Что же остается в распоряжении человечества, если не полагаться на нефть, газ, уголь (торф, сланцы и дрова в том же ряду), а также на атом и “термояд”? Как что? Около десятка так называемых чистых, восполняющихся источников энергии. “Чистых” — потому, что их “запасы” обновляются ежечасно, ежесекундно. Это энергия Солнца (в том числе транслируемая на Землю из ближнего космоса микроволновыми передатчиками), водных потоков на реках, приливов и отливов, волн, ветра, (в том числе в верхних слоях атмосферы), подземного тепла Земли, внутреннего тепла морей, температурных перепадов на море и на суше, не говоря уже о таких колоссальных, но плохо изученных источниках, как атмосферное электричество и земной магнетизм. Ведущее место среди этих спасительных источников занимает, конечно же, Солнце. Правда, солнечные батареи, преобразующие энергию нашего светила в тепло или электроэнергию, очень дороги в производстве (а ими требуется покрыть значительную часть земной поверхности, чтобы они заняли достойное место в энергобалансе) и имеют сравнительно низкий коэффициент полезного действия, в связи с чем не могут пока конкурировать ни с тепловой, ни с атомной энергетикой. Но нужда заставит, жизнь научит. КПД гелиоустановок, в принципе, можно повысить в несколько раз. Такие установки можно размещать на крышах домов и вокруг них, чтобы обеспечить обогрев жилья, подогрев воды и работу бытовых электроприборов даже в умеренных широтах, не говоря уже о тропиках. А для нужд промышленности и электротранспорта можно использовать километровые пустоши, непригодные ни для чего другого, сплошь уставленные мощными гелиоустановками. В дополнение, как уже говорилось, солнечную энергию можно “транслировать” из ближнего космоса. Теоретически, утверждают специалисты, гелиоэнергетика могла бы одна покрыть целиком все мыслимые потребности человечества в энергии на тысячи лет вперед. Но практически на этом пути возникает столько трудностей с сооружением, размещением и эксплуатацией гелиоэнергоустановок на тысячах квадратных километров земной поверхности, что, конечно же, в любом обозримом будущем удельный вес гелиоэнергетики в мировом энергобалансе был и останется довольно скромным. Были считанные доли процента — и будут считанные проценты, пусть даже удесятеренные с помощью ближнего космоса. Но разве свет клином сошелся только на гелиоустановках и космических микроволновых передатчиках? Большим соблазном в начале XX в. стали крупные и горные реки мира. К концу столетия многие из них перегородили каскадами плотин с гидроэлектростанциями, дающими баснословно дешевую энергию. Но в последние десятилетия обнаружилось, что такая “дешевизна” обходится людям очень дорого. Огромные пространства земли выше плотин подтоплялись, ниже — падал уровень грунтовых вод, в обоих случаях ущерб для сельского хозяйства, вообще для природной окружающей среды оказывается огромным. Кроме того терялись огромные пространства земли, уходившие на дно гигантских водохранилищ, прерывалось естественное течение рек, загнивала вода в водохранилищах, падали рыбные запасы и т.д. Что касается горных рек, то там все эти минусы сводились к минимуму, зато добавлялся еще один: в случае крупного землетрясения, способного разрушить плотину, катастрофа могла обернуться тысячами человеческих жертв. Поэтому крупные речные плотины вряд ли продолжат свое триумфальное шествие в век XXI. Однако минусы ГЭС породили идею “мини-ГЭС”. На небольших речушках и даже ручьях могут быть установлены гидроэлектрогенераторы, работающие при небольших перепадах уровня воды или даже движимые силою одного лишь течения. В принципе такие же “мини-ГЭС” могут быть сооружены и на крупных реках с относительно быстрым течением. У этих “мини” намного больше шансов прорваться в массовых масштабах в XXI в. нежели у наших современных “макси”. Детально разработаны центробежные и пропеллерные энергоблоки рукавных переносных гидроэлектростанций мощностью от 0,18 до 30 киловатт. При поточном производстве унифицированного гидротурбинного оборудования “мини-ГЭС” способны конкурировать с “макси” по себестоимости