С каждым годом все большую роль в общем балансе энергетики играют атомные электростанции — АЭС. Строго говоря, это те же тепловые, только с другим котлом и работающие на ином топливе. Сегодня хорошо известно, что ядерные реакторы бывают двух типов: на медленных (тепловых) нейтронах и на быстрых. Последние еще называют реакторами-размножителями, или бридерами. В них при переработке ядерного горючего одного вида накапливается еще большее количество новых делящихся материалов. Применение реакторов на быстрых нейтронах, естественно, выгоднее, и потому будущее промышленных установок для АЭС за ними.
Если говорить о схеме атомной электростанции, то она распадается на две части: в одной — та же паровая турбина, электрический генератор, конденсатор, водяной насос — все, как в схеме уже известной нам тепловой электростанции. А вот другая часть резко отличается: пар производится в теплообменнике-парогенераторе или в самом реакторе за счет тепла ядерной реакции.
Первый крупный атомный реактор на быстрых нейтронах в нашей стране был запущен в 1973 году в городе Шевченко, на берегу Каспийского моря. Здесь большое количество тепла требуется для опреснения морской воды, и потому устройство такой станции было особенно целесообразно. Еще более крупный реактор такого же типа введен в действие на Белоярской АЭС имени И.В. Курчатова, на Урале. В нем на каждый килограмм «сгоревшего» ядерного топлива воспроизводится 1, 5-1, 6 килограмма нового, готового к дальнейшей работе.
Однако в основном пока что на АЭС используются энергетические реакторы на медленных нейтронах. Здесь рядом с ядерным топливом в активной зоне реактора должен размещаться замедлитель. 3десь же происходят ядерные реакции, сопровождаемые. выделением огромной энергии, быстрые нейтроны замедляются, и тепло отводится теплоносителем, который в следующей ступени передает свое тепло и превращает воду в пар.
Чем же лучше атомная электростанция обычной ТЭС? Прежде всего дело заключается в топливе. Знаете ли вы, сколько нужно топлива современной достаточно мощной теплоэлектростанции? Несколько железнодорожных составов в сутки! Кроме того, что надо привезти и выгрузить уголь, необходимо вывезти золу и шлак.
Сколько дополнительной работы, сколько испорченной земли! Чтобы добыть уголь, нужно вскрыть земную поверхность, устроить карьеры — незаживающие раны. Чтобы убрать золу, нужно засыпать бесплодными отходами опять же часть земной поверхности.
А что атомная электростанция? Одной заправки реактора ядерным топливом — плутонием и природным ураном — хватает ему больше чем на год работы. И никакой золы, никакого шлака.
Выработка электроэнергии — важнейшая задача современности, но не единственная. Растет потребность в промышленном и отопительном тепле, металлургическая и химическая промышленность с каждым годом требуют все больше энергии и тепла, В нашей стране на эти нужды расходуется до 3/4 всех добываемых горючих ископаемых. Атомное тепло могло бы здесь сыграть решающую роль. Представьте себе металлургию… Ведь это редкий случай, когда топливо и руда лежат в непосредственной близости друг от друга. Чаще их приходится куда-то доставлять. Насколько же огромная энергоемкость ядерного горючего снизила бы загрузку железных дорог! Кроме того, современный технологический процесс выплавки чугуна или стали с помощью сжигаемого органического топлива сопровождается немалыми выбросами в атмосферу углекислого газа и сернистого ангидрида. Технологическое тепло от ядерных реакторов освободит металлургические комбинаты отзолы в пыли, от копоти, загазованности, завесы пыли и дыма. Количество вредных отходов, отравляющих землю, воду и воздух, уменьшится в тысячи раз.
А ведь кроме заводов по выплавке чугуна и стали существуют энергоемкие производства, где получают алюминий, цинк, осуществляют крекинг и реформинг нефти и нефтепродуктов, синтез хлорвинила, этилена и аммиака.
Не менее важно внедрение атомной энергетики и в систему теплофикации городов, создание атомных электроцентралей — АТЭЦ и атомных станций теплоснабжения — ACT. Естественно, что при их постройке должны быть учтены дополнительные требования по безопасности населения и обеспечению радиоактивной чистоты на любых режимах работы реакторов. Ведь АТЭЦ и ACT будут сооружаться непосредственно в черте города.
