Получать и использовать «чистую» солнечную энергию на поверхности Земли мешает
атмосфера. Само собой напрашивается решение: разместить солнечные энергостанции в
космосе, на околоземной орбите. Там не будет атмосферных помех, невесомость позволит
создавать многокилометровые конструкции, которые необходимы для «сбора» энергии Солнца.
У таких станций есть большое достоинство. Преобразование одного вида энергии' в другой
неизбежно сопровождается выделением тепла, и сброс его в космос позволит предотвратить
опасное перегревание земной атмосферы.
ПРИНЦИПИАЛЬНАЯ СХЕМА
Как на самом деле будут выглядеть солнечные космические электростанции (СКЭС), сегодня
точно сказать нельзя. А к проектированию СКЭС конструкторы приступили ещё в конце 60-х
гг. XX в.
Путь энергии от приёмника электромагнитного излучения Солнца к розетке в квартире или
блоку питания станка может быть различным. В самых первых проектах предлагался такой:
солнечные батареи, вырабатывающие электричество —» сверхвысокочастотный (СВЧ) передатчик на СКЭС —> приёмник на Земле —> распределительные электрические подстанции. На практике это выглядело бы следующим образом: многокилометровые плоскости солнечных батарей на прочном каркасе; решётчатые антенны передатчиков; похожие на них (и тоже многокилометровые) приёмники энергии на поверхности Земли... Вариант, как быстро выяснилось, далеко не идеальный. Инженеры попытались вообще отказаться от использования солнечных батарей. Например, предлагалось с помощью различных преобразователей (скажем, зеркал) на станции превращать солнечный свет в тепло, кипятить рабочую жидкость и её паром вращать турбины с электрогенераторами. Но и в таком варианте процесс получения энергии остаётся очень долгим: солнечный свет через тепло и механическое движение превращается в электричество, потом — снова в электромагнитные волны для передачи на Землю, а затем — опять в электричество. Каждый этап ведёт к потерям энергии; приёмные антенны на Земле должны занимать огромные площади. Но хуже всего то, что СВЧ-луч негативно влияет на ионосферу Земли, пагубно сказывается на живых организмах. Поэтому пространство над антеннами необходимо закрыть для полётов авиации. А как уберечь от гибели птиц?
Те же проблемы возникают и при передаче энергии по лазерному лучу, который к тому же сложнее преобразовать снова в электрический ток. Полученную в космосе энергию более целесообразно использовать в космосе же, не отправляя её на Землю. На производство тратится около 90 % вырабатываемой на планете энергии. Основные её потребители — металлургия, машиностроение, химическая промышленность. Они же, кстати, и главные загрязнители окружающей среды. Обойтись без таких производств человечество пока не в состоянии. Но ведь можно убрать их с Земли. Почему бы не использовать сырьё, добываемое на Луне или астероидах, создав на спутниках и астероидах соответствующие промышленные базы? Задача, безусловно, сложнейшая, и сооружение солнечных космических электростанций — только первый шаг к её решению. С производством же электроэнергии для бытовых нужд справятся ветряки, бесплотинные ГЭС и другие экологически чистые энергоустановки. Любой вариант проекта солнечной космической электростанции предполагает, что это колоссальное сооружение, причём не одно. Даже самая маленькая СКЭС должна весить десятки тысяч тонн. И эту гигантскую массу необходимо будет запустить на удалённую от Земли орбиту. Современные средства выведения в состоянии доставить на низкую — опорную — орбиту
необходимое количество блоков, узлов и панелей солнечных батарей. Чтобы уменьшить массу
огромных зеркал, концентрирующих солнечный свет, можно делать их из тончайшей
зеркальной плёнки, например, в виде надувных конструкций. Собранные фрагменты солнечной
космической электрической станции нужно доставить на высокую орбиту и состыковать там. А
долететь к «месту работы» секция солнечной электростанции сумеет своим ходом, стоит только
установить на ней электроракетные двигатели малой тяги.
НЕ ТОЛЬКО СОЛНЦЕ
Солнце не единственный космический источник энергии, которым могут воспользоваться
земляне. Не исключено, что на других небесных телах есть энергоносители, по своей
эффективности во много раз превосходящие имеющиеся на нашей планете. В поверхностных
слоях лунного грунта, например, найдены запасы гелия-3, который на Земле отсутствует.
