Вокруг Света - Журнал "Вокруг Света" №7 за 1998 год
Между тем человечество так устроено, что просто не может не потреблять энергию, причем в возрастающих масштабах. Нам всем нужно готовить пищу, передвигаться с места на место и обогревать жилища, не говоря уже о том, что должны крутиться колеса заводов, производящих массу предметов, без которых мы уже не мыслим нашего существования.
За двадцатый век использование энергии на планете выросло примерно в 15 раз, а численность населения мира увеличилась в 3,75 раза. Следовательно, потребление энергии на душу населения поднялось в 4 раза. Оно будет подниматься и далее — ничего не поделаешь, таковы законы роста, — и население мира тоже будет увеличиваться, пока не стабилизируется лет через тридцать-сорок на уровне 12-14 миллиардов человек. Нас будет, по меньшей мере, вдвое больше, чем сейчас, а энергии — в расчете на каждого — будет потребляться, скорее всего, более чем вдвое. Но ведь на этом жизнь на Земле не закончится: там, впереди, ждут своей очереди новые, неисчислимые поколения. Все очень просто: жизнь бесконечна, а привычные нам энергетические ресурсы конечны, и из этого положения надо как-то выходить.
К счастью, у человечества есть практически неиссякаемый источник энергии. Это Солнце. Только нам еще надо научиться им пользоваться. Наше светило поставляет Земле колоссальную мощность — примерно 1017 ватт, это более чем в 100 тысяч раз превышает сегодняшний уровень потребления электроэнергии. За двадцать дней Земля получает в виде солнечного излучения столько же энергии, сколько ее хранится во всех запасах ископаемого топлива на планете. Прав был Циолковский, когда говорил о возможности проживания на планете колоссального количества людей — Солнце, если разумно использовать его энергию, действительно могло бы прокормить не одно, не два, а десятки и сотни современных человечеств.
В сущности, уголь, нефть и природный газ — тоже энергия Солнца, только овеществленная и невозобновляемая. А есть энергия возобновляемая. И надежды на жизнь в двадцать первом и всех последующих веках связаны именно с ней — с солнечной энергией в «чистом» и преобразованном виде, а также энергией земных недр и термоядерных реакций. (Для тех, кто не очень разбирается в преобразованиях энергии, поясню: энергия ветра, рек, океанских волн, морских течений, биомассы, перепал температур между поверхностью океана и его глубинами — это все энергия нашего Солнца, только в разных «упаковках».)
Появление орбитальных гелиостанций, потоками микроволнового излучения сильно осложнивших приземельскую астронавигацию, вынудило поднять орбиты постоянных и обитаемых спутников почти до уровня стационарных... К тому же нижние горизонты были сильно захламлены старыми, отслужившими свой век спутниками, носителями и их частями...
Андрей Баяабуха.
«Нептуном Арфа»
«Упаковки» солнцаНачнем с древесины. Деревья — тоже возобновляемый источник энергии, только восстанавливается лес медленно, а потребляется древесина быстро. Причем, если мы совершим воображаемое путешествие от «Севера» к «Югу», то заметим, что количество сжигаемого дерева резко возрастает. Например, в Северной Америке только десятая часть вырубаемой древесины идет на топливо, в Европе — уже тридцать процентов, а в Латинской Америке, Африке и Азии эта цифра колеблется между 75 и 90 процентами. «Специалисты предсказывают, что если вырубка леса будет продолжаться в том же темпе, что и сегодня, то даже с учетом подрастающих насаждений лесные запасы будут уничтожены через 150 лет...» — писал эколог Хайнер Винклер пятнадцать лет назад. Прогноз, может быть, и не совсем точный, но тенденция подмечена верно. Нет, леса нам нужны для дыхания и, разумеется, для красоты, лучше их на золу не переводить. Тем более, что есть куда более интересные энергетические возможности.
Мы, скорее всего, нечасто задумываемся, что гидроэнергетика — очень молодая отрасль. Ей немногим более ста лет. Первая в мире гидроэлектростанция заработала на реке Фокс близ города Эпплтон (штат Висконсин, США) 30 сентября 1882 года. С тех пор гидроэнергетика испытывает постоянный рост. За первый век существования ГЭС их доля и выработке мировой электрической энергии поднялась до 25 процентов, а во всей энергетике мира она составила 5 процентов. И это, разумеется, не предел.
Энергетические возможности гидроресурсов огромны. Если обуздать энергию всех рек планеты, то можно получать до 73 триллионов квт/час в год. Это едва ли не в десять раз превышает современное мировое производство электроэнергии. Однако до такой эффективности — чтобы все реки да обуздать — нашей цивилизации еще далеко.
