Богучанскую гидроэлектростанцию (БоГЭС) начали строить в 1980 году (подготовительные работы велись с 1978 года) на расстоянии 444 километра от устья реки — впадения Ангары в Енисей, который уходит в Северный Ледовитый океан. БоГЭС строилась на расстоянии 367 километров от уже построенной в 1979 году выше по Ангаре Усть-Илимской ГЭС, близкой к БоГЭС по многим показателям. Первоначально станция БоГЭС должна была иметь среднюю мощность 4 миллиарда МВт (мегаватт), но в дальнейшем проект был скорректирован, и мощность станции будет 3 миллиарда МВт — этого достаточно, чтобы накормить электричеством несколько таких городов, как Тамбов. Среднегодовое производство энергии примерно 18 миллиардов киловатт-часов. Для станции построена железобетонная плотина высотой 87 метров (у Усть-Илимской ГЭС — 105 метров, длина бетонной части плотины около 1,5 километра), вода по огромным трубопроводам поступает в гидротурбины с высоты 67 метров (верхний бьеф). Всего имеется девять таких трубопроводов по числу гидротурбин с электрогенераторами. Создание плотины и подъём воды за ней привели к затоплению больших обитаемых регионов и, естественно, к переселению людей, за плотиной образовалось водохранилище площадью 2326 квадратных километров.
Финансисты подсчитали, что полная стоимость строительства БоГЭС составит примерно 75 миллиардов рублей, из них меньше 5 % согласно контракту заплачено Акционерному обществу «Силовые машины» за разработку и изготовление главных агрегатов станции — девяти гидротурбин с электрогенераторами. Эти агрегаты, кстати, были доставлены в район строительства в основном водным путём через Белое море и Северный Ледовитый океан на специально приспособленном для такого груза судне. Огромные средства ушли на земляные работы, на строительство нового моста через Ангару, обустройство территории предполагаемого затопления, сооружение плотины и шлюзов системы судоходства, обустройство машинного зала и девяти водоводов с уровня верхнего бьефа вниз к девяти гидротурбинам. Кстати, при сооружении девяти таких систем было смонтировано 4330 тонн металлоконструкций и 1700 тонн деталей арматурного каркаса.
И всё же, когда ГЭС начинает работать, большие кредиты, взятые на её строительство, постепенно возвращаются — пользователи всё же платят за энергию, получаемую от станции. Энергия эта оказывается дешёвой, но не бесплатной.
ВК-207.Связь электрических и химических процессов особо важна в живом организме. Так, некоторые рыбы используют полученное в биологических процессах электрическое напряжение 250 вольт для защиты и нападения. По нервным волокнам движутся электрохимические сигналы, несущие различную информацию. С электричеством и химией связаны многие процессы в живой клетке, обеспечивающие, например, пропуск в неё нужных веществ и создание электрических импульсов для связи и мышления.
Р-85. ПАРОВАЯ МАШИНА ПРОИЗВОДИТ ЛЮБУЮ РАБОТУ, ЕСЛИ ЕЁ МОЖНО НАЧАТЬ С ВРАЩЕНИЯ. Англичанин Джеймс Уатт сегодня, пожалуй, известен всем. Его именем названа единица измерения мощности ватт, многие знают, что это он 250 лет назад изобрёл паровую машину, с которой, как считают историки, на планете началась научная и техническая революция, так изменившая жизнь людей. Джеймс Уатт столь высоко отмечен потому, что он не отворачивался от ошибок, чужих и своих. Он добивался глубокого понимания используемых процессов и находил в итоге правильные решения. Этот стиль стал основой жизни людей, открывающих тайны природы и решающих сложные задачи техники. Так случилось, что начиная с 1763 года Уатт занимался усовершенствованием парового насоса Ньюкомена (Р-84). В 1776 году его новая машина была запатентована и построена, она оказалась в два раза эффективнее старой. Однако это было лишь поводом для размышлений, через шесть лет Уатт создал совершенно новый паровой двигатель двойного действия, где атмосферное давление вообще не использовалось. Только пар двигал поршень в цилиндре (диметр 63 см, длина 183 см) то в одну сторону, то в другую, и сама машина, как видно на рисунке, переключала направление парового потока. В те времена проблемы, особенно финансовые, были, видимо, не менее сложными, чем сейчас. И не случайно Джеймс Уатт серьёзно обдумывал российское приглашение на работу, где его ждёт «занятие, сообразное с его вкусом и знаниями» и годовая зарплата 1000 фунтов стерлингов. Однако в Россию он не поехал — вскоре на крупном лондонском пивоваренном заводе заработал новый уаттовский двигатель, который делал то, что раньше делали 24 лошади. Теперь все могли видеть, что такое надёжная и неприхотливая паровая машина. Это было началом быстрого внедрения паровых двигателей, придуманных Дж. Уаттом, во все практически отрасли индустрии — от пароходов и паровозов до мощных генераторов на электростанциях.