Первые такие станции уже работают, обеспечивая теплом и электроэнергией дома. Особенно целесообразны они в отдаленных местах, лишенных дешевых транспортных путей, куда стоимость доставки топлива делает его поистине золотым, как, например, в северо-восточную часть Сибири.
Атомная энергетика в последние годы развивается особенно быстро. Сегодня общая мощность АЭС во всех странах еще не очень велика — она не превышает 100 миллионов киловатт. Но единичная мощность (электрическая) ядерных реакторов уже достигает 1 миллиона киловатт и больше, а в недалеком будущем она поднимается до 1, 5 и 2 миллионов киловатт, а может быть, будет и еще больше.
Принцип работы гидравлических электростанций (ГЭС) понятен, наверное, каждому. С незапамятных времен научились люди использовать энергию падающей воды и стали строить водяные колеса мельниц на реках, сооружая на равнинных участках плотины, чтобы получить разность уровней. Струи воды направлялись на плицы колеса, ударяли в них и заставляли крутиться все колесо, с которым был соединен жернов. Вот и вся конструкция.
По идее сегодня все то же самое. Только вода с верхнего уровня перетекает на нижний либо по специальным трубам — турбинным трубопроводам, либо движется по водоводам, проложенным прямо в теле плотины. Под напором струи приобретают большую скорость. С силой бьют они по лопастям гидротурбины, приводя ротор во вращение. На одном валу с ротором сидит электрогенератор. Та же мельница.
В 1980 году по заданию редакции журнала «Звезда» я побывал на строительстве крупнейшей гидроэлектростанции Советского Союза — Саяно-Шушенской ГЭС. Перед тем как лететь, познакомился вкратце с основными этапами развития энергосистем в этом регионе.
После пуска крупнейших в мире ГЭС — Братской и Красноярской, после завершения создания к 1963 году единой энергосистемы Сибири — от Омска до Улан-Удэ край получил возможность развивать промышленность, особенно энергоемкие производства.
К концу пятой пятилетки 8, 5 процентов всей установленной мощности гидростанций приходились на европейскую часть СССР и только 15 процентов — на азиатскую. В стране работало множество карликовых энергосистем, которые состояли из электростанций небольшой и средней мощности, раздельно обслуживающих близлежащие промышленные районы. Когда экономисты подсчитали затраты на их сооружение, выяснилось, что на те же капиталовложения можно было бы создать в 2 — 3 раза большую мощность, если бы строить гидростанции с более крупными агрегатами.
Еще одним резервом развития энергетики оказалось создание магистральных сетей сверхвысоких напряжений — для увеличения пропускной способности линий электропередач и перехода в будущем к Единой объединенной энергосистеме. Основой для объединения энергосистем Советского Союза стали в наше время линии с напряжением в 500 и 750 киловольт. Уже ведутся работы по повышению и этого напряжения до 1150 киловольт.
Помните какая была борьба в начале века за постояннный ток? Оказалось, что он имеет в ряде случаев немало преимуществ перед переменным, и в 1962-1965 годах была введена в эксплуатацию линия передачи постоянного тока на 800 киловольт — Волгоград — Донбасс длиной 493 километра. Начались разработки и проектирование двух таких же линий на 1500 киловольт (+/ — 750 кВ). Одна — Экибастуз — Тамбов длиной 2400 километров, воторая — из района Итата в Красноярском крае до Объединенной энергосистемы Юга протяженностью около 3500 километров!.
В 1970 году самая большая Единая энергетическая система европейской части СССР охватывала Зауралье и Закавказье. Она объединяла около 400 электростанций разного типа. Тут были тепловые конденсационные и теплофикационные, гидравлические… Их общая мощность превышала 50 миллионов киловатт. В то же время начинали развиваться и другие объединенные системы: в Центральной Сибири, Северном Казахстане, Средней Азии, в Забайкалье и на Дальнем Востоке. Крупнейшая из них — объединенная система Центральной Сибири включает Иркутскую, Красноярскую, Кузбасскую, Новосибирскую, Томскую, Омскую, Бурятскую и Барнаульскую энергетические системы. В ней будут работать не только такие гиганты, как Саяно-Шушенская ГЭС, но еще и целый куст тепловых электростанций, располагающихся непосредственно у мест добычи топлива.
