Тем не менее что-нибудь около 80 % электроэнергии вырабатывается на тепловых станциях при помощи турбогенераторов, в которых силой является давление пара.

Для того чтобы к. п. д. генератора был большим, необходимо елико возможно увеличить температуру пара. Понятно, что этого можно достигнуть, лишь одновременно увеличивая давление. На современных ТЭС мощностью 200–300 МВт в турбины пускается пар, имеющий температуру 565 °C и давление 24 МПа.

Но почему надо стремиться к высоким температурам? Дело заключается в следующем. В паровой турбине мы в конечном счете используем то же самое явление, которое заставляет подпрыгивать неплотно пригнанную крышку чайника, когда в нем закипает вода. Иными словами, в паровой турбине происходит превращение тепловой энергий в механическую, а затем уже механической в электрическую. Так вот, при первом превращении (это можно строго доказать) теряется энергии не меньше, чем доля, равная отношению температуры окружающей среды к температуре пара (в кельвинах).

Весьма печально, что в современных устройствах для извлечения энергии приходится проходить через «тепловую ступень». Такой переход всегда связан с огромной потерей энергии, и идеальной электростанцией будущего станет такое предприятие, где энергия любого происхождения будет превращаться в электрическую энергию непосредственно. Пока эта важнейшая проблема не решена, нам остается лишь одно: стремиться к наиболее высоким температурам пара, газа или плазмы.

Как это ни сложно, но все же удается добиться на тепловых электростанциях к. п. д. около 40 %. Паротурбинный генератор — это электрическая машина с горизонтальным валом. Ротор изготовляется вместе с концами вала в виде одной поковки из специальной турбороторной стали, так как механические напряжения в нем из-за большой частоты вращения (3000 об/мин) достигают предельно допустимых для современных материалов значений. По той же причине ротор не имеет явно выраженных полюсов. На части его цилиндрической поверхности имеются пазы, в которые укладывается обмотка возбуждения. В пазах статора уложена трехфазная обмотка переменного тока.

По причине больших механических напряжений диаметр poтopa ограничен, поэтому для получения достаточной мощности приходится машину вытягивать в длину.

Первые отечественные турбогенераторы мощностью 500 кВт шли изготовлены в Ленинграде на заводе «Электросила» в 1925 г. А в 1964 г. «Электросила» выпустила турбогенератор мощностью, превышающей в 1000 раз свой первенец — 500 000 кВт.

Стремление получить большую мощность от одной машины без увеличения и без того уже огромных размеров привело к очень значительному усложнению. Так, для уменьшения потерь в обмотке статора ее выполняют из полых медных проводников, внутри которых пропускают воду. Обмотка возбуждения охлаждается водородом под давлением около 4 атм. Применение водорода, имеющего в 14 раз меньшую плотность, чем воздух, позволило увеличить мощность турбогенераторов на 15–20 %.

В Плане развития народного хозяйства на 1981–1985 гг. перед электротехнической промышленностью стоит задача освоить производство турбогенераторов мощностью 1–1,5 млн. кВт для тепловых и атомных электростанций.

Одна из наиболее интересных в мире электростанций создана в Советском Союзе. Называется она У-25 и дает в электросеть около 7000 кВт электроэнергии. Это самая большая в мире установка для генерирования электроэнергии методами магнитогидродинамики; сокращенно такие установки называют МГД. МГД-генератор не имеет вращающихся частей.

Идея, лежащая в основе действия этого интересного генератора, крайне проста. Поток ионов, обладающих значительной кинетической энергией (плазменная струя), проходит через магнитное поле наперерез линиям магнитной индукции. На ионы действует сила Лоренца. Напряженность индуцированного электрического поля, как нам известно, пропорциональна скорости ионного потока и величине магнитной индукции. Направлена э. д. с. перпендикулярно движению ионов. В этом направлении и возникает электрический ток, который замыкается через внешнюю нагрузку. Электроды, принимающие ток, находятся в непосредственном контакте с плазмой.

Электрическая энергия возникает за счет падения энергии плазменной струи. МГД-генератор позволяет довести к. п. д. электростанции до 60 % и более.

Критическим фактором при получении дешевой энергии от МГД является магнитное поле в канале. Это поле должно быть очень сильном. Обычный электромагнит с медной катушкой может создать такое поле, но он будет большим, сложным по конструкции и дорогостоящим; кроме того, он сам будет потреблять много электроэнергии. В связи с этим обратились к новой концепции конструирования магнитов со сверхпроводящей обмоткой. Такой магнит может создавать необходимое магнитное поле при небольшой затрате энергии и незначительном нагреве. Как показывают расчеты, большие затраты по получению температур, близких к абсолютному нулю, оправдывают себя.

Из беглого обзора, сделанного на предшествующих страницах, мы видим, что традиционные способы увеличения производства анергии еще не исчерпаны. Однако вряд ли можно признать, что человечество долгое время будет следовать этому пути.

Не говоря уже о том, что запасы топлива и возможности использования гидроэнергии близятся к концу, нельзя забывать о значительном влиянии на окружающую нас среду строительства новых электростанций. Экологи предупреждают о необходимости весьма осторожно относиться к вмешательству в жизнь рек. Обращают внимание энергетиков на огромные количества золы, которые выбрасываются в атмосферу при сгорании топлива. За год земная атмосфера принимает 150 млн. тонн золы, около 100 млн. тонн серы. Особенно тревожно увеличение в атмосфере количества углекислого газа. Каждый год оно возрастает на 20 млрд. тонн. За последние 100 лет содержание углекислого газа в атмосфере возросло на 14 %.

Имеются две причины этого роста: разрушение растительности на Земле и, самое главное, выбрасывание в атмосферу «газовой золы», образующейся при горении обычного топлива. Этот непрекращающийся рост может привести к пагубным последствиям, из которых наиболее важное — возрастание температуры атмосферы на 1,5–3 Кельвина, казалось бы, небольшое повышение температуры! Однако оно может привести к необратимому плавлению льдов, находящихся на полюсах. Климатологи полагают, что предельно допустимое дальнейшее возрастание количества углекислого газа в атмосфере не Должно превзойти нескольких десятков процентов.

Как мы уже сказали, атомная электростанция относится к классу ТЭС. Отличие состоит в способе создания водяного пара, который направляется на лопатки турбины. С полным основанием можно термин «ядерный реактор» заменить словами «ядерный котел», подчеркивая этим родство, способов получения энергии.

Ядерному реактору, обычно придают форму цилиндрического здания. Стенки его должны быть очень толстыми и сделаны из материалов, поглощающих нейтроны и гамма-излучение. Реактор, который дает что-нибудь около 1000 МВт электрической энергии, в зависимости от используемого топлива, метода замедления нейтронов, способа отвода тепла может иметь различные размеры. Но во всех случаях эти размеры внушительные. Высота может достигать высоты 5—10-этажного дома, а диаметр будет порядка десяти метров.

Ядерная энергетика начала развиваться сразу же после окончания второй мировой войны. В Советском Союзе эти важнейшие исследования возглавил замечательный ученый и организатор Игорь Васильевич Курчатов.

ИГОРЬ ВАСИЛЬЕВИЧ КУРЧАТОВ (1903–1960) — видный советский физик, замечательный организатор, возглавлявший работу по разработке атомной проблемы в Советском Союзе. Начал свою научную деятельность в области физики твердого тела, создал учение о сегнетоэлектриках. В начале 30-х годов занялся исследованиями в области физики атомного, ядра. Под его руководством проведены важные работы в области изучения ядерной изомерии, резонансного поглощения нейтронов, искусственной радиоактивности.