А. Лельевр - Альманах "Эврика"-84
Но все-таки плавает или летает это чудовище? И плавает и летает!
Три крыла стоят вертикально, три других — стелются над самой водой. Дует ветер — совсем несильный — 8—10 метров в секунду. А судно мчится со скоростью 120 километров в час! Да и чему удивляться: рекорд скорости для буера-парусника, бегущего по льду, достиг 264 километров в час. На трассе он несся во много раз быстрее ветра.
Но что произойдет, если зефир вдруг сменится на борей? Ничего особенного. Повернется установленный на носу вымпел — датчик направления ветра. Сигнал с него поступит Р бортовую вычислительную машину, она просчитает новую ветровую ситуацию и отклонит на нужный угол рули хвостового оперения.
Крылатое судно может и «приподниматься на цыпочки» — отрываться от воды и лететь над ней. Для этого вертикальные плоскости опускаются, а горизонтальные, наоборот, поднимаются до тех пор, пока, если смотреть спереди, не превратятся в приземистую букву V. И подъемная сила на скорости 300 километров в час поднимет корабль над волнами. Ему будет не страшен самый сильный ветер, в каком бы направлении тот ни дул. Аэродинамика крыльев такова, что даже встречный ветер не тормозит, а разгоняет судно.
Беспочвенная фантазия? Нет. Мы привыкли отождествлять парусники с водой. А на самом деле парусу ближе другая стихия — воздушная. Именно она гонит его из тихой гавани. Просто плавать с помощью парусов давно привычно, а летать — неожиданно.
Между тем последнюю разработку Ю. Макарова можно образно назвать «парусный планер». Образно потому, что у планера никакого паруса нет — его роль выполняет почти вертикально поставленное крыло.
Как сейчас взлетают планеры? Чаще всего — на буксире за самолетом. А если без его помощи? Представьте себе: спортсмен стоит на роликовых коньках. В руках — легкий аппарат с крылом в виде буквы V. Одна плоскость крыла наклонена к земле и колесиком на конце опирается на взлетную полосу. Другая плоскость стоит почти вертикально и служит парусом для разгона. Как только скорость примерно на четверть превысит взлетную, пилот ставит крылья в нормальное полетное положение. На таком планере можно подняться на высоту 20–25 метров. И пролететь до четверти километра.
Парусники, казалось, навсегда ушедшие в прошлое, снова манят к себе корабелов. Почему? Традиционное топливо становится все дороже и дефицитнее и, сгоревшее, оно отнюдь не безвредно для биосферы. А в Мировом океане есть обширные зоны сильных, дующих в постоянном направлении ветров. В прошлые века здесь пролегали маршруты, по которым парусники ходили с точностью курьерских поездов: день в день, час в час.
Конечно, «ветряные» корабли завтрашнего дня совсем непохожи на своих предков. Они будут оснащены крыльями, как в проекте Ю. Макарова, или металлическими поворотными мачтами и полужесткими парусами. А может быть, роторами — огромными вертящимися трубами, которые позволяют кораблю плыть даже назад. Проектов много. Время и эксперименты отберут лучшие из них.
ЭНЕРГИЯ ВЕТРА
Каковы перспективы развития ветроэнергетики, насколько способна энергия ветра заменить такие традиционные энергоносители, как, скажем, нефть, газ, уголь?
Чтобы ответить на эти вопросы, обратимся сначала к карте ветровых условий. Она свидетельствует об огромных ресурсах энергии ветра у нас в стране. Густо заштрихована на карте вся северная береговая линия, протяженность которой «в натуре» составляет несколько тысяч километров. Такая штриховка означает, что среднегодовые скорости ветра здесь превышают 6 метров в секунду. При рациональном использовании ветроустановок на севере СССР можно не только полностью обеспечить местные потребности, но и транспортировать часть электроэнергии в другие районы. «Богаты» ветрами также районы, прилегающие к Черному, Каспийскому и Балтийскому морям.
Однако используются они пока в незначительных масштабах, поскольку на пути освоения ветроэнергоисточника предстоит решить целый ряд проблем. Одна из главных состоит в том, что существующие конструкции ветроагрегатов достаточно сложны, дороги в производстве и тем не менее значительно уступают традиционным энергетическим установкам.
Экспериментальные ветроэлектростанции небольшой мощности уже действуют в ряде стран. В основе их конструкции — гигантских размеров ветроколесо, установленное на специальной опоре. Они не способны работать при скорости ветра, превышающей 20 метров в секунду, — может выйти из строя колесо. Естественно, не вырабатывают они электроэнергию и в штиль.
