Александр Проценко - Энергетика сегодня и завтра
Задача ясна — для сокращения затрат воды и, следовательно, расхода энергии нужно максимально выровнять поверхность чеков. На помощь планировщикам и водителям машин-скреперов пришли ученые Новочеркасского инженерно-мелиоративного института. Они установили посреди чека гелий-неоновый газовый лазер. Лазерный луч направляется на фотоприемник, прикрепленный к машинам мелиораторов. По показаниям прибора-индикатора водители управляют высотой рабочего органа скрепера, проводящего планировку поверхности. Предпосевные работы можно вести и ночью. В результате благодаря увеличению «горизонтальности» уменьшились затраты энергии на полив воды, а урожайность поднялась на 10 центнеров с гектара.
От фитотрона к теплице
Есть ли предел урожайности? В древности земледелец собирал с гектара всего по 3–4 центнера зерна. С появлением железного плуга урожай поднялся почти вдвое.
В начале 70-х годов средний сбор по стране составлял 18 центнеров с гектара. В то же время на Кубани удавалось получать 32–35 центнеров с гектара. А рекордного сбора добились в Киргизии. В пересчете на гектар он составил 126 центнеров!
В фитотроне при 16-часовом освещении и 70-суточном вегетационном периоде получают урожаи до 500 центнеров с гектара. Конечно, можно перейти на выращивание культур и в фитотронах, но это будет дорогостоящее дело.
Ведь сегодняшний исследовательский фитотрон — очень дорогое сооружение: герметичный бокс, искусственные освещение и почва, регулирование состава воздуха по влажности и содержанию С02, исключение различных болезнетворных бактерий, специальная подготовка семенного материала.
Пока в искусственных условиях — в специальных теплицах — выгодно выращивать только отдельные виды овощей. (Упрощенные фитотроны и называются теплицами.)
В 1929 году во Франции была запатентована ветроэлектростанция, одновременно являющаяся оранжереей.
А несколько лет назад в Испании, под Мадридом, этот проект воплотился в жизнь. Над участком земли площадью 20 гектаров была на некоторой высоте натянута прозрачная пленка. В центре гигантской теплицы поставили трубу высотой 200 метров. В ней смонтировали турбину мощностью 100 киловатт. Разогретая за день теплица должна создавать воздушную тягу и ночью, а инфракрасное излучение, проходящее через облака, не даст остановиться турбине и в пасмурный день. Получаемую электроэнергию можно использовать для освещения теплицы.
Хотя энергии производится маловато, подобными устройствами заинтересовались страны с жарким климатом и большими свободными площадями — Саудовская Аравия, Марокко. Однако остается неясным, насколько рентабельна сама теплица. Сомнения вызывают ее постоянный поток ветра, нерегулируемость температуры, неконтролируемость состава воздуха.
Между тем для эффективного выращивания растений в теплице нужно регулировать температуру, газовый состав воздуха и его влажность, а также структуру и состав почвы. В перспективе все больше сельскохозяйственной продукции будет производиться в условиях, приближающихся к фитотронным. Теплицы по мере совершенствования также постепенно приблизятся к фитотронам.
Однако не надо забывать, что в фитотроне главная задача одна — получить максимум урожая. Этой цели подчинены все средства. Соответственно суммарные затраты энергии могут быть очень высокими. А теплицы промышленные предприятия. В них необходимо соизмерять затраченную энергию с полученной нищей. Так что перенимать фитотронные достижения следует с оглядкой: «А сколько это потребует энергии?»
По-видимому, первые теплицы у пас в стране появились на Соловецких островах, заселенных россиянами много веков назад. Цветущее хозяйство возникло в этих краях! Внушительный Соловецкий кремль. Белоснежные громады соборов. Крепостные башни. Каналы. Холод. Низкие синие тучи. Суровая природа Севера. И дымящие заводы — кирпичный, угольный, алебастровый.
Предприимчивые соловецкие монахи завели также в XVI веке оранжереи для выращивания овощей. И не обычные, а с энергосберегающей технологией их обогрева.
В теплицы поступало отходящее тепло воскобелильного заведения, производящего свечи для монастыря.
Поныне одна из главных задач при сооружении теплиц — поддерживать в них нужный температурный режим.
Любители зимнего отдыха в горах знают: на пути в красивейшее место Кавказа — Домбай — вдоль асфальтовой дороги на Карачаевских взгорьях длинными бесконечными рядами тянутся теплицы. Еще когда они строились, у многих возникал вопрос: зачем в этом теплом солнечном краю такое необозримое поле стекла? Лишь первая очередь тепличного комбината «Южный» включает миллион квадратных метров теплиц.