Предполагается, что получить термоядерную энергию из этого изотопа проще, чем из других.
Между тем считанные килограммы гелия-3 удовлетворят годовую потребность в энергии всего
человечества.

Один из самых необычных и, пожалуй, самых привлекательных сценариев энергетического
будущего человечества открывает проект «Водородная экономика». Его суть заключается в
замене ископаемого топлива водородом. Физический и химический смысл проекта ясен:
основная энергия в нефти, газе, каменном угле и дереве запасена в виде углеводородов —
соединении углерода с водородом. И не углерод, а именно водород даёт при сжигании топлива
наибольшее количество тепловой энергии, превращаемой затем в механическую и
электрическую.
Водорода на Земле огромное количество, причём основные его запасы сосредоточены не в
природных углеводородах, а в воде. Но если для получения энергии из нефти, газа, каменного угля и дерева их достаточно сжечь, то с водой так поступить нельзя: слишком прочно связаны в ней водород и кислород. Современной науке известны два основных способа разложения воды на составляющие её химические элементы: пиролиз (от греч. «пир» — «огонь» и «ли'зис» — «разложение»), когда воду нагревают до очень высокой температуры, и электролиз, когда через воду пропускают электрический ток. Однако оба этих способа очень энергоёмки, а потому непригодны для получения больших количеств водорода. Но представим себе, что удастся найти метод лёгкого разрушения молекул воды. Тогда в технике произойдёт настоящий переворот. В реактивных двигателях, двигателях внутреннего сгорания, турбинах, топках котельных установок перестанут сжигать сотни миллионов тонн нефти, угля, природного газа и их производных. Прекратится выброс в атмосферу вредных для жизни продуктов сгорания топлива: ведь выхлоп двигателя, работающего на водороде, — чистая вода. Полезные ископаемые можно будет добывать в гораздо меньших количествах, и использовать только как сырьё для химической промышленности, производящей пластмассы, лекарства и другие необходимые людям вещи. Как тут не вспомнить великого русского химика Д. И. Менделеева, который ещё в XIX в. говорил о том, что сжигать нефть в топках — всё равно, что топить печи ассигнациями. В наши дни проблему промышленного получения дешёвого водорода пытаются решить разные специалисты. Химики ищут катализатор, в присутствии которого вода станет разлагаться при меньших затратах энергии. Физики разрабатывают способы получения дешёвого электричества, что сделает экономически выгодным электролиз воды. Не остались в стороне и биологи. Они пытаются вывести бактерии, способные разлагать воду на кислород и водород с помощью солнечного света. Учёными давно найдены микроорганизмы, выделяющие водород, но в таком малом количестве, что о промышленном их применении говорить не приходится. Если же производительность бактерий удастся значительно повысить, то у человечества появится шанс пережить ещё одну энергетическую революцию и получить новый, практически
неисчерпаемый, к тому же экологически чистый источник энергии.

Около 4 % всех запасов воды на нашей планете сосредоточено под землёй — в толщах горных пород. Воды, температура которых превышает 20 °С, называют термальными (от греч. «те'рме» — «тепло», «жар»). Нагреваются подземные озёра и реки в результате радиоактивных процессов и химических реакций, протекающих в недрах Земли. В районах вулканической деятельности на глубине 500— 1000 м встречаются бассейны с температурой 150—250 °С; вода в них находится под большим давлением и поэтому не кипит. В горных областях термальные воды нередко выходят на поверхность в виде горячих источников с температурой до 90 °С. Люди научились использовать глубинное тепло Земли в хозяйственных целях. В странах, где термальные воды подходят близко к поверхности, сооружают геотермальные электростанции (геоТЭС). Они преобразуют тепловую энергию подземных источников в электрическую. В России первая геоТЭС мощностью 5 МВт была построена в 1966 г. на юге Камчатки, в долине реки Паужетка, в районе вулканов Кошелева и Камбального. В 1980 г. её мощность составляла уже 11 МВт. В Италии, в районах Ландерелло, Монте-Амиата и Травеле, работают 11 таких станций общей мощностью 384 МВт. ГеоТЭС действуют также в США (в Калифорнии, в Долине Больших Гейзеров), Исландии (у озера Миватн), Новой Зеландии (в районе Уайракеи), Мексике и Японии.