О строительстве Саяно-Шушенской ГЭС немало писали. Но полное впечатление о грандиозности содеянного руками человека получаешь только тогда, когда видишь плотину своими глазами.
От ее подножия и до верхней кромки вполне уместятся два Исаакиевcких собора, поставленные друг на друга. Сравнение для ленинградцев достаточно наглядное. Две террасы идут вдоль всего тела плотины. По обеим ходят «БелАЗы». Снизу те, чта ползут по второму горизонту, кажутся божьими коровками, А ведь это машины, каждое колесо которых в рост человека.
Два лифта последовательно поднимают большую клеть. Сначала на первый горизонт, на первую террасу, потом на вторую. Но и это еще не все. Дальше предстоит взбираться по хлипким лесенкам-этажеркам, сваренным из тонного — металлического прута и окруженным узкими металлическими дугами безопасности.
Внизу тихо; а здесь, наверху, свистит, задувает ветер, прохватывая сквозь одежду. Тяжело хлопают полотнища брезентовых шатров — бригады плотников-бетонщиков работают в укрытиях. Иначе не выдержать: не людям — бетону…
Двумя могучими ступенями уходит вниз тело плотины. Клубится водяная пыль над водосбросами. Посреди потока на нижнем бьефе чуть выступает над водой вершина одинокой красной от сурика сваи. Это знаменитая отметка. Если воткнуть в нее ножку огромного циркуля и очертить дугу радиусом в 600 метров, то пройдет эта дуга как раз по гребню плотины. Выгнувшись навстречу течению плотина, как спиной, заткнула междугорье, подняла воду верхнего бьефа на 150 метров, затопила берега, и создала море.
Почему место для плотины выбрали именно здесь? От Шагонара в Туве и до выхода Енисея в Минусинскую котловину перепад высот больше 200 метров. Енисей течет, как в каньоне. Крутые берега сопок, поднимаются вверх без малого на километр. Вот тут-то, у старой заимки — Черемушки у Карлова створа, и заложили плотину. Произошло это в 1968 году. В журнале стройки мы прочли историческую запись: "12 сентября 1968 года началась отсыпка перемычек котлована первой очереди строительства Саяно-Шушенской ГЭС. Первую мраморную глыбу с надписью: «Идем на вы, Енисей!» — сбросил в реку победитель социалистического соревнования водитель Илья Васильевич Кожура… Почему "мраморную? Оказалось, тут мрамор вокруг. Целые горы мрамора. Да какого!
22 декабря 1980 года на стройке ГЭС состоялось большое торжество: вводился в действие пятый гидроагрегат. Чтобы представить себе это сооружение, приведу еще одно свидетельство из своей следующей поездки на строительство летом через год с лишним. Мы сидели в гостинице, когда мимо окон вверх по Енисею деловито пропыхтел буксир, толкая перед собой лихтер-баржу. На барже, перекрывая всю ее ширину, от борта к борту лежало колесо гидротурбины. Оно плыло сюда из Ленинграда, с Ленинградского Металлического завода, которому принадлежит ведущая роль в отечественном гидротурбостроении. Еще в 1928 году на заводе была организована гидротурбинная лаборатория со специальными стендами для экспериментальных исследований моделей мощных турбин.
При диаметре рабочего колеса турбины 6, 5 метра и при напоре воды, падающей с высоты в 194 метра, каждая гидротурбина будет развивать мощность примерно в 650 тысяч киловатт. Для сравнения напомню, что это мощность десяти Волховских гидростанций. Она сравнима со всей мощностью Днепрогэса.
Митинг шел прямо в машинном зале электростанции. Железобетонный каркас, постоянная крыша, а вот стены пока временные — из профилированных металлических листов. Но тепло и светло: Народу собралось много. Приехали гости, пресса, телевидение и кинохроника. Посредине круглая металлическая площадка размером чуть меньше цирковой арены. Это крышка колодца, в котором работает агрегат. На белом колпаке — выразительная цифра "5" и металлическая пластинка с надписью: «ЛМЗ — гидравлическая турбина, „Электросила“ — генератор трехфазного тока». Табличка означает содружество двух крупнейших ленинградских предприятий.