Т-175. Ядерная энергия создаёт электрическую энергию в основном с помощью старого проверенного мастера. В недавнем 2010 году из всей произведённой в России электроэнергии 65 % пришлось на тепловые электростанции (состыкованные с электрогенераторами мощные паровые турбины, а иногда и газовые), около 18 % на гидроэлектростанции (ГЭС) и примерно 17 % на атомные электростанции (АЭС). Такую пропорцию можно считать типичной для индустриальных стран, хотя, конечно, есть исключения и весьма заметные. Так, например, в Бельгии, Украине и Словакии доля АЭС в производстве электрической энергии около 50 %, во Франции более 70 %, а в Германии, где АЭС производят почти треть электроэнергии, решено в ближайшие годы вообще закрыть все атомные электростанции и новых не строить. И всё же три названных направления — тепловые, гидро- и атомные станции — можно считать основой производства электрической энергии в мире. О тепловых электростанциях и ГЭС уже было коротко рассказано, остаётся сказать несколько слов об атомной электроэнергетике.
Начнём с того, что к самому этому давнему названию «атомные электростанции» надо сделать два серьёзных примечания. Во-первых, отметим, что прав тот, кто те же станции называет не атомными, а ядерными. Потому что первичную энергию на них получают не из атомных процессов, в которых в основном участвуют электронные оболочки атомов. Первичную энергию на АЭС получают из ядерных процессов, из развала ядер некоторых специально подобранных элементов, в частности, из плутония или из одного из изотопов урана (уран-235, в его ядре 235 тяжёлых частиц — 92 протона, как всегда в уране, и 143 нейтрона). При распаде уранового ядра, например, на 2 ядра железа по 26 протонов в каждом плюс более мелкие осколки ядра и нейтроны, выделяется большая по атомным масштабам энергия. А появившиеся свободные нейтроны поддерживают процесс, разрушая другие ядра. Процессом этим можно управлять так, чтобы не развивалась и не усиливалась цепная реакция распадов (как в бомбе), а чтобы выделение энергии оставалось на безопасном уровне.
Второе примечание напоминает, что сама атомная (ядерная) установка, давшая имя всей электростанции, — это реактор, в котором происходит распад ядер и выделяется тепло. Его переносчики — частицы, появившиеся при распаде, они летят с большой скоростью и благодаря этому имеют немалую энергию. Ну а дальше следует то, что нам уже в общем виде знакомо: паровой котёл, паровая турбина, вращающая ротор электрогенератора. Так что АЭС — это, по сути, два самостоятельных ведомства: источник тепловой энергии атомный реактор и уже знакомая нам тепловая электростанция, умеющая превращать тепло в электрическую энергию.
ВК-208.Человек строит разного рода модели, подробно отображая в них то, что в данный момент его занимает. Но особо важно, что своего рода копии этих моделей каким-то образом появляются в мозге. Думая о них, работая с ними, человек не только на бумажном листе, но и в своих мыслях занимается тем, что его волнует. Создание модели и возможность детального её обдумывания как раз и приводит к замечательным открытиям и к созданию предметов и процессов, ранее казавшихся невозможными. В начале прошлого века на электростанциях поршневую машину начали вытеснять паровые турбины, ставшие основным двигателем в электроэнергетике. В последние годы им на помощь приходят мощные газовые турбины.
Р-86. ДВА-НОЛЬ В ПОЛЬЗУ ТУРБИНЫ. Паровые турбины начали создавать, в том числе и русские мастера, примерно в то же время, что и паровые двигатели. Современного типа турбины появились в конце позапрошлого века, в 1883 и в 1889 годах. Принцип их действия достаточно прост — струя пара ударяет по лопастям (лопаткам) турбины, закреплённым на её рабочем колесе. Под действием этих паровых ударов колесо быстро вращается вместе с осью, на которой оно закреплено, — турбина работает (1). Первая приведённая дата относится к появлению турбины шведского изобретателя Густафа Лаваля. В ней было одно рабочее колесо с лопатками и несколько пароподводящих трубок, пар, выходил из сопла каждой со скоростью около 800 метров в минуту, а в некоторых режимах со сверхзвуковой скоростью. Рабочее колесо при этом вращалось со скоростью до 30 тысяч оборотов в минуту. Вторая дата относится к тому, что английский инженер Чарлз Парсонс продемонстрировал 300 своих паровых турбин разной мощности, работающих с электрогенераторами. А еще через 11 лет большая электростанция, построенная в Германии, была полностью укомплектована мощными турбинами Парсонса. В каждой из них было несколько рабочих колёс, размер которых постепенно уменьшается. Пар, проходя через всю турбину от самого большого колеса к самому малому, отдавал лопаткам практически всю свою энергию. Турбины именно такого типа работают сегодня на электростанциях во всём мире.
Несколько лет назад у паровых турбин появился умелый помощник — газовая турбина (2). В ней всё практически такое же, как и в паровой, но только лопатки на рабочих колёсах подталкивает не пар, а газ, появившийся при быстром сжигании топлива (как в автомобиле), например керосина или природного газа. Одно из особых достоинств газовой турбины — её, в отличие от тепловой, можно быстро запустить.