Текст книги "Занимательно об энергетике"

Автор книги: Юрий Чирков

сообщить о нарушении

Текущая страница: 3 (всего у книги 13 страниц)

Соответственно при этом сокращаются и ее потери на передачу по ЛЭП. Однако, как полагает академик Н. Доллежаль, уже в обозримом будущем, в некоторых случаях от этого преимущества, видимо, придется отказаться.

Анализ намечающихся проблем ядерной энергетики заставляет прийти к выводу, что в будущем не исключен вариант, когда наиболее рациональным, оправданным как с экономической, так и с ряда других точек зрения, станет не строительство отдельных АЭС в разных районах, а их объединение в крупные ядерно-энергетические комплексы.

На одной площадке можно будет разместить и предприятия по радиохимической переработке топлива, его нейтрализации и захоронению. А возможно, и заводы, использующие радиоактивное излучение в полезных целях.

Высокий уровень автоматизации, короткие расстояния и специализированные транспортные средства, выгоды концентрации строительных сил, экономия земель – все это с лихвой окупит затраты на передачу энергии к потребителям.

Тем более что такие ядерно-энергетические комплексы можно привязать к наиболее масштабным проектам или народнохозяйственным задачам. Объединение АЭС в комплексы создает предпосылки и возможности для обеспечения максимальной радиационной безопасности ядерной энергетики.

Далее, возможность резкого увеличения мощностей АЭС, их блоков, значительно большая свобода от ограничений, связанных с внешними сторонами их функционирования, когда отдельные процессы топливного цикла предельно воссоединены в один общий технологический процесс, несомненно, бы открыли дополнительные или даже новые перспективы для прогресса в энергетическом реакторостроении, реализации новых идей.

Например, можно было бы осуществить радиационное воздействие на долгоживущие продукты деления с целью перевода их в короткоживущие или стабильные изотопы (так называемое «радиационное пережигание»). Или, скажем, использование тепла радиоактивного распада осколков деления для промышленного и коммунального бытового теплоснабжения.

Где же разместить такие комплексы? Если говорить о нашей стране, то, видимо, место надо выбирать в районах с меньшей плотностью населения, с меньшей дефицитностью и ценностью земельных ресурсов, где есть обилие воды.

Однако необходимо, чтобы комплексы располагались сравнительно недалеко (на расстоянии 1500– 3000 километров) от сложившихся и перспективных центров потребления энергии.

К таким районам относятся земли севера и северо-востока европейской части страны.

Подобного же рода проблемы стоят и перед энергетикой США.

В американской практике реакторостроения в последние годы получило официальное признание предложение строить АЭС вблизи морского побережья на плаву, что дает явные преимущества: повышение безопасности АЭС относительно сейсмологических воздействий и снижение потенциального влияния тепловых сбросов на водную среду. Защита от волн в обычных, и особенно штормовых, условиях достигается сооружением кольцевого волнореза.

Планируется все оборудование АЭС, в том числе реактора мощностью 1150 мегаватт, размещать на стальной платформе размерами 150X122 м2, высотой 13,5 м. Ее после монтажа отбуксируют в море и установят на якоря на расстоянии 4,8 километра от берега.

В американской литературе обсуждаются и вопросы экологической безопасности радиохимических заводов По мнению лауреата Нобелевской премии Г. Сиборга, до конца нашего века количество их вряд ли превзойдет цифру в 25—30 заводов. Поэтому проще всего изолировать их на специально выделенном «плутониевом острове».

Итак, мы видим: экологические соображения заставляют пересмотреть многие традиционные взгляды на энергетику. Кроме того, оказывается, не так-то прост найти для энергетики подходящее место на планете. Создание мощных топливно-энергетических комплексов решает многие проблемы, но не станут ли они на теле Земли своеобразными «черными дырами»?

Законы физики безжалостны: на каждую единицу полученной полезной энергии в окружающую среду должны быть отведены 2—3 единицы энергии тепловой. А это значит, что в зоне, где расположен комплекс, неизбежен колоссальный локальный перегрев.

Но из этих же рассуждений следует и неожиданный вывод: абсолютно экологически чистой энергии быть не может! Энергетическое производство по своей природе не может быть безотходным! Так как в любом источнике энергии согласно второму началу термодинамики тепловые потери неизбежны. А рост теплового загрязнения, его размеры будут, словно тень, следовать за неуклонно растущей энергетикой землян. И где-то непременно ситуация станет взрывоопасной. Поэтому говорить можно лишь о том, какой источник энергии экологически более опасен, а какой опасен менее.

