Анатолий Томилин - Рассказы об электричестве

И вот в Пиренеях и в заокеанской Калифорнии заканчивается строительство первых солнечных электростанций промышленной мощности. «Темис» во Франции — 2,5 мегаватта и «Солар-1» в США — 10 мегаватт. Спроектированы обе гелиостанции по одному принципу: высокая солнечная башня с черной короной наверху, в которой скрыт водяной котел и целое поле гигантских зеркал — гелиостатов перед нею, отражающих солнечные лучи на черную корону.

Вычислительное устройство управляет движением зеркал, направляя их на Солнце в течение всего дня, а ночью ставя в положение покоя — отражательной поверхностью вниз. Всего таких зеркал около двадцати двух тысяч. Расчетная температура пара — 516 °C, расчетное давление — 91 атмосфера.

Большая часть производимого пара уходит на вращение турбины и электрического генератора. Избыток тепла отводится в накопитель — большой «чан», заполненный кусками гранита и песком. В теплообменнике циркулирует очищенное масло. Когда камни и песок нагреваются, накопитель становится хранилищем тепла.

Еще не пустив в ход «Солар-1», в США уже запроектировали станцию «Солар-2», в десять раз мощнее первой.

Ну а если Солнца долго нет? Или оно не такое яркое? Тогда солнечный паровой котел превращается просто в груду металла?.. Но тут мы с вами упускаем из виду то обстоятельство, что сама наша Земля является как бы огромным аккумулятором солнечного тепла. Земля — это огромная солнечная тепловая машина. Энергия, переданная планете Солнцем, определяет не только состояние погоды, но и характер климата, приводит в движение воды океана в виде течений, порождает в атмосфере ветры разной силы.

Более ста лет тому назад французский физик и физиолог, член Парижской академии наук Жак Арсен д’Арсонваль заинтересовался возможностью использовать тепловую энергию океана за счет разницы температур между теплыми поверхностными водами и холодными глубинными.

Последние исследования Мирового океана показали, что глубинные воды очень холодны, гораздо холоднее, чем предполагал д’Арсонваль. Они охлаждаются в приполярных районах Арктики и Антарктики, опускаются вниз и растекаются по всему Мировому океану. При этом их температура находится на границе замерзания. В то же время тонкий слой поверхностных вод в низких широтах щедро нагрет Солнцем. Вполне естественно, что такая диспропорция вполне способна, хотя бы в принципе, подарить человечеству еще один экологически чистый и постоянно возобновляемый источник энергии.

Уже в конце 20-х годов XX века один из учеников д’Арсонваля сконструировал и построил действующую установку, основанную на идеях учителя. Она прошла испытания у берегов Кубы, в районе самого теплого моря. Но штормы очень скоро разрушили это хрупкое творение человеческих рук.

Сегодня эти эксперименты продолжаются. Летом 1980 года к берегам Гавайских островов из Портленда вышла плавучая лаборатория с агрегатом ОТЕК-1 на борту. Цель агрегата — переработка тепловой энергии океана в электрическую. Принцип действия установки довольно прост: теплая вода с поверхности океана, имеющая температуру около 27 °C, пропускается через систему из тонких трубок в испарителе, в котором разбрызгивается легко испаряющаяся жидкость — аммиак. Образовавшийся пар вращает турбину электрогенератора, а затем направляется в конденсатор, охлаждаемый с помощью глубинных вод, поднятых на борт насосом по трубопроводу и имеющих температуру около 4 °C. Дальше цикл повторяется.

ОТЕК-1 — установка экспериментальная. Ее задача в том, чтобы изучить проблемы, которые могут встретиться на пути эксплуатации подобных агрегатов в дальнейшем. А их оказалось немало, начиная от задачи подъема холодной воды со дна океана и до борьбы с живыми организмами, которые почему-то весьма охотно поселяются внутри теплообменников. Существует и экологическая проблема: как повлияют многочисленные установки подобного типа на состояние морской среды?

Конечно, при перепаде температур порядка 20 °C коэффициент полезного действия таких установок будет достаточно низким, всего каких-нибудь 2–3 процента. Но уже демонстрационная модель — это устройство из четырех модулей, каждый из которых будет вырабатывать электрическую энергию мощностью 10 мегаватт. Конструкторы системы ОТЕК полны оптимизма. Они считают, что уже к концу текущего десятилетия в теплых водах океана будут работать десятки описанных установок. Такие плавучие, или «пастбищные», установки могут служить также и для добычи ценного минерального сырья со дна океана, для опреснения воды, для получения синтетического топлива. Правда, пока строителей несколько смущают размеры подобных предприятий. Достаточно сказать, что установка мощностью в 400 мегаватт потребует платформы весом в 200 тысяч тонн, размером в пять футбольных полей. В час она должна будет перекачивать 10 миллионов тонн воды…

В то же время и коэффициент полезного действия любых полупроводниковых преобразователей пока невелик. И потому противники гелиотехники утверждают, что при существующей довольно низкой плотности солнечной энергии у поверхности Земли для получения промышленных потоков энергии придется отводить под солнечные электростанции огромные площади. Приводят даже такую цифру: при КПД в 10 %, достигнутом в серийных промышленных полупроводниковых преобразователях солнечной энергии, потребовалось бы занять ими площади порядка десятков тысяч квадратных километров на юге нашей страны — если нужно обеспечить выработку всей потребляемой сегодня электроэнергии.

Представляете себе — десятки тысяч квадратных километров, покрытых солнечными батареями!.. Совершенно нереальная картина. Но наука и техника не стоят на месте. Развиваются методы получения кремния и новых типов фотоэлектрических преобразователей. Их коэффициент полезного действия неуклонно растет и, как убеждены специалисты, в принципе может приблизиться к своему пределу — к 90 %.