Занимательно об энергетике

Вот, скажем, солнце. Этот великан ежесекундно расходует на тепло и свет 4200 тонн своего вещества. Каждые сутки масса солнца уменьшается почти на 400 миллиардов тонн: циклопические количества! Солнце тает на глазах, однако волнения тут преждевременны.

Вес солнца настолько грандиозен, что оно будет поддерживать «огонь в своих топках» еще примерно 100 миллиардов лет. На наш век, как говорится, хватит!

Хуже с плотностью энергии, падающей от солнца на землю. Солнце далеко. На один квадратный метр освещенной поверхности приходится лишь 100 ватт. И это оптимум: максимум того, что дает светило. А уж как людям удастся снять этот солнечный урожай — это другой (довольно уязвимый) вопрос!

100 ватт, может быть, и сносно для энергии «бытовой», но ведь нам надо насытить энергию «промышленную». А вот тут для получения, скажем, 100 мегаватт требуется площадь с квадратный километр.

Однако гораздо хуже то, что ни один из методов преобразования энергии солнечных лучей пока нерентабелен. И чтобы это дело пошло, следует снизить затраты на несколько порядков. Пока даже не видно пути, как это можно осуществить.

Возьмем теперь другой пример — энергию геотермальную. Сможет ли она решить проблему? Источник заманчив. Энергетические запасы тут неистощимы, и в отличие от солнечной энергии, которая имеет колебания не только суточные, но также зависящие от времени года и от погоды, геотермальная энергия способна генерировать ток непрерывно.

Многих увлекает идея просверлить землю н добраться до глубинного тепла. К сожалению, не всегда учитывается, что нужна не температура, а энергия, и для того чтобы ее отвести из глубинных слоев, необходимы очень глубоко идущие щупальца в сторону от того отверстия, которое мы просверлили. Другими словами: нужна пористая структура, чтобы по ней можно было бы отбирать энергию от достаточно большого объема.

Еще в начале этого века изобретатель современной паровой турбины английский инженер и предприниматель Ч. Парсонс разрабатывал проект использования тепла земных недр. На глубинах 10—15 километров температура подскакивает уже до нескольких сотен градусов: в принципе можно получить пар и генерировать ток с хорошим КПД.

И вновь осечка! Из-за плохой теплопроводности (и слава богу, а то бы нам пятки жгло) земной коры, говорит физик, геотермальное тепло также не обладает достаточной плотностью потока энергии.

Правда, у нас на Камчатке действует первая в стране экспериментальная Паужетская геотермальная электростанция (сокращенно ГЕОТЭС) мощностью в 5 тысяч киловатт. Эта станция — своеобразная лаборатория, где ученые и инженеры продолжают исследовать свойства термальных вод, «доводят» оборудование, приборы, отрабатывают наиболее выгодные технологические процессы. С момента пуска Паужетская ГЕОТЭС выработала 164 миллиона киловатт-часов электроэнергии.

И в Италии, где много вулканов и тепловые потоки достаточно мощны, геотепло успешно используется. И все же вносит лишь два процента в энергетический баланс страны. Но таких районов, богатых мощными геотермальными потоками, на планете немного.

А гидроэнергия? Она дает лишь пять процентов в общем энергетическом мировом балансе, и не больше: мощных рек, да еще в горных районах, не так-то много!

Ветер? Он крайне непостоянен, и, главное, плотность энергии опять же ничтожна.

Итак, физик настаивает: ни солнце, ни тепло земли, ни сила падающей воды, ни ветер, ни многие другие источники энергии не насытят аппетита землян. Ибо все они маломощны и могут играть лишь вспомогательную роль.

Спасительный атом

Петербург столетней давности. В первом номере журнала «Природа и охота» за 1879 год читатель мог прочесть следующее: «...Все более и более возрастающая ценность, не говоря о дровах, но даже угля, озабочивает многие ученые и неученые головы. Чем в самом деле будут топить наши потомки? Не должны ли они будут погибнуть с холоду или переселиться под тропики Африки и Южной Америки и вместо дров и каменного угля довольствоваться солнечной теплотой...»

