Александр Проценко - Энергетика сегодня и завтра
Значит, необходимы аккумуляторы энергии, а они стоят недешево.
Предложено еще несколько интересных конструкций ветродвигателей, в которых изобретатели стараются преодолеть недостатки лопастных ветростанций башенного типа.
Например, по кольцевому рельсовому пути ветер гоняет тележки, снабженные алюминиевыми крыльями-парусами. Колеса тележек соединены с электрогенераторами, отдающими через рельсы ток в сеть. Уже построена небольшая опытная установка с крыльями высотой около 10 метров.
В конструкции, которая получила название "яйцесбивалка", ось ветродвигателя - вертикальная. На ней размощено эллипсовидное алюминиевое кольцо длиной 27 и шириной 5 метров, которое и есть привычная нам лопасть. Высота созданной экспериментальной установки 19 метров (большая ось эллипса), а ширина - 5 метров (малая ось). Мощность двигателя - 100 киловатт.
У этой конструкции - ряд преимуществ. Она использует ветер, дующий с любой стороны. Отпадает необходимость в оборудовании для фиксации и поворота ветродвигателей. Алюминиевые плоскости кольца в пять раз дешевле лопастей из композитных материалов, применяемых в привычных нам ветродвигателях. Кроме того, становится ненужной башня. Впрочем, от дорогостоящей башни удалось избавиться и в другой установке, предложенной немецким инженером Г. Вагнером.
Представьте себе две лопасти с углом между ними 110 градусов. Они вращаются вокруг оси, наклоненной к горизонту под углом 55 градусов. Благодаря такой геометрии башня оказывается лишней. Когда при вращении оси одна лопасть смотрит вверх, то другая проходит над землей горизонтально.
Ветряки Вагнера, автоматически принимающие необходимое положение по отношению к ветру, можно размещать на судах и по"нтонах. На понтоне в Северном море уже работает опытный образец. Есть у этой конструкции и недостатки. С потоком ветра встречается всегда только одна лопасть, и ее длину для получения большой мощности нужно существенно увеличивать. Изобретатель предлагает убрать одну из двух дорогих лопастей, установить вместо нее только противовес. Тем самым можно сэкономить на изготовлении крыла сложного профиля и редукторе, так как ветряк станет вращаться вдвое быстрее.
Разговор о ветро закончим проектом будущего. Примерно раз в месяц на черноморский город Новороссийск обрушивается сильнейший ураган - бора. Раз в год он приобретает катастрофический характер. Виной всему - тянущийся вдоль Цемесской бухты Вакадский хребет.
Он не пропускает с Кубанской низменности, расположенной за хребтом, холодный воздух к морю. Но вблизи от города в хребте есть одна низкая точка - седло, черзз которое время от времени и устремляются скопившиеся воздушные массы.
Специалисты-энтузиасты предлагают "спасти" город от напасти и заодно использовать силу боры. Для этого сквозь хребет нужно пробить три шахты, которые соединяются в один туннель под склоном, обращенным к морю. Затем достаточно установить в туннеле воздушную турбину.
Интересный, красивый и, будем надеяться, осуществимый проект.
Океаны энергии
Океан - огромная кладовая беспокойной энергии.
Здесь рождаются приливы и отливы, текут такие могучие реки, которых не знает суша, плещут волны.
Мощность океанских течений Куросио и Гольфстрим достигает трех миллиардов киловатт. Еще несколько десятилетий назад появились предложения об использовании энергии этих гигантских океанских "рек". Сегодня разработаны и конкретные проекты. Так, по мнению американских энтузиастов-энергетиков, при скорости течения 5-7 километров в час турбина диаметром 170 метров и длиной 80 метров, закрепленная якорем на глубине 30 метров под поверхностью океана, сможет обеспечить мощность 50 тысяч киловатт. Американские энтузиасты-энергетики предложили проект, согласно которому двести алюминиевых турбин, установленных под водой в 30 километрах от побережья Флориды, будто бы дадут 10 миллионов киловатт.
Не все специалисты уверены в правильности расчетов.
"Нужно изучить, как изменится скорость течения и его температура. Не погубят ли рыбу вращающиеся лопастн алюминиевых турбин?" - тревожатся океанологи.
"Не дорого ли передавать энергию из-под воды на расстояние десятков километров? Смогут ли станции проработать 30 лет в океане?" - вопрошают оппоненты.
Пока решено построить опытную установку с турбиной диаметром 10 метров.
