Сейчас строится первая местная электростанция на канско-ачинских углях - Березовская ГРЭС. Восемь ее блоков по 800 тысяч киловатт каждый отличаются громадными котлами, которые раза в полтора больше, чем на обычных угольных станциях. Но гигантизм этот, из-за которого возрастает и расход металла, и объем строительных работ, вынужденный, связанный с неприятной особенностью получающейся золы зашлаковывать поверхности нагрева. Можно обдувать их поверхности паром или воздухом, очищать их вибрацией или обмывать водой.
      Ни один из этих способов не дает удовлетворительного результата. На Березовской ГРЭС применяются пароперегреватели с разреженными пучками труб, что и влечет увеличение размеров котлов.
      Но у березовской золы еще одна неприятнейшая особенность - повышенное содержание окиси кальция.
      От этого зависит плавкость шлаков. Если его зольность меняется только на 1 процент, то на 100 градусов может повыситься температура плавления окиси кальция. Поскольку же зольность варьируется более чем на 1 процент даже в пределах одного месторождения, то при высоком содержании окиси кальция трудно выбрать оптимальное топочное устройство для удаления из него шлаков в жидкой или твердой форме.
      Высокая зольность угля создает проблемы и на других месторождениях. Снижается калорийность топлива, и теряется энергия, а из-за неустойчивости горения приходится добавлять мазут, что ведет к преждевременному изнашиванию оборудования. Однако, подсчитали ученые, фактическая зольность отгружаемых углей растет со временем быстрее, чем природная их зольность. Как будто бы к добываемому топливу специально подмешивают пустую породу. Действительно, подмешивают. Правда, не специально. Если пласт тонкий, а ширина захвата угледобывающего комбайна больше толщины угольной жилы, то неизбежно засорение извлекаемого сырья. Еще одна причина - организация учета добычи по горной массе, а не по углю, позволяющая вполне законным образом включать в нее 10-12 процентов пустой породы, включать и отправлять потребителям. Разбирайтесь-де сами. Вот и ломают себе голову энергетики, но тоже по-разному.
      Проще всего в высокозольный уголь добавлять мазут.
      А вот на Ворошиловградской ГРЭС получаемое некачественное горючее, чтобы оно хорошо горело, превращают в очень тонкую пыль. Для этого поступающий уголь подсушивают в специальной печи и только затем направляют на угольную мельницу, где обеспечивается нужная степень помола. Образующаяся угольная пыль не забивает трубопроводы в котлах, и, главное, станции не нужен дополнительный мазут. В конечном итоге ворошиловградцы экономят каждый месяц по 50 (!) железнодорожных цистерн мазута.
      Иногда под предлогом "оскудения недр" оправдывается повышение зольности углей, снижение показателей добычи, выработки энергии, производительности труда.
      Но вот статистические данные по Донбассу: с 1975 года толщина пласта практически оставалась на уровне 1,15 метра, глубина добычи угля с того года практически не повышалась, а в последние годы даже уменьшилась с 327 метров в 1980 году до 325 метров в 1983 году. Происходит это из-за расширения добычи открытым способом, обозначенным в Энергетической программе СССР как главный. Первенство здесь де-ржит еще один гигантский угольный комплекс на востоке страны - Экибастуз.
      В изданной в начале века "Настольной и дорожной книге" для путешествующих говорится: "Плавание по Иртышу от Омска до Семипалатинска не обещает ничего интересного. На расстоянии тысячи верст здесь расположен всего один небольшой уездный город и два десятка незначительных селений". Так выглядел ранее район Экибастузского и Майкубенского бассейнов, открытых в 1867 году. Однако уже в разделе плана ГОЭЛРО "Электростанции Западной Сибири" есть такие строки:
      "Из других месторождений наибольшее значение имеют Экибастузские копи вблизи Павлодара". В 1922 году после изгнания колчаковцев ВСНХ выделил специальные средства на восстановительные работы в Экибастузских копях.
      Угли Экибастуза по качеству уступают кузнецким и менее удобны для перевозки, поэтому их энергию предпочтительнее передавать по линиям электропередачи.
      Конечно, для передачи значительной мощности на большое расстояние в центр европейской части мало даже напряжение в 500 или 750 тысяч вольт, которое уже освоено энергетиками: нужно напряжение в 1000-1500 тысяч вольт. Кроме того, будут велики потери энергии и затраты цветных металлов и стали.
