К сожалению, не в «пустяке». Часть электростанций, сжигающих органическое топливо, нельзя останавливать.
Нецелесообразно даже менять их мощность. Они практически исчерпали свой ресурс, и их изношенное оборудование лучше эксплуатировать в режиме спокойной, постоянной работы. В противном случае оно может выйти из строя. В Энергетической программе предусмотрена реконструкция старых станций, мощность которых на сегодняшний день составляет несколько десятков миллионов киловатт.
Важную роль в электроэнергетике продолжают играть теплоэлектроцентрали (ТЭЦ). В них наряду с выработкой электроэнергии получают почти «даром» и тепло отработанного пара, вращавшего ротор турбины. Многие ТЭЦ расположены вблизи городов и потому используют, как правило, не дешевый уголь, а дорогостоящие газ или мазут. Казалось бы, выгодно уменьшить ночью мощность этих станций, экономить углеводородное топливо, а нужный минимум энергии пусть обеспечивается АЭС!
Увы, при снижении электрической мощности ТЭЦ одновременно снизится и количество отбираемого пара, теплом которого отапливаются дома, фабрики, заводы.
Правда, положение тут не безвыходное. Уменьшая мощность, пар для отопления можно отбирать не от турбин, а прямо от паровых котлов. Для этого на ТЭЦ нужно установить бойлеры — теплообменники, в которых тепло пара передается воде, поступающей в системы отопления.
Как будто бы все ясно и понятно. Нужно в срочном порядке реконструировать ТЭЦ. Дооборудование — дело несложное, а благодаря снижению мощности ТЭЦ удается сэкономить миллионы тонн органического топлива. Но посмотрим на реконструкцию с точки зрения эксплуатационников. Из-за бойлеров ухудшится такой важный нормативный показатель, как удельный расход топлива на выработку единицы энергии. По нему оценивается работа энергетиков. Чем ниже удельный расход, тем выше премия. Значит, мощность им снижать невыгодно? Как же быть? Энергетической программой предусматривается устранение подобных организационных неувязок.
Уже сейчас, а тем более в будущем атомной энергетике надо научиться работать в маневренных режимах.
Придется поэкспериментировать, создать и отработать некоторое новое оборудование. В первую очередь предстоит усовершенствовать тепловыделяющие элементы, в которых заключено ядерное топливо.
У атомной энергетики еще младенческий возраст:
чуть более тридцати лет. Говорить, что ей уже неведомы проблемы, столь же неверно, как утверждать: «Ребенок родился — стало быть, трудности позади». Но родители знают: с рождения ребенка проблемы только начинаются.
Атомной энергетике предстоит научиться производить тепло не только для турбин электрогенераторов, но и для отопления жилищ, для различных технологических процессов. Иначе в предстоящие 15–20 лет придется отправлять с Востока на Запад минимум вдвое-втрое больше железнодорожных составов с углем.
Чтобы избежать столь нерадостной перспективы, уже началось сооружение атомных теплоэлектроцентралей (АТЭЦ) вблизи Одессы и Минска. Затем последуют Волгоградская и Харьковская АТЭЦ и десятки других вблизи крупных городов европейской части СССР.
Исключительно одно лишь тепло производят специальные атомные станции теплоснабжения (ACT), подобные котельным на органическом топливе. Для отопления и горячего водоснабжения городов нужна вода вдвое «холоднее», чем в АЭС, — с температурой не больше 150 градусов. Уменьшить нагрев вдвое — значит вдесятеро снизить давление в корпусе реактора ACT. Корпус же ответственнейший элемент реактора. Его диаметр — 6 метров, а длина — 15. В состав ACT входят два таких реактора. Мощность каждого — 500 тысяч киловатт. Оба они способны обогреть город численностью около 300 тысяч человек.
ACT обычно располагается в непосредственной близости от города. Конструкторы позаботились о гарантиях ее надежной работы, об отводе остаточного тепловыделения после какой-либо вынужденной остановки реактора. Например, основной корпус окружен вторым корпусом «страховочным». Если реактор остановился, то тепло — благодаря естественной циркуляции воды за счет разности температур — отводится даже в случае выхода из строя основных циркуляционных насосов. А при работе на мощности тепло передается потребителю через специальный промежуточный контур. Другими словами, вода из реактора никак не сможет попасть в теплосеть.
