Гигантизм поневоле

Сто лет назад изобретатель электрического освещения П. Яблочков мечтал о времени, когда электричество будут вырабатывать на особых "фабриках" и затем распределять по домам подобно тому, как водопровод распределяет воду.

Эти фабрики электричества - ТЭС, ГРЭС, АЭС - уже построены и становятся все мощнее.

Огромный зал. Чудовищной величины узлы монтируемой турбины и маленькие фигурки людей, собирающих эту махину.

Современные ТЭС - с чем сравнить эти колоссы? С мамонтом, динозавром?.. Отчего эти железные "звери" энергетики, пожирающие астрономические количества угля и нефти, становятся с каждым годом все крупнее? Оправдывается ли тяга к гигантизму?

У нас в стране в 1913 году единичная мощность турбоагрегата составляла всего лишь 500 киловатт. Через 40 лет на Черепетской ГРЭС был уже пущен турбоагрегат мощностью 150 тысяч киловатт.

А за последние 20 лет единичная мощность турбогенератора возросла с 200 до 1200 мегаватт (1200 тысяч киловатт).

Машины стали столь крупными, что возникла проблема: как перевозить их по железной дороге? Проектировщики вынуждены "вписывать" все более мощные турбогенераторы в практически неизменный объем.

О размерах энергоагрегатов говорят хотя бы следующие цифры. Для размещения уникального энергоблока-гиганта мощностью 1200 тысяч киловатт на Костромской ГРЭС пришлось возвести машинный зал длиной свыше 80 метров и высотой, равной 15-этажному дому!

От ГРЭС не отстают и атомные гиганты. Так, корпус третьего энергоблока Белоярской АЭС взметнулся ввысь на 60 метров!

Что дает гигантизм? Прежде всего более высокие значения КПД.

Вспомним формулу Карно. Поднять температуру пара (T₁) можно, повышая его давление. Но внедрение агрегатов с высокими параметрами пара немыслимо без резкого увеличения их мощности.

В 20-х годах нашего века температура пара не превышала 350 градусов (по Цельсию) при давлении до 15 атмосфер. Сейчас же на современных электростанциях температура пара уже достигает 500 - 600 градусов, а давление - нескольких сот атмосфер.

Пробиться к более высоким показателям трудно. Мешает "тепловой барьер". При таких громадных давлениях и температурах паропроводящая труба будет нагреваться до свечения.

Нужны особые теплоустойчивые сплавы. Тут не годится даже металл, идущий на двигатели реактивных самолетов и ракет. В этих двигателях он работает при температуре около тысячи градусов всего лишь 100 - 200 часов, а в турбинах и котлах электростанций он должен выдерживать 600 - 700 градусов уже 100 тысяч и более часов!

Итак, энергетические гиганты требуют миллионы тонн высокожаропрочных специальных сплавов. Но стоимость материалов, способных сохранить работоспособность в таких трудных условиях - влажность, высокие температуры, высокие скорости вращения - сегодня непомерно велика.

Это и ограничивает максимальный КПД ТЭС цифрой в 40 процентов. И если в начале тридцатых годов перспективы развития энергетики многие связывали с использованием высоких давлений, то теперь так не думают.

Однако гигантизм энергетических машин привлекателен еще и по другим причинам. Полезно сопоставить технико-экономические показатели ТЭС различной мощности. При увеличении мощности станции с 200 до 1200 мегаватт стоимость одного киловатта мощности снижается со 150 до 80 рублей. Численность обслуживающего персонала на каждую тысячу киловатт, или так называемой "штатный коэффициент", уменьшается с 4 до 0,5 человека. Почти вдвое сокращается удельный объем главного корпуса станции: число кубометров здания, приходящееся на один киловатт установленной мощности.

Давно подсчитано: на изготовление агрегата мощностью в 300 тысяч киловатт затрачивается в полтора раза меньше труда, нежели на изготовление трех турбин по 100 тысяч киловатт каждая. Еще пример: при одинаковых затратах металла и труда и при равноценной экономичности можно построить три агрегата по 500 тысяч киловатт вместо четырех агрегатов по 300 тысяч киловатт, выиграв, таким образом, производительность целого агрегата.

Эти и другие доводы и вынуждают энергетиков строить все более и более мощные фабрики энергии. Но есть ли пределы гигантизма?

Недавно в ленинградском объединении "Электросила" был изготовлен самый мощный в мире двухполюсный турбогенератор на 1200 мегаватт со скоростью вращения ротора 3000 оборотов в минуту.

Специалисты считают: видимо, предельные мощности турбогенератора - 2500 мегаватт (3000 оборотов в минуту).

Напряженность механических конструкций возрастет настолько, что центробежные силы разорвут узлы даже из самой прочной стали. Понадобятся непомерно большие роторы.

Но, прибавляют те же специалисты (ведущий среди них академик И. Глебов), более мощные машины все же возможны, но они будут работать уже на других физических принципах. С использованием сверхпроводимости.

Специалисты обещают создать промышленные крио-турбогенераторы мощностью в 3000 мегаватт на рубеже нового века.

Так что соревнование исполинов энергетики в силе и размерах продолжается!