      Исследования показали, что наиболее экономична линия не переменного, а постоянного тока, позволяющая в случае необходимости менять направление передачи энергии (например, передавая из Центра избыточную ночную энергию). По такой линии с напряжением 1500 тысяч вольт можно пропустить в год 40 миллиардов киловатт-часов электроэнергии, что эквивалентно перевозке 13 миллионов тонн условного топлива. Капитальные затраты на нее примерно равны стоимости перевозки такого количества угля по железной дороге. Строительство электрической лении Экибастуз - Центр уже началось, и вскоре энергия углей, добываемых на "Богатыре", вольется в Единую электроэнергетическую систему.
      Ныне же этот промышленный район вырабатывает до 50 процентов всей электроэнергии Казахстана. Запасы энергетических углей здесь - около 14 миллиардов тонн. Крупнейший в мире угольный разрез "Богатырь"
      дает до 500 миллионов тонн твердого топлива в год - около одной тридцатой доли всего угля, добываемого в стране.
      Длина разреза "Богатырь" - около шести километров, ширина - почти два, глубина - 220 метров. В подобной глубокой выемке скапливается смог, приходится предусматривать проветривание, не допускать оползней и т. д.
      Для карьера-гиганта требуется и соответствующая техника. Здесь работает более 100 экскаваторов с ковшами до 100 кубометров и впервые в мире в больших масштабах используются роторные экскаваторы, применявшиеся ранее только на мягких породах.
      Без современной могучей техники много угля не взять ни в Экибастузе, ни в Кузбассе, ни в Донбассе. Наступит ли угольный ренессанс - в большой степени зависит от успехов машиностроения. И вообще, развитие машиностроения будет определять развитие всей энергетики. А у машиностроителей сейчас трудностей немало.
      Однако советское машиностроение обладает гигантскими ресурсами, которые позволяют оптимистично оценивать его перспективы. Например, в нем занято 40 процентов всех рабочих промышленности, а с учетом персонала механических цехов немашиностроительных отраслей - 55-60 процентов. Кроме того, наш парк металлообрабатывающего оборудования превышает количество станков США, Японии и ФРГ, вместе взятых! Нужно только похозяйски распорядиться имеющимся потенциалом.
      Возьмем тот же Донбасс. Если создать и внедрить более совершенные угледобывающие комбайны для тонких пластов и открытых разработок, то этот старейший поставщик твердого топлива еще долгое время может давать по 200 миллионов тонн угля в год, что составляет 40 процентов всего угля, добываемого ныне в стране. Однако мнения специалистов расходятся.
      - Да, Донбасс многое дает, - говорят одни, - но ведь верно и другое. Если бы средства, используемые для поддержания угледобывающих мощностей в Донбассе, направить, скажем, на аналогичные цели в Кузбассе, то прирост угледобычи увеличился бы в 2-3 раза.
      - Посмотрим не с ведомственной, а с государственной точки зрения, предлагают другие. - Если прекратить капиталовложения в угольную промышленность Донбасса, то что делать со сложившейся здесь промышленной инфраструктурой? Как быть с квалифицированными специалистами, рабочими этого региона? Энергетическая программа СССР отличается от программ в капиталистических странах тем, что ее конечная цель - не корыстный интерес тех пли иных социальных групп, а обеспечение благосостояния всего народа. Поэтому проблемы, подобные донбасской, будут решаться только на этой основе.
      Так скудеют ли наши недра энергетическим сырьем?
      Раз мы сжигаем больше, чем природа успевает произвести, значит, подземные кладовые топлива скудеют!
      Однако угля у нас много. При нынешнем уровне производства энергии его хватит на многие десятилетия вперед. "Углю, - пишет М. Щадов в книге "Уголь: топливо или сырье?", - еще долго придется играть роль "буферного" топлива, несущего на себе значительную долю энергоснабжения на тот период, пока не удастся в полной мере освоить новые источники энрегии". С другой стороны, ускоряющийся научно-технический прогресс, достижения машиностроения позволяют открывать все новые и новые, хотя и более труднодоступные месторождения нефти, газа и угля, рачительнее и эффективнее хозяйствовать как в новых, так и в старых кладовых.