Геотермальные станции устроны относительно просто: здесь нет котельной, оборудования для подачи топлива, золоулавливателей и многих других приспособлений, необходимых для обычных тепловых электростанций. Поскольку топливо у геоТЭС бесплатное, то и себестоимость вырабатываемой электроэнергии в несколько раз ниже.
Существует несколько схем получения электроэнергии на геотермальной электростанции. Прямая схема: природный пар направляется по трубам в турбины, соединённые с электрогенераторами. Непрямая схема: пар предварительно (до того, как он попадёт в турбины) очищают от газов, вызывающих разрушение труб. Смешанная схема: неочищенный пар поступает в турбины, а затем из воды, образовавшейся в результате конденсации, удаляют не растворившиеся в ней газы.
Именно по смешанной схеме работает Паужетская электростанция. Пароводяная смесь, содержащая тепло в количестве 840 кДж/кг, выводится через буровую скважину глубиной 350 м на поверхность и направляется в сепарационное устройство. Здесь пар при давлении 225 кПа (свыше 2 атм) отделяется от воды и по трубам поступает в турбины; те вращаются и приводят в действие электрогенераторы. Отработавший в турбинах пар попадает в смешивающий конденсатор, где охлаждается и превращается в воду. Выделившиеся при этом газы (азот и кислород) удаляют насосом. Горячую воду (120 °С) используют для теплоснабжения населённых пунктов. Вода для охлаждения пара подаётся самотёком по трубопроводу длиной 600 м из реки Паужетки. В России, Болгарии, Венгрии, Грузии, Исландии, Новой Зеландии, США, Японии и других странах термальными водами обогревают здания, теплицы, парники, плавательные бассейны. А столица Исландии Рейкьявик получает тепло исключительно от горячих подземных источников.

Уже очень давно, видя, какие разрушения могут приносить бури и ураганы, человек задумался над тем, нельзя ли использовать энергию ветра.
Ветряные мельницы с крыльями-парусами из ткани первыми начали сооружать древние персы свыше 1,5 тыс. лет назад (см. дополнительный очерк «Мельницы в Средние века»). В дальнейшем ветряные мельницы совершенствовались. В Европе они не только мололи муку, но и откачивали воду, сбивали масло, как, например, в Голландии. Первый ветроэлектрогенератор был сконструирован в Дании в 1890 г. Через 20 лет в стране работали уже сотни подобных установок.
Энергия ветра очень велика. Её запасы в мире, по оценке Всемирной метеорологической организации, составляют 170 трлн. кВт*ч в год. Эту энергию можно получать, не загрязняя окружающую среду. Но у ветра есть два существенных недостатка: его энергия сильно рассеяна в пространстве и он непредсказуем — часто меняет направление, вдруг затихает даже в самых ветреных районах земного шара, а иногда достигает такой силы, что ломает ветряки. Строительство, содержание, ремонт ветроустановок, круглосуточно работающих под открытым небом в любую погоду, стоят недёшево. Ветроэлектростанция такой же мощности, как ГЭС, ТЭЦ или АЭС, по сравнению с ними должна занимать гораздо большую площадь. К тому же ветроэлектростанции не безвредны: они мешают полётам птиц и насекомых, шумят, отражают радиоволны вращающимися лопастями, создавая помехи приёму телепередач в близлежащих населённых пунктах. Не всем понравилось бы жить в городе, где на каждой крыше грохочут ветряки. Такой город будущего описал английский фантаст Герберт Уэллс в романе «Когда спящий проснётся» (1899 г.).
Для получения энергии ветра применяют самые разные конструкции: многолопастные «ромашки»; винты вроде самолётных пропеллеров с тремя, двумя и даже одной лопастью (тогда у неё есть груз-противовес); вертикальные роторы, напоминающие разрезанную вдоль и насаженную на ось бочку; некое подобие «вставшего дыбом» вертолётного винта: наружные концы его лопастей загнуты вверх и соединены между собой. Вертикальные конструкции хороши тем, что улавливают ветер любого направления; остальным приходится разворачиваться по ветру. Встречаются и совсем оригинальные решения. Например, по кольцу из рельсов бегает тележка с парусом, и её колёса приводят в действие электрогенератор.
