Техника - молодёжи 1968-11, страница 21

В ЗАЩИТУ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ МАШИН

Е. СЕКЛЕНКОВ, инженер г. Сухуми

последнее время стало своего рода признаком хорошего тона ругать машинную энергетику и хвалить так называемые «прямые» способы производства электроэнергии. При этом в качестве основного обычно приводится одни довод: главный-де недостаток тепловых электростанций — «множественность промежуточных трансформаций энергии первичного источника в электроэнергию». Зачарованные кажущейся логичностью этого соображения, люди несведущие обычно упускают из виду, что промежуточные ступени очень мало влияют на величину общего к.п.д. электростанции, если каждая из них в отдельности вносит очень небольшую потерю. А на тепловых электростанциях картина именно такова. Главная причина того, что их к.п.д. пока еще меньше 50%, не во «множественности промежуточных трансформаций», а в том, что температура пара, подаваемого в турбину, ограничена качествами материалов.

Весь ход развития техники убеждает: погоня за «прямизной» сама по себе бессмысленна. Полупроводниковые, термоионные, магнитогидродинамические генераторы и топливные элементы привлекают внимание инженеров не потому, что они «прямые», а потому, что в некоторых условиях они оказываются легче, надежнее, проще, чем машинные установки. Но когда речь заходит о крупных, высокоэкономичных энергетических установках, все эти новые преобразователи энергии отходят на задний план.

ПАРОТУРБИННЫЙ ЭТАЛОН

П режде чем рассматривать перспективы «прямых» способов получения электроэнергии, необходимо поговорить об эталоне, с которым они сравниваются: о современной тепловой электростанции. В начале XX века к.п.д. турбинных электростанций составлял в среднем 10%. В 1940 году он поднялся до 20%, в 1955 году — до 27%, в 1960 он достиг 30%, а в 1965-м перевалил за 35%. Главная причина столь быстрого роста к.п.д. — увеличение единичной мощности агрегатов и применение пара

сверхвысоких параметров. Например, увеличив давление пара с 90 до 240 атм., температуру с 540° С до 560° С и еди

ничную мощность блока котел — турбина со 100 до 300 Мвт, энергетики снизили удельный расход топлива на 12— 14%. Дальнейшее повышение параметров пара до 300 атм. и 650° С обещает снизить расход топлива еще лишь на 4 %. Поэтому некоторые специалисты считают, что дальнейшие возможности повышения экономичности паросиловых установок ограничены и что существует недалекий уже предел. Дальше нет смысла повышать параметры пара и единичную мощность блоков.

Думается, что время внесет в это свои

(В порядке обсуждения)

поправки. В истории техники уже не раз объявлялось, что в той или иной области достигнут потолок. В 1929 году самой мощной в мире считалась американская турбина — 185 Мвт. И уже тогда некоторые специалисты заявляли: «Дальнейшее увеличение мощности невозможно». А сейчас, спустя 40 лет, уже существуют блоки и в 500, и в 800, и в 1000 Мвт и уже ведутся проектные разработки одновальных турбин на 2000 Мвт.

Говоря об экономичности турбины самой по себе, следует помнить, что в наши дни эти машины доведены до высокой степени совершенства, их к.п.д. близок к 100%. Если же брать паросиловую установку, то к.п.д. тепловых станций, как мы уже говорили, всего около 35%. Главный источник потерь не турбина, а котел, в нем топливо сгорает при температуре 2—2,5 тыс. градусов, а температура пара — всего 500—600° С. А поскольку общий к.п.д. установки сильно зависит от начальной температуры рабочего тела, то ясно: повышение параметров — наиболее перспективный путь в тепловой энергетике. И здесь предел поставлен материалами, которые могут сохранять прочность при высоких температурах. Образно говоря, в формулу для вычисления к.п.д. тепловой станции в замаскированном виде входит прочность современных жаропрочных сплавов.

Какие же установки противопоставляются обычно турбогенераторам, хотя громоздким и косвенным, но весьма экономичным машинам?

«ВСЮ ТЕХНИКУ В ЕДИНЫЙ МИГ ЗАМЕНИТ ПОЛУПРОВОДНИК»

Термопара — старейший и самый что ни на есть безмашинный метод производства электроэнергии. По замыслу некоторых энтузиастов, термопары, нагреваемые до высокой температуры, станут давать постоянный электрический ток высокого напряжения без всяких котлов и турбин. Поскольку этот вопрос принципиально важен для будущего энергетики, посмотрим, чего можно ожидать от термопар теоретически, в идеальном случае.

Оказывается, самые эффективные термопары дают электродвижущую силу около одного милливольта на одан градус разности температур между спаями. При разности в 3 тыс. градусов напряжение на клеммах такого устройства составит всего 3 в! Что же касается к.п.д., то до сих пор в лучших термоэлементах не удалось получить больше 10%.

Тем не менее эти цифры не убеждают энтузиастов «безмашинной» энергетики. В качестве контрвозражения они заявляют, что наука и техника, мол, развиваются и недалек день, когда молодцы химики найдут такой волшебный материал, который при легко достижимой разности

Рис. В. В р ю и а

гг® Ш

ПОЛУПРОВОДНИКОВЫЙ ТЕРМОЭЛЕМЕНТ. Е — электродвижущая сила — ЭДС, к — постоянная Больцма-на, е — заряд электрона, Т — разность абсолютных температур между спаями, п₀д — число свободных электронов в первом слое, п_ов — число свободных электронов во втором слое.

температур на спаях даст небывалую мощность. Однако теория говорит, что главная причина, ограничивающая электродвижущую силу любого термоэлемента, не пороки и несовершенства материала, а величина отношения постоянной Больцмана — к к ваояду электрона — е. Эта величина — к/е носит, так сказать, фатальный характер, ибо ни заряд влектрона, ни постоянную Больцмана человек изменить не в состоянии. Чтобы получить от термовлемента более или менее высокое напряжение, потребовалось бы накаливать его до сотен тысяч или даже до миллионов градусов, но. к со-

р'НРШМИИИг (J)

^КРЕМНИИ

ФОТОЭЛЕМЕНТ КАК ЭЛЕКТРОГЕНЕРАТОР. Е — ЭДС, h — постоянная Планка, е — заряд, у — частота излучения.

жалению, при такой температуре все вещества мгновенно испаряются и могут существовать лишь в виде плазмы. Плазма же для изготовления термопары совершенно непригодна. Теплопроводность горячей плазмы исключительно' велика и превосходит теплопроводность металлов почти в миллион раз. Поэтому ни о каком температурном перепаде внутри плазмы при таких температурах не может быть и речи. Эти две причины — высокая теплопроводность плазмы и величина отношения к/е — заставляют думать, что выработка электроэнергии в промышленных масштабах посредством каких-то плазменных или полупроводниковых термопар относится к области прекрасных, но, увы, неосуществимых фантазий.

17