      Энергия для энергии
      Эксперимент длительностью пятьдесят лет
      Какой автомобиль лучше - КамАЗ или КрАЗ? Что предпочтительнее развивать - электрические или газовые плиты? Какой тип солнечной электростанции выгоднее? Чтобы ответить на подобные вопросы, можно сравнить паспортные характеристики машин или провести экономический расчет. А еще лучше определить экспл"- атационные характеристики и надежность с помощью эксперимента.
      Но никакой эксперимент не решит, какая энергетика лучше - газовая или угольная, атомная или солнечная?
      Тут эксперимент не поставишь - он должен длиться десятки лет. А ответ нужен сейчас. Ведь энергетика страны развивается на основе пятилетних планов, путеводным маяком для которых и служит Энергетическая программа, определяющая основные направления энергетической политики на более длительный срок - на 15-20 лет.
      В свою очередь, Энергетическая программа основывается на долгосрочном прогнозе развития энергетики с упреждением примерно в полстолетие.
      Освоение новых первичных энергоресурсов, создание надежных технических средств для их транспортировки, преобразования и использования продолжается десятки лет. Поэтому в энергетике трудно обойтись без долгосрочных прогнозов и программ. Высокая капиталоемкость, широкая взаимозаменяемость энергоресурсов и видов энергии делают особенно важным заблаговременную разработку оптимальной структуры энергохозяйства страны.
      Однако в энергетических прогнозах в мире царит разнобой. Одни говорят, что энергетика пойдет вперед чуть ли не семимильными шагами, другие предрекают чуть ли не нулевой ее рост. Большая неопределенность долгосрочных энергетических прогнозов зависит от недостоверности исходной информации, неполноты наших знаний.
      Но основная причина прогнозного разнобоя - принципиально разные взгляды на развитие- больших систем энергетики.
      Фаталисты, экзистенциалисты полагают, что в основе природы и общества лежит неопределенность и случайность, а потому огромные многокомпонентные энергетические комплексы - неуправляемые, чисто вероятностные системы. Человек не может активно воздействовать на них в нужном направлении.
      Детерминисты же впадают в другую крайность и уверяют, что мир держится на однозначно определенных связях, благодаря чему можно безошибочно рассчитывать даже отдаленное будущее промышленности и энергетики.
      Наши специалисты в своих прогнозах и планировании руководствуются объективными законами развития производительных сил, в том числе энергетического комплекса. Долгосрочные экономические и энергетические прогнозы соотносятся с генеральной целью развития нашего общества, с важнейшими социально-экономическими задачами, решаемыми во имя этой цели. Это способствует устойчивости, детерминированности прогнозов. В то же время нельзя не учитывать случайные, неопределенные факторы, способные ускорять или замедлять прогрессивные тенденции, влиять на судьбы энергетики.
      Именно поэтому перед каждым очередным пятилетием Энергетическая программа должна корректироваться и точнее определять развитие отраслей топливно-энергетического комплекса на последующие 20 лет. Программе следует чутко реагировать на новые тенденции технического прогресса, новые оценки запасов энергетических ресурсов, новые способы преобразования этих ресурсов в необходимые виды энергии. И хотя энергетика - одна из наиболее древних отраслей экономики, совершенствование ее в последние десятилетия идет очень быстро.
      Экономная энергетика
      Чем меньше расходуется топлива на производство 1 киловатт-часа электроэнергии, тем лучше. 1 киловаттчас - это 860 килокалорий. На заре промышленной электроэнергетики для получения этого киловатт-часа нужно было сжечь 1300 граммов условного топлива, то есть затратить 9000 килокалорий. Значит, коэффициент полезного действия составлял всего 10 процентов. А сейчас на современных конденсационных электростанциях за счет прежде всего повышения температуры пара на получение одного киловатт-часа электроэнергии тратится всего около 330 граммов условного топлива.
      На паротурбинных установках при давлении пара 240 атмосфер и температуре 540-565° С был достигнут КПД 37-39 процентов. Когда же на опытных установках подняли температуру до 620-650° С и давление до 300-350 атмосфер, КПД повысился до 40-41 процента!
      Однако при таких параметрах очень сложно обеспечить надежную и длительную работу энергетического оборудования, поэтому за такими опытными установками серийные установки не последовали.