Вопросы множились, и когда проезжавшие замечали табличку с надписью: «Моспромстрой». При чем тут московские строители? Напрашивалась догадка: наверное, овощи выращиваются для столицы.
Действительно, значительная часть урожая, особенно в межсезонье, с ноября по март, предназначается для столицы. Овощи нужны круглый год, и зимой выращивать их можно только в парниках, иногда даже в пленочных.
Щедрое южное солнце, а на полях Карачаево-Черкесии оно горячо греет и зимой, позволяет сэкономить топливо. Между тем в среднем почти 70 процентов стоимости тепличных овощей — это стоимость сожженного топлива. Прикинем, сколько энергии сберегается в комбинате «Южный».
Сравним балансы по топливу. На обогрев одного гектара зимних теплиц требуется от 2 до 3 тысяч: тонн условного топлива в год и 300–600 тысяч киловатт-часов электроэнергии на освещение. За счет южного солнца экономится 500 тонн топлива. При средней урожайности овощей 30–40 килограммов с квадратного метра получаем, что на выращивании каждого килограмма овощей сберегается около 1,5 килограмма топлива!
Конечно, это много, очень много. Но, может быть, весь этот энергетический выигрыш растеряется при перевозке овощей в центральные районы? Оказывается, далеко нет.
При транспортировке по железной дороге энергетические затраты составляют 0,01-0,015 килограмма условного топлива на 1 тонно-километр. При перевозке на 2000 километров затратится 0,02-0,03 килограмма условного топлива на 1 килограмм овощей.
Автотранспорт дороже: затраты возрастут десятикратно и составят примерно 0,3–0,4 килограмма топлива.
Но они все равно существенно меньше, чем энергосбережение благодаря использованию в теплицах солнечной энергии. Правда, если учесть все затраты и провести сравнение в рублях, то экономия в денежном выражении, особенно в случае автоперевозок, не выглядит столь впечатляющей.
Сейчас в нашей стране около 3 тысяч гектаров зимних теплиц. Расходуется на них в год около 7 миллионов тонн условного топлива. А тепличное дело набирает силу.
Качественная продукция овоще-бахчевого хозяйства должна равномерно поступать на стол потребителя в течение года. С учетом возможностей хранения и климатических условий для этого в теплицах нужно производить около 25 процентов овощей. При норме потребления 150 килограммов (с учетом бахчевых культур) количество теплиц нужно увеличить в восемь-десять раз. Тогда они станут потреблять 60 миллионов тонн условного топлива.
Это много, потому что в недавно построенном комбинате «Тепличный» в Ивановской области тратится 3000 тонн условного топлива на гектар, что в 6–7(!) раз превышает количество энергии, приносимой солнцем в летний период.
В то же время это и не так много, потому что 60 миллионов тонн — всего пятая часть тепла, выбрасываемого конденсаторами электростанций СССР. Только АЭС страны в 1990 году сбросят примерно 100 миллионов тонн условного топлива. Отработанное тепло АЭС можно использовать в тепличном хозяйстве, применив водонаполненную кровлю. При этом методе на хорошо герметизированные стеклянные панели подается горячая вода, стекающая тонкой пленкой. Если система водной циркуляции хорошо отлажена, то теплицы становятся как бы конденсаторами турбин.
Конечно, метод приемлем не всегда и не во всех районах страны. Вода забирает часть солнечного света, требуется дополнительно очищать ее, тщательно ухаживать за кровлей. Чем ниже температура сброса, тем выше металлоемкость системы обогрева. Для кипятка нужно в 3–5 раз меньше труб и радиаторов, чем для просто горячей воды.
Если от турбин АЭС отбирать для теплиц пар необходимых параметров, то на выработке электричества это практически не скажется. При АЭС можно с большой экономией энергии развернуть мощное тепличное хозяйство. В одном из постановлений вообще запрещается строительство теплиц на органическом топливе в европейской части СССР вблизи строящихся или действующих атомных электростанций. К сожалению, эта правильная мера не всегда соблюдается.
Чтобы тепло не рассеивалось впустую, в теплицах применяют теплозащитные экраны, специальное остекление и алюминиевые профили, обеспечивающие герметичность. Они оснащаются автоматизированными системами управления микроклиматом, калориферными системами обогрева.