Как видим, разговоры об «энергетическом голоде» начались не вчера.

В 20-х годах нашего века было точно подсчитано: известных запасов нефти хватит не далее чем до 2000 года, угля — до 2100-го. От других источников энергии большого проку не ждали. И полагали, что где-то в конце XXI века людям придется возвратиться, так сказать, к первобытному состоянию — к волам, лошадям, к водяным и ветряным мельницам.

Если бы надвигающийся сейчас на человечество энергетический кризис дал себя почувствовать лет 40— 50 назад, до открытия ядерной энергии, человечество, несомненно, стояло бы перед катастрофой. А человеческая культура зашла бы в тупик. Но надо отдать должное ученым. Крупнейшие из них давно осознали мощь атомного ядра.

В 1922 году в голодном и холодном Петрограде в один из январских вечеров состоялся доклад 37-летнего академика А. Ферсмана. Доклад назывался «Пути к науке будущего» Уже тогда ученый пророчески предсказывал будущее использование грандиозных запасов внутриатомной энергии. «Надо только суметь завладеть этой энергией, — говорил тогда А. Ферсман, — надо ее суметь извлечь. И что эта мысль не фантазия, а реальная возможность будущего, мы видим из того, что есть вещества, которые сами выделяют эту энергию согласно вековечным и строгим законам...»

Да, это не фантазия. Основу для оптимизма дают оценки физиков. Академик Л. Арцимович некогда писал: «Спасение приносит коэффициент 107. Он определяет отношение энергии, освобождаемой при сгорании ядерного топлива в урановом реакторе, и энергии, выделяющейся при сгорании равной по весу порции органического вещества в топке обычной тепловой электростанции».

Один грамм урана (частила размером с булавочную головку) по запасам энергии эквивалентен почти полутора тоннам высококачественного донецкого антрацита.

В 1979 году атомные станции нашей страны выработали более 50 миллиардов киловатт-часов электроэнергии. Простой подсчет показывает: чтобы получить столько энергии, требуется около 17 миллионов тонн органического топлива.

Прикинем вместимость железнодорожного вагона, и уже мелькает перед глазами череда товарных поездов, которые везут за сотни и тысячи километров уголь и мазут, чтобы не погас огонь в топках ТЭЦ и ГРЭС. Перевозки вынуждают с огромной нагрузкой работать железнодорожный транспорт. И это лишь один из доводов в пользу атомной энергетики.

В делах, связанных с мирным атомом, СССР всегда был впереди. Первая в мире АЭС мощностью в 5 мегаватт была пущена в Калужской области (город Обнинск) еще в 1954 году. Тогда впервые вспыхнули лампочки, зажженные энергией атома, и академик А. Александров (нынешний президент Академии наук СССР, директор Института атомной энергии имени И. В. Курчатова) произнес знаменитые слова поздравления.

Когда из контрольной трубки появился пар, он, обращаясь к И. Курчатову, шутя произнес: «С легким паром, Игорь Васильевич!»

Это было скромное начало. Первая атомная казалась карликом в стране исполинов энергетики традиционной.

Недавно академик А. Александров вспомнил те дни: «... многие считали, что атомная энергетика — это в общем скорее забава ученых и инженеров и вряд ли найдет когда-либо широкое применение, вряд ли будет конкурентоспособной с энергетикой на обычном топливе — нефти, газе, угле. Теперь так не думают...»

Даже 15 лет назад мечта о «большом атоме» оставалась мечтой, хотя и Белоярская и Нововоронежская станции уже прочно стояли на земле. Они звались опытными, потому что атомные котлы и часть оборудования были экспериментальными. И работу их оценивали не столько киловатт-часами, сколько исследованием режимов эксплуатации, необходимых для создания мощных реакторов. Да и среди обслуживающего персонала было больше физиков, чем в ином научном учреждении. Но сейчас можно сказать: атомная энергетика сделала огромный рывок в будущее.

В отчете МАГАТЭ (Международное агентство по атомной энергии) опубликованы данные за 1978 год. Вот цифры, характеризующие масштабы атомной энергетики.