Энергетика межзвёздных колонистов

Этот вопрос я разрабатывал во время написания «Когнитивной симфонии», а теперь, когда все закончили обсуждать «Чернобыль», наверное, самое время что-нибудь написать о нём.

Об источниках энергии в фантастике, как правило, не задумываются. Во многих случаях это и вовсе хреноптаниумная электростанция, работающая по принципам НЁХ и для сюжета абсолютно неважная. В лучшем случае будет упомянут некий реактор, весь смысл которого — стать острой попоболью для экипажа космического корабля и очередной преградой на пути к развязке сюжета.

Про наземные источники энергии, сиречь обычные электростанции, и вовсе ничего не говорится. Разве только в случаях, когда кто-то хочет взорвать электростанцию.

Задача стоит такая: вот у меня есть кучка колонистов со стартовым набором техники и материалов, вот есть планета, где они высадились. Какие источники энергии будут наиболее эффективными для них до укрепления и установления основных технологических связей в городе?

Пойдём по порядку.

ТЭС на ископаемом топливе. Всё просто: сжигаем вещество, получаем тепло, превращаем воду в пар, крутим турбины. При этом в атмосферу улетает любимый зелёными активистами СО2 и прочие интересные газы, со всеми вытекающими отсюда последствиями.

Предположим, моя группа колонистов прилетела на Клэр и собирается строить научный городок. Построит ли она ТЭС? Едва ли, потому что на Клэр нет ни угля, ни нефти, ни газа. Есть метан в атмосфере, но его оттуда ещё надо вытащить, равно как и водород. А если мы говорим о планете с развитой биосферой, то там всё это надо найти и начать добывать. Хотя, безусловно, если мы говорим о кучке изгнанников, строящих город из спичек и желудей, это наиболее простой и экономичный вариант. При условии, что город строится рядом с месторождением и можно добывать нефть или уголь чуть ли не открытым способом, как в начале XX века.

ГЭС. Без вопросов — наилучший выбор в общем и целом. Влияние на экологию минимально (изменяются условия течения рек и всё), приемлемая мощность, никакого заражения окружающей среды в случае аварии, если не считать таковым переизбыток дигидрогена монооксида, и так далее. Есть только один нюанс — где попало их не построишь, изволь найти подходящую реку, а таковых в мире не так много, как хотелось бы.

Однако для колонистов-нубов ГЭС годится чуть менее чем никак, потому что строить её долго и сложно, и даже развитие технологий строительства этого не изменит. Но вот позже, когда народ чуть осядет и разовьёт промышленность, это отличный вариант, хотя и не для Клэр, разумеется: её гидросфера составляет всего 7-10% от земной, и крупных рек там попросту нет. Остаётся только вариант с малыми ГЭС.

Зелёная энергетика. То, на что молятся горе-экологи. Халявная энергия, не загрязняющая окружающую среду... всё это, конечно, прекрасно, если бы не парочка «но».

Первое «но» — зелёная энергетика на самом деле вовсе не такая зелёная, как её преподносят. Например, поля солнечных батарей исключают из экологической ниши землю под собой, то есть она попросту выпадает из полезной площади, используемой природой. Это так, самое банальное, что видно на первый взгляд. Другой аспект — это производство и утилизация солнечных батарей, которые содержат немало ядовитых веществ. Ну и так далее: ветрогенераторы издают инфразвуки и снижают кинетическую энергию ветра, изменяя розу ветров, и хрен знает, к чему это приведёт. По большей части, конечно, это не столь опасно, но фактор есть, и сбрасывать его со счетов нельзя. К тому же это отличный способ троллинга «зелёных».

Второе «но» — вся зелёная энергетика сильно зависит от географии. Для нормальной работы ветровых электростанций нужен высокий среднесезонный уровень ветра, для работы солнечных батарей, как можно догадаться — высокая мощность потока солнечного света. Про ГЭС уже было сказано выше, аналогично для геотермальных электростанций нужны свои особенности ландшафта.

Наконец, третье «но» — цена. Зачем далеко ходить, вот статистика: при более-менее равных ценовых показателях уровня жизни во Франции и Германии разница в цене на электричество аж в два раза. Почему? Как раз потому, что немцы уже который год отчаянно пытаются перейти на зелёную энергетику. Вот результат.

Конечно, учёные не сидят на месте. Повышается КПД солнечных батарей, увеличивается их мощность и так далее. Но в общем и целом остаётся четвёртое «но» — удельная мощность, то есть выработка электроэнергии с единицы занимаемой площади, у них всё равно самая низкая.

Насколько она применима, если мы говорим о будущем? Лично я считаю, что этот сегмент энергетики в конечном итоге перейдёт в быт. Дома с крышами из солнечных батарей, с ветряками на этих же крышах, вот это вот всё. Если мы говорим об «одноэтажной цивилизации», то такой подход позволит перевести жилые дома на автономное энергопитание, освободив мощности для других целей.