В Испании довольно долго работала установка, сама создававшая для себя ветер. Построили очень высокую трубу, обширный круг земли в её основании покрыли полиэтиленовой плёнкой на каркасных опорах. Под жарким испанским солнцем земля и воздух под плёнкой нагревались, и в трубе возникала ровная постоянная тяга. Встроенная в трубу крыльчатка вращала генератор. Тяга не прекращалась ни в пасмурные дни (если только облачность была не слишком плотная), ни ночью: земля долго хранит тепло. Однако эксплуатация такой установки обходилась довольно дорого: металлическая труба постепенно ржавела, а плёнка разрушалась. Серьёзный урон ветростанции наносила и непогода... После очередного урагана ремонтировать систему не стали.
Чтобы как-то компенсировать изменчивость ветра, сооружают огромные «ветряные фермы». Ветродвигатели там стоят рядами на обширном пространстве и работают на единую сеть. На одном краю «фермы» может дуть ветер, на другом в это время тихо. Ветряки нельзя ставить слишком тесно, чтобы они не загораживали друг друга. Поэтому «ферма» занимает много места. Такие «фермы» есть в США, во Франции, в Англии, а в Дании «ветряную ферму» разместили на прибрежном мелководье Северного моря: там она никому не мешает и ветер устойчивее, чем на суше.
Чтобы снизить зависимость от непостоянного направления и силы ветра, в систему включают маховики, частично сглаживающие порывы ветра, и разного рода аккумуляторы. Чаще всего они электрические. Но применяют также воздушные (ветряк нагнетает воздух в баллоны; выходя оттуда, его ровная струя вращает турбину с электрогенератором) и гидравлические (силой ветра вода поднимается на определённую высоту, а, падая вниз, вращает турбину). Ставят даже электролизные аккумуляторы. Ветряк даёт электрический ток, разлагающий воду на водород и кислород. Их запасают в баллонах и по мере необходимости сжигают в топливном элементе (т. е. в химическом реакторе, где энергия горючего превращается в электричество) либо в газовой турбине, вновь получая ток, но уже без резких колебаний напряжения, связанных с капризами ветра.
Основоположник современной аэродинамики русский учёный Николай Егорович Жуковский (1847—1921) рассчитал теоретический КПД ветродвигателя, оказавшийся довольно высоким — около 60 %. Но у реальных конструкций он на 10—15 % ниже.
В мире сейчас работает более 30 тыс. ветроустановок разной мощности. Германия получает от ветра 10 % своей электроэнергии, а всей Западной Европе ветер даёт 2500 МВт электроэнергии. По мере того как ветряные электростанции окупаются, а их конструкции совершенствуются, цена «воздушного» электричества падает. Так, в 1993 г. во Франции себестоимость 1 кВт*ч электроэнергии, полученной на ветростанции, равнялась 40 сантимам, а к 2000 г. она снизилась в 1,5 раза. Правда, в настоящее время энергия АЭС обходится всего в 12 сантимов за 1 кВт*ч.

Неужели можно перегородить океан плотиной, установить турбины и генераторы и получать от них электрический ток? Фантастична эта идея только на первый взгляд. В привычном представлении гидроэлектростанция обязательно должна иметь высокую плотину, и чем она выше, тем сильнее напор водяного потока, тем больше мощность турбины. А если обойтись без плотины, использовать океанское течение? Оказалось, такое возможно. Директор Лаборатории энергетики воды и ветра Северо-Восточного университета в городе Бостоне (США) профессор Александр Горлов создал особую турбину. Она не нуждается в сильном напоре и эффективно работает, используя кинетическую энергию водяного потока — реки, океанского течения или морского прилива. Проект первой в мире океанской электростанции уже разработан под руководством А. Горлова. Она будет сооружена во Флоридском проливе, где берёт начало Гольфстрим. Пассаты (ветры) непрерывно нагоняют в Мексиканский залив огромные массы воды. В результате значительной разницы уровней залива и прилегающей части Атлантического океана возникает гигантский водяной поток, устремляющийся в сторону океана. На выходе из залива его мощность составляет 25 млн. м в секунду, что в 20 раз превышает суммарный расход воды во всех реках земного шара! Непосредственно возведением уникального сооружения занимается американская строительная фирма «Гольфстрим энерджи». По подсчётам специалистов, средства, вложенные в проект, окупятся в течение пяти лет.