Еще замечание.

Стихийность происходящих на Земле процессов и явлений (они пока лишь отчасти поддаются управлению) связана не только с тем, что человек, еще не везде живет по науке, но также с разобщенностью людей, государств, наций. Трудность та, что многие проблемы необходимо решать в масштабе всего человечества.

Надо создать такие социальные условия во всем мире, которые сделали бы возможным проведение в жизнь путей развития техники и промышленности на научной основе, обеспечивающей уравновешенное развитие цивилизации без риска катастрофы взрывного характера.

(Поразительно, но даже на Западе ряд социологов-экономистов, например крупный голландский экономист С. Маншолт, приходят к выводу: решение технико-экономических и иных проблем в глобальном масштабе может быть осуществлено только на основе социалистической организации промышленности.)

Но это уже тема для отдельного большого разговора. Нас же пока интересует энергетика и экология.

Если бы человечество навсегда было приковано к Земле, то едва ли оно могло бы решить энергетическую проблему и проблему загрязненности всей планеты. Биосфера Земли рано или поздно обязательно бы нагрелась до недопустимого уровня. Если бы... Если бы 20 лет назад для человека не началась Эра Космоса.

Производство энергии за пределами планеты – вот, видимо, выход из кризиса. Размещать энергетические установки не на Земле, а в космосе предлагает академик А. Благонравов. Есть и другие необычные идеи. Некоторые специалисты считают, что для стабилизации климата лучше отводить тепло с Земли в космос. Они говорят, что это позволит осуществить дешевая термоядерная энергия. Парадокс! Нам нужна будет энергия для отвода избыточного тепла – энергии же!

В перспективе (может быть, не такой уж отдаленной) даже самую обычную продукцию – давно известные технологические операции – выгодно будет производить в космосе.

Цель? Вывести за пределы Земли производство, которое все больше загрязняет атмосферу, водоемы, почву, изменяет в неблагоприятную сторону тепловой баланс планеты.

И первые шаги в этом направлении уже сделаны В нашей стране работы, связанные с созданием средств и методов космической технологии, были начаты еще в 1969 году экспериментом по сварке на корабле «Союз-6».

В настоящее время эта программа занимает одно из основных мест при длительных экспедициях космонавтов на станциях «Салют». И может быть, скоро наступит время (не столь уж отдаленное!), когда какая-то часть тяжелой промышленности будет перебазирована в космос, когда горнорудные предприятия, атомные и термоядерные (кстати, в условиях полного вакуума осуществить этот процесс гораздо проще) электростанции, металлургические комплексы перекочуют, возможно, на Луну или, скажем, на Марс.

Земля, ее ресурсы и возможности конечны, но безграничны просторы Галактики! И человечество станет постепенно проникать в ее бескрайние дали. Пока наша, будем надеяться, по-прежнему зеленая и голубая прародина, планета Земля, не превратится в крохотный, желанный для людей приют, маленький населенный пункт, затерявшийся среди нескончаемой вереницы освоенных человечеством величественных миров.

ГЛАВА 3
СОЛНЦЕ В ЭНЕРГЕТИЧЕСКОЙ УПРЯЖКЕ

Он восемь лет вынашивал идею получения солнечной энергии из огурцов, для чего помещал их в банку и в прохладные летние дни извлекал их для обогрева воздуха.

Д. Свифт

Машину времени придумал английский писатель-фантаст Г. Уэллс. Еще в 1895 году.

Очень удобно: сидя в кресле с книгой в руках, мчаться сквозь временные дали, вольно обращаясь с Прошлым и Будущим.

Подобный мысленный эксперимент доступен и для нас с вами, читатель. Перенесемся в Ашхабад, столицу Советской Туркмении. На его окраине, Бикрово, дорога приведет в городок Солнца – к Институту солнечной энергии Академии наук Туркмении и его исследовательскому полигону.

Институт солнечной энергии создан в феврале 1979 года. Это как бы знамение времени.

И вот мы сразу оказываемся где-то между эрой ископаемого топлива и эрой топлива звездного – термоядерной энергией. Вы догадались: в Бикрово уже царит эра солнца.

