Б. ДЮШЕН
Энергетика будущего
Чем выше развитие техники, тем более короткие сроки избирают авторы для того, чтобы описывать ее будущее развитие. От тысячелетий приходится перейти к столетиям и даже десятилетиям. При современных темпах развитая техники период в 10—20 лет обещает такие огромные перемены и такие значительные продвижения вперед, что для их правильного научного истолкования приходится мобилизовать огромную сумму современных технических знаний.
Элементы будущей техники заложены в том, чем мы располагаем на сегодня, надо только суметь при помощи сдерживаемой в должных границах научной фантазии заглянуть в мир будущей техники. Тогда, опираясь на точные научные данные, можно будет составить прогноз технического развития, имеющий не только развлекательный, но и научный, творческий характер. Каждое изобретение и открытие есть в сущности шаг в будущее, совершаемый сегодня. Для того чтобы в полной мере оценить значение нового открытия или изобретения и помочь им войти в жизнь, необходимо понимать будущее развитие техники.
В. И. Ленин подчеркивал потребность в таких инженерах и техниках, которые бы помогли заглядывать в будущее, которые имели бы достаточно широкий кругозор. В одном из своих писем к Г. М. Кржижановскому Ленин писал: «У нас не хватает как раз спецов с размахом, с загадом».
Обращаясь к вопросу о технике будущего, целесообразнее всего остановиться на наиболее общей и основной проблеме — на источниках энергии, находящихся в распоряжении человека, и на источниках энергии, которыми ему надлежит еще овладеть.
Вопросы энергетики — основные вопросы, они решают дальнейшую судьбу технического развития.
По подсчетам ряда ученых для полной механизации труда необходима мощность в 2 квт на каждого жителя земного шара. Пока же современное человечество располагает только 0,04 квт на «душу» населения, распределяемого следующим образом: энергия, получаемая от сжигания угля, нефти, торфа, дров и других горючих веществ, составляет 0,023 квт; энергия движущихся вод—0,016 квт; энергия ветра— 0,001 квт.
Эти цифры убеждают нас в том, что количество вырабатываемой энергии получается главным образом за счет расходования природных запасов топлива, восстановление которых идет крайне медленно. Геологический конгресс 1913 г. подсчитал, что при существующих темпах выработки запасов угля в Англии хватит только на 200 лет, в Германии на 300—350 лет. Нефть в САСШ и Мексике почти на исходе и ее хватит только на 40—50 лет. Лес вырубается в САСШ ежегодно в количестве 22,4 млрд. кубофутов, в то время как прирост древесины составляет только 6 млрд кубофутов. Таким образом лесных массивов САСШ может хватить только на 50 лет...
В 1900 г. все мировое потребление бензина составляло всего 600 т, а в 1929 г. оно достигло 4 млн. т. Рост потребления энергии увеличивается в значительно большей степени, чем это предполагали еще только несколько лет назад.
Как бы ни были ошибочны в ту или иную сторону все эти подсчеты, несомненно все же одно, что современная техника должна искать новые источники энергии.
Проф. Леммель, очень осторожный ученый составил следующую таблицу, характеризующую большие возможности в дополнительном использовании различных источников энергии.
| При современном состоянии техники возможно добыть за счет упорядочения чисто хозяйственных вопросов (на каждого человека в квт) | Возможно добыть в ближайшем будущем за счет лучшего овладения новыми источниками энергии (на каждого человека в квт) | |
| Все виды топлива | 0,21 | 0,35 |
| Белый уголь (водн. эн.) | 0,14 | 0,25 |
| Приливы и отливы | 0,60 | 2,00 |
| Ветер | 1,00 | 1,15 |
| Солнечная энергия | 0,10 | 0,20 |
| Внутреннее тепло земли | 2,00 | 2,00 |
| Всего | 4,05 | 6,95 |
При этом проф. Леммелем не предусмотрены источники энергии, которые впоследствии, вероятно, тоже могут быть использованы, как например энергия космических лучей, энергия, освобождаемая при распаде атомных ядер (внутриатомная энергия), разность температур воды под льдом и воздуха в полярных областях, разность температур воды в глубинах океана и на его поверхности в средних и южных широтах.
Однако так обстояло дело лишь до наступления капиталистического кризиса, лишь до того времени, когда внутреннее гниение капиталистического мира стало разъедать весь его социальный организм. Капиталистический кризис сильно ударил по энергетике в буржуазных странах. Значительно сократилось производство и потребление электроэнергии в связи с остановкой огромного числа крупных предприятий.
Понизился спрос и на различные виды топлива. Вследствие этого многие каменноугольные районы значительно сократили добычу каменного угля, а в некоторых районах она и совсем прекращена.