Что же будет представлять собой эта необычная электростанция? Металлическую платформу из готовых секций с оборудованием для выработки электроэнергии погрузят на глубину и закрепят с помощью якорей. Она не помешает свободному проходу пассажирских, грузовых и военных судов с большой осадкой. А как быть с рыболовецким флотом? Ведь во время промысла рыболовные сети могут причинить электростанции серьёзный ущерб, и при этом пострадает само рыболовное снаряжение. Чтобы исключить возможные аварии, станцию предполагается обозначить на поверхности океана буями со световой и радиоэлектронной сигнализацией.
Оборудование одной секции состоит из 1 б турбин, жёстко соединённых торцами и образующих вертикальную конструкцию длиной 13 м.
Электрогенератор в водонепроницаемой оболочке установлен на её верхнем конце. При вращении турбин генератор вырабатывает ток мощностью 38 кВт. Для проектируемой станции мощностью 140 МВт потребуется более 50 тыс. турбин и около 3700 электрогенераторов. Сердце любой гидроэлектростанции — турбина. Именно она приводит в действие генератор, вырабатывающий электрический ток. Оригинальная турбина, созданная Горловым, называется геликоидной (от греч. «ге'ликс» — «спираль» и «э'йдос» — «вид»). Она имеет три спиральные лопасти и под действием потока воды вращается в два-три раза быстрее скорости течения. В отличие от многотонных металлических турбин, применяемых на речных гидроэлектростанциях, размеры изготовленной из пластика турбины Горлова невелики (диаметр 50 см, длина 84 см), масса её всего 35 кг. Эластичное покрытие поверхности лопастей уменьшает трение о воду и исключает налипание морских водорослей и моллюсков. Коэффициент полезного действия турбины Горлова в три раза выше, чем у обычных турбин. Вырабатываемая электроэнергия может по кабелю передаваться на материк. Существует и другой, весьма перспективный вариант её использования на месте: на базе океанской электростанции организуют производство водорода электролизом океанской воды. Это экологически чистое топливо, при сгорании которого образуется только вода, в перспективе способно заменить бензин и другие нефтепродукты.
«Фабрика водорода» в океане представляет собой судно, стоящее на якоре рядом с океанской электростанцией. Передаваемая по кабелю электроэнергия приводит в действие установленное на судне технологическое оборудование для электролиза воды, сжижения и временного хранения водорода до отправки продукции потребителям.
На самой станции не будет операторов: автоматическое управление обеспечит система компьютеров. Периодический наружный осмотр станции, а также необходимые ремонтные работы смогут осуществлять водолазы.
Электростанция на Гольфстриме может стать «первой ласточкой» в освоении энергии Мирового океана, имеющего много других мощных течений. Японские учёные, например, говорят о большой эффективности подобных сооружений на тихоокеанском течении Куросио. О его колоссальном энергетическом потенциале позволяют судить следующие цифры: у южной оконечности острова Хонсю ширина течения составляет 170 км, глубина проникновения — до 700 м, а объём потока — почти 38 млн. м в секунду!
В перспективе широкое использование океанских электростанций позволит Японии обеспечить электроэнергией так называемые морские города в Тихом океане. Долгосрочный проект японских учёных предусматривает постепенное переселение значительной части жителей на искусственные острова. Это поможет не только улучшить экологическую обстановку, но и справиться с перенаселением страны. Согласно проекту, высвобождающуюся площадь предполагается использовать под сельскохозяйственные угодья и национальные парки. Пока программа находится на стадии разработки, ведутся консультации с Лабораторией Горлова. Однако уже сейчас свою заинтересованность в проекте высказало правительство Тайваня. Будущее энергетики, безусловно, связано со строительством океанских электростанций. Они более экономичны, чем атомные; правда, уступают тепловым и речным. Зато в отношении экологической безопасности океанские электростанции не имеют себе равных.

