ЭНЦИКЛОПЕДИЯ

План ГОЭЛРО и будущее энергетики

План ГОЭЛРО и его выполнение

После Великой Октябрьской социалистической революции одной из важнейших проблем, 'вставших перед молодой Советской республикой, было восстановление хозяйства, разрушенного империалистической войной, и преобразование этого хозяйства на новый, социалистический лад. По этому поводу В. И. Ленин писал: "На мой взгляд, электрификация является наиболее важной из всех великих задач, стоящих перед нами". Уже в январе 1920 г. В. И. Ленин в письме к Г. М. Кржижановскому наметил задачу электрификации, т. е. единого народнохозяйственного плана преобразования страны на основе новой техники - техники электричества. 24 марта 1920 г. была образована Государственная комиссия по электрификации России - ГОЭЛРО, а в конце 1920 г. был разработан "План электрификации РСФСР".

В условиях царской России не могло быть речи о плановой электрификации промышленности и сельского хозяйства. Электростанции, как правило, принадлежали частным лицам или акционерным обществам, и строились они там, где это было удобно хозяевам.

Тепловых электростанций и мелких гидростанций было немало, но общая их мощность в 1913 г. достигала всего лишь 1,1 ГВт и была в 20 раз меньше, чем в США.

За 10-15 лет планом ГОЭЛРО намечалось соорудить 10 гидроэлектростанций общей мощностью 640 МВт и 20 тепловых электростанций общей мощностью 1,11 ГВт. При этом электростанции должны были объединиться в энергетические системы, такие, как Московская, Донбасская и др. Для объединения предполагалось строить высоковольтные линии электропередачи, практически неизвестные в дореволюционной России (протяженность их в 1914 г. не превышала 100 км).

Гражданская война и разруха задержали электрификацию, но уже к 1935 г. было построено 40 новых электростанций (вместо 30 по плану) общей мощностью 4,3 ГВт. Были намного перевыполнены намеченные планом ГОЭЛРО масштабы добычи угля, нефти, торфа, железной руды, производства электроэнергии, чугуна, стали и алюминия. Заводы СССР стали выпускать паровые и гидравлические турбины, электрогенераторы, трансформаторы, масляные выключатели, электродвигатели и др. Выли созданы энергосистемы в Центре, на Урале, в Грузии, Армении и других районах.

"Коммунизм - это есть Советская власть плюс электрификация всей страны",- писал Ленин.

Выполнив досрочно план ГОЭЛРО, советский народ продолжает развитие хозяйства страны по ленинскому плану построения коммунизма.

Рост производства электроэнергии в нашей стране идет поистине колоссальными темпами. О том, как растет производство электроэнергии и ее потребление в разных областях народного хозяйства, очень красноречиво говорит таблица, которую мы приводим ниже.

Электробаланс народного хозяйства СССР (в млрд. кВт.ч)

За прошедшие годы электрические машины, аппараты и приборы практически полностью вытеснили в промышленности паровые машины. Создание индивидуального электропривода открыло путь к автоматизации промышленного производства. Электрификация на транспорте - это 37 тыс. км электрифицированных железных дорог, это электропоезда и метрополитен, троллейбусы и электромобили, это электрическое управление и сигнализация, скорость и комфорт.

И недалеко то время, когда постепенно исчезнут газовые плиты и батареи центрального отопления: их заменят электроплиты и полупроводниковые электронагреватели. В городах появятся самодвижущиеся тротуары, бесшумные электрические автобусы и автомобили, не дающие выхлопных газов. Тротуары и главные городские магистрали станут зимой отапливаться, на них уже не будут скапливаться снег и лед, а это тоже повышает безопасность движения. Метро станет привычным видом транспорта не только в столичных городах. Полностью перейдут на электроэнергию сталеплавильные и другие производства, в которых требуется высокая температура. В небывалых масштабах будет электрифицировано сельское хозяйство, на скотных дворах, птицефабриках и фермах человек будет освобожден от тяжелого ручного труда.

Схема электрификации России по плану ГОЭЛРО.

Одним словом, в перспективе вырисовываются грандиозные картины электрификации. Но для этого надо овладевать новыми источниками энергии и более совершенными методами ее преобразования в электричество. Приведем некоторые из них...

Новые источники энергии

Существующие способы получения электроэнергии чрезмерно сложны. Между источником энергии -водой, углем, нефтью, атомным ядром - и линией передачи выстроился ряд "посредников": плотины, топки, атомные реакторы, турбины, электрогенераторы. Ни одно устройство, даже самое лучшее, не может работать без потерь, с к.п.д., равным 100%. И чем длиннее цепочка устройств-"посредников", тем больше и доля потерь. Ученые непрестанно ищут способы прямого преобразования энергии, например тепловой в электрическую: один "посредник" всегда лучше, чем множество. Существуют ли они? Да! Расскажем о некоторых из них.

Топливные элементы

Наиболее простыми и хорошо освоенными являются водородно-кислородные топливные элементы. Выглядит один из таких элементов так. В сосуд с раствором едкого калия (КОН) погружены две пористые платиновые трубки (электроды, к которым подключается потребитель электроэнергии). В одну подается водород, в другую - кислород. В результате химической реакции получается вода, а во внешней цепи протекает электрический ток.