Наиболее характерным примером является прекращение добычи угля на Шпицбергене, на котором в период «процветания» возникли мощные, прекрасно оборудованные шахты, принадлежавшие норвежским, датским и голландским компаниям. Эти предприятия совсем ликвидированы, и обслуживавшие их десятки тысяч рабочих и служащих остались без работы. Сравнительно крупные города, построенные на Шпицбергене, совершенно обезлюдили. В настоящее время на Шпицбергене работает только одно крупное предприятие по добыче угля, расположенное при городе Беренцбурге. Но и это предприятие не принадлежит больше капиталистическому миру, так как оно взято в концессию Союзом ССР: разработки здесь ведутся советскими рабочими и инженерами, а каменный уголь добывается для снабжения топливом северных и арктических районов нашего Союза.
Как ни гнетуще воздействие кризиса на все области социальной жизни капиталистических стран, все же творческая инициатива и фантазия ученых и инженеров хотя и приглушенно продолжает работать, в частности в области использования новых источников энергии.
Этот вопрос обсуждается в научной печати и на энергетических конгрессах последних лет, хотя всем ясно, что нет никакой надежды на реальное осуществление выдвигаемых проектов.
К числу таких неосуществляемых проектов относятся громадные ветростанции, которым в случае их сооружения некуда было бы девать вырабатываемую энергию, так как старые паровые станции работают с недогрузкой.
Мало того, прекращаются ранее начатые грандиозные работы по сооружению новых сверхмощных энергетических централей на «белом угле». Например в Голландии на Зюдерзее строилась огромная плотина, которая должна была не только обслужить мощную гидроэлектростанцию, но и освободить громадную территорию, занятую морем для сельскохозяйственной обработки. Наступивший кризис сделал ненужными и новый источник электроэнергии и новые земли, так как на мировом рынке, в частности в Голландии, царит перепроизводство сельскохозяйственных продуктов. Вследствие этого работы, в которые были уже вложены десятки миллионов гульденов, теперь заброшены, а возведенные уже грандиозные сооружения быстро разрушаются.
В области новых изобретений, судя по xaрактеру выдаваемых патентов, преобладают мелкие «бытовые» изобретения. Фабриканты с жадностью хватаются за любые безделушки, которые смогут найти массового покупателя. Этим они пытаются загрузить сложнейшее оборудование своих крупных предприятий. Крупнейший германский концерн «Сименс» «спасается» от краха выпуском электрических самобреек, в то время как его основное, великолепно оборудованное производство, которое должно строить величайшие в мире генераторы, почти полностью приостановлено.
Только в области военной техники продолжает интенсивно работать производство разнообразных орудий смерти и разрушения.
Вопрос об использовании новых источников энергии практически может стать лишь в Советском союзе, в стране, где огромное социалистическое строительство нуждается в колоссальном количестве всех видов энергии, где планомерное использование всех сил природы ведет к культурно-хозяйственному росту отдаленных областей и районов, где нет частнокапиталистических рынков, сковывающих поступательное движенце энергетики будущего.
 |
| Рис. 1. Голландская мельница обычного типа |
Советский союз обладает огромными возможностями по использованию сил ветров. Всесоюзная конференция по генплану электрификации СССР определила, что энергия ветра в нашем Союзе в 5,9 раза превосходит общее количество всех учтенных у нас энергетических ресурсов. Недаром силу ветра называют «голубым углем».
Ветросиловые установки относятся к самым древним техническим сооружениям человека. На протяжении многих столетий тип ветрового двигателя в виде ветряной крыльчатой мельницы остается почти неизменным. «Большая техника», увлеченная строительством паровых двигателей и отчасти гидротехнических сооружений, не уделяла ветру достаточного внимания.
Между тем сравнительно незначительные изменения в форме крыльев намного повышают мощность самого простого ветросилового сооружения.
На рис. 1 и 2 изображены две типичных мельницы. Одна из них — голландская мельница с крыльями обычного устройства.
Другая—мельница с трехлопастными крыльями удобообтекаемой формы, спроектированными на основе изучения образующихся при вращении крыльев воздушных потоков и вихрей. Устранение завихривания воздуха и уменьшение лобового сопротивления крыльев при этой форме дает повышение мощности ветряной мельницы более чем в 5 раз.
 |
| Рис. 2. Мельница с удобо- обтекаемыми крыльями |
Ветросиловое хозяйство СССР состоит в настящее время по весьма неполным и недостаточным данным из 170 тыс. ветровых мукомольных мельниц. К сожалению, конструкции этих мельниц весьма несовершенны. Центральным аэро-гидродинамическим институтом (ЦАГИ) разработана система реконструкции мельничных крыльев. Огромное достоинство этой системы заключается в том, что она сравнительно легко осуществима местными силами при использовании местных материалов. Уже эта частичная реконструкция крыльев дает повышение мощности мельницы в 1,5—2 раза. Одна несложная переделка мельничных крыльев, проводимая повсеместно силами колхозов и совхозов, может дать стране добавочных 500 тыс. л. с.