В сущности, для моих колонистов это был бы отличный выбор, если бы не пара проблем: общая мощность потока солнечного света на Клэр ниже, чем на Земле, а кроме того, день и ночь там длятся по восемь земных суток, то есть неделю с лишним солнечные батареи будут работать, а ещё неделю — простаивать. Зато для ветряков раздолье — лесов на Клэр нет, есть только созданные колонистами бесконечные поля вереска, изменяющие атмосферу. Благодать.

Однако, как можно догадаться, для питания целого городка с энергоёмкими производствами это не подойдёт.

АЭС. По очереди:

— мощность. Как правило, мощность одной АЭС исчисляется гигаваттами, нагибая по этому параметру любую другую электростанцию сравнимой площади.

— экологичность. Давным-давно, играя в Цивилизацию, я удивлялся, почему угольная электростанция производит загрязнение, а АЭС — нет. Это потом я уже узнал, что валящий из огромных башен дым — на самом деле пар, а загрязнение от АЭС практически отсутствует. Более того, угольная электростанция выбрасывает в атмосферу БОЛЬШЕ радиоактивной дряни, чем АЭС в штатном режиме.

— дешевизна. Количество потребляемого топлива для АЭС минимально, и в общем и целом цена одного киловатт-часа бывает даже меньше, чем для угольных. Собственно, в упомянутой выше Франции 75% потребления энергии обеспечивают АЭС.

Минусы очевидны — в первую очередь это приход пушного лиса в случае аварии. Хотя уроки из Чернобыля и Фукусимы инженеры таки сделали — безопасность на АЭС, особенно на новых, сейчас в разы серьёзней, чем раньше. Если, конечно, строят её не рукожопы.

Однако для моих колонистов мощность полноценной станции на первых порах очевидно избыточна. По самым пессимистичным оценкам для питания моего пятитысячного городка со всеми его элементами потребуется около 25 МВт. Есть, конечно, ещё рассеянные по планете башни терраформирования, но у них собственное энергопитание.

Решение — использовать компактные электростанции, например, АЭС на бегущей волне. Но тут без углубления в дебри не обойтись.

Итак, Чернобыль — это реактор на тепловых нейтронах. Ядерное топливо в активной зоне окружено замедлителем (теми самыми графитовыми стержнями, которые сбрасывали с крыши ЧАЭС обратно в реактор), который позволяет контролировать цепную реакцию. В реакторе же на быстрых нейтронах замедлителя нет (почему он и зовётся быстрым), а управляемость обеспечивается использованием нейтронов другого спектра — «завести» и поддерживать реакцию сложнее, но зато и бабахнуть, как ЧАЭС, она не бабахнет. Собственно, там ещё много конструктивных отличий — например, вместо воды в качестве теплоносителя приходится использовать легкоплавкие металлы, потому что вода тоже замедляет нейтроны, но главная суть в следующем: такие реакторы сложнее, но безопаснее и экономичнее. В процессе задействуется значительно большее количество урана-238, соответственно, топливо используется куда более эффективно.

Реактор же на бегущей волне использует те же самые быстрые нейтроны, но цепная реакция проходит в ограниченной части активной зоны, постепенно перемещаясь по ней, аки волна. Он работает на обеднённом уране, что ещё больше упрощает задачу: уж чего-чего, а этой дряни у нас хватает. Небольшое количество урана-235 ему всё же требуется, но куда меньше, чем предыдущим объектам.

Для моего концепта это идеальный вариант. Конечно, колонисты могли бы взять обогащённый уран с собой в полёт, но реактор на бегущей волне имеет то преимущество, что одной загрузки топлива ему хватит на десятилетия. Кроме того, он имеет вертикальную компоновку, занимая совсем немного места. Это, конечно, не проблема для пустынной Клэр, но зато проблема для космического корабля, где масса строго ограничена.

Остаётся нерассмотренной только термоядерная энергетика, но пока неизвестно, насколько компактными могут быть токамаки или пинч-машины. А кроме того, очевидно, что в любом случае такой реактор куда сложнее обычной АЭС, даже на бегущей волне, что накладывает серьёзные ограничения при использовании его в моих условиях.

Как ни странно, но всё это было сделано ради одного-единственного абзаца в моей книжке. Ну ладно, двух. И да, там тоже хотели взорвать электростанцию.

На улице стало светлее, и Андрей понял, что они приехали. Здесь не горели окна в домах, зато сияли не хуже Финна многочисленные фонари оцепления, машин и солдат, расположившихся вокруг двух корпусов в центре небольшой огороженной площадки. В этот момент Андрею стало понятно, почему До со своими силовиками не начала штурм сразу — люди Финвара захватили электростанцию.

Больше всего энергоблоки походили на белые пластиковые колпачки от цифровых ручек. Залитые светом Финна, они казались абсолютно плоскими в ночной мгле. Андрей не мог видеть тридцатиметровых шахт, в которых располагались реакторы, но знал, что они там — под «колпачками». Мини-АЭС с реакторами на бегущей волне не требовали человеческого обслуживания и могли проработать в автономном режиме несколько десятков лет, а их безопасность ещё в двадцать первом веке достигла небывалых высот, и всё же воевать рядом с ними явно не стоило. Именно на это, судя по всему, и надеялись Хирурги.