киловатт-часа. Их можно размещать в самых труднодоступных уголках страны. Оборудование можно перевезти на одной вьючной лошади, а установка или демонтаж занимают всего несколько часов. Понятно, существенных изменений “погоды” в мировом энергобалансе минигидроэнергоустановки не сделают. Но свою долю процентов внесут. Несоизмеримо более мощный источник энергии водных потоков — приливы и отливы. Подсчитано, что потенциально приливы и отливы могут дать человечеству примерно 70 млн. миллиардов киловатт-часов в год. Для сравнения: это примерно столько же, сколько способны дать разведанные запасы каменного и бурого угля, вместе взятые; вся экономика США 1977 г. базировалась на производстве 2200 млрд. киловатт-часов, вся экономика СССР того же года — на 1150 млрд., хрущевский “коммунизм” к 1980 г. должен был быть построен на 3000 млрд. киловатт-часов, образно говоря, одни только приливы могли бы обеспечить процветание на Земле тридцати тысяч современных “Америк”. Проекты приливных гидроэлектростанций детально разработаны в инженерном отношении, экспериментально опробованы в нескольких странах, в том числе и у нас, на Кольском полуострове. Продумана даже стратегия оптимальной эксплуатации ПЭС: накапливать воду в водохранилище за плотиной во время приливов и расходовать ее на производство электроэнергии, когда наступает “пик потребления” в единых энергосистемах, ослабляя тем самым нагрузку на другие электростанции. Но кто же будет сегодня вкладывать миллиарды долларов в сооружение ПЭС, когда есть баснословно дешевые нефть, газ, уголь в развивающихся странах (в том числе и в республиках бывшего СССР), которые продают их за бесценок странам развитым? Сегодня ПЭС попросту неконкурентоспособна по сравнению с тепловой энергетикой. А завтра? Завтра ей придется стать такой же важной составляющей мировой энергетики, какой сегодня является, скажем, природный газ. По тем причинам, о которых мы говорили выше. И придется раскошеливаться на любые миллиарды — иначе не выжить. Практически на сооружение ПЭС в наиболее благоприятных для этого точках морского побережья, где перепад уровней воды колеблется от 1—2 до 10—16 м., потребуются долгие десятилетия, может быть, даже столетия. Но процент за процентом в мировой энергобаланс ПЭС могут и должны начать давать уже на протяжении грядущего столетия. Сколько энергии способны дать морские (и даже озерные) волны, неизвестно даже приблизительно. Может быть, столько же, сколько приливы и отливы, а может быть, на порядок меньше — разве в этом дело? Дело в том, что инженерно разработаны и экспериментально опробованы высокоэкономичные волновые энергоустановки, способные эффективно работать даже при слабом волнении и даже вообще при полном штиле. На дно моря или озера устанавливается вертикальная труба, в подводной части которой сделано “окно”; попадая в него, глубинная волна (а это — почти постоянное явление) сжимает воздух в шахте, а тот крутит турбину генератора. При обратном движении волны воздух в трубе разрежается, приводя в движение вторую турбину. Таким образом, волновая электростанция работает беспрерывно почти при любой погоде, а ток по подводному кабелю передается на берег. Вот уж, поистине, на выдумки хитра не только голь! К тому же некоторые типы ВЭС могут служить отличными волноломами, защищая побережья от разрушительных волн и экономя таким образом миллиарды долларов на сооружение бетонных волноломов. Писатель, задумавший сочинить рассказ о жизни людей в грядущем столетии, не ошибется, если изобразит невдалеке от побережья моря или озера цепочку “бакенов”, составляющих надводную часть ВЭС. При достаточной фантазии, оставаясь вполне в научных пределах, можно вообразить сотнекилометровые линии таких “бакенов” вдоль всех побережий земного шара. И не нужно никакого воображения, чтобы сообразить, что таким путем можно получить тоже весьма весомый процент в копилку мирового энергобаланса. А вот потенциал энергии ветра подсчитан более или менее точно: 130 млрд. киловатт в 90-метровом слое от поверхности земли над одной только территорией бывшего Советского Союза. Любители точных цифровых