Созданием ветровых установок в нашей стране занимается научно-производственное объединение «Циклон» в подмосковном городе Истре. В состав объединения входят испытательная станция на Мархотском перевале под Новороссийском и астраханский завод «Ветроэнергомаш».
Нашими контрукторами разработан проект ветроэлектростанции мощностью 40 тысяч киловатт. В отличие от своих предшественниц новая станция сможет работать при любой скорости воздушного потока и, следовательно, дать максимум энергии. Вместо одного рабочего колеса здесь восемь роторов, на которые равномерно распределяется вся нагрузка. Другие узлы неподвижны. Высота металлических опор — 200 метров.
Но все-таки что делать в отсутствие ветра?
При сильном ветре можно накапливать энергию, вырабатывая на избыточной мощности водород путем электролиза воды. А в периоды затишья электричество даст тепловой генератор, работающий на этом топливе. Достоинство водорода в том, что при его сжигании не загрязняется окружающая среда: образуются лишь пары воды. За год такая электростанция сможет выработать более ста миллионов киловатт-часов электроэнергии. Сооружение ее намечено на Мархотском перевале.
Перспективным, по мнению специалистов, может стать совмещение ветровых с небольшими по мощности гидроаккумулирующими станциями (ГАЭС). В этом случае часть энергии, полученной при сильном ветре, используют для того, чтобы качать воду в верхний бассейн ГАЭС. А во время штиля, падая вниз, она станет вращать турбину и вырабатывать электричество. Так будет обеспечена непрерывность энергоснабжения.
Но, конечно, нужны и небольшие ветроустановки — для энергоснабжения животноводов на отдаленных пастбищах, геологов, метеорологов, работающих в труднодоступных местах. С помощью таких агрегатов можно, в частности, поднимать воду из колодцев, опреснять ее, заряжать аккумуляторы и т. д. Такие установки у нас в стране уже эксплуатируются.
В ближайшем будущем намечено приступить к заводскому изготовлению установки «Циклон-12» мощностью до 16 киловатт. Интересный проект предлагает группа ученых для одного из районов Крайнего Севера. Они считают, что на Кольском полуострове можно создать кольцевую систему ветровых электростанций, которая, взяв начало в Мурманске, пройдет по побережью Баренцева моря и вновь замкнется в Мурманске. Эту энергетическую цепь длиной 1100 километров и шириной 40 километров составят 238 групп ветроагрегатов, каждая из которых будет иметь мощность один миллион киловатт.
Кольцо охватит несколько арктических районов с различными климатическими и ветровыми условиями, а это позволит получать энергию непрерывно, так как ветровые периоды в этих зонах не совпадают. Как свидетельствуют расчеты авторов, такая система смогла бы вырабатывать электроэнергию стоимостью менее копейки за киловатт-час.
Что касается ближайшей перспективы, то прогнозы показывают, что установленную мощность ветроагрегатов в нашей стране можно довести до 800–850 тысяч киловатт с выработкой электроэнергии порядка 2–3 миллиардов киловатт-часов в год.
ЖИДКОЕ ТОПЛИВО ИЗ УГЛЯ: ПРОБЛЕМЫ И ПЕРСПЕКТИВЫ
Примерно половина всей энергии, производимой в мире, в настоящее время вырабатывается из нефти, в том числе, практически вся энергия для автономных подвижных потребителей. Но вот уже почти десять лет цены на нефть быстро растут ее запасы приращиваются все медленнее, а добыча становится все дороже. Нет недостатка в прогнозах о времени исчерпания запасов нефти.
Не исключено, что будут найдены и вовлечены в разработку новые нефтяные месторождения, но это не изменит основного вывода: запасы нефти относительно невелики, до их исчерпания необходимо научно и технически подготовиться к получению синтетической нефти из угля. Геологические ресурсы угля почти в 30 раз превышают запасы нефти, то есть их хватит человечеству на много столетий.
Для превращения органической массы угля в нефтеподобное вещество нужно решить три химические задачи: удалить из нее кислород, а вместе с ним и такие вредные примеси для топлива, как азот и сера, в виде соответственно воды, аммиака и сероводорода, израсходовав для этого много водорода, которого и так мало в угле; добавить в органическую массу водорода до соотношения водорода и углерода в нефти; разукрупнить макромолекулы органической массы угля до молекулярного веса компонентов нефти.
