Занимательно об энергетике

Средняя атомная электростанция берет из реки за сутки что-то около миллиона кубов воды и возвращает ее уже подогретой на 12—15 градусов. Река утепляется. Если станций много, река, гляди, и закипит!

К примеру, на Рейне (ФРГ) есть места, где вода в 38 градусов (по Цельсию) никого не удивляет. А в штаге Огайо (США) летом вода в речках кое-где прогревается до 50 градусов.

К чему это приводит? Река буквально мертвеет. Впрочем, гибель начинается при температурах гораздо более умеренных. Ежели вода теплее естественной нормы только на три градуса, то для водных жителей уже начиняются неприятности. Сказывается недостаток кислорода, начинается нежелательное ускорение химических и биологических превращений. В теплой воде резко усиливается чувствительность рыб к токсичным веществам, а их, увы, в реках подчас вполне достаточно.

В утепленной реке хищные рыбы быстрее накапливают в своих телах вредоносные химикаты — ДДТ, ПХБ (полихлорированные бифенилы) и так далее. Тоже можно сказать и про тяжелые металлы — свинец, ртуть, кадмий, кобальт...

Есть, говорят, бактерии, способные жить даже в кипятке. Но человек ведь не бактерия! Что же произойдет, если благодаря все более усиливающемуся коллективному тепловому воздействию фабрик, заводов, ТЭЦ, атомных электростанций, ГРЭС, промышленных объектов и т. п. земному шару станет жарко? И его температура начнет неуклонно подниматься?

В деталях ответить на это нелегко, но общая картина ясна. Повышение средней температуры планеты всего на несколько градусов вызовет резкое изменение климата. Скорее всего благодаря таянию льдов Антарктики и Гренландии начнется новый всемирный потоп. Впрочем, это лишь первое, что приходит в голову. А можно было бы указать еще на многое другое. Например, нарушение в глобальном масштабе процесса фотосинтеза, что прервет кругооборот кислорода и других газов. И это также чревато различными катастрофами.

Теперь другой (спорный) вопрос: какая именно степень разогрева планеты повлечет необратимые последствия? Единого мнения нет. Кто называет критическим повышение температуры на один градус, кто — на пять. Интересно в этом отношении мнение академика, лауреата Нобелевской премии Н. Семенова. Он ставит вопрос так: «Есть ли предел использованию термоядерной энергии?» Точнее, до каких пределов могут земляне наполнять свои «закрома» энергией?

Н. Семенов рассуждал так. Пусть допустимое увеличение температуры Земли будет равно 3,5 градуса. Такой разогрев, можно подсчитать, произойдет, если тепло, выделяющееся от всех действующих на планете энергетических установок, достигнет 5 процентов от всей солнечной радиации, поглощаемой поверхностью Земли и прилегающими к ней нижними слоями атмосферы.

Сколько энергии дает Земле солнце известно (Н. Семенов называет цифру 2-1013 килокалорий в секунду). Это число теперь надо сравнить с энергией всего добываемого топлива (нефть, газ, уголь) — 4,2-1016 килокалорий в год (оценки также Семенова).

Остается простая арифметика. Итог же таков. Максимум, что можно будет взять от термоядерных установок, когда они заработают в полную силу, так это энергию, лишь в 700 раз превышающую ту, которой мы, земляне, владеем теперь. В 700 раз — это очень много. Но это и предел. Потолок для дальнейшего энергетического роста!

А что же дальше? Свертывание цивилизации на Земле? Новый, еще более устрашающий, чем теперь (в связи с исчерпанием запасов органики), энергетический кризис? Не все согласны с оценками академика Н. Семенова. Одни полагают, что «тепловой барьер» будет достигнут человечеством еще очень не скоро — через многие сотни лет. Другие и вовсе считают: этот «потолок» просто не будет достигнут.

