Юрий Чирков - Занимательно об энергетике

Важность проблемы энергоснабжения городов быстро возрастает. По данным ООН, к концу века в городах будет жить вдвое больше людей, чем сейчас. В развитых странах на долю городов придется три четверти всего населения, в развивающихся странах — около половины. Причем города достигнут грандиозных, умопомрачительных размеров. В 2000 году список их будет, очевидно, возглавлять Мехико с населением 31 (!) миллион человек. Далее будут следовать Сан-Пауло (25,8 миллиона), Токио (24,2 миллиона), Нью-Йорк (22,8 миллиона), Шанхай (22,7 миллиона). Как следствие такой урбаакселерации резко пойдет вверх и необходимость в ЭЭС, этих легко откликающихся на потребу городов новых источников электроэнергии.

«Тарджет» и другие

Кто-то должен начать! Самая блестящая идея останется фантазией, пока за нее не возьмется инженер. И вот в последние годы за рубежом в различных журналах, связанных с энергетикой, техникой, замелькали непривычные, броские заголовки статей. «Использование топливных элементов для выработки электроэнергии — мечта или реальность?» «Топливные элементы — фаворит в энергетической скачке?»... И тому подобное. В условиях достаточно резко выраженного энергетического кризиса, экологических и прочих неурядиц в ведущих капиталистических странах — США, ФРГ, Японии — начаты серьезные исследования вопроса о возможной роли топливных элементов в Большой Энергетике. Особый размах эта деятельность получила в США.

В 1967 году, когда многие организации, занимающиеся топливными элементами и работающие на космос, начали свертывать свою деятельность и дух уныния воцарился над этой проблемой, американская фирма «Юнайтед технолоджи корпорейшн», объединившись с консорциумом газовых и электрических компаний (электроэнергия из газа), создала проект «Тарджет» («Цель»). Организаторы проекта, что называется, смотрели в корень. Природный газ становится в энергетике самой перспективной фигурой. Использовать его высокоэффективно, экологически чисто — то была достойная задача.

Проект «Тарджет» действует более 20 лет. Исследования велись с постепенным наращиванием мощности установок. В 1972—1973 годах было изготовлено более 60 модулей — 12,5 киловатт каждый. Теперь же взят курс на 40-киловаттные устройства. 50 таких станций пройдут испытания в период с 1979 по 1981 год, чтобы к 1982 году можно было выработать окончательные рекомендации по их практическому использованию. Конечная цель работ — создание предпосылок для использования газа в качестве единственного носителя энергии.

«Тарджет» не единственный проект такого рода. В 1971 году была принята другая программа — «РСО» (первые буквы слов «Fuel Cell Generator» — генераторы на топливных элементах).

Если проект «Тарджет» поддерживали в основном газовые компании, то программу РСО финансировали компании электрические. И цели тут покрупнее — построить в начале 80-х годов уже 27-мегаваттную (!) установку на топливных элементах.

В 1976—1977 годах была построена и успешно испытана станция мощностью в 1 мегаватт. А в мае 1980 года в густонаселенном районе Нью-Йорка (Нижний Манхаттан, это место выбрано, чтобы показать преимущества использования топливных элементов: бесшумность, бездымность, «безводность») начато испытание электростанции на топливных элементах мощностью в 4,8 мегаватта. Она дает ток в городскую сеть.

Если эксплуатация этой демонстрационной энергоустановки — пока идет очень дорогостоящий и сложный технический эксперимент! — окажется успешной (планируется, что станция проработает 2000 часов: в октябре 1981 года предполагается выпустить заключительный отчет по данному проекту), то в начале 80-х годов, возможно, будет построена электростанция уже на 27 мегаватт.

Согласно предварительным расчетам такая станция сможет обеспечить электроэнергией жилой массив (или город) с населением в 20 тысяч человек. Все оборудование такой ЭЭС может быть размещено в одноэтажном строении, занимающем порядка двух тысяч квадратных метров земли.

Чтобы ощутить размах дела, полезно вспомнить события не столь далекие: историю развития атомной энергетики. Первая в мире АЭС опытно-промышленного назначения мощностью в 5 мегаватт (какое совпадение: ЭЭС в Нью-Йорке рассчитана примерно на ту же мощность!) была пущена в СССР 27 июня 1954 года. А в 1958 году была введена в эксплуатацию 1-я очередь Сибирской АЭС мощностью 100 мегаватт (Мвт) — полная проектная мощность 600 Мвт. Так начиналась эра атомной энергетики. Не стоим ли мы сейчас на пороге энергетики электрохимической?

Третье поколение

Широкая река научно-технического прогресса. Ее стремительные повороты, странные и порой необъяснимые. Скажем, М. Фарадей (1791 —1867), так много сделавший для развития электрохимии. (Достаточно вспомнить открытые им законы электролиза.) Но он же в 1831 году открыл и принцип электромагнитной индукции. К чему это привело? К созданию электрических генераторов. К забвению электрохимических устройств, которые до этой поры (до 60-х годов XIX века) являлись основным источником электричества. Но сейчас, кажется, ситуация вновь меняется. Восстанавливается (увы, спустя примерно столетие) исходная позиция.

«Загнанные в резервации», «истребленные» для нужд Большой Энергетики, электрохимические устройства в образе топливных элементов собираются теперь дать бой тепловым машинам на их же собственной территории.

Третья американская долговременная программа «Utility» («Польза») поставила своей целью осуществить заветную мечту электрохимиков — поставить на промышленную основу, «холодное» (на топливных элементах) горение угля в кислороде воздуха. И не в виде лабораторных образчиков, дразнящих воображение, но не выдерживающих практической проверки. Где-то в 1990-х годах должна быть построена электростанция мощностью в 635 мегаватт!

Человек редко живет настоящим. Тело — да, но разум всегда устремлен в будущее. Видно, тому серьезные биологические причины: тысячелетняя борьба за существование, шлифующая наш мыслительный аппарат. Столь жизненная необходимость — умение предвидеть! Каков завтрашний день земной энергетики? Тут нет особых разногласий. Уже проглядываются три этапа.

Ближайший — эра нефтепродуктов и природного газа. Их хватит человечеству еще лет на 20—30. Следующий, второй этап — посленефтяной или угольный. Запасы угля обильны: ими можно «кормиться» 1,5— 2 столетия. Третий этап развития энергетики начнется, когда вся ископаемая органика будет исчерпана. Тогда пойдут в ход на полную мощность солнечные, атомные и термоядерные установки.

А электрохимическая энергетика? Привязана ли она к быстро исчезающей органике? Вовсе нет. Если, как утверждают футурологи, грядет эра водородной энергетики, топливным элементам всегда найдется дело, ибо это лучший инструмент для сжигания водорода.