Солнечное тепло здесь заменяет нефть, уголь, газ, даже... лед. Оказывается, солнцем можно отапливать дома и теплицы, плавить металлы, опреснять воду, кондиционировать воздух не только в ясный день, но в пасмурную погоду, да и ночью тоже.

В последние годы энтузиасты-конструкторы создали целое семейство транспортных средств, получающих энергию для движения от солнца. Уже полетел в Англии первый «солнечный самолет» (поговаривают и о «солнечном дирижабле»). В ФРГ побежала «солнечная тележка». Они работают по одному принципу – панели с фотоэлементами вырабатывают электрический ток, который подается на электродвигатели.

Недавно житель Калифорнии Д. Дюнан сконструировал и «солнечный мотоцикл». Сверху, над сиденьем, укреплена панель с 40 фотоэлементами. Когда светит солнце, вырабатываемой ими энергии достаточно, чтобы мотоцикл мчался со скоростью до 50 километров в час. Если же солнце скрывается за тучами, в действие вступают аккумуляторы, их заряда достаточно для стокилометрового пробега.

Создана (в Италии) даже «солнечная... зажигалка». Ее не нужно заправлять ни бензином, ни газом. Она использует энергию солнечных лучей – так же, как использовал ее Сайрус Смит в романе Ж. Верна «Таинственный остров». В фокусе вогнутого зеркальца – стеклянный колпачок. Если в него поместить сигарету и направить зеркальце в сторону солнца, «экономичное» прикуривание обеспечено.

Конечно, все эти солнечные поделки погоды не делают. Гораздо серьезнее работы Института солнечной энергии – головного в научно-производственном объединении «Солнце» Академии наук Туркменской ССР, куда часто совершают паломничества специалисты из Азербайджана и Узбекистана, из Австрии и Чехословакии, с Кубы и из Латинской Америки.

Хотя Туркменистан и богат горючими ископаемыми (здесь вдоволь и нефти и газа), но гораздо более внушительно его солнечное богатство. 240 дней в году жители не знают, куда спрятаться от палящих лучей. А между тем 80 процентов территории республики занимают пустыни и пастбища для ценных каракулевых овец. Так что потребители воды и энергии разбросаны на громадных пространствах. И обеспечить их централизованным снабжением – задача технически трудно осуществимая. Это одна сторона проблемы. Другая, может быть, еще более важная – необходимо помочь сельскому труженику пользоваться всеми теми благами и удобствами, которые имеет горожанин.

Так сама жизнь заставила туркменских ученых прежде всего подумать о солнечных опреснителях – воды под песками много, но она соленая, непригодная для питья. И эту задачу успешно решают сотрудники Института солнечной энергии. Опытные образцы уже работают в чабанских бригадах в Овез-Шихе и других местах.

Но особый интерес представляют проекты гелиокомплексов, над которыми трудятся ученые института. Это двухквартирный дом. Его можно установить в пустыне или в степи, в горных или других труднодоступных районах. Домашнее отопление и охлаждение, водоснабжение горячее и холодное, все современные удобства. Рядом опреснитель, водоподъемник, теплица и кошара для отар – все на гелиоэнергетике.

В Ашхабаде разрабатываются и другие заманчивые проекты: гелиотехнические устройства для охлаждения производственных и бытовых помещений в городах, выращивания микроводорослей, богатых белковыми веществами, гелиотеплицы с замкнутым циклом водообеспечения для цитрусовых культур.

Возможно, что именно в этом институте будет осуществлена мечта биологов о гигантском синтетическом «зеленом листе», полностью закрывающем поверхность водоема и вырабатывающем тепло или электроэнергию по рецептам фотосинтеза.

Солнечная энергия привлекает людей не только своим обилием: ее количество, непрерывно получаемое Землей от солнца, чудовищно велико, оно примерно в сто тысяч раз превышает энергию, которую человечество потребляет в настоящее время! Гораздо важнее другое: сама по себе энергия солнца даровая, вечная и, видимо, экологически безвредная.

Солнечная радиация – один из естественных элементов теплового баланса земного шара независимо от того, используется ли она человеком, или нет. Поэтому она – единственный источник энергии, не связанный с риском теплового загрязнения, чем грешат и уголь, и нефть, и делящийся атом.

Отчего же люди до сих пор так слабо используют солнечные лучи? В чем тут трудности? Есть ли у солнечной энергии перспективы и какие? В этом мы и попробуем разобраться.

