к сколько-нибудь кардинальному снижению расходов на производство электроэнергии. Цены энергии тепловой (ТЭС) и ядерной (АЭС) оказались примерно одинаковы.

В чем причина? В том, что нынешняя атомная и даже будущая термоядерная электростанции, по существу, тоже являются электростанциями тепловыми. Только в них топка парового котла (источник тепла) заменена ядерным или термоядерным реактором.

Но это значит: все недостатки, присущие паротурбинному способу (а его преимущественное использование сейчас и в предвидимом будущем, видимо, сохранится) преобразования тепла в электроэнергию, останутся.

И хотя одни недостатки, связанные со сжиганием органического топлива (например, выбросы золы и вредных газов в атмосферу) устраняются, появляются новые. И борьба с ними или сведение к минимуму их действия (скажем, проблема радиации на АЭС) требуют значительных усилий, затрат и времени.

Создавшуюся ситуацию очень хлестко охарактеризовал известный популяризатор науки профессор А. Китайгородский. «Пусть простят меня технологи, – пишет он, – но сегодняшняя атомная электростанция напоминает мне телегу, которую движет великолепный восьмицилиндровый двигатель.

«Порок» современной атомной электростанции заключается в том, что мы еще не умеем преобразовывать энергию атомного ядра непосредственно в электрическую. Приходится сначала получать тепло, а затем превращать его в движение теми же дедовскими способами, которые существуют с момента изобретения паровой машины. Из-за этого невысок и коэффициент полезного действия атомной электростанции. И хотя это является общим дефектом всех тепловых станций, но все-таки досадно, что проблема отъема тепла и из ядерного реактора должна решаться громоздкими, технически несовершенными средствами.

Не это ли является причиной того, что доля энергии, которую дает расщепленный атом, в общем энергетическом балансе измеряется всего несколькими процентами? Это несмотря на то, что атомная техника существует уже 35 лет!»

Карно

Чтобы отчетливо понять настоящее, полезно сделать временной (исторический) разбег. Сейчас стоило бы поговорить о том, отчего тепловые машины столь несовершенны. Что это? Недоделки, недоработки инженеров? Или, напротив, фундаментальный принцип, перешагнуть который нельзя?

И тут нам трудно обойти молчанием, не помянуть имени Карно.

Карно (1796—1832), французский физик, сын Л. Карно (крупного государственного и военного деятеля эпохи французской революции и времен Наполеона I). Шестнадцати лет Карно поступил в Политехническую школу, окончил ее через два года и получил назначение в инженерные войска. С большим рвением занимался он делами, далекими от военного: математикой, физикой, химией, биологией, политэкономией, музыкой. Видимо, поэтому в 1828 году Карно оставил военную службу. За всю свою жизнь он опубликовал лишь одно, но гениальное произведение: «Размышления о движущей силе огня и о машинах, способных развивать эту силу». 1824 год. Это был, по существу, пролог новой важной науки – термодинамики (хотя Карно ошибочно рассматривал теплоту как некоторую невесомую жидкость – теплород). Можно только гадать, как много мог дать науке гений Карно, ибо он скончался в возрасте 36 лет во время эпидемии холеры.

Паровую машину, прабабушку всех ТЭС и ГРЭС, изобрел, как известно, англичанин Д. Уатт. В 1769 году он получил английский патент № 013, где уже были изложены почти все его основные идеи.

Первые паровые машины были крайне несовершенны. Во времена Карно их коэффициент полезного действия – та часть энергии, выделяющейся при сжигании топлива, которая реально могла пойти в дело, на совершение полезной работы, – составлял лишь от 5 до 7 процентов. Это значило, что от 93 до 95 процентов энергии тратилось впустую. Отчего так мал КПД тепловой машины? Можно ли его повысить? Где лежат пределы максимальной производительности железных помощников человека?

Все эти вопросы волновали военного инженера, сотрудника генерального штаба Франции Никола Леонарда Сади Карно. И он в своей книге дал на них точный и однозначный ответ.

Суть единственной работы Карно его потомки ухитрились ужать, уложить в одну-единственную формулу. Вот она:

ή = 1-Т2/Т1,

где ή – максимальный коэффициент полезного действия (теоретический, идеальный, выше этой величины уже невозможно подняться!) паровой (тепловой) машины, а Т1 и Т2 – максимальная и минимальная температуры тепловой машины: температура самой горячей ее точки (пар, нагретый газ) и самой холодной – соответственно на входе в машину и на выходе из нее.

Карно, несомненно, был одним из первых физиков-теоретиков. Он ставил вопрос в самой общей форме: «О получении движения из тепла». При анализе работы паровой машины он не учитывал никаких специфических свойств рабочего тела (пара) и самой паровой машины. Поэтому и выводы его универсальны: их можно распространить на любой тип тепловой машины – дизельного двигателя, турбины...

