Журнал «Юный техник» - Юный техник, 2002 № 03
Обзор книги Журнал «Юный техник» - Юный техник, 2002 № 03
ЖУРНАЛ «ЮНЫЙ ТЕХНИК»
НАУКА ТЕХНИКА ФАНТАСТИКА САМОДЕЛКИ
№ 3 март 2002
Популярный детский и юношеский журнал.
Выходит один раз в месяц.
Издается с сентября 1956 года.
ФОТОФАКТ
Эти велосипедные колеса представляют собой тонкие электрические двигатели, питающиеся от аккумуляторов. Едешь в гору — работает мотор. А спускаешься с горы или крутишь педали — мотор-колеса превращаются в генераторы и подзаряжают аккумулятор.
Машина времени, построенная под руководством В. Черноброва в объединении «Космопоиск». Утверждают, что человек, участвуя в эксперименте, сумел переместиться в ней по шкале времени на несколько секунд.
Вроде бы игрушка, но не хоккей или футбол, что но так уж сложны, а боксерский ринг. На Брюссельском салоне «Эврика» она имела большой успех.
А это и вовсе не игрушка, а изобретение, в котором реализован новый принцип передвижения по бездорожью. Ее автор С. Сагаков был удостоен золотой медали на Международной инновационной выставке «Архимед-2001».
ВЕСТИ ИЗ ЛАБОРАТОРИЙ
Тепло Земли…
В 1966 году на юге Камчатки, в местечке Паужетка, была запущена первая в СССР геотермальная станция мощностью 5 МВт. Прошло 33 года, и вот на том же полуострове начали вводить в строй вторую геотермальную станцию — Верхне-Мутновскую с проектной мощностью 80 МВт. Однако в чем причины столь медленного освоения геотермальной энергии? Только ли в нашей нерасторопности?
Горячие фонтаны посреди зимы
Воду эту никто не греет, как, скажем, в открытом бассейне. Она сама фонтанирует из-под земли кипятком. Так в чем же дело?
Поставь рядом турбину, и пусть она дает тебе свет и тепло. Ведь нехватка электроэнергии на Камчатке отчаянная, даже областной центр, бывает, неделями сидит без света…
Причины тому есть, и существенные. До той же Паужетки минут сорок на автобусе ехать надо, а промышленное Мутновское месторождение находится и того дальше — в 65 км от ближайшего населенного пункта на горном плато, да еще за труднопреодолимым перевалом.
Зимой дорог туда нет, их заваливает 10-метровым слоем снега, да еще гуляет ветер, достигающий штормовой скорости 40 метров в секунду. Путешествие на Мутновку в такую пору может занять двое-трое суток. И то если повезет, и гусеничные тягачи пробьются сквозь непогоду и заносы.
Потому и построили в 60-е годы XX века в Паужетке маленькую геотермальную электростанцию в порядке эксперимента. Мутновка реально доступна для проведения работ лишь четыре месяца в году: с июля по октябрь. В остальное время пребывание там — трудовой подвиг. Вахте из 15–20 человек предстоит поддерживать функционирование геотермальных скважин в любые ветра и морозы. Да еще постоянно защищать станцию от наползающего снега и льда.
И тем не менее, госпредприятие «Мутновка» — единственная организация на Камчатке, специалисты которой имеют большой опыт работы в таких экстремальных условиях, да к тому же имеют и технику, позволяющую вести глубокое (до 2,5 км) бурение в горных породах.
Где быть гейзеру?
Ответ на этот вопрос можно получить в Петропавловске, в Институте вулканологии Дальневосточного отделения РАН. Согласно данным, накопленным учеными, геотермальные месторождения достаточной мощности существуют лишь в сейсмически активных районах нашей планеты. За рубежом это Филиппины, Исландия, у нас — Камчатка…
Именно здесь происходит движение литосферных плит земной коры и их деформация, приводящая не только к землетрясениям, но и термической конвекции магмы. Говоря попросту, с глубин 150–200 км через трещины в земной коре поднимается вверх расплавленная горная порода. И если она пробивается на земную поверхность — происходит извержение вулкана. Если нет — рождается гидротермальная система. Раскаленная порода нагревает окружающие почвенные воды, и те при малейшей возможности фонтанами вырываются на поверхность…
Есть несколько теорий происхождения гейзеров и геотермальных месторождений. Например, по одной концепции, это происходит за счет смешения рожденного магмой флюида (пара с теплосодержанием 3000 кДж/кг) с продвигающимися к поверхности земли водами. Когда флюида в такой смеси немного — процентов 10 — рождается Паратунское месторождение с многочисленными «ванночками», в горячей минеральной воде которых обожают купаться камчатцы и их гости. При 25–30 процентах флюида мир получает уникальную Долину Гейзеров. А при 60 процентах — итальянское Лардарелло, там в 1904 году впервые в мире получили электроэнергию из геотермального пара с помощью циклического парового двигателя и динамо-машины.