Академик М. Стырикович считает: «Мировой опыт показывает, что при достижении странами определенного уровня развития темпы роста населения и приросты удельных расходов энергетических ресурсов на человека снижаются...»

И далее: «...можно считать, 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 в удаленном будущем практически к постоянному уровню мирового потребления энергоресурсов, когда население планеты стабилизируется, а медленный рост душевого потребления полезной энергии будет компенсироваться повышением КПД, ее преобразования и использования».

Так что до «теплового барьера» дело, в общем, может и не дойти.

Оценки показывают: как итог развития земной энергетики к 2120 году в среднем может быть достигнута тепловая нагрузка около 2 ватт на квадратный метр. Немного: солнце на тот же квадратный метр посылает энергию в 100 ватт.

До «теплового барьера» вроде бы далеко, но «теплые» острова на планете существуют уже сейчас. Так, например, в Манхаттане — центральной части Нью-Йорка, расположенной на одноименном острове, — тепловые выбросы составляют 117 ватт/м2.

Города расплываются подобно масляному пятну. Давным-давно перекрыта численность идеального города, которую Платон с помощью математики Пифагора определил в 5040 граждан. Ныне городом с миллионным населением никого не удивишь. Крупные города подобны асфальто-бетонной грелке: они на несколько градусов теплее окружающей местности.

В локальный разогрев планеты вносим вклад и мы. Каждый человек выделяет столько тепла, сколько дает горящая стопятидесятиваттная лампа накаливания. А в уличной сутолоке и давке это уже сотни тысяч горящих ламп!

Но, конечно, это лишь крохотная капля в море тепла, изливаемом заводами, машинами, электростанциями.

Тепловые пятна на планете могут быть локализованы не только на маленьких площадях: города или, скажем, крепости Гибралтар (6 квадратных километров]. Вся Япония (территория 600x600 км2) представляет собой очаг сплошной тепловой интенсивности.

Такой «остров» тепла уже в состоянии повлиять на динамику региональных атмосферных процессов — существенно изменить местный климат.

Переселение, в космос!

Проблема рационального размещения на земном шаре энергетических установок стала в последние годы актуальной.

В декабре 1975 года Всемирная метеорологическая организация провела в Женеве специальное совещание экспертов. Тема — «Метеорология, производство и потребление энергии».

Как с экологической точки зрения оптимально разместить топливно-энергетические комплексы? Чтобы избежать локальных перегревов, исключить радиационную опасность, уменьшить загрязненность воздуха вредными газами. Вопросы эти непросты. Возьмем, к примеру, атомную энергетику. До сих пор в числе основных преимуществ АЭС прежде всего называли возможность исключить перевозку сотен и тысяч тонн обычного топлива и размещать станции в непосредственной близости от источников потребления электроэнергии.

Соответственно при этом сокращаются и ее потери на передачу по ЛЭП. Однако, как полагает академик Н. Доллежаль, уже в обозримом будущем, в некоторых случаях от этого преимущества, видимо, придется отказаться.

Анализ намечающихся проблем ядерной энергетики заставляет прийти к выводу, что в будущем не исключен вариант, когда наиболее рациональным, оправданным как с экономической, так и с ряда других точек зрения, станет не строительство отдельных АЭС в разных районах, а их объединение в крупные ядерно-энергетические комплексы.

На одной площадке можно будет разместить и предприятия по радиохимической переработке топлива, его нейтрализации и захоронению. А возможно, и заводы, использующие радиоактивное излучение в полезных целях.

Высокий уровень автоматизации, короткие расстояния и специализированные транспортные средства, выгоды концентрации строительных сил, экономия земель — все это с лихвой окупит затраты на передачу энергии к потребителям.

Тем более что такие ядерно-энергетические комплексы можно привязать к наиболее масштабным проектам или народнохозяйственным задачам. Объединение АЭС в комплексы создает предпосылки и возможности для обеспечения максимальной радиационной безопасности ядерной энергетики.