      Как видели, каждый процент прироста КПД дается с огромным трудом. Но резервы есть. Так, можно повысить эффективность сжигания топлива в котлах, улучшить КПД турбины, использовать тепло газов, выходящих из котла, для подогрева питательной воды, уменьшить затраты энергии на собственные нужды станции и так далее. Открываются и новые возможности.
      На очереди - комбинированные установки, их КПД может достигать 45-48 процентов. В них паровая турбина работает совместно с газовой. В камеру сгорания подается сжатый воздух после компрессора и топливо через форсунки. Горячие газы с температурой 900-1200° С направляются в газовую турбину и совершают работу, вращая электрогенератор и компрессор почти со стопроцентным КПД. Выходящий с последних ступеней еще очень горячий газ, имеющий температуру около 500- 600° С, подается в парогенератор паровой турбины. Если температура газа, выходящего из газовой турбины, недостаточна для получения пара высоких параметров, то в парогенераторе сжигается дополнительное количество топлива.
      Сейчас в нашей стране работают по несколько различным схемам две парогазовые установки: мощностью 200 мегаватт на Невинномысской ГРЭС в Ставропольском крае и 250 мегаватт на Молдавской ГРЭС. Но все же экономия топлива на этих ГРЭС невелика. Слишком низка температура газа на входе в газовые турбины - всего 750° С. Более высокой температуры не выдерживают лопатки турбины, их надо научиться охлаждать. Тогда можно разогреть газ до 900-1200° С и тем самым существенно повысить КПД.
      Еще один путь - использование термоэмиссионных преобразователей (ТЭП) тепловой энергии в электрическую. ТЭП - это электровакуумный прибор. В нем с разогретого до температуры 1300° С электрода-эмиттера (катода) испускаются электроны и движутся к электродуколлектору (аноду), температура которого 500° С. В цепи, замкнутой внешней нагрузкой, протекает электрический ток.
      ТЭП помещается в топку таким образом, чтобы эмиттер разогревался факелом горящего топлива. Коллектор, отделенный от эмиттера вакуумным зазором, через специальную прокладку отдает тепло трубам, в которых генерируется пар. Он используется в стандартной паротурбинной установке. КПД такой системы может достигать 45-47 процентов. Однако технико-экономические трудности остаются непреодолимыми. Пока не создано даже опытно-промышленной станции. Очень мала в ТЭПах плотность съема электроэнергии - не больше 5 киловатт с квадратного метра. Другими словами, для мощности 200 мегаватт потребовалось бы 40 тысяч квадратных метров площади эмиттеров! Кроме того, мало напряжение, создаваемое на одном модуле ТЭП, и их нужно соединять последовательно в длинные цепочки. Усложняются и инверторы - устройства для преобразования постоянного тока в переменный.
      Хорошо бы научиться интенсифицировать горение угля в топках угольных станций. Например, в Ленинградском Центральном котлотурбинном институте (ЦКТИ)
      и в Ленинградском политехническом институте разработаны вихревые топки и топки с кипящим слоем. Благодаря более эффективному горению снижается расход топлива и выбросы вредных веществ. Если применить вихревую топку на Березовской ГРЭС, потребляющей канскоачинские угли, то высоту главного корпуса удалось бы снизить со 130 метров до 80 и резко сократить расход металла на котлы, весящие сейчас по 30 тысяч тонн. Применяя же котлы с кипящим слоем, можно добиться экономии металла на 30-50 процентов, а объем уменьшить в 2-3 раза.
      Как же работают столь привлекательные котлы с кипящим слоем? Оказывается, при продувании с большой скоростью воздуха между твердыми частицами они начинают вести себя словно кипящая жидкость ("псевдосжиженный слой"). Если же повысить давление, то "кипящий" слой займет меньший объем; в него будет подаваться больше воздуха, а с ним кислорода. Энерговыделение в единице объема резко возрастает, соответственно уменьшаются размеры котла. Тепло от частиц передается трубкам парогенератора, пронизывающим кипящий слой.
      У таких котлов есть еще несколько интересных особенностей. Псевдосжиженный слой на 90 процентов состоит из песка; в этот слой, разогретый пламенем газовой горелки, и подается угольная пыль. Частицы угля горят и передают свое тепло песчинкам. Каждая крупинка топлива достаточно долго находится во взвешенном слое и успевает сгореть полностью. Кстати, в топках с кипящим слоем можно сжигать не только уголь, но также торф, дерево, резину, битумные сланцы, опилки и городские отбросы.