Любой агрегат, где тепловая энергия превращается з механическую (к примеру, в движение поршня при расширении нагретых газов), должен подчиняться ограничениям Карно. А теперь поиграем с цифрами. Взглянем на формулу Карно. В ней температуры Т1) и Т2 должны быть взяты в градусах Кельвина. (Напомним, что температура таяния льда – ноль градусов по Цельсию – есть плюс 273 градуса по Кельвину, а абсолютный ноль по Кельвину есть минус 273 градуса по Цельсию.)

Итак, глядя на формулу, мы видим, что все тепло удалось бы превратить в работу, если бы можно было получать на выходе из машины продукты, охлажденные до абсолютного нуля, то есть иметь Т2 = 0.

Увы, это невозможно. Минимум температуры задается окружающей нас средой: это, скажем, 20 градусов по Цельсию, или 293 по Кельвину. Вот и получается железный вывод: принципиально нельзя построить тепловую машину, в которой все тепло превращалось бы в работу.

Что же остается? Остается ради увеличения КПД в формуле Карно по возможности поднимать температуру Т1. Ведь при ее неограниченном увеличении, очевидно, КПД машин будет стремиться к 100 процентам! Но и тут нас ждет разочарование.

В современных паротурбинных (на смену паровым машинам Уатта лет через сто пришли более совершенные турбины) блоках тепловых и атомных электростанций температура водяного пара не превышает 600 градусов Цельсия. Или 873 градуса Кельвина. И получается, что идеальный КПД для этих установок есть

873 – 293/873 = 0,6 (60%).

Но 60 процентов – это оценка сверху! Реальные цифры оказываются значительно меньше. Их можно получить не по Карно, а из цикла Ренкина.

Куда теряется 60—70 процентов первоначально извлеченных (скрытых в топливе) запасов энергии? О, тут масса лазеек! Трудно добиться полного сгорания топлива, достичь полного охлаждения горячих газов. Часть энергии уходит на трение и необратимый переход тепла. И так далее.

Вот и результат: для современных поршневых паровых машин и двигателей внутреннего сгорания реальный КПД не превышает 30 процентов, а для более совершенных устройств – паровых и газовых турбин – 40 процентов. Следует еще раз подчеркнуть, что цифра эта вряд ли изменится в будущем. За два века изобретатели и инженеры «выжали» из тепловых машин все! И их КПД достиг предела.

Вот почему с таким энтузиазмом были, например, приняты работы по созданию МГД-генераторов. Ведь в них поток горячей плазмы нагрет до 2500—3000 градусов Цельсия. Температура Т1 в формуле Карно резко возрастает!

Но опять неувязка! Одновременно в этих устройствах растет и температура Т2: плазма на выходе из магнитогидродинамического генератора все еще остается очень горячей (те же тысячи градусов). Поэтому МГД-генераторы могут эффективно работать лишь в сочетании с обычной паротурбинной установкой.

И суммарный выигрыш в КПД оказывается не таким уж великим. Удается достичь лишь цифры в 50 процентов. (Со временем исследователи, работающие над усовершенствованием МГД-установок, надеются получить показатели повыше: 60 процентов.)

Однако будем справедливы: и этот вроде бы небольшой привесок в 10 процентов (от 40 до 50) в масштабе, скажем, такой страны, как наша, дает колоссальный прирост энергии Если бы все ГРЭС СССР удалось перевести на МГД-метод, то был бы достигнут громадный экономический эффект.

Гигантизм поневоле

Сто лет назад изобретатель электрического освещения П. Яблочков мечтал о времени, когда электричество будут вырабатывать на особых «фабриках» и затем распределять по домам подобно тому, как водопровод распределяет воду.

Эти фабрики электричества – ТЭС, ГРЭС, АЭС – уже построены и становятся все мощнее.

Огромный зал Чудовищной величины узлы монтируемой турбины и маленькие фигурки людей, собирающих эту махину.

Современные ТЭС – с чем сравнить эти колоссы? С мамонтом, динозавром?.. Отчего эти железные «звери» энергетики, пожирающие астрономические количества угля и нефти, становятся с каждым годом все крупнее? Оправдывается ли тяга к гигантизму?

У нас в стране в 1913 году единичная мощность турбоагрегата составляла всего лишь 500 киловатт. Через 40 лет на Черепетской ГРЭС был уже пущен турбоагрегат мощностью 150 тысяч киловатт.

А за последние 20 лет единичная мощность турбогенератора возросла с 200 до 1200 мегаватт (1200 тысяч киловатт).

Машины стали столь крупными, что возникла проблема: как перевозить их по железной дороге? Проектировщики вынуждены «вписывать» все более мощные турбогенераторы в практически неизменный объем.

О размерах энергоагрегатов говорят хотя бы следующие цифры. Для размещения уникального энергоблока-гиганта мощностью 1200 тысяч киловатт на Костромской ГРЭС пришлось возвести машинный зал длиной свыше 80 метров и высотой, равной 15-этажному дому!