Топливные элементы используются в качестве источника тока на космических кораблях. По-видимому, именно в космосе они найдут наибольшее применение: все-таки они еще слишком дороги и сложны в изготовлении.

Термогенератор

Другой прямой преобразователь энергии - это термогенератор. Бели сварить две проволоки из разных металлов, скажем железа и алюминия, вольфрама и платины, а потом место сварки нагреть, оно превратится в генератор электрического тока. Правда, очень слабый, но все же его напряжение можно измерить обыкновенным вольтметром. Это явление было открыто 150 лет назад и использовалось главным образом для измерения температуры, потому что напряжение "генератора" зависит от того, насколько нагрето место сварки.

Но в 40-х годах XX в. советский ученый А. Ф. Иоффе установил, что мощность термогенератора резко возрастает, если вместо металлов взять полупроводники. Созданные им термогенераторы обладали мощностью до 15 Вт. В современных термогенераторах используют ядерные источники тепла, и электричество вырабатывается по нескольку лет без замены "горючего".

Солнечные батареи

Можно заставить и Солнце вырабатывать электроэнергию.

Если закрыть кристалл кремния тончайшим, прозрачным для света, слоем металла, то поток фотонов - мельчайших частиц света, проходя сквозь металл, будет выбивать электроны из полупроводника. Эти электроны тут же "убегут" в металл. Поэтому между кремнием и металлом возникнет напряжение. Сотни и тысячи таких фотоэлементов (соединенных последовательно и параллельно для увеличения напряжения и силы тока) образуют солнечные батареи, от которых питается аппаратура космических станций и спутников. В пустынях, где солнце почти никогда не закрыто облаками, такие батареи - самый лучший источник питания для всякого рода установок, скажем метеостанций, которые работают без людей.

Лабораторный импульсный термоядерный реактор. В нем плазму рождает луч лазера.

Экспериментальная термоядерная установка "Токамак". В ней происходит синтез ядер гелия из ядер дейтерия. Пока эта установка может работать сотые доли секунды.

МГД-генераторы

К сожалению, всем этим устройствам, о которых шла речь, свойствен главный недостаток: они сравнительно маломощны и дороги. Все они поэтому лишь вспомогательные источники энергии. И только на космических кораблях они пока что главные. А на Земле нужны иные преобразователи, сравнимые по экономическим и техническим показателям с турбогенераторами и гидрогенераторами. Экспериментальные устройства такого рода уже созданы: это МГД-генераторы.

Общий вид экспериментального МГД-генератора.

У МГД-генератора (магнитогидродинамического генератора) три основные части: канал, устройства для отвода электроэнергии и электромагнит. В камере сгорания, похожей на камеру ракетного двигателя, сжигают уголь, природный газ или мазут. Горячие газы ускоряются в сопле камеры и попадают в канал - длинную, слегка расширяющуюся трубу. В стенки канала вделаны электроды - проводящие пластинки, с которых снимается напряжение, вырабатываемое генератором. Канал помещен в магнитное поле, которое создается электромагнитом.

Нагретый до нескольких тысяч градусов, газ ионизируется, и получается не что иное, как плазма, т. е. смесь из оторвавшихся от атомов электронов, ионов (атомов, потерявших один или несколько электронов) и нейтральных атомов, не распавшихся на ионы и электроны. Чем выше температура, тем электронов и ионов больше, однако продукты сгорания обыкновенного топлива становятся плазмой лишь при температуре 10 000° С, вот почему в топливо МГД-генератора сейчас добавляют соли цезия или калия - они ионизируются уже при 2000° С.

Принципиальная схема МГД-генератора

Когда плазма попадает в канал и оказывается между полюсами электромагнита, магнитное поле отклоняет электроны к одному из электродов, и тот становится отрицательным полюсом генератора. А из противоположного электрода ионы вырывают электроны, он становится положительным полюсом. Между электродами благодаря этому образуется напряжение и протекает ток, который совершает полезную работу на нагрузке, подключенной к МГД-ге-нератору.

Идею МГД-генератора высказал еще Фарадей, но создавать их стали лишь в начале 60-х годов XX в., да и сейчас это все еще экспериментальные, хотя и довольно мощные, установки. Очень заманчиво то, что теоретически их к.п.д. может достигать 50% и выше, т. е. превышать к.п.д. паротурбинной электростанции. Трудность, однако, заключается в том, что при температуре газа ниже 2000° С в нем остается так мало свободных электронов, что для использования в генераторе она уже не годится. Чтобы не расходовать зря тепло, поток газа пропускают через теплообменники. В них тепло передаетея воде, а образовавшийся пар подается в паровую турбину. Такие комбинированные установки считаются наиболее перспективными.

