Рассказы об электричестве

Пост управления энергетическим блоком на ТЭЦ-21 в Москве.

Ленинград. Дворцовая набережная.

За первое десятилетие своего существования молодая лаборатория стала Институтом электромеханики АН СССР, прошла большой путь, вобрав в себя целый ряд других научных учреждений и расширив свою деятельность на всю отрасль мощного электромашиностроения.

Во втором десятилетии «лаборатория» стала Всесоюзным научно-исследовательским институтом, который занимается фундаментальными проблемами в области теории и методов расчета электрических машин. На этот институт техническая наука страны социализма возложила ответственность за передовой уровень крупных электрических машин, которыми славится отечественная промышленность. Как же справляется институт со столь ответственной задачей?

Предварительно можно сказать, что турбо- и гидрогенераторы, мощные машины постоянного тока и другие агрегаты крупного электромашиностроения, разработанные в стенах института, строятся в значительной своей части на Ленинградском производственном электромашиностроительном объединении (ЛПЭО) «Электросила» имени С. М. Кирова. Машины с маркой «Электросилы» эксплуатируются более чем в 75 странах мира — от Исландии и Канады на севере и до экваториальных и заэкваториальных Уругвая, Бразилии и Аргентины. В крупном электромашиностроении Советский Союз уверенно занимает ведущее положение в мире.

Конечно, разместить современный НИИ в помещении старого дворца — задача невыполнимая. Да ее никто и не думал так решать окончательно. Здесь находится, так сказать, лишь административная часть института. Производственная же база — лаборатории, конструкторские бюро, испытательные стенды — совсем в другой части города, по соседству с «Электросилой».

С самого начала своего существования в лаборатории автоматики были созданы непревзойденные по своему времени модели Свирской и Куйбышевской ГЭС, линий электропередачи, связывающих Ленинград и Москву с новыми электростанциями. На моделях гидротурбин и мощных генераторов сотрудники лаборатории решали самые актуальные задачи специального электромашиностроения. За работы по электродинамическому моделированию академик М. П. Костенко и доктор технических наук В. А. Веников были удостоены в 1958 году Ленинской премии.

От мощных турбо- и гидрогенераторов и высоковольтных линий передачи до двигателей на тепловозах и прецизионных систем управления телескопами — таким был с самого начала диапазон исследований.

В 1968 году институт был определен как научно-технический центр всего электромашиностроения страны и получил существующее ныне наименование — Всесоюзный научно-исследовательский институт электромашиностроения (ВНИИэлектромаш). В том же году группа специалистов института была удостоена Государственной премии СССР за работы по системам возбуждения для генераторов и синхронных компенсаторов.

Решением большой народнохозяйственной задачи явилось в эти годы внедрение на железных дорогах страны тяги на переменном токе. Научное обоснование перехода на переменный ток сделали академик М. П. Костенко и член-корреспондент АН СССР А. Е. Алексеев. И в середине 70-х годов в институте был создан экспериментальный тепловоз с асинхронными двигателями на осях, с генератором переменного тока с постоянной скоростью вращения и тиристорным преобразователем. Затем в институте начались работы по усовершенствованию крупных машин постоянного тока. Сегодня в станках типа «обрабатывающий центр» на заводах Японии, ФРГ, Франции и США работают наши двигатели мощностью до 200 кВт.

Новым в электромашиностроении явились и фундаментальные исследования в области применения сверхнизких температур. Обмотки электрических машин, охлаждаемые жидким гелием до температуры, близкой к абсолютному нулю, должны приобретать свойства сверхпроводников. Электрический ток, проходя по ним, практически не встретит никакого сопротивления. А это означает, что не будет и потерь в обмотках. Размеры такого криогенного генератора при сохранении той же мощности можно существенно уменьшить. Коэффициент полезного действия машины увеличится и станет предельно высоким. Стоимость электроэнергии заметно снизится.

