Рассказы об электричестве
Шрифт:
Сейчас паровые турбины научились делать настолько совершенными, быстроходными, высокоэкономичными и обладающими таким большим ресурсом работы, что они вполне конкурентоспособны с гидрогенераторами. Достаточно сказать, что сегодня мощность паровых турбин в одновальном исполнении достигает 1200 тысяч киловатт, и это не является пределом.
После турбогенератора, совершив полезную работу, пар уже под низким давлением поступает в конденсатор, охлаждается, превращается в воду и снова подается насосом в котел.
Обычно тепловые электростанции строят поблизости от крупных водных источников, поскольку на каждый килограмм конденсируемого пара расходуется около 60 килограммов охлаждающей воды.
Конечно, любое невозобновляемое энергетическое сырье — топливо — нужно стремиться использовать, как говорится, на все 100 %. Ну, а можно ли еще повысить отдачу тепла? Оказывается, можно, если использовать его комплексно.
В нашей стране в этом отношении достигнуты большие успехи. В Советском Союзе большое распространение получили теплоэлектроцентрали — ТЭЦ. Они снабжают потребителя не только электроэнергией, но и теплом. ТЭЦ значительно экономичнее, чем ТЭС. Коэффициент полезного действия ТЭС не более 40 %, а коэффициент использования топлива на ТЭЦ приближается к 60–70 %.
«Наша страна — пионер теплофикации (одновременного производства тепла и электроэнергии), — пишет академик В. А. Кириллин в своей статье, посвященной перспективам развития энергетики. — Еще в 1924 году в Ленинграде была создана первая система централизованного теплоснабжения от электростанции. В 1983 году теплоэлектроцентрали (ТЭЦ) перекрывали 33 процента потребностей тепла в стране. Свыше 800 городов и промышленных центров снабжаются теплом более чем 100 ТЭЦ. Теплофикация, наряду с экономией топлива, обеспечивает значительный экологический эффект. На ТЭЦ достигается высокая очистка продуктов сгорания от вредных примесей, уменьшается тепловое загрязнение водоемов, наконец, централизованное снабжение влечет за собой уменьшение числа мелких котельных, где не может быть обеспечена высокая степень экологической очистки».
Пока тепловые ГРЭСы — государственные районные электростанции — самые рентабельные сооружения. Их энергия дешевле любой другой, и окупаются они раз в десять быстрее, чем гидростанции. И все-таки, конечно, тепловые электростанции — это не решение вопроса. Ведь они потребляют невозобновимые топливные ресурсы планеты. А они, как мы знаем сегодня, увы, весьма ограниченны. Далее, несмотря на очистные сооружения, на дорогостоящие фильтры, тепловые электростанции наносят все же значительный экологический ущерб природе. Добыча топлива требует нарушения целостности земной поверхности. Вскрышные породы карьеров засоряют безжизненными отвалами большие площади. Выбросы сернистых и азотистых газов, пыли и тепла становятся опасными. Все это говорит о том, что нужно искать новые пути получения энергии.
На пути от «малой энергетики»
Однажды довелось мне побывать на прекрасном новом заводе, оборудованном по последнему слову техники. В просторных цехах в стерильной чистоте профильтрованного воздуха мне показали удивительное, почти волшебное действо. В горячей трубке-реакторе, нагретой почти до тысячеградусной температуры, под строго отмеренными дозами ионных лучей встречались пары бесцветной летучей жидкости — тетрахлорида кремния с парами цинка. Шла реакция, и на стенках трубки вырастали тонкие игольчатые кристаллы чистого кремния.
Во второй половине прошлого века этот способ промышленного получения высокочистого кремния был предложен замечательным русским химиком Н. Н. Бекетовым. Сегодня сверхчистый кремний — важнейшее сырье. Полученные в реакторе бесцветные иголочки собирают, долго моют в соляной кислоте, измельчают. Потом их снова и снова переплавляют, добиваясь все большей и большей чистоты, и превращают в монокристаллы — замечательный полупроводниковый материал. Из него собирают «крылья» солнечных батарей, которые раскидываются над корпусами спутников, автоматических межпланетных станций и космических орбитальных станций. В кремниевом кристалле, поглотившем квант света, освобождаются электроны. И если таких кристаллов много и мы соединим проводником освещенную сторону батареи с неосвещенной, то по нему потечет ток.
Кремниевые преобразователи солнечной энергии питают электроэнергией не только сложное хозяйство космических летательных аппаратов. Они могут работать и на Земле. Правда, пока этот способ производства электроэнергии довольно дорог, хоть и заманчив.
Могу напомнить любителям цифр, что сегодня (в 1983–1984 гг.) стоимость одного киловатта установленной мощности, то есть величина всех капитальных вложений для тепловых электростанций, составляет примерно 200 рублей, для гидростанций — 350 рублей, для атомных — в среднем 370 рублей. А вот киловатт установленной мощности при использовании полупроводниковых фотоэлектропреобразователей все еще стоит около 10 000 рублей, а то и поболее. А то, что такой путь заманчив, — понятно, ведь солнечная энергия относится к возобновляемым источникам, то есть к тем, ресурсы которых не уменьшаются от потребления их человеком.
Полная мощность излучения нашего светила огромна — примерно 400 000 000 000 000 000 000 000 000 = = 4x1026 Вт. Земле достается значительно меньше: около 178 600 000 000000 000=1,786x1017 Вт. Значит, в течение года на нашу планету в виде лучистой энергии изливается примерно 1,56x1018 кВТ·ч. Не так мало. Конечно, нужно еще учесть, что часть этой энергии не доходит до самой поверхности, а отражается атмосферой. Но и тогда общая величина солнечной радиации, достигающей Земли, равна величине, близкой к 1014 кВт. Если бы нам удалось освоить хотя бы тысячную долю этой даровой энергии, человечество могло бы считать энергетическую проблему решенной.
Что ж, в рекламных целях за рубежом уже построен автомобиль, работающий от Солнца. Он способен с двумя пассажирами развивать скорость до 50 км/ч и ездить «от зари до зари». Правда, на всякий случай в нем предусмотрен и обычный аккумулятор.
Уже взлетел и пересек Ла-Манш первый «солнцелет», не затративший на это ни капли бензина. На его плоскостях конструкторы разместили до 15 тысяч полупроводниковых элементов. Этот экспериментальный летательный аппарат весил всего 56 килограммов. Постарались конструкторы подобрать и подходящего пилота. Вес летчицы, вместе с парашютом в ранце, добавил еще всего лишь 45 килограммов к весу машины. Самолет стартовал в ясный солнечный день, развил скорость до 80 км/ч и находился в воздухе около пяти с половиной часов.
У нас на различных водных акваториях солнечный свет исполняет роль бакенщиков. С наступлением сумерек зажигает маяки и огни на бакенах. Ну и, наконец, вы могли видеть микрокалькуляторы с солнечной батарейкой вместо обычной. Это все «малая энергетика». А как обстоят дела в «большой»?
Мне доводилось видеть крыши экспериментальных домов, выложенные солнечными батареями, в Японии и в США. В солнечном Узбекистане и других южных республиках видел я работающие гелиоустановки. Правда, пока мне встречались лишь системы, преобразующие энергию излучения Солнца в электрическую по классической схеме: солнечный паровой котел — турбина — электрогенератор. От турбины паропровод шел к конденсатору пара с охладителем, а затем водяной насос перегонял сконденсированную воду снова в котел. От электрогенератора три фазы шли к обычному трансформатору.