Прототип поезда на магнитной подушке. CRRC Corporation Limited, Китай, 2019
Два самых ярких примера – переход на летнее время и посадка в самолет. Зачем мы каждые полгода переводим часы под предлогом экономии энергии, когда нам точно известно, что никакой экономии нет? А посадка на пассажирские рейсы теперь занимает больше времени, чем в 1970-х гг., несмотря на тот факт, что нам известны несколько методов, которые позволят рассадить пассажиров быстрее, чем менее эффективные, которые сегодня в ходу. Например, можно рассаживать людей по принципу перевернутой пирамиды, одновременно впуская их в переднюю и заднюю части салона (равномерно распределив поток пассажиров, чтобы не создавать заторов) или просто не указывая места в билетах.
И почему мы оцениваем развитие экономики с помощью валового внутреннего продукта? ВВП – это всего лишь общая сумма товаров и услуг, произведенных в стране за год. Он растет не только когда развивается экономика и улучшается жизнь граждан, но и когда на людей или окружающую среду обрушиваются разнообразные несчастья. Растут продажи алкоголя и число случаев вождения в нетрезвом виде, увеличивается количество аварий, растет число пациентов в отделениях скорой помощи, наносится больше травм, в тюрьмах становится больше заключенных – все это приводит к росту ВВП. Незаконная заготовка древесины в тропиках, уничтожение лесов, утрата биоразнообразия, рост сбыта лесоматериалов – это тоже способствует увеличению ВВП. Мы все это знаем, но продолжаем поклоняться высоким годовым темпам роста ВВП независимо от их причины.
Человеческий разум влечет иррациональное: мы любим рассуждать о нелепых и безумных инновациях, но не даем себе труда устранить повседневные трудности, надеясь на будущее практическое применение того или иного новшества. Почему мы не улучшаем практику посадки в самолет, а отвлекаемся на мечты о гиперлупах и вечной жизни?
Топливо и электричество
Энергия для общества
Почему газовые турбины – лучший выбор
В 1939 г. на городской электростанции в швейцарском Невшателе начала вырабатывать электроэнергию первая в мире газовая турбина. Машина, установленная компанией Brown, Boveri & Cie, выводила выхлопные газы, не используя их тепло, а компрессор турбины потреблял почти три четверти вырабатываемой энергии. В результате КПД составлял всего 17 %, а полезная выходная мощность – около 4 МВт.
Вторая мировая война и последовавший за ней экономический спад стали причиной того, что турбина в Невшателе оставалась единственной вплоть до 1949 г., когда Westinghouse и General Electric предложили собственные конструкции генераторов небольшой мощности. Никакой спешки с их внедрением не было, поскольку на рынке доминировали крупные угольные электростанции, вырабатывавшие самое дешевое электричество. В 1960 г. мощность самой большой газовой турбины достигла 20 МВт, все еще на порядок меньше, чем у большинства турбоагрегатов.
В ноябре 1965 г. масштабное отключение электричества на северо-востоке США заставило многих специалистов изменить точку зрения: газовую турбину можно вывести на полную мощность за несколько минут. Но растущие цены на нефть и газ, а также замедление спроса на электричество помешали быстрому распространению новой технологии. Качественный сдвиг произошел только в конце 1980-х гг.; в 1990 г. в США почти половина введенных в строй новых электрогенерирующих мощностей обеспечивалась газовыми турбинами, мощность, надежность и эффективность которых постоянно росли.
Но даже при КПД свыше 40 % температура выбрасываемых газов достигала 600 ℃, и этого хватало, чтобы вырабатывать пар в присоединенной паровой турбине. Тандем из газовой турбины и паровой турбины – газовая турбина с комбинированным циклом (ГТКЦ) – был разработан в конце 1960-х гг., а в настоящее время КПД такой установки достигает 60 %. По этому показателю с ней не может сравниться никакой другой первичный источник энергии.
Сегодня ради выработки электроэнергии для бытовых нужд компания Siemens предлагает парогазовые установки мощностью 593 МВт – почти в 40 раз больше, чем у генератора в Невшателе (15,4 МВт), – и КПД 63 %. Газовая турбина 9HA от компании General Electric выдает 571 МВт при самостоятельной работе (турбина простого цикла) и 661 МВт (КПД 63,5 %) совместно с паровой турбиной (ГТКЦ).
Конструкция мощной газовой турбины
Газовые турбины – идеальное решение при пиковых нагрузках и лучший резерв в случае, если приходится полагаться на непостоянные источники энергии – ветровые и солнечные установки. В настоящее время в Соединенных Штатах это самый дешевый вариант новых генерирующих мощностей. Нормированная стоимость электроэнергии (показатель расходов на эксплуатацию энергетического проекта в течение срока службы) для новых мощностей, которые вступят в строй в 2023 г., ожидается на уровне $ 60 за мегаватт-час (МВт·ч) для угольных турбоагрегатов с частичным улавливанием углеродных выбросов, $ 48/МВт·ч для солнечных батарей и $ 40/МВт·ч для прибрежных ветровых генераторов – но менее $ 30/МВт·ч для обычных газовых турбин и менее $ 10/МВт·ч для парогазовых установок.
Во всем мире газовые турбины также используются для одновременной выработки электричества и тепла. Пар и горячая вода нужны и во многих производственных процессах, и в системах централизованного отопления, довольно распространенных в крупных европейских городах. Эти турбины даже применяются для обогрева и освещения огромных голландских теплиц, причем у них есть и дополнительное преимущество: выбрасываемый в воздух углекислый газ, ускоряющий рост овощей. Газовыми турбинами оснащены и компрессоры на многих промышленных предприятиях и насосных станциях магистральных трубопроводов.
Вывод очевиден: никакой другой двигатель внутреннего сгорания не имеет таких преимуществ, как современные газовые турбины. Они компактны, их легко транспортировать и устанавливать, они относительно тихие, доступные по цене и эффективные, а кроме того, они обеспечивают почти мгновенный выход энергии и не нуждаются в водяном охлаждении. Все это делает их непревзойденными устройствами для выработки как механической, так и тепловой энергии.
А какой у них срок службы? Турбина в Невшателе была выведена из эксплуатации в 2002 г. после 63 лет непрерывной работы – но не из-за выхода из строя самой машины, а из-за поломки генератора.
Ядерная энергетика: несбывшиеся надежды
Эпоха промышленного производства электроэнергии на атомных электростанциях началась 17 октября 1956 г., когда королева Елизавета II подключила к энергосистеме атомную станцию Колдер-Холл на северо-западном побережье Англии. Шестьдесят лет – достаточный срок, чтобы оценить ту или иную технологию, но я по-прежнему придерживаюсь своего вывода, сделанного больше десяти лет назад: «успешный провал».