В нашей стране действует сейчас опытно-промышленная комбинированная электростанция с МГД-ге-нератором, работающим на природном газе. Особенно велики преимущества МГД-генератора, работающего на плазме, созданной в термоядерном реакторе. Термоядерные электростанции Термоядерная реакция - это реакция соединения ядер легких элементов, сопровождающаяся выделением энергии. Например, ядра дейтерия - тяжелого изотопа водорода - превращаются в ядра гелия. Водород является составной частью воды. Если из 5 литров воды извлечь заключенный' в ней тяжелый водород - дейтерий, то энергия, которая может выделиться при соединении ядер дейтерия, будет эквивалентна энергии от сжигания 1,35 т нефти.

Термоядерный реактор - мечта ученых. К сожалению, до сих пор не удалось получить устойчивую управляемую термоядерную реакцию синтеза (см. т. 3 ДЭ, ст. "Плазма и термоядерный синтез"). Максимум, что удается, это на долю секунды заставить вспыхнуть термоядерный "костер", и он тотчас же гаснет. А нам нужно, чтобы реакция постоянно возобновлялась и термоядерный реактор работал бы циклически.

Наконец, есть еще один источник энергии, который сейчас кажется фантастическим: реакция соединения атомов материи и антиматерии.

Чем же отличается вещество от антивещества? По сути дела почти ничем. Кроме одной особенности: когда вещество и антивещество встречаются, происходит аннигиляция - взрыв, в тысячу раз более мощный, чем взрыв такого же по массе термоядерного заряда бомбы. И вот ученые мечтают о том, чтобы искусственно создать антиатомы и организовать управляемую реакцию аннигиляции. Два пучка газов - водорода и антиводорода - встретятся, и заработает аннигиляционный реактор. Он будет вырабатывать колоссальный по мощности поток света, а свет мы уже умеем преобразовывать в электричество с помощью солнечных батарей. В сочетании с аннигиляционными котлами они станут надежным и чрезвычайно мощным источником электроэнергии.

Марка "Сделано в СССР"- на всех континентах

Самые разнообразные электротехнические изделия, изготовленные в СССР, работают во многих странах мира, на всех континентах. СССР превратился в крупнейшего экспортера изделий электротехнической промышленности.

В течение многих десятилетий наша страна удерживает первенство по мощности отдельных гидроагрегатов и по смелости технических решений. Наши генераторы и турбины работают в АРЕ на Асуанской плотине, в Индии на ГЭС Балимэла, в Румынии на ГЭС "Железные ворота", их покупают Бразилия, Норвегия и другие страны. Советские турбогенераторы экспортируются в Болгарию, Югославию, Монголию, Индонезию, Индию, Грецию, Польшу, Румынию, ГДР и др.

Советские силовые трансформаторы работают в Индии, Румынии, ГДР, АРЕ -всего в 38 странах мира. Специалисты американской фирмы "Детройт Эдисон компани", посетившие Запорожский трансформаторный завод, дали высокую оценку его изделиям. В марте 1970 г. был подписан контракт на поставку в США трансформатора мощностью 560 МВА, изготовленного этим заводом,-первого силового трансформатора, который США купили у Советского Союза.

Советские электровозы переменного тока ВЛ80^к купила Финляндия; выпрямительная установка на полупроводниках, примененная в этом электровозе, находится на уровне лучших мировых образцов. Электропечи для плавки стали, алюминия, меди, ферромарганца, вмещающие от нескольких килограммов до 100 т металла, поставляются в 33 страны мира.

Зарубежные страны покупают у нас 130 типов аккумуляторов и сухих батарей. Особенный интерес вызывают батареи "Крона-ВЦ" и "Рубин-1": они работают втрое дольше, чем любые другие аналогичные батареи.

Таких успехов наша страна добилась благодаря тому, что за годы Советской власти была создана отличная научно-исследовательская и экспериментальная база: несколько сотен предприятий и научно-исследовательских институтов, в которых трудится почти миллион рабочих, инженеров, ученых. Такие великолепные заводы, как "Электросила" имени С. М. Кирова в Ленинграде, турбинный и гидрогенераторный "Электротяжмаш" имени В. И. Ленина в Харькове, трансформаторный в Запорожье,- это настоящие научные учреждения, в которых разрабатываются машины и аппараты небывалых мощностей и напряжений. Мировую известность получили научные изыскания Всесоюзного электротехнического института имени В. И. Ленина: здесь были разработаны принципы конструирования и создана аппаратура для первой в мире промышленной линии электропередачи напряжением 500 кВ, для высоковольтных комплексов 750 кВ и 1,2 MB переменного тока, создается уникальное оборудование для линии передачи постоянного тока напряжением 1,5 MB.

Полупроводниковая техника пришла сейчас во многие изделия электропромышленности. Преобразователи на управляемых полупроводниковых выпрямителях (тиристорах) для питания двигателей главного привода блюминга позволяют увеличить производительность станов на 10-12% практически без каких бы то ни было переделок других узлов. Это означает, что после того, как проведена модернизация на десяти станах, мы как бы получаем еще один прокатный стан!

Необъятны возможности нашей электро-промышленности. Пятьдесят лет назад В. И. Ленин сказал: "Мы Россию всю, и промышленную, и земледельческую, сделаем электрической". Так и стала, так и будет развиваться наша страна по пути сплошной электрификации.