      Правда, при продувании воздухом уносится некоторая доля частиц. Беспокоит также быстрая эрозия трубок парогенератора. Чтобы трубки служили дольше, их делают ребристыми. Впрочем, достоинства перевешивают недостатки. Так, благодаря хорошей теплоотдаче поддерживается невысокая температура слоя - 800-850° С. Образуется гораздо меньше окислов азота. Если же в топку добавлять пылевидные частицы доломита или известняка, то они вступят в реакцию с окислами серы и образуют сульфат кальция, удаляемый с золой. Это очень эффективный способ уменьшения выбросов серы.
      Атака на серу
      Дальнейшее масштабное наращивание мощностей электростанций и котельных на угле невозможно без решения экологических проблем, связанных с использованием угля. О восстановлении ландшафта уже говорилось. Эта цель достижима. А вот удастся ли очистить дымовые газы - пока еще не до конца ясно. Так, на конденсационных электростанциях, удаленных от городов (так как они не производят тепла), при сжигании за один час 1000 тонн низкосортного донецкого угля выбрасывается:
      34 тонны шлака;
      200 тонн золы;
      230 тонн двуокиси углерода;
      10 тонн окислов азота;
      25 тонн двуокиси серы;
      2 тонны золы летучей, не пойманной фильтрами.
      Особенности углей различных месторождений создают дополнительные трудности. Например, зольность экибастузского угля достигает 50 процентов, причем зола плохо улавливается электрофильтрами. Пришлось создавать двухступенчатую систему очистки. На первой ступени газ увлажняется в особой камере (скруббере), снижается его температура, частично улавливается зола. Меняются также и электрофизические свойства остающейся золы, и электрофильтры второй ступени начинают работать эффективнее. В создаваемых установках тщательность очистки ожидается на уровне 99 процентов.
      Очень сложно и дорого улавливать окислы азота. Как сделать, чтобы их образовывалось поменьше? Для этого предлагается снижать температуру в топке, используя в топочной камере рециркулирующие дымовые газы, воду или пар, практикуя двухступенчатое сжигание топлива или ограничивая доступ воздуха в зону горения.
      Но под особым прицелом специалистов находится двуокись серы.
      Видимо, недаром в различных поверьях "серный дух" связан с нечистой и коварной силой. Если не удастся предотвратить выбросы окислов серы, то под вопросом окажется сама возможность крупномасштабного развития угольной энергетики.
      Существующие установки по удалению серы дороги, громоздки и несовершенны. Работают они так: через большую емкость снизу вверх подаются дымовые газы, выходящие из электрофильтра. Навстречу им сверху из форсунок разбрызгивается известковый раствор карбоната кальция. Двуокись серы взаимодействует с известью и образует твердый шлам - сульфиты и сульфаты кальция.
      Недостаток этого способа - очень медленное течение процесса. Ведь для эффективного удаления двуокиси серы нужно, чтобы ее контакт с известковым раствором был как можно длительнее. Поэтому для электрических станций мощностью всего в 150 мегаватт приходится строить скрубберы в 10 метров диаметром и 20 метров высотой.
      Размеры очистных установок и затраты на их эксплуатацию пропорциональны содержанию серы в углях.
      К счастью, в нашей стране преобладают малосернистые угли, в то время как угольные месторождения США содержат серы в два-три раза больше. Из-за этого энергетики США издавна вынуждены были заниматься сероулавливающими установками, накопили большой опыт, который нельзя назвать удовлетворительным. Сооружения очень дорогие. Их стоимость достигает половины стоимости всей станции, где сжигаются высокосернистые угли!
      Уже в 1980 году на станциях США ежегодно скапливалось 200 миллионов тонн шламов - сульфатов кальция. А ведь их нужно куда-то девать, тратить средства на закапывание и рекультивацию. На других ГРЭС и ТЭЦ пытаются применять такие поглотители двуокиси серы, как озонированная жидкость, аммиак, известь, магнезит.
      В нашей стране стоимость сероулавливающих установок достигает 25-35 процентов от стоимости станции, и для каждой ТЭС мощностью в миллион киловатт абсолютные затраты на сероочистку составляют 80-120 миллионов рублей! Чтобы снизить такие огромные расходы, надо искать принципиально новые решения.
