Владимир Келлер - Возвращение чародея

«Желтый уголь». Солнечные лучи — родоначальник большинства других восполняющихся источников энергии. Это солнечные лучи, как мы говорили, поддерживают постоянную многоводность рек. Это они, неравномерно нагревая атмосферу, приводят к различию ее плотностей и тем порождают ветер. Каменный и бурый уголь, торф, нефть, природный газ — все это аккумуляторы солнечной энергии: они образовались в далекие или недалекие времена в результате поглощения лучистой энергии листьями и стеблями растений.

«Запасы» солнечной энергии во много раз превосходят все остальные восполняющиеся источники. Струясь непрерывным благодатным потоком на Землю, солнечные лучи приносят на каждый квадратный метр земной поверхности в среднем 1 квт мощности. Если это перевести в энергию, учтя неравномерность солнечного освещения в зависимости от времени года и дня, а также от географической широты, то получается, что годовой приход солнечной энергии на Земле составляет 15·10 16 квт-ч . Это в десятки тысяч раз больше той энергии, которую вырабатывают сейчас все электростанции планеты.

За три минуты Солнце дает столько энергии, сколько расходуется ее на нашей планете за год.

К сожалению, к солнечной энергии, как к никакой другой, подходит выражение: «По усам течет, а в рот не попадает». Очень трудно сконцентрировать эту наиболее обесцененную из-за ее равномерной рассеянности энергию. Вогнутые зеркала и зачерненные поверхности для поглощения солнечной энергии, кассеты со светочувствительной жидкостью и другие ловушки солнечных лучей — все это не дает пока желаемого эффекта.

Только в самые последние годы в этом смысле появились перспективы: стали создавать полупроводниковые генераторы, способные превращать лучистую энергию в электричество. К. п. д. их сравнительно (против обыкновенных гелиоустановок) высок — до 11 %.

Недавно был обнаружен аккумулятор солнечных лучей буквально у нас над головой — в верхних слоях атмосферы. Выяснилось, что на высоте 150–200 километров над землей кислород под действием солнечных лучей находится не в молекулярном, как обычно, а в атомарном состоянии — его молекулы расщеплены на атомы. Расщепленные атомы сравнительно нетрудно объединить снова. Зачем? При этом выделяется немалая энергия. Ее запасы таковы, что если взять на той высоте пятидесятикилометровый слой, то он способен дать энергию 10 12 ккал — столько, сколько освобождается при сгорании нескольких миллионов тонн угля.

Впрочем, и здесь тот же недостаток, что у солнечной радиации, — малая объемная плотность.

«Зеленый уголь». Растения, их зеленые листья, стебли и лепестки — это разбросанные по всей планете маленькие фабрики по переработке молекул воды и углекислого газа при помощи энергии солнечных лучей в органические вещества с большим запасом энергии в молекулах.

Процесс этот имеет малый к. п. д. — всего 1 %, но в целом ежегодно улавливаемая от Солнца и запасаемая растениями энергия составляет около 2 миллионов миллиардов квт-ч. Это в сотни раз выше выработки энергии всеми электростанциями Земли. Если бы, не касаясь основных зеленых фондов, люди научились использовать (сжигая, как дрова, перерабатывая сперва на горючий газ, и т. д.) 1/ 10энергии растений, это давало бы ежегодно 2·10 14 квт-ч.

«Синий уголь». Приливы и отливы обладают довольно большой общей мощностью. К сожалению, заставить их работать на человека пока довольно трудно: они «пульсируют» и поэтому не могут дать равномерного притока энергии. Приходится создавать новые типы горизонтальных турбин, работающих в четырех режимах: турбинном и насосном, один раз при прямом, другой раз при обратном направлениях потока через машину. Есть и другие технические трудности, о которых здесь можно не распространяться.

Затрудняет использование энергии приливов и то, что береговая линия морей очень вытянута, а также, что не везде приливы достаточно высоки. При небольшой же высоте объемная плотность энергии воды невелика, добывание энергии становится невыгодным.

Пока в различных странах (Аргентина, Франция и др.) работают небольшие приливные электростанции (ПЭС), крупнейшая из них — недавно пущенная около порта Сен-Мало (Франция). Строительство очень крупной — на 340 тысяч квт — ПЭС заканчивается во Франции на северо-западном побережье, в устье реки Ранс (высота приливов достигает там 8–9 метров).

На долю нашей страны приходится небольшая часть приливной мощности земного шара: 72 миллиарда квт из примерно 8000 миллиардов квт . В СССР строится в Кислой Губе, в районе Мурманска, первая ПЭС. На основе ее опыта будут сооружены уже проектируемые приливные электростанции в Лумбовском и Мезенском заливах Белого моря.

«Белый уголь». Энергия текущей, в частности падающей воды — один из стариннейших источников обузданной энергии. Древнегреческий поэт Антипатр настолько был восхищен водяным колесом, что воспел его в следующих стихах:

«Дайте отдых своим рукам, о работницы, и спите безмятежно! Напрасно будет петь петух, возвещая вам о наступлении утра. Део поручила работу девушек нимфам, и они легко теперь прыгают по колесам, так что сотрясаемые оси вертятся вместе со своими спицами и заставляют вращаться тяжелый жернов. Будем же жить жизнью отцов и без труда наслаждаться дарами, которыми нас наделила богиня».

Тысячи лет водяные колеса были основными преобразователями энергии падающей воды. И лишь с конца прошлого столетия их стали вытеснять, пока не вытеснили почти совершенно, водяные турбины — колеса с изогнутыми лопастями, вращающиеся под влиянием напора протекающей через них воды.

В настоящее время гидроэлектростанции (ГЭС) вырабатывают примерно 7 % всей мировой электроэнергии. Эта сравнительно небольшая цифра бесспорно будет расти, особенно у нас в Сибири и на Дальнем Востоке. Могучие реки наших восточных областей — Обь, Ангара, Лена, Енисей, Амур — и их многочисленные притоки несут в себе запасы «белого угля», в девять раз превышающие запасы всех остальных рек страны.

Мощность всех рек земного шара составляет примерно 4 миллиарда квт. Это значит, что ежегодно они способны вырабатывать 4 х 10 9х 8760 (число часов в году) приблизительно 35·10 12 квт-ч энергии. Фактически же используется лишь 1 %.

Потенциальная мощность рек Советского Союза — 400 миллионов квт , а используется пока около 20 миллионов квт .

Чтобы получить расчетную плотность энергии речной воды, взяты данные Днепровской ГЭС имени В. И. Ленина. Турбины, установленные там, развивают мощность каждая 75 тысяч квт при расчетном напоре 36,3 метра. Максимальный расход воды — 240 кубометров в секунду.