Спутники

Марк Клавдий Марцелл негодовал, рассматривая с высоты утеса свои горящие корабли. Поистине загадочной была эта история. Стоило его судну приблизиться к стене осажденного города, как оно вспыхивало, словно зажженная свеча.

Есть легенда, что Архимед, фокусируя слабые солнечные лучи с помощью зеркал, сжег римский флот, осаждавший Сиракузы. Во всяком случае, он оставил нам книгу «О зажигательных стеклах».

Преобразовать солнечную энергию в тепло заманчиво, но гораздо лучше сразу получать электрический ток. Фотоэффект в полупроводниках был открыт еще в 1876 году, в химическом элементе селене. О применении фотоэлементов в солнечной энергетике мечтал советский академик А. Иоффе, основатель физико-технического института Академии наук СССР. В этом институте в 30-е годы советские исследователи создали серно-таллиевые фотоэлементы с рекордным для тех времен КПД в 1 процент. Американские физики Пирсон и Фаулер в 1952 году создают кремниевые фотоэлементы с p-n-переходами. Первый успешно работающий солнечный элемент был продемонстрирован в 1953 году, а пять лет спустя для него уже нашлась серьезная работа – на спутниках.

Третий советский ИСЗ и американский «Авангард-1» (из серии ИСЗ «Эксплорер») – соответственно май и март 1958 года – были первыми космическими аппаратами, снабженными солнечными батареями.

И немудрено. В космосе солнечные лучи – естественный источник энергии. И привлекательный, ибо не требует топлива. Поэтому-то голубоватая чешуя кремниевых пластинок и покрывала часть поверхности третьего советского ИСЗ.

Но энергия, необходимая для питания приборов и для обеспечения быта космонавтов, быстро росла. И тут обнаруживается уязвимое место солнечной энергии: плотность ее потока мала. Следовательно, для орбитальных станций требуются солнечные батареи с общей площадью во многие сотни квадратных метров! Трудно поставить такой «парус» над космическим кораблем, но, по-видимому, еще труднее найти для него место во время вывода корабля на орбиту. Эту задачу пытались решить двумя способами.

В первом варианте солнечные элементы должны были укладываться на поверхность длинного нейлонового мешка. Он, как пожарный рукав, накручивался на барабан.

После выхода на орбиту рукав, полагали, автоматически будет развертываться, заполняясь газом, подаваемым под давлением, и батарея начнет работать.

Вторая конструкция была проще. На Земле солнечные батареи складывались в гармошку – в космосе такая гармошка разворачивалась.

Пока обсуждали, подсчитывали, прикидывали эти варианты, неожиданно нашелся и более мощный, и более компактный, и обладающий еще рядом других привлекательных свойств источник электроэнергии для космических аппаратов – топливные элементы. (О них мы еще будем подробно говорить в следующих главах.) Эти электрохимические источники тока и стали в космосе основным энергетическим подспорьем. Правда, лишь временно. Ибо потребляемые в космосе мощности продолжают быстро расти. Растет и продолжительность полетов. Поэтому в будущем преимущество солнечных батарей, не требующих никакого топлива и окислителя, может стать неоспоримым.

Земля

То, что кажется трудным в космосе, легко реализовать на Земле. Большие площади для солнечных батарей? Их вам предложит в изобилии любая пустыня – пустыни вроде бы самой Природой созданы для гелиоустановок.

Казалось бы, ибо тут возникает новое обстоятельство – экономика дела. В космосе проблемы «дорого», «не по карману», «слишком расточительно» – таких упреков не было.

Солнечные батареи были одним из самых дорогих источников энергии, но не надо забывать: в космосе солнечные батареи требовались почти что в единственном экземпляре – это не массовое производство!

Не то на Земле. Здесь в вопросах использования источников энергии физики и энергетики часто вступают в спор. Физику может казаться, что если открыт способ преобразования, например, солнечной энергии в электричество с достаточно высоким КПД, то это, собственно, уже решает все проблемы.

У энергетика же немедленно возникает вопрос: а сколько стоит такое устройство? Вопрос этот, может быть, и тривиальный, но справедливый. Энергия рек, например, тоже ничего не стоит, ее не нужно добывать, как, скажем, нефть или уголь, но энергия электростанции все же не бесплатна: сооружение ГЭС обходится достаточно дорого.

