Чтение онлайн

азот протекают по трубопроводам вследствие создания между исходным и конечным

пунктами разности давлений. Таким образом, ожижительно-насосные станции будут

лишь на концах линии.

Жидкий азот можно использовать одновременно и в качестве диэлектрика. Гелиевый

трубопровод поддерживается внутри азотного диэлектрическими стойками (у

большинства изоляторов диэлектрические свойства при низких температурах

улучшаются). Гелиевый трубопровод имеет вакуумную изоляцию. Внутренняя

поверхность трубопровода жидкого гелия покрыта слоем сверхпроводника.

Потери в такой линии с учетом неизбежных потерь на концах линии, где

сверхпроводник должен стыковаться с шинами при обычной температуре, не превысят

нескольких долей процента, а в обычных линиях электропередачи потери в 5…10

раз больше!

Силами ученых Энергетического института имени Г.М.Кржижановского и Всесоюзного

научно-исследовательского института кабельной промышленности уже создана серия

опытных отрезков сверхпроводящих кабелей переменного и постоянного тока.

Подобные линии смогут передавать мощности во много тысяч мегаватт при КПД более

99 %, при умеренной стоимости и относительно невысоком (110…220 кВ) напряжении.

Может быть, еще более важно, что сверхпроводящие линии электропередачи не будут

нуждаться в дорогостоящих устройствах компенсации реактивной мощности. Обычные

линии требуют установки токовых реакторов, мощных конденсаторов, чтобы

нивелировать чрезмерные потери напряжения вдоль трассы, а линии на

сверхпроводниках в состоянии себя самокомпенсировать!

Сверхпроводники оказались незаменимыми и в электрических машинах, принцип

действия которых предельно прост, но которых никогда раньше не строили, ибо для

их работы нужны очень сильные магниты. Речь идет о магнитогидродинамических

(МГД) машинах, осуществить которые Фарадей пытался еще в 1831 г.

Идея опыта проста. В воду Темзы на ее противоположных берегах погружали две

металлические пластинки. Если скорость реки 0,2 м/с, то, уподобив струи воды

проводникам, движущимся с запада на восток в магнитном поле Земли (его

вертикальная составляющая примерно равна 5·10-5 Тл), с электродов можно

снять напряжение примерно 10 мкВ/м.

К сожалению, этот опыт окончился неудачей, "генератор-река" не заработал.

Фарадей не смог замерить тока в цепи. Но через несколько лет лорд Кельвин

повторил опыт Фарадея и получил небольшой ток. Казалось бы, все осталось, как у

Фарадея: те же пластины, та же река, те же приборы. Разве что место не совсем

то. Кельвин построил свой генератор ниже по Темзе, там, где ее воды смешиваются

с соленой водой пролива.

Вот она разгадка! Вода ниже по течению была более соленой и, следовательно,

обладала большей проводимостью! Это было сразу же зарегистрировано приборами.

Увеличение проводимости "рабочего тела" — генеральный путь увеличения мощности

МГД-генераторов. Но увеличить мощность можно и другим способом — повышая

магнитное поле. Мощность МГД-генератора прямо пропорциональна квадрату

напряженности магнитного поля.

Мечты об МГД-генераторах получили реальную основу примерно в середине нашего

века вместе с появлением первых партий сверхпроводящих промышленных материалов

(ниобий-титан, ниобий-цирконий), из которых удалось сделать первые, еще

маленькие, но работающие модели генераторов, двигателей, токопроводов,

соленоидов. А в 1962 г. на симпозиуме в Ньюкасле англичане Вильсон и Роберт

предложили проект МГД-генератора на 20 МВт с полем 4 Тл. Если обмотку сделать из

медного провода, то при стоимости 0,6 мм/долл. джоулевы потери в ней "съедят" —

полезной мощности (15 МВт!). Зато на сверхпроводниках обмотка будет компактно

облегать рабочую камеру, потерь в ней не будет, а на охлаждение уйдет всего 100

кВт мощности. КПД возрастет с 25 до 99,5 %! Тут есть о чем задуматься.

МГД-генераторами занялись всерьез во многих странах, потому что в таких машинах

можно использовать плазму в 8…10 раз более горячую, чем пар в турбинах

тепловых электростанций, а при этом по известной формуле Карно КПД будет уже не

40, а все 60 %. Вот почему в ближайшие годы недалеко от Рязани заработает первый

промышленный МГД-генератор на 500 МВт.

Конечно, создать и экономично использовать такую станцию непросто: нелегко

разместить рядом поток плазмы (2500 К) и криостат с обмоткой в жидком гелии

(4…5 К), раскаленные электроды обгорают и зашлаковываются, из шлаков надо

выщелачивать те присадки, которые только что добавлялись в топливо для ионизации

плазмы, но ожидаемые выгоды должны окупить все трудозатраты.

Можно представить себе, как выглядит сверхпроводящая магнитная система МГД-

генератора. Две сверхпроводящие обмотки расположены по бокам канала с плазмой,

отделенного от обмоток многослойной тепловой изоляцией. Обмотки закреплены в

титановых кассетах, и между ними поставлены титановые распорки. Кстати сказать,

эти кассеты и распорки должны быть чрезвычайно прочными, так как

электродинамические силы в обмотках с током стремятся разорвать их и притянуть

друг к другу.

Поскольку в сверхпроводящей обмотке тепло не выделяется, рефрижератор, который

требуется для работы сверхпроводящей магнитной системы, должен отводить лишь то

тепло, которое поступает в криостат с жидким гелием через тепловую изоляцию и

токоподводы. Потери в токоподводах можно свести практически к нулю, если

использовать короткозамкнутые сверхпроводящие катушки, питаемые от