Пожалуй, не случайно первые ACT появились в СССР.
Ведь большинство из нас проживает в довольно холодных северных широтах. Посмотрите на географическую карту — вся территория США лежит южнее широты Киева. Поэтому нам приходится очень много энергии тратить на отопление жилищ и производственных помещений. Вот почему мы и через годы будем с такой же признательностью, как и первую АЭС, вспоминать атомные станции теплоснабжения под Горьким и Воронежем.
Еще не набрали силу атомные станции, вырабатывающие тепло, а в конструкторских бюро уже спроектированы станции для обеспечения теплом промышленности. «На их основе, — говорится в Энергетической программе, будут созданы ядерно-технологические комплексы».
Невозможно было «эволюционным» путем создать реакторы для выработки высокотемпературного тепла.
Здесь нужно было не модернизировать существующие типы ядерных котлов, а найти принципиально новое решение. И оно было найдено. В активной зоне реактора решили использовать температуростойкий конструкционный материал графит. Он не плавится, а только возгоняется при очень высокой температуре — 3700 градусов. Из графита выполнены как опорные конструкции, так и стенки активной зоны. Необычны и тепловыделяющие элементы, в которых спрятано ядерное топливо: они имеют форму сферы размером в бильярдный шар. Внутри каждого шара несколько тысяч комочков двуокиси урана в «скорлупах» из пирографита и карбида кремния.
В активной зоне реактора шары насыпаны беспорядочно, как горох в банке. Через пустоты между шарами продувается инертный благородный газ — гелий. Проходя через засыпку, гелий нагревается до 900-1000 градусов и потом отдает тепло потоку тех или иных технологических газов. С помощью этого тепла при 800–900 градусов из природного газа выделяют водород, осуществляют «паровую конверсию метана». При соединении метана и паров воды в присутствии катализатора образуется смесь водорода и окиси углерода, или восстановительный газ, который можно использовать в металлургии для извлечения железа из руд, в химической промышленности для производства аммиака и затем азотсодержащих удобрений. При глубокой переработке нефти тоже незаменим водород, который позволяет увеличить «выход» жидкого топлива для автотранспорта, самолетов, дизельных тепловозов. Высокотемпературные реакторы способны наполовину сократить расход природного газа при получении водорода.
Соединение энергии ядерного котла с процессом паровой конверсии метана помогает также решить проблему обеспечения горячей водой и паром рассредоточенных потребителей. Ведь по территории нашей страны разбросаны десятки тысяч поселков и небольших городов, многие удаленные от крупных населенных пунктов промышленные и сельскохозяйственные предприятия.
Паровая конверсия метана предоставляет возможность дальней «хемотермической» передачи энергии от крупного ядерного центра к этим разбросанным объектам. Для этого смесь водорода и окиси углерода охлаждается, отдавая свое тепло поступающим на реакцию метану и воде, и с помощью компрессора передается по газопроводу к месту потребления. Там в присутствии специального катализатора при температуре 400–600 °C проводится обратная реакция — соединение окиси углерода и водорода. При этой реакции выделяется энергия и восстанавливаются исходные вещества метан и вода. Метан по отдельному газопроводу возвращается на атомную станцию, чтобы снова принять участие в химической реакции, — цикл повторяется. Как видим, тепло от реактора может быть в химически связанном виде передано на любое практически необходимое расстояние.
Колоссальными возможностями обладает ядерная энергетика, но и она не избавлена от недостатков. На Востоке говорят: «Даже роза дает тень». Одна из сложных проблем — где взять топливо для реакторов.
Топливная проблема в ядерной энергетике ставится по-другому, чем в энергетике нефти или газа. Если атомная станция вырабатывает электрическую мощность в один миллион киловатт, то за проектный срок службы она израсходует около 5 тысяч тонн урана. Казалось бы, не так много по сравнению с общими запасами этого радиоактивного элемента. Беда в том, что он содержится в земных недрах не столько в рудных залежах, сколько в рассеянном виде, и его концентрация в породах очень низкая. Добыча ядерного топлива обходится весьма дорого.
Не дешевле ли извлекать уран из морской воды — там его около 3 миллиардов тонн? Хватит для снабжения топливом в течение трехсот лет почти ста тысяч АЭС!