В площадях для солнечных электростанций гелиотехников не ограничивают. Нужны сотни гектаров пустыни? – берите, не жалко! Но ведь при этом потребуются груды монокристаллического кремния – исходного материала для солнечных фотопреобразователей. Вот тут-то будет загвоздка: цена такого кремния еще совсем недавно приближалась к цене чистого золота. Но технология изготовления кристаллов кремния неуклонно совершенствуется и упрощается. Фотоэлементы становятся все дешевле.

Теперь более подробно о площадях, потребных для солнечной энергетики, если бы она вдруг вошла «в моду». Размеры площадей зависят от величины КПД фотопреобразователя. Расчеты физика-теоретика академика М. Леонтовича показали, что максимально возможный КПД солнечного пребразователя энергии довольно велик – 93 процента. (Максимальный же КПД, скажем, двигателя внутреннего сгорания лишь 30 процентов!)

Однако пока реальные КПД кремниевых батарей обычно лежат в пределах 10—16 процентов.

Так вот, несложная арифметика показывает, что при КПД в 10 процентов (типичное значение для кремниевых фотоэлементов, освоенных в серийном промышленном производстве для нужд космической энергетики), чтобы произвести всю электроэнергию, необходимую США, скажем, на уровне 1974 года, потребовалось бы покрыть фотоэлементами 12 с половиной тысяч квадратных километров поверхности земного шара.

Это лишь доли процента от территории США – один только магистральные автомобильные дороги в этой стране занимают существенно больше места: 50 тысяч квадратных километров.

Для того чтобы полностью удовлетворить сегодняшние потребности СССР в энергии, нужен квадрат пустыни со стороной примерно в 100 км. Это будет меньше 1 процента той территории, которая занята у нас под сельскохозяйственные пашни, что также меньше площади, занятой угольными шахтами, нефтяными промыслами и нефтепроводами.

Да, места для солнечной энергетики требуется не так-то уж много. Однако с экономической точки зрения (большие количества кремния, металлов) реализация подобных проектов затруднительна.

Для удовлетворения нужд Большой Энергетики все же проще жечь уголь, ту же нефть, строить новые атомные электростанции.

Конечно, понятия «дорого» и «дешево» довольно относительны.

На площадях, ограниченных сороковыми параллелями, проживает около 80 процентов населения планеты. И количество солнечной энергии, которое можно было бы получить в этих районах, стоило бы сравнить не с годовой производительностью современной электростанции – около 3х109 киловатт-часов, – а с работой, совершенной парой волов – 1000 киловатт-часов в год.

Полезно также сопоставить годовую стоимость получения солнечной энергии и затраты на 25 тонн фуража, необходимого для питания этих волов!

Все это так. Критерии при подходе к энергетике у индустриальной державы и у развивающейся страны, конечно, разные. И тем не менее пока гелиотехники все же предпочитают не расстилать полупроводниковые ковры.

Электроэнергия от солнечных батарей в 100(!) раз дороже, чем поступающая с тепловых электростанций. Поэтому-то экономика вроде бы напрочь закрывает солнечным батареям путь в практику.

Казалось бы, неодолимое препятствие? Да, если использовать фотоэлементы традиционным образом. А нетрадиционный путь, новый взгляд на старые вещи дали ленинградские ученые.

Физико-технический институт имени А. Ф. Иоффе, или просто физтех. Из его стен вышло около 30 академиков. Вот в этой «кузнице» советской физики в лаборатории контактных явлений и полупроводников, которой руководит академик Ж. Алферов, и родилась радикально новая идея по использованию солнечных батарей.

Поток солнечных лучей слаб – нужны гигантские площади, покрытые фотоэлектрическими преобразователями, что крайне дорого. А что, если предварительно усилить солнечное излучение? «Усилить» солнце с помощью вогнутых зеркал и уже потом направлять на преобразователи концентрированные пучки лучей?

В установке, которую создают ленинградцы, на фотоэлементы будет падать теперь в 2500 раз большая энергия. А это означает, что во столько же раз можно уменьшить и площадь солнечных коллекторов. Или, наоборот, при том же количестве фотоэлементов получить мощности в 2500 раз большие! Но, главное, при этом «солнечное» электричество станет дешевле, чем от обычных электростанций.

Но серьезных проблем пока немало.