Строго говоря, пятый агрегат поставили под нагрузку еще вчера. Поэтому сегодня никакой особенной нервозности нет. К тому же ведь и не первый, а пятый…
Глубоко внизу крутится турбина. Ровное гудение доносится из колодца, служит фоном уверенности, солидности, что ли. Ведь десять Волховстроев в одном агрегате!
Советское энергомашиностроение уверенно лидирует в мире, ставя на серийное изготовление уникальные конструкции. Мощность и скорость вращения гидрогенераторов устанавливаются заводами — изготовителями гидротурбин и зависят от напора и расхода воды. Принципиально схема турбины и гидрогенератора за последние годы не изменилась, но каждая новая машина требует решения сложного комплекса технических проблем. Тут и усовершенствование компоновки гидрогенератора, и создание наиболее рациональной системы вентиляции и охлаждения, применение новой изоляции и новых типов обмоток, снижение добавочных потерь в зонах перегрева и многие другие вопросы. Например, одно время было никак не решить вопрос о нагрузке на пяту опорного подшипника-подпятника. Следовало так его сконструировать, чтобы он спокойно нес на себе нагрузку до 3500 тонн. В мире подобных аналогов не имелось. И снова выручила ленинградская «Электросила». В содружестве с инженерами производственного объединения «Уралэлектротяжмаш» был сконструирован оригинальный подпятник, обеспечивший спокойную работу гигантской машины.
Успехи гидрогенераторостроителей привели к тому, что наши заводы не только выполняют заказы по постройке машин на экспорт, но и производят разработку проектов для зарубежных предприятий. Мощное энергомашиностроение — ведущая отрасль советской промышленности.

Термояд
Управляемый термоядерный синтез — одна из ключевых проблем современной физики. А поскольку она тесным образом связана с энергетикой, то естественно предположить, что термоядерный синтез выдвигается на одно из первых мест среди нерешенных проблем НТР.
Ученые занимаются изучением условий управляемого термоядерного синтеза более 30 лет. Преодолено немало трудностей, многое стало понятно. И все-таки даже сегодня, считает академик В.Л. Гинзбург, еще рано говорить о превращении задачи из физической в инженерную.
Но чем же привлекает энергетиков — эта сложная проблема?
Еще в 1939 году немецкий физик X. Бете предположил, что в недрах нашего светила при температуре свыше 10 миллионов градусов ядра легкого водорода — протоны, из которых на 90 процентов состоит Солнце, сливаются, превращаются в ядра гелия и выделяют при этом массу энергии.
Гипотеза пришлась по вкусу физикам-теоретикам и получила широкое распространение. Вспомните знаменитое уравнение Эйнштейна Е = МС2, связывающее энергию — Е с массой — М и скоростью света — С. Если подставить цифры, то получится весьма впечатляющее решение. Грамм солнечного вещества, обращенный в энергию, дает ее столько, сколько мы получаем на Земле, сжигая тысячи тонн (!) первоклассного бензина. Из одного килограмма изотопов водорода выделяется в 10 миллионов раз больше энергии, чем при сжигании одного килограмма угля. И это при нынешнем-то, энергетическом кризисе и растущих ценах на нефть и уголь… Естественно, мысль: «А нельзя ли зажечь солнце на Земле?» — просто не могла не возникнуть у ученых. Дело оставалось за небольшим — получить солнечное вещество и научиться превращать его в энергию,
Если открыть последний энциклопедический словарь, то можно прочесть: «Солнце… раскаленный плазменный шар… Химический состав, определенный из анализа солнечного спектра: водород — около 90%, гелий — 10%, остальные элементы — менее 0, 1% (по числу атомов)». А что такое «плазма»?
Если, услыхав слово «плазма», вы подумаете о чем-то исключительном, то непременно ошибетесь. В состоянии плазмы находится подавляющая часть вещества Вселенной. Тут и звезды, и галактические туманности, межзвездная среда и даже внешняя оболочка нашей собственной земной атмосферы. Не говоря уж о том, что Земля просто купается в плазме в виде солнечного ветра. Правда, искать природную плазму на поверхности нашей планеты — занятие безнадежное.
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31