Океан аккумулирует много солнечной энергии, но распределяется она неравномерно. Вода нагревается в тропических и субтропических зонах и оттуда растекается к полюсам. Холодная вода от полюсов течет в обратном направлении, но уже в глубине океана. Разница температур между поверхностью океана и на полукилометровой глубине может составлять 30 градусов. Если имеется столь значительная разность температур, то в принципе несложно создать электрогенератор.
Устройство для получения электроэнергии не отличается принципиально от существующих тепловых электростанций. Нагретая солнцем океанская вода с температурой 24-28 градусов в теплообменнике испаряет аммиак. Пары аммиака вращают турбину электрогенератора и поступают в другой теплообменник, где охлаждаются пятиградусной водой и конденсируются. Одна из основных трудностей - как поднять с полукилометровой или километровой глубины громадные массы холодной воды. Скажем, электростанция мощностью 200- 400 мегаватт потребует для своей работы 5 тысяч кубических метров такого охладителя в секунду, что лишь немного уступает стоку Волги. Труба, пропускающая этот огромный водный поток, должна будет иметь диаметр около 30 метров.
Предлагается использовать вместо аммиака теплую морскую воду. Чтобы превратить ее в пар, с помощью вакуум-насосов в 15 раз понижается атмосферное давление. Вода закипает, пары направляются в турбину, а из нее попадают в конденсатор, охлаждаемый морской водои с глубины. Достоинство этой схемы - не нужен аммиак или фреон. Кроме того, в конденсаторе побочно получается пресная вода. Но не будут ли выделяющиеся при испарении морской воды растворенные в ней газы препятствовать созданию необходимого вакуума? Не уйдет ли вся генерируемая полезная мощность на вакуумнасосы?
А самое главное препятствие - при вскипании морской воды резко возрастает концентрация солей, которыми забивается оборудование, и оно из-за коррозии быстрее выходит из строя.
Таким образом, еще не пришло время в широких масштабах практически использовать для производства электроэнергии течения и разницу температур. А вот волны и приливы уже сейчас дают энергию.
Чем круче и мощнее волна, чем чаще она накатывает, тем больше полезной работы она способна совершить. Во внутренних морях типа Каспийского и Черного расстояние между соседними гребнями достигает 60 метров, а высота волн - 6-7 метров, в Средиземном же море - соответственно 250 и 9 метров. В открытом океане встречаются и полуторакилометровые волны высотой 12-15, а иногда и 20 метров. Размеры волн во многом зависят от силы ветра.
В 1806 году английским адмиралом Бофортом была разработана шкала для измерения силы ветра. Ноль баллов - мертвый штиль, а 12 баллов - скорость ветра 30 метров в секунду. Этой скорости соответствует волнение моря 9 баллов. Кстати, многие связывают легендарный девятый вал с 9 баллами. Однако исследования показали, что отнюдь не всегда девятая волна - самая мощная. Американцы самой сильной волной считают седьмую, древние римляне десятую, а греки - третью.
Потенциальная мощность всех морских и океанских валов оценивается в 108-1010 мегаватт. Однако реально можно попытаться использовать лишь 107 мегаватт.
Здесь важна мощность, приходящаяся на погонный метр фронта волны. Кое-где она достигает 70 киловатт.
В морях нашей страны она меняется от 6 киловатт для Черного моря до 30 для Баренцева.
Первая волновая станция была построена во Франции еще в 1910 году, а теперь устройств, преобразующих энергию волн в электричество, придумано множество.
Тут и плавучие резервуары, в которых волна сжимает воздух, а тот, в свою очередь, вращает воздушную турбину, и каплеобразные поплавки, качающиеся на волне и приводящие в действие гидронасосы, и соединенные шарнирами плотики, угол между которыми изменяется в соответствии с формой волны.
В Истринском отделении Института электромеханики разработана плавучая установка с ветроколесом, одновременно использующая энергию и волн и ветра.
Еще один оригинальный проект осуществлен вблизи японского города Цуруока. Небольшая бухточка перекрыта колпаком с отверстием вверху. Над отверстием смонтирована воздушная турбина с электрогенератором. Турбина вращается потоком воздуха, возникающим при колебании уровня воды в бухточке. При однометровой высоте волн мощность генератора - 3 киловатта, а при двухметровой - в четыре раза больше. По очень похожему проекту сооружается станция, использующая прибой, в Норвегии.