В 80-е годы XX века эта концепция была несколько скорректирована. Однако выяснилось, что и в таком виде она не может объяснить всего.
Сомнения заставили ученых приступить к построению численных моделей гидротермальных систем Камчатки, а также термоаномалий под кратерами действующих вулканов. За 1985–1991 годы было выяснено, что обе они родом из одного магматического источника.
Схема возникновения вулкана или гидротермальной системы в сейсмических районах земного шара.
Вся надежда на математику
Использовав последние разработки, в Институте вулканологии решили провести диагностику потоков теплоносителя на основе трехмерных отображений геотемпературных полей. Однако, чтобы построить такие поля, понадобилась весьма мощная вычислительная техника. Такой в то время в нашей стране не было. Рискнули обратиться за помощью к американским коллегам.
Созвонились с сотрудником Лоуренсовской национальной лаборатории министерства энергетики США в Беркли К. Пруессом, автором программ по моделированию процессов в геотермальных резервуарах.
Он добился, что заместитель директора института Алексей Кирюхин был приглашен в лабораторию в качестве временного научного сотрудника, ему выделили время для работы с суперкомпьютером.
Но когда был израсходован весь временной лимит, пришлось потратиться на только что появившийся на рынке персональный компьютер РС-486. И уже с его помощью доводить начатое до конца.
Моделирование системы «резервуар — скважина» или «канал — магматический очаг» — ключевое в исследовании геотермальных месторождений, механизма деятельности гейзеров и прогноза извержений вулканов. В то время в Беркли уже имелось программное обеспечение для исследования процессов в геотермальных резервуарах и — отдельное — для расчета движения теплоносителя в скважинах.
Эти два программных продукта были объединены в общий вычислительный алгоритм. Созданная методика и была опробована в разработке численной модели Мутновского месторождения. Это позволило спрогнозировать различные сценарии эксплуатации скважин.
Впоследствии Кирюхин разработал такие же численные модели для других геотермальных месторождений Камчатки и Курильских островов, дав оценку их эксплуатационных запасов.
Наконец, изучая нестабильность и циклические изменения давления и расхода теплоносителя в таких нелинейных «конструкциях», как гидротермальные структуры и магматические флюидные системы вулканов, ученый обратил внимание на одну аномалию: сильное землетрясение «Ландерс», произошедшее на юго-западе США в 1992 году, отозвалось в радиусе 1500 км от эпицентра. Однако замечено это было лишь в пределах активных вулканических центров и гидротермальных систем. И стало быть, изменение характера функционирования гидротермальных скважин можно, в принципе, использовать для прогноза землетрясений.
Работа вызвала особый интерес американцев, которые боятся этой беды, пожалуй, больше, чем россияне. Потому как сейсмоактивная граница литосферных плит в США проходит через один из самых населенных и богатых штатов — Калифорнию. В результате родился совместный российско-американский научный проект. Старт ему в 1998 году опять-таки был дан в Беркли.
Будем надеяться, что результаты совместной работы позволят жителям и Калифорнии, и Японии, и Камчатки обрести со временем спокойное существование в этих сейсмоопасных зонах планеты, заранее вычисляя поведение окружающей природы.
Из модулей — удобнее
Однако вернемся к строительству Мутновской геотермальной станции. Соединить теорию с практикой дальневосточникам помогают и столичные специалисты. Скажем, в МЭИ имени Г.Кржижановского была разработана новая концепция геотермальной станции нового поколения для того же Мутновского месторождения. Она спроектирована и построена из отдельных блоков-модулей. Причем каждый из них не превышает по своим габаритам и весу стандартный железнодорожный контейнер.