      Делаются попытки удалить серу из угля еще на углеобогатительных фабриках. Опробовано несколько способов, но эффективность их низка. Правда, в одной из недавних статей американские исследователи сообщают, что при использовании ультразвука эффективность отделения от угля серосодержащих частиц, в том числе серного колчедана, в двадцать раз больше.
      Некоторые бактерии способны питаться серой, содержащейся в каменном угле. Предположим, измельченный уголь обрабатывается водой, насыщенной этими микроорганизмами. Тогда есть надежда удалить большую часть серы при транспортировке угольной суспензии в углепроводах (в это время микробы будут делать свое дело).
      Канадская фирма "Конкорд Сайентифик" разработала процесс одновременной очистки дымовых газов как от окислов серы, так и от окислов азота. При этом применяется ультрафиолетовое излучение, под воздействием которого окислы превращаются в сульфаты и нитраты - готовые удобрения. По уверениям фирмы, очистные установки обходятся якобы почти в четыре (!) раза дешевле обычных, а эксплуатационные расходы меньше на 80 процентов. Впрочем, не выдается ли здесь желаемое за достигнутое?
      Сероочистка удешевится, если бы удалось выделить серу в чистом товарном виде и тем самым частично окупить затраты. Подобный способ испытывается на одной из молдавских ТЭС. Проблема удаления и выделения серы важна также для нефти и газа. Если сквозь нефть пропускать водород, он соединяется с серой и образует сероводород, который сжигают, теряя при этом как водород, окисляющийся до воды, так и серу, выбрасываемую в виде двуокиси. Между тем сера - ценный продукт для производства серной кислоты, сульфита целлюлозы и других продуктов, и мы закупаем его на мировом рынке.
      Новый принцип, который апробируется ныне на Дрогобычском нефтеперерабатывающем заводе, был предложен учеными Института атомной энергии имени И. В. Курчатова, исследовавшими свойства низкотемпературной плазмы - смеси свободных электронов и ионизированных атомов. Одно из направлений исследований, получившее название "плазмохимия", возглавил в институте академик В. А. Легасов. Почему бы, задумались плазмохимики, не утилизировать сероводород, образующийся при гидроочистке нефти? Ведь если удастся "дешево", то есть затрачивая мало энергии, в высокопроизводительной установке "развалить" сероводород на водород и серу, то проблема очистки "черного золота" решается очень красиво: водород вновь используется для очистки следующей порции углеводородного сырья, а сера отгружается для производства серной кислоты.
      Как и всякое вещество, сероводород можно "развалить" на составляющие простым нагреванием. Потребуется довести температуру до 1500°С. Тогда разорвутся электронные связи атомов водорода и серы. Затем смесь нужно охладить, но ни в коем случае не медленно, ибо иначе по мере понижения температуры водород и сера опять начнут соединяться, образуя сероводород. Выход есть - так резко охладить смесь, чтобы атомы водорода и серы просто не успели соединиться. В специальных установках температура снижается на тысячи градусов за доли секунды, но это требует много энергии.
      Но когда сотрудники Института атомной энергии использовали сверхвысокочастотное электромагнитное излучение, картина существенно изменилась. Через трубу из кварцевого стекла, пропускающего СВЧ-излучение, проходит поток сероводорода. Электромагнитное излучение, пронизывающее этот поток, отдает энергию не на разогрев молекул газа, а на "раскачивание" атомов водорода и серы относительно друг друга вплоть до разрыва связи между ними. В результате удается убить сразу двух зайцев: во-первых, температура газа остается низкой и после выхода из зоны излучения не происходит рекомбинаций - образования снова сероводорода; а вовторых, затраты энергии на "развал" молекулы минимальны.
      Опытная установка на дрогобычском комбинате работает. Дело - за широким промышленным внедрением принципиально нового метода.
      Сбудутся ли предсказания Рамзая!
      Более двадцати лет назад в одном из домов на Красноказарменной улице, неподалеку от Московского энергетического института, вокруг светящейся гирляндами огней новогодней елки собралась группа восторженных сотрудников лаборатории высоких температур Академии наук СССР. Они ликовали, потому что ток для гирлянд давала первая в стране лабораторная магнитогидродинамическая установка.