выкладок сами могут перемножить киловатты на часы (ветры, как известно, дуют круглосуточно) и распространить вышеуказанную цифру сначала на остальные пять шестых земной суши, а затем на вдвое большую поверхность моря (ветры, как известно, и по морю гуляют — да еще посильнее, чем над сушей). Ветроэнергоустановки разработаны и опробованы настолько основательно, что вполне прозаической выглядит картина и сегодняшнего небольшого ветряка, снабжающего энергией дом вместе с фермой, и завтрашних тысяч гигантских сотнеметровых башен с десятиметровыми лопастями, выстроенных цепью там, где постоянно дуют сильные ветры, вносящих тоже свой немаловажный “процент” в мировой энергобаланс. Разработаны ветроэнергоустановки, способные эффективно работать при самом слабом ветерке. Шаг лопасти винта автоматически регулируется таким образом, чтобы постоянно обеспечивалось максимально возможное использование энергии ветра, а при слишком большой скорости ветра лопасть столь же автоматически переводится во флюгерное положение, так что авария исключается. Разработаны и действуют так называемые циклонные электростанции мощностью до ста тысяч киловатт, где теплый воздух, поднимаясь в специальной 15-метровой башне и смешиваясь с циркулирующим воздушным потоком, создает искусственный “циклон”, который
вращает турбину. Такие установки намного эффективнее и солнечных батарей, и обычных ветряков. И это еще не все! Обнаружено, что на высоте 10— 12 км от земли, в так называемой тропопаузе между тропосферой и стратосферой, постоянно дуют сильнейшие ветры (до 25—30 м в секунду). Их потенциальная энергия в 1000—2000 раз больше, чем в приземном слое. Правда, тропопаузные ветроэлектрические станции придется располагать на аэростатах, удерживаемых с земли сверхпрочными тросами. Но и для этой цели уже сконструированы специальные канаты из энанта и пропилена. Так что пейзаж XXI в. вполне может быть оживлен не только рядами гигантских ветряков на море, на побережье, по гребням возвышенностей, но и армадами энергоаэростатов высоко в небе, на уровне перистых облаков. Ветроэнергетика не дожидается будущего. Она активно вторгается в настоящее. Правда, ей трудно сегодня конкурировать с тепловой энергетикой. Зачем сооружать ветряки, когда всегда можно подключиться к вроде бы даровой высоковольтной сети? Но одна страна за другой начинают сознавать, что “дармовая” энергия не такая уж и даровая. Например, Швеция, лишенная своих нефти и газа, приняла решение на протяжении 90-х годов построить и разместить в наиболее удобных местах 54 тыс. высокоэффективных ветроустановок. Надо полагать, в мировых масштабах это только начало. Еще один “чистый” источник энергии очень значительных масштабов — подземное тепло планеты. Геотермальные электротеплоцентрали — уже не новость. Столица Исландии Рейкьявик давно отапливается подземным теплом. Недалеко от итальянского города Лардерелло пар из-под земли поступает в турбины электростанции. У нас на Камчатке электроток дает Паужетская геотермальная станция. Но это пока даже не надводная верхушка айсберга, а всего лишь несколько жалких пингвинов на ней. Потенциальная мощность геотермальной энергетики несравненно выше. Геологи открыли, что раскаленные до 180—200°С массивы на глубине 4—6 км занимают большую часть
территории нашей страны, а с температурой до 100—150°С встречаются почти повсеместно. Кроме того, на нескольких миллионах квадратных километров располагаются горячие подземные реки и моря с глубиной залегания до 3,5 км и с температурой воды до 200°С — естественно, под давлением, — так что, пробурив ствол, можно получить фонтан пара и горячей воды без всякой теплоэлектроцентрали. Хочешь — пускай прямо на обогрев зданий, хочешь — на турбины электростанции. И такая картина практически — по большинству стран мира. В инженерном плане геотермальные энергоустановки различного типа разработаны не хуже солнечных, ветровых или волновых. Сдерживает их распространение только “демпинг” тепловой энергетики. И как только он начнет выдыхаться в обозримом будущем ближайших десятилетий, подземное тепло неизбежно начнет увеличивать