Люди издавна задумывались над тем, как «запрячь» реки, заставить их работать. Уже в
древности — в Египте, Китае, Индии — водяные колёса поднимали на поля воду. Водяные
мельницы
для помола зерна появились задолго до ветряных — в государстве Урарту (на территории
нынешней Армении), но были известны ещё в XIII в. до н. э. Водяные колёса оставались
главным способом получения энергии в конце XVIII — середине XIX в. Они существовали до начала
XX столетия. Созданные во второй трети XIX в. гидротурбины, с гораздо более высоким КПД,
длительное время использовались для непосредственного привода станков и машин через
систему зубчатых, канатных и ременных передач. Сегодня гидротурбины применяют только
для приведения в действие генераторов на гидроэлектростанциях (ГЭС).
Первая промышленная гидроэлектростанция в России была введена в действие в 1896 г. Её
построили на реке Охте для энергоснабжения местного порохового завода. Тогда же в США
началась эксплуатация Ниагарской ГЭС постоянного тока.
Принцип работы гидроэлектростанций при всём разнообразии конструкций одинаков: вода под
напором из верхнего бьефа (водоёма перед плотиной) поступает в водоприёмник и по водоводам направляется к турбинам — колёсам диаметром более Юме лопастями. Струя с
силой бьёт в лопасти, раскручивая вал машины, на котором закреплён генератор, начинающий
вырабатывать электроэнергию. По толстым проводникам — шинам она передаётся на
повышающий трансформатор, затем на распределительное устройство и под высоким
напряжением по линиям электропередачи идёт к потребителям — заводам, фабрикам, жилым
домам.
Гидрогенераторы обычно вырабатывают электроэнергию напряжением б—16 кВ. Их мощность
(а самые крупные находятся в нашей стране) может превышать 650 МВт.
Современная ГЭС представляет собой комплекс гидротехнических сооружений (для
концентрации потока воды и создания её напора), а также энергетического оборудования,
преобразующего энергию этого напора с помощью гидротурбин в механическую, а затем —
через гидрогенераторы — в электрическую. В машинном зале размещаются гидроагрегаты —
турбина и генератор; вспомогательное оборудование; устройства автоматического управления
и контроля. Центральный пост управления оборудуется пультом для оператора-диспетчера или
автооператором — устройством, автоматически определяющим оптимальное число
включённых агрегатов для обеспечения максимального КПД гидроэлектростанции. В здании
ГЭС или на открытых площадках располагаются повышающая трансформаторная подстанция и
распределительные устройства.
На равнинных реках при относительно небольшом напоре воды, когда высота её столба над
турбиной не превышает 30—40 м, сооружают так называемые русловые гидроэлектростанции.
На реке строят шлюзы или судоподъёмники, рыбопропускные или водозаборные сооружения
для орошения полей и водоснабжения. К русловым относятся, например, Волховская и
Волжская ГЭС.
Нередко расположить гидроэлектростанцию непосредственно в русле бывает сложно из-за
неудобной для строительства горной местности. Тогда электростанцию сооружают поблизости
— там, где вести работы удобнее, и отводят к ней реку или часть реки. Это деривационная
гидроэлектростанция. Крупнейшие ГЭС такого типа — Роберт-Мозес (США), Ингурская
(Грузия), Нечако-Кемано (Канада), Харспронгет (Швеция).
Сильный напор воды сдерживают плотиной, а ГЭС располагают за плотиной, как правило, у её
основания, со стороны, противоположной водохранилищу. Такая гидроэлектростанция
называется приплотинной; по этой схеме построены Красноярская и Братская ГЭС,
ДнепроГЭС.
Существуют и гидроаккумулирующие электростанции. Их строят там, где нагрузка в
энергетических системах в течение суток неравномерна. Когда потребление электроэнергии
снижается и она оказывается в избытке, агрегаты станции, способные работать как водяные насосы, перекачивают воду из водохранилища в верхний, аккумулирующий бассейн. Если нагрузка в электросетях повышается до пиковой, идёт обратный процесс — гидроагрегаты, которые приводит в действие вода, поступающая в напорный водопровод из верхнего бассейна, вырабатывают электроэнергию. Мощность такой станции довольно высока: например, у Корнуолльской ГЭС в США она достигает 1620 МВт. Гидроэлектростанции имеют немало преимуществ перед тепловыми и атомными. ГЭС не нуждаются в топливе и потому вырабатывают более дешёвую электроэнергию. Их энергетические ресурсы огромны и к тому же непрерывно возобновляются. Благодаря ГЭС полнее используются гидроресурсы рек — сооружаемые плотины и водохранилища позволяют улучшить водоснабжение засушливых районов, удлиняют судоходные участки, снижают ущерб от весенних паводков. Однако плотины ГЭС ухудшают условия обитания водяной фауны; запруженные реки, замедлив течение, зацветают; уходят под воду обширные участки пахотной земли. Гидроэнергетика должна развиваться, несомненно, без ущерба для окружающей среды.