В. И. Ленин еще в 1918 г. дал задание Академии наук составить план, как использовать «ветряные двигатели вообще и в применении к земледелию». Как известно, академия прежнего состава и под прежним руководством не справилась с этой ответственной задачей, вернее не отнеслась к ней с тем вниманием, которое она вполне заслуживает.
Энергетика будущего требует не ветряка для размола муки или подъема воды в цистерну для нужд небольшого отдельного хозяйства, она требует создания громадных по мощности и устойчивых по режиму работы ветряных установок. Эти установки должны передать свое движение электрогенераторам, которые дадут ток в линии электропередачи и этим током обслужат потребности не только ближайших местностей, но и целых обширных районов.
Путь будущего развития ветродвигателя предуказывается советской мощной ветроэлектростанцией на 100 квт, построенной близ Севастополя, в Крыму. Этот ветродвигатель с крыльями в 30 м по диаметру при скорости ветра в 10 м в секунду развивает мощность, доходящую до 150 л. с.
Второй ветродвигатель подобного типа запроектирован для Балаклавы (Крым). Следующие проекты ЦАГИ предусматривают значительное увеличение мощности ветродвигателя, причем размах крыльев предполагается довести до 50 м.
 |
| Проект гигантской башни-маяка, строящейся в Париже к всемирной выставке 1937 г. |
 |
| Гигантская ветросиловая установка с тремя дисками по 100 м в диаметре |
Ветроэлектростанции должны работать «кустами», обслуживая общую кольцевую электрическую сеть высокого напряжения. При этом условии отпадает вопрос о неравномерности силы ветра и необходимости устраивать сложные и дорогие аккумуляторы энергии. В СССР ведется большая работа по изучению ветропотоков в связи с проблемой правильного распределения ветростанций для совместной работы на кольцевую сеть.
Современная мощная ветроэлектростанция работает почти вполне автоматически. Регулирование скорости вращения крыльев, режима работы электрогенератора, установка крыльев по ветру, меры защиты станции от бури — все это осуществляется без непосредственного участия человека.
Можно полагать, что в недалеком будущем тысячи мощных ветроэлектростанций, расположенных в наиболее удобных с точки зрения постоянства ветров районах и объединенных общей кольцевой сетью высокого напряжения, будут управляться и регулироваться с небольшого числа диспетчерских пунктов, обеспечивая наше народное хозяйство миллиардами киловатт-часов электроэнергии.
Разумеется, подобное рациональное использование силы ветра неосуществимо в капиталистических условиях, так как потребление энергии должно носить строго плановый характер. Кроме того высоковольтная сеть ветроэлектрификации должна быть единой сетью на громадной территории, далеко выходящей за границы отдельных европейских государств.
Белый уголь
Ветросиловые установки будущего несомненно должны войти в тесную связь с мощными гидроэлектростанциями, использующими энергию «белого угля», т. е. падающей воды. Техника в этой области достигла грандиозных успехов. Гидроэлектростанции на Ниагарском водопаде в САСШ, Днепровская гидроэлектростанция, проектируемая гигантская гидроэлектростанция на Ангаре (Ангарстрой) и десяток уже построенных советских гидроэлектростанций меньшего масштаба свидетельствуют о том, что в этой области для техники нет неразрешимых задач.
Общий запас мощности «белого угля» в СССР составляет не менее 50 млн. л. с. при учете только наиболее известных и доступных водных потоков и бассейнов. В дальнейшем при улучшении техники строительства гидростанций возможно будет удвоить и даже утроить эту общую мощность.
То обстоятельство, что большая часть естественных перепадов значительных масс воды находится в «неудобных» или отдаленных районах, крайне тормозит их использование при капиталистической системе хозяйства. Наряду с этим опыт СССР доказывает, что при социалистической организации производства и потребления эти затруднения не имеют решающего значения. Во-первых, в условиях планового, социалистического ведения хозяйства потребление энергии распределяется совершено иначе, чем в капиталистических условиях. Затем плановое размещение производительных сил самих источников гидроэнергии позволяет нам строить мощные производственные комбинаты, т. е. потребителей этой энергии.
Наконец электроэнергия по объединенным сетям электропередач транспортируется на тысячи километров. Создание в отдаленных районах и областях мощных гидростанций совершенно преображает эти участки нашей страны, вызывает их к новой культурнохозяйственной жизни, изменяет в корне экономику огромных пространств, по размерам превосходящих нередко крупные европейские государства. Так будет при сооружении гидростанции на Ангаре, так будет в Советской Арктике, так будет в Казахстане и других республиках Союза.
