Александр Проценко - Энергия будущего
Атомная энергия внедряется сейчас не потому, что она обеспечена топливом на столетия и тысячелетия, а из-за ее дешевизны по сравнению с энергетикой на органическом топливе. Атомная энергетика должна расширяться для экономии и сохранения на будущее нефти и газа.
В условиях удорожания топлива особую остроту приобретает проблема повышения эффективности его использования. Ныне в среднем это только 10-15 процентов. Скажем, коэффициент полезного использования топлива в легковом автомобиле всего 10 процентов, а при обогреве помещений и того меньше - не превышает 6-8 процентов. Резервы здесь громадные, и успехи могут быть достигнуты немалые. Именно поэтому эффективности использования энергии, ее экономии и в нашей стране и за рубежом уделяется все большее внимание.
Сэкономить в большом и малом - в настоящее время задача не менее важная, нежели открыть новое месторождение или добыть лишнюю тонну топлива. Правда, борьба за экономию принимает за рубежом порой анекдотичную форму. Так, в Англии, сообщает лондонский еженедельник "Фармез уикли", владельцы молочных ферм, уплатив 300-500 фунтов стерлингов, могут приобрести оборудование для утилизации тепла, содержащегося в парном молоке. При охлаждении литра такого молока с 30 до 4 градусов выделяется около 0,03 киловатт-часа энергии. Добытое тепло передается газообразному теплоносителю, температура которого повышается до 55 градусов при прохождении через компрессор. Это тепло используется для нагревания воды или обогрева в зимнее время.
Не заманчив этот способ. Им не погасить надвигающийся энергетический кризис. Не о таком удешевлении энергии идет речь. В поисках более дешевой энергии в последнее время специалисты все чаще обращают свой взгляд на возобновляемые источники: Солнце, тепло Земли, энергию приливов океана.
Многие считают, что будущее принадлежит дарам Солнца. Действительно, ежегодное количество солнечной энергии, падающей на верхние слои атмосферы, эквивалентно 10000Q. Этого громадного количества, несомненно, хватило бы на тысячи лет. Важно только уметь пользоваться этой энергией. Хотя до поверхности Земли доходит ее небольшая часть - 1500Q, а все равно ее очень много. Основное препятствие к экономичному использованию солнечной энергии - ее малая концентрация - всего 150-200 ватт на квадратный метр поверхности. Скажем для сравнения: плотность энергии, поступающей в домашний чайник, когда он стоит на газовой плите, больше в тысячу раз. Поэтому главные усилия в освоении солнечной энергии направляются на методы ее концентрации. Другой путь использования солнечной энергии- Преобразование ее в один из видов, более удобных для использования.
Обратите внимание на табличку, в которой приведена энергоемкость различных возобновляемых источников в единицах Q.
.___________________________________________.
.Солнце на поверхности Земли ______ 1500____.
.в том числе: ______________________________.
.- гидроэнергия ___________________ 0,1 ___.
.- ветер с плотностью, большей ____________.
.500 киловатт_______________________________.
.на квадратный километр площади ___ 1-2 ____.
.- фотосинтез, ____________________ 3 _____.
.в том числе дрова: ________________ 0,5 ___.
.Термальная энергия, _______________ 1,0 ___.
.в том числе термальные воды _______ 0,003 _.
.Приливы в океанах _________________ 0,1 ___.
.___________________________________________.
Как видно из этой таблички, запасы гидроэнергии относительно невелики. Но она не что иное, как концентрированная солнечная энергия, которая успешно используется человеком. В СССР и США уже приносят пользу 20-30 процентов всех гидроэнергоресурсов.
Около двух процентов солнечной энергии переходит в энергию движения воздушных масс. Это в год около 30Q. К сожалению, на поверхности Земли плотность энергии ветра невелика. Существенным недостатком является и непостоянство его силы. Даже при плотности энергии ветра, равной 500 киловаттам на квадратный километр, ветряные установки очень громоздки. Диаметр ротора ветряного электрогенератора мощностью всего 1000 киловатт должен быть около 50-60 метров.
Низкая эффективность вызывается зависимостью коэффициента полезного действия таких установок от скорости ветра. При изменении его скорости всего на 20 процентов коэффициент полезного действия таких двигателей падает сразу на 70 процентов. Поэтому, хотя человек начал осваивать энергию ветра тысячи лет назад и имеет в этом деле громадный опыт, трудно ожидать, что этим источником будет внесен большой вклад в энергообеспечение человека.