В 1954 г. начала действовать первая в мире атомная электростанция (АЭС). Её построили в
Советском Союзе — в городе Обнинске Калужской области. Мощность АЭС составляла всего
5000 кВт, но столь малая величина не умаляла значения произошедшего — впервые была
получена электрическая энергия, источником которой служило ядро атома.
От обычной тепловой электростанции атомная отличается, прежде всего, видом топлива. АЭС
использует не уголь, нефть или газ, при сгорании которых энергия химических связей
превращается в тепло, а ядра тяжёлых элементов — урана и плутония. Но не любые ядра, а
только имеющие определённую массу — ядра изотопов (от греч. «и'сос» — «равный» и
«то'пос» — «место»). В атомных ядрах изотопов содержится одинаковое число протонов и
разное — нейтронов, из-за чего ядра разных изотопов одного и того же элемента имеют разную
массу. У урана, например, 15 изотопов; самый распространённый — уран-238, а в ядерных
реакциях участвует только уран-235. При делении ядер выделяется энергия — она и «работает»
в атомных электростанциях.
Реакция деления протекает следующим образом. Ядро урана самопроизвольно распадается на
несколько осколков; среди них есть частицы высокой энергии — нейтроны (в среднем на каждые 10 распадов приходится 25 нейтронов). Они попадают в ядра соседних атомов и разбивают их, высвобождая нейтроны и огромное количество тепла. При делении 1 г урана выделяется столько же тепла, сколько при сгорании 3 т каменного угля.
Управляемая реакция идёт в атомном реакторе. Главная его часть — активная зона. В неё вводят тепловыделяющие элементы (ТВЭЛы) — трубки с изотопами урана или плутония — и стержни из бора либо кадмия. Бор и кадмий поглощают нейтроны и тем самым снижают скорость реакции. «Захват» нейтронов происходит очень быстро — примерно за стомиллионную долю секунды. Если дать «прореагировать» всем нейтронам, произойдёт атомный взрыв. Активную зону реактора выкладывают графитовыми кирпичами и омывают водой: оба эти вещества замедляют нейтроны.
Ходом реакции управляют, поднимая и опуская стержни-поглотители. По мере «выгорания» ядерного топлива ТВЭЛы извлекаются из реактора и заменяются на новые. Выполняют все операции, конечно, с помощью роботов: потоки нейтронов и другие излучения смертельно опасны.
Тепло, которое выделяется в результате ядерной реакции, нагревает омывающую реактор воду до нескольких сот градусов (вода поступает под большим давлением, а потому не закипает). Перегретая вода может сразу начать работать. В зоне пониженного давления она мгновенно превращается в пар, который и крутит турбины. Недостаток такой схемы — её называют одноконтурной — в том, что вода, прошедшая через реактор, становится радиоактивной и делает радиоактивным оборудование.
Двухконтурные АЭС сложнее, но гораздо «чище». В них вода первого контура кипятит воду во втором, и тот остаётся неактивированным.
Уран-238 тоже используют в атомных реакторах, но для получения не энергии, а горючего. Этот изотоп хорошо поглощает быстрые нейтроны и превращается в другой элемент — плутоний-239. Реакторы на быстрых нейтронах очень компактны: им не нужны ни замедлители, ни поглотители — их роль играет уран-238. Называются они реакторами-размножителями, или бридерами (от англ. breed — «размножать»). Воспроизведение ядерного горючего позволяет в десятки раз полнее использовать уран, поэтому реакторы на быстрых нейтронах считаются одним из перспективных направлений атомной энергетики.