Ленинградцы любят показывать приезжим такой эффектный опыт. Берут пинцетом лезвие безопасной бритвы и помещают его в фокусе одного из зеркал. Минута, другая – и лезвие, стремительно пройдя все стадии нагрева, начинает плавиться, роняя ослепительно белые капли металла. И все это при вовсе не жарком ленинградском солнце.

Лезвие сделано из великолепной стали, можно представить, что сначала творилось с фотоэлементами в потоке столь яростного света, – они вспыхивали как солома. Пришлось ученым создавать новые фотоэлектрические преобразователи – достаточно жаропрочные. Но даже им потребовалась система для отвода избыточного тепла.

Ученые из физтеха считают, что их разработки уже в ближайшее время могут быть с успехом применены в портативных энергетических установках, например, для геологических партий, ведущих разведку вдалеке от населенных пунктов. Работая «на солнце» в течение дня, такая установка даст тепло и ток не только для бытовых нужд, но и для питания поисковой техники.

А дальше появятся и стационарные электростанции большой мощности. Разместившись в южных районах страны, они внесут ощутимый вклад в энергетику. Первый шаг в этом направлении уже сделан: в содружестве с коллегами из Ташкентского физико-технического института Академии наук Узбекистана ленинградцы сооружают серию крупномасштабных опытных фотоэлектрических установок.

Но использование для ловли солнечных лучей фотоэлементов – это лишь один из возможных вариантов, есть и другие. В любом дачном поселке можно встретить такую нехитрую гелиоустановку. Сорокаведерный металлический, окрашенный темной краской бак, водруженный на деревянный помост или крышу сарая. Солнечным летним днем вода в баке может нагреваться до 40—50 градусов. Эта идея стара как мир.

Еще в 1878 году на Всемирной выставке в Париже демонстрировалась солнечная паровая электростанция, основной частью которой было большое зеркало, фокусирующее солнечные лучи на специальный котел. Такие установки затем были построены в Калифорнии (1901г.), в Египте (1913 г.).

В 50-х годах у нас, в СССР, в лаборатории гелиотехники Энергетического института имени Г. М. Кржижановского, была спроектирована для Араратской долины (близ озера Айгерлич) в Армении станция подобного же типа.

Предполагалось на вершине 35-метровой башни установить плоский котел, вращающийся за солнцем вокруг вертикальной оси. Башню должны были окружать железнодорожные пути – 23 концентрически расположенных колеи. Идущие очень медленно (в ритме солнца!) по рельсам поезда везли бы тележки-вагоны с отражателями (всего около 1300 зеркал).

Рисунки общего вида этой грандиозной станции были очень эффектны, в свое время они обошли страницы всей мировой научно-популярной печати. 2,2 миллиона киловатт-часов электроэнергии в год должна была давать эта одна из самых крупных в мире солнечных электростанций. Цифра внушительная. Однако эксперименты на уменьшенных макетах электростанции не радовали: общий КПД установки достигал лишь 5 процентов.

Кроме малого КПД, были и другие трудности. Система (большое количество движущихся частей и необходимость строгой синхронности) оказалась очень сложной и малонадежной, требующей большого ухода и надзора. Так что дальше опытной установки дело не пошло.

Но эта заманчивая научная мечта не умерла. Летом 1980 года в Алуште, на Южном берегу Крыма, где щедрое солнце и ясное небо, началось строительство первой в СССР экспериментальной базы по использованию солнечной энергии. Важно то, что алуштинская база будет продолжать эксперименты уже в производственных условиях

Так, к примеру, начато проектирование солнечных электростанций следующего типа. Тысячи огромных зеркал образуют гигантскую плоскую чашу, в центре которой взметнется к небу трехсотметровая башня. На ее вершине укрепят парогенератор. Отраженные солнечные лучи нагреют воду до кипения. Образовавшийся пар приведет в действие турбину. Мощность этой электростанции 5 мегаватт. Но уже следующая станция будет в 40—50 раз мощнее.

До сих пор мы рассуждали о том, сможет ли и когда солнечная энергетика удовлетворить нужды энергетики «промышленной», где еще немало нерешенных проблем. Иное дело – энергетика «бытовая». Тут «желтый уголь» в большом почете и уже довольно широко используется.