Европейские страны используют 60 процентов потенциала своих рек (но, скажем, Норвегия получает от ГЭС 99 процентов своей электроэнергии). Япония обладает всего одной четвертой потенциала гидроресурсов Азии, однако производит в два раза больше гидроэлектрической энергии, чем все остальные азиатские страны, вместе взятые. А вот в Африке используется всего пять процентов потенциала гидроэнергии. По некоторым прогнозам, к 2020 году гидроэнергетика мира будет давать в 4 раза больше энергии, чем сегодня...
Еще не так давно ни одно научно-фантастическое произведение о близком будущем не обходилось без описания гелиостанций, перерабатывающих энергию солнечного излучения. Как-то незаметно эти станции сошли со страниц фантастики в реальную жизнь. Солнечные батареи дают ток на космических станциях. В различных странах построено немало домов, на крышах которых установлены панели фотоэлементов. Успешно работает множество гелиостанций — среди них, например, «Ранчо Секо» в Калифорнии: она вырабатывает два мегаватта электроэнергии. Американские ученые полагают, что даже при нынешнем коэффициенте полезного действия фотоэлементов — у кремниевых преобразователей он составляет около 23 процентов — гелиостанций, покрывающие менее одной сотой территории Америки, могли бы полностью удовлетворить потребность США в электроэнергии.
У гелиостанций неоспоримые преимущества: они экологически чисты, работают бесшумно, выбывшие из строя пластины легко заменить новыми. Но есть и недостатки: эти станции требуют больших площадей и выход энергии непостоянен. Поэтому строительство их оправдано только в южных странах — в местностях с максимальным количеством солнечных дней в году...
Может быть, проще улавливать энергию на космических станциях и посылать ее на Землю? В иных фантастических произведениях это действительно самый простой способ, но в реальности все обстоит гораздо сложнее. Спору нет, создание спутниковых электростанций принципиально возможно. Интенсивность солнечного излучения за пределами атмосферы в восемь раз больше, чем на поверхности Земли, и можно вообразить, что к.п.д. станции, которая станет собирать световую энергию гигантскими солнечными батареями и передавать ее на земные приемники в виде пучков микроволнового излучения, будет довольно высок.
Тем не менее опасности такой передачи энергии велики, а строительство энергетического спутника, запуск его на орбиту и создание наземных приемников очень дороги, поэтому разговоры о подобных станциях пока не вышли за рамки дискуссий. Многие эксперты полагают, что и не выйдут в дальнейшем никогда: слишком уж легко такой «луч жизни» может стать «лучом смерти»...
Калифорнию порой называют «штатом энергетического будущего». Здесь действительно можно найти едва ли не все виды использования альтернативных источников энергии: гелиостанции, «энергетические башни» (станции, где солнечная энергия собирается с помощью зеркал, следящих за солнцем), геотермальные установки, дающие шесть процентов электроэнергии штата, ветрогенераторы (в Калифорнии производится около 80 процентов ветровой энергии мира)...
Парк ветрогенераторов «Саузерн Калифорния Эдисон» — величественное и незабываемое зрелище. На плоской равнине стоят и машут «руками» 72 современные ветряные мельницы. Конечно, они не мелют зерно — лопасти этих генераторов ловят ветер, чтобы давать ток. Мощность парка — 935 мегаватт. «Ветроферма» в калифорнийском городе Техачапи еще больше: она насчитывает 4500 турбин и обеспечивает потребности в электроэнергии четверти миллиона человек.
Все бы хорошо: экологическая чистота, относительная дешевизна (стоимость ветроэнергии в наши дни уже сравнима со стоимостью энергии теплостанций, сжигающих ископаемое топливо), — только вот находиться рядом с парком ветрогенераторов, а тем более жить поблизости от него достаточно неприятно: слишком большой шум. Плюс неровный выход энергии, плюс необходимость больших площадей, поскольку ветрогенераторы с гигантскими лопастями должны располагаться на изрядных расстояниях друг от друга, плюс привязка к определенной местности: постоянные ветры дуют далеко не везде... Тем не менее, энергетика XXI века никак не обойдется без ветровой составляющей. Уже сейчас ветрогенераторы дают примерно один процент энергии, потребляемой штатом Калифорния. А потенциал ветровой энергии трех штатов США — Северной Дакоты, Монтаны и Вайоминга — примерно равен потребности в энергии всей страны...
