Энергобаланс 2007 года

Энергобаланс 2007 года

Член-корреспондент Академии наук СССР Валерий Иванович Попков встретил нас на середине кабинета и уже не садился в продолжение всей беседы. Энергичный, быстрый, он просто не мог усидеть на месте, и его высокая фигура непрерывно находилась в движении.

Если говорить о поколениях, то Попков принадлежит к младшему поколению советских ученых. В 1930 году, когда Винтер уже был всемирно известным строителем крупнейшей в Европе Днепровской станции, Попков только окончил Московский энергетический институт. Ему не пришлось уезжать в поисках работы в Америку, как Бардину, его не ссылали, вырвав из института, как Винтера. Его творческий талант развился и окреп в условиях социалистического общества.

Основные научные работы В. И. Попкова посвящены вопросам высоковольтной техники и электрическому разряду в газах при высоких напряжениях, дальним электропередачам, изучению физических процессов в электрофильтрах. За этим сухим перечнем — сотни и тысячи опытов, расчетов, исследований, которые помогли и строительству волжских гигантов и созданию невиданных по длине и напряжению энергопередач и которые во многом еще помогут будущей энергетике.

— Энергетика XXI века будет, вероятно, еще больше отличаться от энергетики нашего времени, чем наша энергетика от энергетики конца XIX века. Развитие техники идет не по наклонной прямой, а по круто взлетающей вверх ветви параболы. Люди поняли и на опыте почувствовали, как важно располагать в труде большими количествами энергии. И я убежден, что цифра годовой выработки электроэнергии, названная Александром Васильевичем, — 12–15 тысяч миллиардов киловатт-часов — будет достигнута еще в этом веке. А к началу XXI века мы будем, я думаю, вырабатывать уже около 20 тысяч миллиардов киловатт-часов в год.

Вы спрашиваете, за счет каких источников энергии будет достигнута эта цифра. По всей вероятности, в общем энергетическом балансе доля тепловых электростанций снизится с 85 процентов в наше время примерно до 50 процентов. Теснить теплоэнергетику будут не только гидроэлектростанции — по моему мнению, они вместе с новыми возможностями «вечных» или возобновляемых источников энергии не смогут давать больше 10–15 процентов от выработки энергии в стране. Значительно более серьезными конкурентами станут атомные станции. К 2007 году на них будет вырабатываться, как мне кажется, не менее 40 процентов всей электроэнергии.

Изменятся ли принципиально сами электростанции? Думаю, что гидростанции останутся без существенных изменений, — их коэффициент полезного действия достаточно высок. А вот в конструкции и тепловых электростанций и атомных должны произойти весьма существенные изменения.

Остановимся сначала на тепловых электростанциях. В чем их главный недостаток? В низком-коэффициенте полезного действия (КПД). Действительно, в электрическую энергию наши тепловые электростанции, снабженные паровыми котлами, турбинами, генераторами, как ни считай, превращают всего около трети заключенной в угле энергии. Один из реальных путей улучшения коэффициента полезного действия, по которому идут и сегодня, — это повышение давления и температуры работающего пара. В паровых турбинах мощностью по 150 тысяч киловатт работает пар с давлением в 170 атмосфер при температуре 550 градусов. Представляете себе такой пар? Его температура соответствует началу красного свечения металла. Современная теплотехника, используя достижения металлургии, стремится к дальнейшему повышению и мощности единичных агрегатов (котел, турбина, генератор) до 300–500 тысяч киловатт в единице и параметров пара до давлений в 300 атмосфер при температуре 650 градусов. Это позволит приблизить КПД к 40 процентам. Но это уже «потолок», для преодоления которого нужны либо новые методы преобразования тепловой энергии в электрическую (скажем, использование плазмы в качестве теплоносителя), либо качественные изменения самой цепочки трансформации энергии и прежде всего исключение из нее стадии тепловой энергии — энергии беспорядочного движения молекул.

