ГЛАВА IX. СОВРЕМЕННЫЕ ТЕНДЕНЦИИ РАЗВИТИЯ ЭЛЕКТРОЭНЕРГЕТИКИ

Советский Союз — мощная энергетическая держава. По производству электроэнергии СССР занимает первое место в Европе и второе в мире. Производство электроэнергии в нашей стране в 1978 г. составило 1202 млрд. кВт-ч, а в 1980 г. составит 1340— 1380 млрд. кВт-ч.

В настоящее время более 80% электроэнергии в нашей стране вырабатывают тепловые станции, 17% — гидроэлектростанции и 1% — атомные электростанции. Однако дальнейшее развитие электроэнергетики уже в ближайшие 20—30 лет существенно изменит это соотношение за счет резкого увеличения выработки электроэнергии атомными станциями.

Первые тепловые электростанции имели КПД 3—4% при давлении пара до 10 ат. Увеличение мощности установок, давления пара и его температуры существенно влияло на повышение КПД. В настоящее время работающие тепловые мощные энергоблоки (150, 300, 500 и 800 тыс. кВт) используют давление пара 240-250 ат при его температуре 550-560°С, КПД таких агрегатов достигает 40% и более. В последние годы пущен гигант тепловой энергетики — Криворожская ГРЭС мощностью 3 млн. кВт, планируется строительство тепловых электростанций по 4,8 млн. кВт с энергоблоками по 500-800 МВт. На Костромской ГРЭС будут установлены опытные образцы энергоблоков по 1200 МВт. Дальнейшее повышение экономичности тепловых электростанций в ближайшие годы неосуществимо из-за отсутствия новых жаропрочных материалов и теплоносителей.

Гидроэлектростанции в нашей стране имеют большое будущее, так как гидроресурсы используются пока еще далеко не полностью. Это особенно относится к рекам Сибири. В последние годы построены и строятся шесть гидроэлектростанций на Ангаре общей мощностью 15 ГВт с годовой выработкой электроэнергии свыше 70 млрд. кВт-ч (наиболее крупные — Братская им. 50-летия Великого Октября, Усть-Илимская). Каскад гидроэлектростанций будет построен на Енисее с общей мощностью 30 ГВт и годовой выработкой электроэнергии 130 млрд. кВт-ч: Красноярская им. 50-летия СССР (6 ГВт), Саяно-Шушенская (6,4 ГВт)

За последние годы в мировой электроэнергетике наметилась тенденция уменьшения удельного веса гидроэлектростанций. В будущем ГЭС будут переведены на обеспечение неравномерных нагрузок, передавая основную нагрузку тепловым и особенно атомным электростанциям (см. цветные вклейки).

Первая в мире атомная электростанция была построена в 1954 г. в г. Обнинске. Ее мощность составила всего 5 ГВт. В настоящее время уже введены в действие Нововоронежская им. 50-летия СССР (560 МВт), Белоярская им. И. В. Курчатова (300 МВт), Шевченковская (150 МВт) и другие АЭС. Ведется строительство целого ряда новых атомных электростанций мощностью до 4 ГВт - Армянская, Кольская, Ленинградская им. В. И. Ленина, Смоленская, Чернобыльская и др.

В СССР строятся в основном графито-водяные (с водяным теплоносителем и графитовым замедлителем) и водо-водяные (с обычной водой в качестве замедлителя и теплоносителя). В последние годы атомная энергетика начала постепенный переход к реакторам на быстрых нейтронах. Сырьем для таких станций могут быть шлаки тепловых атомных станций. При этом в реакторах-размножителях природный захватывая быстрые нейтроны, выделяет теплоту и превращается в новое атомное горючее выделяя квант:

В реакторах на быстрых нейтронах используется практически весь плутоний.

В настоящее время в Советском Союзе уже действуют атомные электростанции с реакторами на быстрых нейтронах: в Дмитровграде Ульяновской области работает установка БОР-6О, в г. Шевченко — установка БН-350 (для производства электроэнергии и для опреснения воды), а также завершается строительство блока БН-600 на Белоярской АЭС им. И. В. Курчатова. Подготовлены к промышленному освоению блоки на 800 МВт и проектируется на 1600 МВт. В ближайшие десятилетия реакторы на быстрых нейтронах станут основой атомной энергетики.

Одновременно с развитием атомной энергетики в настоящее время физики многих стран активно работают над проблемой управляемых термоядерных реакций и возможностью использования их в мирных целях.

В Институте атомной энергии имени И. В. Курчатова советские ученые получили важные результаты по управляемому термоядерному синтезу на экспериментальных термоядерных установках типа «ТОКАМАК» — название от сокращения слов «тороидальная камера со стабилизирующим магнитным полем» (последняя буква

Рис. 9-1

«г» заменена на «к»). Самая мощная установка этого типа «ТОКАМАК-10» уже позволяет получить высокотемпературную водородную плазму и осуществить развитую термоядерную реакцию в лабораторных условиях. По образу и подобию советских токамаков созданы термоядерные установки во многих странах мира.

Хотя до практического решения проблемы управляемых термоядерных реакций еще далеко, тем не менее уже сейчас можно предполагать, что «ТОКАМАК-Ю» послужит прообразом будущих термоядерных электростанций.

В 50-е годы в связи с бурным развитием ракетной техники и созданием новых жаропрочных материалов, а также после разработки теории магнитной гидродинамики и физики плазмы стало возможным вернуться к идее прямого преобразования теплоты в электрическую энергию, к магннтогидродинамнческому генератору. Принцип работы простейшего МГД-генератора пояснен на рисунке 9-1. В камеру сгорания 2 вдувают топливо 5, воздух 4 и присадку 3 (например, пары щелочных металлов для повышения электропроводности газа). Образующаяся при этом плазма через сопло 6 поступает в пространство между электродами 7, которые соединены последовательно с нагрузкой R. Система электродов помещена в электромагнит, создающий сильное магнитное поле. При движении плазмы электроны и ионы между соударениями смещаются в направлении к электродам (эффект Холла) и в цепи нагрузки возникает электрический ток.

Основное достоинство МГД-генератора состоит в отсутствии в нем движущихся узлов и деталей, что позволяет существенно повысить начальную температуру рабочего тела (плазмы) и его КПД. Если после МГД-генератора поставить еще обычный турбогенератор, то КПД такой установки может быть доведен до 50—60%.

Использование МГД-генераторов позволит строить энергоблоки мощностью 500-1000 МВт в сочетании с тепловыми блоками такой же мощности.

Из других способов производства электроэнергии следует отметить намечающееся в будущем более интенсивное и эффективное использование энергии солнечного излучения (на основе полупроводниковой техники), энергии ветра и морских приливов.