Широко используется солнечная энергия, заключенная в растениях. Ежегодно леса дают около 0,5Q. Это почти в два раза больше всех видов энергии, которые человек потреблял в 1980 году. Сейчас по разным причинам используется незначительная часть годового прироста древесины. Тут играет роль неуниверсальный вид этого топлива, относительно невысокая его калорийность, трудности огранизации равномерной добычи по всем лесным массивам, транспортировки и экономические соображения.
Большая часть растений полезно использует только один процент солнечной энергии, хотя есть такие виды, у которых этот коэффициент приближается к 5 процентам.
Разрабатываются различные планы использования фотосинтеза для энергетики. Так, американский ученый Т. Уилкокс предлагает использовать в качестве топлива морские водоросли. Отдельные их виды, из которых можно получать метан, могут, по его утверждению, давать с гектара несколько тонн массы. Самым серьезным препятствием для выращивания биомассы как источника энергии является необходимость в больших площадях. Так, чтобы покрыть за счет биомассы только нынешнюю потребность США в газе, нужно занять растениями 6 процентов территории страны. Сторонники этого направления в энергетике стремятся с помощью генной инженерии повысить эффективность фотосинтеза.
Примерно по таким же причинам пока не видно экономичных путей преобразования солнечной энергии в тепловую и электрическую с помощью фотоэлементов или, концентрируя излучение, с помощью зеркал. Пока стоимость получения электроэнергии с применением современных солнечных фотоэлектрических элементов в 100 раз выше, чем на обычных электростанциях. Однако специалисты, занимающиеся фотоэлементами, полны оптимизма, и считают, что им удастся существенно снизить их стоимость. Сейчас уже разрабатываются проекты солнечных электростанций на орбите. Для них уже есть и название: ССЭС - спутниковые солнечные электростанции. В их создании - свои трудности: при мощности 10 миллионов киловатт такая станция будет весить около 70 тысяч тонн. Энергия на Землю будет передаваться в виде микроволнового излучения на наземную антенну площадью 100 квадратных километров.
Можно привести еще очень много проектов использования различных источников энергии. Здесь и использование тепла океана, и геотермальная энергия, и водород, получаемый при закачке воды в магму, и приливы океанов, и океанские течения.
Точки зрения специалистов на перспективы использования возобновляемых источников энергии очень различаются. Комитет по науке и технике в Англии, проанализировав перспективы освоения перечисленных источников энергии, пришел к выводу, что их использование на базе современных технологий окажется в двачетыре раза дороже строительства АЭС. Другие специалисты в различных прогнозах этим источникам энергии уже в 2000 году отводят значительное место: от 5 до 10 процентов.
По-видимому, источники возобновляемой энергии будут применяться в отдельных районах мира, благоприятных для их эффективного и экономичного использования, но в крайне ограниченных масштабах. Основную долю энергетических потребностей человечества должны обеспечить уголь и атомная энергетика. Правда, пока нет настолько дешевого источника, который позволил бы развивать энергетику такими быстрыми темпами, как бы этого хотелось.
Сейчас и на предстоящие десятилетия наиболее дешевым источником энергии представляются ядерные, а затем, возможно, и термоядерные редакторы. С их помощью человек и будет двигаться по ступеням технического прогресса. Будет двигаться до тех пор, пока не откроет и не освоит какой-либо другой, более дешевый источник энергии.
ШАГИ АТОМНОЙ ЭНЕРГЕТИКИ
Значение ядерной энергетики не исчерпывается только тем, что она практически навсегда снимает угрозу недостатка топлива.
Ядерная энергетика будет иметь и важное социальное значение.
А. П. Александров
В XXI веке, а может быть, и далее, пока не будет открыт какой-либо другой, более совершенный и дешевый ядерный источник энергии, основу энергетики наряду с углем должны составить ядерные реакторы деления, а затем и термоядерные реакторы синтеза. Сейчас это ясно большинству энергетиков и специалистов других отраслей промышленности, ученых, занимающихся проблемами экономики.
В опубликованной в журнале "Проблемы мира и социализма" статье "Научно-технический прогресс и атомная энергетика" президент АН СССР А.Александров пишет: "Широкое и разнообразное применение энергии атома экономическая политика дальнего прицела... Поэтому освоение огромных ресурсов энергии ядерных превращений - важнейший долг ученых перед человечеством... Смягчение остроты топливной проблемы, несомненно, приведет и к снижению ее значения как фактора политической напряженности. Районы и страны, обделенные природой и не имеющие традиционных топливных ресурсов, смогут получать относительно недорогие ядерные энергоресурсы, что будет способствовать их более быстрому техническому прогрессу. Благодаря исключительно высокой энергоемкости ядерного горючего стоимость его транспортировки в любые места земного шара относительно низка.