Для генераторов обычного, существующего сегодня типа предел по мощности уже недалек. Электромашиностроители определяют его в районе двух с половиной — трех миллионов киловатт для единичной машины. И то это уже такие гиганты, которые будет не только трудно изготовить на заводе, но и транспортировать к месту установки и монтажа. Криогенераторы позволят реально поднять предел по мощности для единичной машины почти вдвое, что даст большие экономические выгоды.

Эксперименты в области применения сверхнизких температур в институте начались еще в 1962 году. Сначала был построен небольшой демонстрационный генератор на сверхпроводниках, потом модельный криотурбогенератор мощностью 18 кВт. Пять лет назад на испытательный стенд встал экспериментальный криотурбогенератор мощностью 1200 кВт, с самым большим в мире вращающимся криостатом. А в начале 1983 года специалисты института готовились поставить под промышленную нагрузку криогенный генератор мощностью 20 000 кВт! Тогда это была самая крупная машина подобного рода в мире. Создана она коллективом сотрудников под руководством академика И. А. Глебова.

Современный генератор — машина вообще сложная. Криогенный генератор сложен вдвойне. Вот он стоит — голубой цилиндр, соединенный трубопроводами и шлангами со вспомогательной аппаратурой. Стоит на испытательном стенде ВНИИэлектромаша. Что же в нем особенного? Прежде всего то, что ротор генератора по конструкции напоминает стальной сосуд — криостат, в который непрерывно на ходу подается жидкий гелий. Медные шины обмотки пронизывают тысячи тончайших нитей-проводников из сверхпроводящего сплава. Они-то и обеспечивают основные преимущества новой машины. Вакуумные камеры-изоляторы сохраняют холод в машине. Жидкий гелий — дорогой материал. Испаряясь, он поступает в компрессор. Там сжижается и снова поступает в замкнутый цикл. Обмотка статора охлаждается жидким фреоном — жидкостью, хорошо знакомой нам по бытовым холодильникам. Одновременно фреон выполняет и роль изолятора.

Советский атомоход «Арктика».

Вспомогательной аппаратуры вокруг много: тут и резервуары с гелием, и вакуумные насосы, компрессор и теплообменный агрегат… Неудивительно, что над созданием этой уникальной машины трудились коллективы не одного производственного объединения. Среди них прежде всего «Электросила» и Ижорский завод, завод «Красный выборжец» — ветераны и передовики ленинградской промышленности. Вместе с ними принимали участие в создании криогенератора и вспомогательной аппаратуры московские НПО Гелиймаш, ВНИИ холодмаш и другие организации.

Сложна современная техника. А не снизит ли она надежность наших машин? Специалисты уверяют: нет! Не снизит! Да и деваться-то все равно некуда. За выигрыш, получаемый в мощности, нужно платить. И чаще всего эта плата выражается в усложнении либо самого изделия, либо технологии.

Вы только попробуйте для примера разобраться в устройстве современного энергетического агрегата — тысячи деталей, сложнейшие запутанные связи… Конечно, пройдет некоторое время — и пришедшим нам на смену детям и внукам сегодняшние технические сложности покажутся пустяками. «Нам бы их заботы!» — станут говорить они покровительственно. И мы, негодуя внешне, будем радоваться и гордиться ими, потому что слова их означают: прогресс продолжается. Не нужно только забывать, что изготовить Джемсу Уатту свою примитивную паровую машину было намного сложнее, чем нам с вами — атомный реактор. Вспомните судьбу электродвигателя Якоби. Он родился раньше, чем поспела технология. Сейчас технология производства электрических машин и электрооборудования стоит очень высоко. И наша страна по праву занимает в электромашиностроении ведущее положение в мире.

Какие же перспективы сегодня у энергетики? По какому пути следует ожидать движения ее развития? И как изменятся некоторые акценты в этом развитии в связи с существующей в мире топливно-энергетической проблемой?

При ответах на эти вопросы давайте рассмотрим как классические методы получения электроэнергии, так и существующие сегодня новые перспективные направления.

ГЭС

Эта аббревиатура сегодня ни для кого не является секретом. Даже дошколята понимают, что, когда взрослые говорят «ГЭС», речь идет о гидроэлектростанции — о «фабрике электричества».