У нас в стране, особенно в республиках Средней Азии – Узбекистане, Туркменистане, существуют проекты домов, которые должны обогреваться и охлаждаться с помощью солнца. В них широко используются и фотоэлементы. Особенно в небольших источниках тока, питающих автономные установки, расположенные где-нибудь вдали от населенных мест. Сюда относятся, например, маяки и навигационные знаки на морях и озерах. Приборы, работающие высоко в горах, в пустынях и так далее.

Правда, и здесь возникают неожиданные проблемы и осложнения. К примеру, оказалось необходимым периодически чистить концентраторы и приемники солнечных лучей от... загрязнения! Возможно, со временем, если солнечная энергетика войдет в силу, даже появится новая специальность «солнечных чистильщиков», или как там их окрестят!

Другой пример. На одном весьма авторитетном техническом совещании кто-то однажды забеспокоился: а вдруг верблюды или овцы (речь шла о гелиоустановках для пустынных пастбищ) будут чесаться о зеркала? Что тогда? Не закроет ли их шерсть поверхности отражателей?.. Да, в новом деле могут быть всякие сюрпризы.

Консервированное солнце

От древних греков пришла к нам легенда о титане Прометее, который похитил на небе огонь и принес его людям. А нельзя ли подобно Прометею похитить солнечное тепло, законсервировать его, а через день, неделю, даже месяц, словом, когда понадобится, использовать эту энергию?

Можно! В нашей стране с таким принципиально новым направлением в науке, названным солнечной тепло-химией, еще лет двадцать назад выступил азербайджанский ученый Г. Мамедбейли.

Предложенный им рецепт консервации солнечного тепла был прост. Возьмем кусочек известняка и выставим его на солнце в летний знойный день. Под действием солнечной энергии из известняка (он состоит из трех элементов: кальция, углерода и кислорода) начнет бурно выделяться углекислый газ.

Но это еще не все. Кладем теперь кусочек обожженной солнцем извести в воду. Известняк начинает кипеть, выделяя большое количество тепла и превращаясь при этом в так называемую гашеную известь. Следовательно, обжигая известняк летом солнечными лучами, мы даже через длительный промежуток времени сможем получать тепловую энергию. Следует подчеркнуть, что известняк можно использовать многократно.

Не только известняк обладает таким замечательным свойством – умением консервировать солнечное тепло. Если расплавить солнечными лучами гидрид лития, а затем остудить его, то в процессе кристаллизации выделится тепло, которое ранее было затрачено на его плавление. Это свойство солей лития и некоторых других солей используется гелиотехниками при создании солнечных батарей – аккумуляторов тепла.

Уже существуют экспериментальные дома, обогреваемые установками, похожими на парники. Только под стеклом не вода, как в теплицах, а соли лития. Днем, нагреваясь на солнце, они плавятся, а ночью, затвердевая, через теплообменники и систему центрального отопления отдают свое тепло домам.

Интересно сравнить тепловые аккумуляторы по энергетическим характеристикам с нефтью, углем и дровами. Возьмем для примера тот же гидрид лития: у этого вещества одно из самых больших значений скрытой теплоты плавления. Всего за 17 циклов аккумулирования (за счет поглощения дарового солнечного излучения) один килограмм практически не расходуемого вещества накапливает столько энергии, сколько ее можно получить при сжигании килограмма нефти. Если провести такое же сравнение с углем и дровами, то получим соответственно 10 циклов и 3—4 цикла зарядки.

Подсчитано и другое: чтобы обеспечить бесперебойное снабжение планеты энергией за счет солнечной радиации, необходимо было бы иметь тепловой аккумулятор, рабочее вещество которого весило бы несколько миллионов тонн. Тогда как ежегодная добыча топлива (в расчете на условное) составляет сейчас многие миллиарды тонн!

Но исследования «плавящихся» тепловых аккумуляторов ведутся не только на бумаге. Эти работы у нас в стране возглавил член-корреспондент Академии наук СССР Н. Лидоренко. Прежде всего были перепробованы многие вещества-кандидаты – фторид лития, окислы бериллия, магния, алюминия, кремния и так далее. Все они, как и гидрид лития, могут стать рабочим телом будущих тепловых аккумуляторов. Кроме экспериментов и теоретических расчетов, на Северном Кавказе проводятся и натурные испытания тепловых аккумуляторов – прототипов промышленных. Уже сейчас можно сказать, что эти устройства выходят за пределы лабораторий и скоро будут использованы для бытовых нужд и в сельском хозяйстве.