      Сейчас лаборатория стала крупнейшим институтом Академии наук СССР. Он переехал ближе к Московской окружной автодороге. Там, на Коровинском шоссе, рядом с ТЭЦ построена опытно-промышленная установка У-25, мощность которой достаточна для освещения сотен тысяч новогодних елок, энергоснабжения небольшого города. А неподалеку от Рязани строится первая промышленная магнитогидродинамическая электростанция (МГДЭС) мощностью 250 тысяч киловатт.
      На электростанциях преобразование тепловой энергии в электрическую осуществляется в паровой или газовой турбине. Повышается температура пара или газа - растет ее КПД. При температуре 2000°С можно было бы достичь КПД около 70 процентов, но никакая турбина не выдержит такого перегрева. Сегодняшняя техника в состоянии создать газовые турбины для температур 1000 - 1300°С, но у них будет ограниченный ресурс работы и мощности. А вот при бестурбинном прямом способе преобразования мы имеем дело с температурами до 2200-3000°С.
      Такой нагрев приводит к ионизации продуктов сгорания. Газовый поток превращается фактически в проводник, носитель электрического тока. Если поместить его в канал с электродами и создать магнитное поле, то между электродами возникает электродвижущая сила. Достаточно теперь замкнуть внешнюю цепь ме?п;у электродами, подключить нагрузку, и электрогенератор заработал.
      При этом создается электромагнитная сила, направленная против движения газа. Поток низкотемпературной нлазмы, разогнанный в сопле до скорости около 1000 метров в секунду, тормозится и охлаждается до температуры 1500-1700°С. Другими словами, кинетическая энергия ионизированного газа преобразуется в энергию электрического тока. Газовая струя, выходящая из камеры, еще сохраняет более половины первоначальной энергии.
      Она далее используется как в обычной теплоэлектростанции. Так, на Рязанской МГДЭС сам МГД-генератор сочленен с обычной ТЭС. В таком комплексе можно добиться повышения КПД до 50 - 55 процентов.
      Каждый процент прироста такой КПД дается недешево. Нужны инверторы для преобразования постоянного тока в переменный, сверхпроводящие магнитные системы. В камере сгорания - высокая температура, которую не выдерживают даже электроды из тугоплавких металлов. К тому же агрессивная плазма разъедает их.
      Следовательно, нужны керамические электроды, обладающие при высокой температуре достаточной проводимостью. Кроме того, из-за ряда электрофизических эффектов на камере сгорания наводится электропотенциал до нескольких тысяч вольт, так что приходится применять высоковольтные электроизоляционные вставки на всех ведущих к ней трубопроводах и в точках ее соприкосновения с фундаментом. На опытно-промышленной Рязанской МГДЭС как раз и предстоит проверить методы преодоления подобных сложностей.
      Интенсивная разработка МГД-генератора велась в те годы, когда уже обозначилось подорожание газожидкостного топлива, необходимость его экономии. Сейчас ясно, что на МГДЭС будет использоваться не нефть, а только, возможно, в небольшой степени, газ, в основном же уголь. Однако в местах добычи твердого топлива вряд ли целесообразно пристраивать к ТЭС дорогостоящие МГДустановки, чтобы экономить дешевый уголь. Но на МГДЭС, считают исследователи Института высоких температур АН СССР (ИВТАН), можно организовать эффективную систему очистки дымовых газов от двуокиси серы.
      Предположим, в плазму добавляют ионизирующиеся соединения щелочных металлов - например карбонат калия. Тогда, во-первых, повышается ее удельная проводимость, а во-вторых, в интервале температур от 1600°С до 1200- 1300°С образуется соединение калия и серы - сульфат калия. Получившийся сульфат калия конденсируется по мере охлаждения газового потока, а при температуре 1100°С он затвердевает.
      Сульфат калия улавливается электрофильтрами, а затем в специальной шахтной печи восстанавливается водородом или метаном до сероводорода. Товарная сера получается из сероводорода при окислении, хотя выгоднее использовать и знакомый нам плазмохимический процесс. Согласно экспериментальным данным из дымовых газов удаляется в результате до 99,8 процента серы.
      Можно ли применить столь эффективный метод очистки на обычной ТЭС? Здесь важно, как и на МГДЭС, уменьшение потери калия, иначе очистка окажется дорогой. Ученые ИВТАНа продолжают исследования.