От ГРЭС не отстают и атомные гиганты. Так, корпус третьего энергоблока Белоярской АЭС взметнулся ввысь на 60 метров!

Что дает гигантизм? Прежде всего более высокие значения КПД.

Вспомним формулу Карно. Поднять температуру пара (Т1) можно, повышая его давление. Но внедрение агрегатов с высокими параметрами пара немыслимо без резкого увеличения их мощности.

В 20-х годах нашего века температура пара не превышала 350 градусов (по Цельсию) при давлении до 15 атмосфер. Сейчас же на современных электростанциях температура пара уже достигает 500—600 градусов, а давление – нескольких сот атмосфер.

Пробиться к более высоким показателям трудно. Мешает «тепловой барьер». При таких громадных давлениях и температурах паропроводящая труба будет нагреваться до свечения.

Нужны особые теплоустойчивые сплавы. Тут не годится даже металл, идущий на двигатели реактивных самолетов и ракет. В этих двигателях он работает при температуре около тысячи градусов всего лишь 100– 200 часов, а в турбинах и котлах электростанций он должен выдерживать 600—700 градусов уже 100 тысяч и более часов!

Итак, энергетические гиганты требуют миллионы тони высокожаропрочных специальных сплавов. Но стоимость материалов, способных сохранить работоспособность в таких трудных условиях – влажность, высокие температуры, высокие скорости вращения – сегодня непомерно велика.

Это и ограничивает максимальный КПД ТЭС цифрой в 40 процентов. И если в начале тридцатых годов перспективы развития энергетики многие связывали с использованием высоких давлений, то теперь так не думают.

Однако гигантизм энергетических машин привлекателен еще и по другим причинам. Полезно сопоставить технико-экономические показатели ТЭС различной мощности. При увеличении мощности станции с 200 до 1200 мегаватт стоимость одного киловатта мощности снижается со 150 до 80 рублей. Численность обслуживающего персонала на каждую тысячу киловатт, или так называемой «штатный коэффициент», уменьшается с 4 до 0,5 человека. Почти вдвое сокращается удельный объем главного корпуса станции: число кубометров здания, приходящееся на один киловатт установленной мощности.

Давно подсчитано: на изготовление агрегата мощностью в 300 тысяч киловатт затрачивается в полтора раза меньше труда, нежели на изготовление трех турбин по 100 тысяч киловатт каждая. Еще пример: при одинаковых затратах металла и труда и при равноценной экономичности можно построить три агрегата по 500 тысяч киловатт вместо четырех агрегатов по 300 тысяч киловатт, выиграв, таким образом, производительность целого агрегата.

Эти и другие доводы и вынуждают энергетиков строить все более и более мощные фабрики энергии. Но есть ли пределы гигантизма?

Недавно в ленинградском объединении «Электросила» был изготовлен самый мощный в мире двухполюсный турбогенератор на 1200 мегаватт со скоростью вращения ротора 3000 оборотов в минуту.

Специалисты считают: видимо, предельные мощности турбогенератора – 2500 мегаватт (3000 оборотов в минуту).

Напряженность механических конструкций возрастет настолько, что центробежные силы разорвут узлы даже из самой прочной стали. Понадобятся непомерно большие роторы.

Но, прибавляют те же специалисты (ведущий среди них академик И. Глебов), более мощные машины все же возможны, но они будут работать уже на других физических принципах. С использованием сверхпроводимости.

Специалисты обещают создать промышленные криотурбогенераторы мощностью в 3000 мегаватт на рубеже нового века.

Так что соревнование исполинов энергетики в силе и размерах продолжается!

Баллада о паровозе и ящере

Жил-был паровоз. Когда-то он был маленький и только еще учился ходить.

Изобретатели пытались поставить его на ноги в буквальном смысле слова. История техники знает несколько моделей паровозов, снабженных ногами. Ведь паровоз вроде бы должен был заменить лошадь...

Паровоз рос, мужал, вошел в моду. Но и тогда, когда он был в зените славы, находились люди, скептически смотревшие на могучего красавца. Они говорили:

– Со странным чувством смотрю я на эту машину. Испытываю такие же ощущения, как если бы мне пришлось видеть мамонтов и знать, что скоро они все до единого вымрут. И только в слоях вечной мерзлоты (читай: в музеях истории техники) будут изредка встречаться их поросшие рыжим волосом огромные туши (огромные железные тела, в которых давно погас огонь)...

Ученые еще спорят, кто извел мамонтов, но почему исчез паровоз, тут нет разногласий. Он, оказывается, ел за десятерых, а работал вполсилы. И человек отказался от него.

Из каждого килограмма угля, что поедал бедолага-паровоз, на пользу ему шло всего-навсего 70—80 граммов. Другими словами, лишь 7—8 процентов энергии топлива шло в дело, остальное вместе с дымом вылетало в трубу.

Паровоз сменили тепловозы, вооруженные уже не паровой машиной, а двигателем внутреннего сгорания. Главным достоинством тепловоза был его КПД – 28 процентов