Цивилизация с нуля. Что нужно знать и уметь, чтобы выжить после всемирной катастрофы - Льюис Дартнелл

Решением стала турбина, основанная на удачной конструкции водяной турбины, но приспособленная под пар высокого давления. Работу совершает струя пара, либо бьющая по лопастям сзади, чтобы импульс вращал колесо (как в пелтоновской или поперечноточной турбине), либо отражающаяся от поверхности изогнутой лопасти, которую, как самолетное крыло, толкает сила противодействия. Существенная разница между водой и паром в том, что пар расширяется и движется быстрее, но теряет давление, поэтому большинство паровых турбин сочетают реактивное колесо для пара высокого давления пара с импульсным колесом ниже на валу, работающим от разреженного пара. Такая многоступенчатая паровая турбина позволяет весьма производительно генерировать огромные объемы электроэнергии, и ее применение открыло новый электрический век.

Однако, сколь бы эффективной ни была турбина, полученную электроэнергию еще нужно доставить туда, где она нужна.

Вы можете соорудить генератор, который будет вырабатывать устойчивый постоянный ток (как в аккумуляторе), но легче собрать генератор переменного тока, быстро циклически изменяющегося с вращением ротора. Напряжение, возникающее в обмотке, меняется с положительного на отрицательное и обратно, поэтому ток, который оно вызывает, тоже постоянно меняет направление, летая туда-сюда по проводнику, наподобие стремительного прилива и отлива. Переменный ток имеет одно важное преимущество перед постоянным: он изящно решает проблему транспортировки электричества с электростанции до места его потребления — городов и промышленных объектов.

Как только вы захотите послать электроны по распределительной сети, состоящей из металлических проводов, вы тут же столкнетесь с коренной трудностью. Мощность вырабатываемого электрического тока определяется произведением силы тока и напряжения. Если сила тока велика, сопротивление проводов будет их неизбежно нагревать, и вы потеряете большую часть драгоценного электричества, которое произвели. (В то же время электрическое сопротивление — это свойство, которое намеренно эксплуатируют в нагревательных элементах чайника, тостера и фена, а если тонкую металлическую нить удастся разогреть до того, что она засветится, и притом не сжечь, то, значит, вы освоили технологию лампы накаливания.) Единственный вариант передать ток высокой мощности — уменьшить силу тока и повысить напряжение. Тут есть трудность: высокое напряжение слишком опасно; оно допустимо для проводов, протянутых между опорами высоко над землей за городом, но у себя дома вы точно постараетесь его избежать. Так вот, прелесть переменного тока в том, что он позволяет легко поднимать и опускать напряжение с помощью трансформаторов.

Трансформатор — это, по сути дела, два толстых мотка проволоки, насаженные один против другого на один железный сердечник в форме рамки, для того чтобы магнитное поле, создаваемое первой обмоткой, воздействовало на вторую. Согласно принципу индукции, о котором мы говорили выше (с. 184), переменный ток, пропущенный через первичную обмотку, создает быстро колеблющееся электромагнитное поле — возникающее и исчезающее более сотни раз за секунду, — которое в свою очередь создает переменный ток во вторичной обмотке. А теперь смотрите, в чем фокус. Если во вторичной обмотке витков больше, чем в первичной, напряжение растет, а сила тока падает: трансформатор — вроде электрического валютообменника, он конвертирует силу тока в напряжение. Таким образом, с помощью трансформаторов вы можете регулировать напряжение на разных участках распределительной сети, чтобы где нужно снизить силу тока, оборачивающуюся высоким сопротивлением, а где нужно — опасное для жизни напряжение.

Прелесть электричества в том, что можно размещать промышленные объекты не только на вершинах обдуваемых сильным ветром холмов, на берегах быстрых рек или неподалеку от лесов и угольных шахт, как приходилось поступать нашим предкам до XIX столетия. В этих местах останутся только электрогенераторы, а энергия по проводам пойдет куда нужно. Мы привыкли к такому положению вещей. Но всего лишь 100 лет назад всю энергию, необходимую для обслуживания дома, нужно было доставлять туда в материальном воплощении: керосин для ламп, уголь или дрова для обогрева и готовки. На задних дворах викторианских домов имелись дворовые угольные бункеры размером с небольшую жилую комнату, чтобы держать запас топлива на всю зиму. Сегодня электричество приходит в каждое помещение и приносит энергию для всех домашних нужд — чистую, бесшумную, не занимающую места.

Постоянный ток поможет человеческому сообществу приподняться из руин в первые недели после катастрофы, он доставит энергию по коротким трассам, например от ветрогенератора до жилищ, и зарядит аккумуляторы. Однако если на дальнейших этапах восстановления хозяйства вы задумаетесь о выгодах крупных и мощных электростанций, тогда понадобится создавать распределительные сети переменного тока. К тому же в мире, где люди будут страдать от жесткой нехватки энергии, тепло, полученное от сгорания топлива, лучше использовать по максимуму. Комбинированные теплоэлектростанции (ТЭС) изменили абсурдную ситуацию, когда тепло уходило впустую через градирни электростанций, а тем временем для отопления ближних городских кварталов сжигалось топливо. По использованию ТЭС в мире лидируют Швеция и Дания: там горячий пар, применяемый для вращения турбин и генераторов, в дальнейшем, например, идет на обогрев зданий по соседству от станции. Котлы топятся природным газом или биотопливом: отходами деревообработки, лесом с возобновляемых вырубок или отходами сельского хозяйства, и эффективность генерации электроэнергии и производства тепла приближается к 90 %.

В дни перезагрузки, вероятно, привычным станет зрелище телег, запряженных тягловыми животными, а может, и переоборудованных под газ грузовиков, везущих пиленый лес или компост с окрестных ферм на ТЭС, которые каждый квант полученной энергии пускают на производство электричества и тепла для ближних предприятий и жилых районов. Что ж, посмотрим, какими в постапокалиптическом мире будут средства передвижения.