Электростанции будущего, я убежден, откажутся от необходимого сегодня длинного ряда преобразований энергии. Вспомните: химическая энергия угля превращается в тепловую энергию пара, затем эта тепловая— в кинетическую: сначала струй пара, затем ротора турбогенератора. И только эта механическая энергия превращается в электрическую.

Наши сегодняшние атомные электростанции являются, по существу, такими же тепловыми электростанциями, в которых паровой котел заменен атомным реактором. Вместе с принципиальной схемой работы они унаследовали и низкий коэффициент полезного действия. Ведь у первой в мире атомной электростанции он менее 17 процентов…

Я думаю, что вторая половина XX века ознаменуется двумя революционными открытиями в энергетике: открытием простого, дешевого по первоначальным затратам и экономичного (я бы даже сказал — самого рационального из всех возможных) способа непосредственного превращения химической энергии топлива, с одной стороны, и атомной энергии, с другой, в электрическую энергию.

Такие превращения принципиально возможны. Напомню, что в настоящее время уже существуют — правда, еще только в лабораториях — полупроводниковые элементы, в которых энергия ядерного распада непосредственно превращается в электрический ток.

В принципе химическая энергия, заключенная и в обычном топливе» не ядерном, может непосредственно трансформироваться в электрическую, минуя стадию тепловой энергии, совершенно аналогично тому, как это происходит в обычной батарейке карманного фонаря. Но от принципов до практической реализации большого масштаба лежит долгий, трудный и захватывающе интересный путь поисков.

Я представляю себе тепловую и атомную электростанции будущего без многочисленных цехов, в которых обычно располагаются различные машины. По всей вероятности, это будет какой-то закрытый реактор, в который будут постепенно подавать «горючее», а по медным шинам в электрические линии будет литься из этого реактора постоянный ток. Коэффициент полезного действия таких электростанций будет не ниже, чем у сегодняшних ГЭС…

Ученый подошел к карте страны, покрывающей целую стену его кабинета. Острие указки замелькало над зелеными пятнами равнин и коричневыми — горных хребтов.

— Мне хочется остановиться еще на одной технической проблеме — создании единой высоковольтной сети, в которую отдадут энергию все электростанции страны и из которой будут брать ее потребители. Эта сеть охватит всю территорию нашей страны.

Я не думаю, что техника будущего, техника коммунизма пойдет по пути «индивидуальных» атомных или термоядерных батарей. Выгоды централизованного электроснабжения от ультрамощных установок сохранят свою силу. Следовательно, значение дальних и мощных электропередач не уменьшится, а возрастет.

В настоящее время максимальная дальность передачи электроэнергии не превышает 1000 километров. Передача энергии будущей энергосети станет осуществляться на значительно большие расстояния. Соответственно должно будет вырасти и напряжение в линиях электропередач. Сегодня нам кажется удивительной энергопередача Волгоград — Москва с напряжением переменного тока 500 тысяч вольт. А к XXI веку обычным будет, вероятно, напряжение постоянного тока в 1,5–2 миллиона вольт. Дальние же линии смогут работать при еще более высоком напряжении.

Как будут выглядеть линии таких электропередач? Бесспорно, придется совершенно по-новому решать вопрос электроизоляции: нужно заставить и электроматериалы, и, главное, воздух, окружающий электроустановки, и Провода линии выдерживать такое напряжение. Можно уверенно сказать, что наряду с воздушными линями будут применяться для дальних передач и подземные кабельные линии. Наряду с переменным током будут действовать передачи и на постоянном токе…

…Я занимаюсь проблемами высокого напряжения, это моя узкая область в науке. Для меня сегодня terra incognita — неисследованная область— напряжения в несколько миллионов вольт. А для ученого XXI века, занимающегося этой же областью науки, мои сегодняшние искания будут давно пройденным этапом. Десятки миллионов вольт получает и исследует он в своей лаборатории…