свой удельный вес в энергобалансе мира. Раз существует подземное тепло — должно существовать и водное. Ведь вода — любая, морская или речная, безразлично — это всегда хотя бы несколько градусов тепла, а летом поверхность водоемов прогревается до 20 — 25°С. Нельзя ли забрать часть этого тепла на пользу человеку? Оказывается, можно. Для этого необходима установка, действующая по принципу “холодильник наоборот”. Известно, что холодильник “выкачивает” из своей замкнутой камеры тепло и выбрасывает его в окружающую среду. Если пропускать воду через холодильный агрегат, то у нее тоже можно отбирать тепло. Горячий пар, который образуется в результате теплообмена, конденсируется, его температура поднимается до 110°С, а затем его можно пускать опять-таки либо на турбины электростанции, либо на обогрев воды в батареях центрального отопления до 60—65°С. На каждый киловатт-час затрачиваемой на это энергии природа дарует 3 киловатт-часа. Почти что вечный двигатель! По тому же принципу можно получать энергию для кондиционирования воздуха при жаркой погоде. Рассматривая принцип действия “тепловых насосов” типа только что описанного, мы вплотную подбираемся к еще одному источнику “чистой энергии” — перепадам температур. Как известно, в морских глубинах вода очень холодна — до 4°С, а на поверхности, как мы уже говорили, прогревается до 20—25°С. Да ведь это и есть природная энергоустановка для вечной электростанции, работающей на даровой энергии — разнице в температуре вверху и внизу на целых двадцать градусов! И здесь проделаны все необходимые инженерные разработки, успешно опробованы первые опытные установки (например, у атолла Каваратти в Лаккадивском архипелаге близ юго-западного побережья Индии). В принципе температурные перепады имеются не только в море, но использовать их на суше гораздо труднее, хотя, как увидим ниже, не стоит пренебрегать и подобного рода возможностями. А сравнительно недавно людям приоткрылся еще один возможный новый источник энергии — водород, получаемый из воды фотобиологическим (с помощью водорослей, способных расщеплять воду на водород и кислород) или фотохимическим способом (разложение воды солнечной радиацией). Здесь еще многое неясно, но если будут решены некоторые технические проблемы, то место природного газа может занять именно водород, который при сгорании дает... все ту же воду. Чтобы у читателя не создалось ложного впечатления, будто все, о чем только что говорилось, может относиться в лучшем случае к следующему тысячелетию, завершим обзор цитатой из сугубо научного советско-германского журнала “Метроном” (1992. Июнь. 6.10): “Согласно прогнозу американских специалистов К.Ж.Вайнберга и Р.Х.Вильямса... электричество, полученное преобразованием энергии Солнца и из энергии биомассы, вероятно, будет конкурентоспособно в 1996 г.; электричество, полученное фотовольтаическим преобразованием солнечной энергии, и жидкое топливо из биомассы будут конкурентоспособны к концу столетия”. Не хотелось бы продолжать дальше нашу экскурсию по павильонам альтернативной энергетики и углубляться в экзотику загадочного атмосферного электричества или еще более загадочного земного магнетизма. Надеемся, что и сказанного достаточно, чтобы составить некоторое представление о том, каковы огромные потенциальные возможности “чистых” и к тому же постоянно обновляющихся, как бы даровых источников энергии, чтобы придти к заключению, что это вовсе не фантастика, а самая что ни на есть научная прогностика. Гораздо важнее, чтобы такое представление было не только возможно более полным, но и возможно более точным. То есть, чтобы четко различались пределы возможного в данном отношении: на что альтернативная энергетика способна практически, что неизбежно остается лишь в потенции, в теории, а что навсегда останется лишь благим пожеланием. Сделать это тем более необходимо, что у альтернативной энергетики — своя история и своя мифология, причем мифология явно доживает последние дни под натиском суровой реальности жизни.
Ви переглядаєте статтю (реферат): «Альтернативная энергетика» з дисципліни «Альтернативна цивілізація»