Использование «белого угля» возможно только при широком строительстве больших гидротехнических сооружений. Нередко разрешение многих технических задач упирается здесь в недостаток, а иногда и отсутствие на месте материалов, необходимых для сооружения плотин. В иных случаях подвозка этих материалов может оказаться настолько дорогой, что «даровая энергия» «белого угля» станет невыгодной.
Однако в области сооружения плотин намечаются некоторые весьма интересные перспективы. Недавно в Германии опубликован проект, который сегодня кажется фантастическим, но завтра, быть может, эта «фантастика» станет обыденностью. Доктор-инженер Герке разработал проект постройки плотины из льда. Сущность проекта заключается в следующем.
 |
| Проект ледяной плотины инж. Герке. На правом конце плотины видны трубы, через которые прогоняется охлаждающая жидкость В результате охлаждения легкий трубчатый каркас плотины обрастает льдом |
Современная техника уже несколько лет с большим успехом пользуется методом замораживания грунта, например при проходке шахт в пропитанных водой породах. Поэтому нет никаких оснований считать проект Герке неосуществимым. Если же так, то сооружение плотины не будет зависеть в будущем ни от наличия на месте строительств материалов, ни от свойства дна. Кроме того, вероятно, стоимость ледяной плотины будет значительно ниже стоимости плотины, построенной из камня и бетона.
Во всяком случае в этой области открываются широкие возможности для технического творчества и весьма интересных научно-исследовательских работ, которые в конечном счете дадут нам практическое средство к быстрой и дешевой постройке. Тем самым почти беспредельно будут расширены возможности использования «белого угля».
Получение энергии за счет движения воды возможно и другим путем. К далекой древности восходят попытки использования движения громадных масс воды, совершающихся во время морских приливов и отливов. В устье р. Темзы (Англия) до сих пор сохранились древние водяные мельницы, построенные кельтами еще за много веков до наших дней и работающие на приливных волнах.
Принципиально задача использования приливов не представляет больших технических затруднений. С астрономической точностью приливы совершаются два раза в сутки. При этом подъем уровня воды колеблется в разных местах побережья от 4 до 18 м. Во время прилива воду направляют в ограниченную плотинами бухту. При отливе же запасенную воду можно спустить, при этом энергия движущейся воды перерабатывается с помощью гидротурбин в электрический ток.
Строгая периодичность приливов и отливов обеспечивает совершенно регулярную работу станций. Однако при этом возникает следующее затруднение. Между приливом и отливом наступает период, когда в течение нескольких часов происходит медленный подъем и падение воды, поэтому получается слишком малая разность уровней. Но это затруднение преодолевается тем, что на приливных электростанциях устанавливаются громадные аккумуляторы, которые в периоды вынужденного бездействия отдают запасенную в них электроэнергию.
Трудности, связанные с сооружением приливных станций, заключаются главным образом в том, что необходимые для этого сооружения — дамбы, плотины и пр. — обходятся пока слишком дорого. Собственно же техническая сторона вопроса никаких особых затруднений не представляет.
В настоящее время в Европе и Америке уже имеется более 10 приливных станций. Величайшая из них запроектирована в Англии на р. Северн, в Бристольском заливе. Мощность этой станции будет равна 500 тыс. л. с. Она должна иметь 280 групп турбогенераторов по 1800 л. с. каждый. По плотине, отделяющей залив от моря, пройдет железнодорожный путь, а в самой плотине будут устроены шлюзы для пропуска судов в бухту.
Несколько выше, на р. Уай, должна быть построена вспомогательная станция, работающая два раза в сутки, в периоды между приливом и отливом всего по 3 часа.
Теоретическая мощность приливов и отливов исчисляется в 11 триллионов л. с. Конечно и в будущем может быть использована только небольшая часть этой мощности, но даже этой небольшой части будет достаточно для покрытия большинства потребителей в энергии.
В будущем приливные станции должны сыграть большую роль в экономике приморских стран. Но полное использование всех возможностей этого нового источника энергии требует осуществления такой единой и плановой системы потребления энергии и таких огромных технических сооружений, которые не укладываются в тесные рамки частной собственности на земельные участки, фабрики, заводы и жилые дома. Другими словами, полное использование энергии приливов и отливов несовместимо с капиталистической системой.
Солнечные машины
Наконец неограниченные перспективы в энергетике будущего открывают различные сооружения, действие которых основано на непосредственном использовании солнечной энергии.
Величина энергии солнечных лучей, падающих на 1 м² поверхности, определяется примерно в 1 квт. Можно считать, что общая площадь крыш большого города получает в среднем от 10 до 100 млн. квт солнечной энергии. При использовании только 1—2 проц. можно получить от 100 тыс. до 2 млн. квт-ч полезной энергии.
Однако работа по использованию солнечной энергии находится еще в стадии первоначального накопления опыта и теоретических изысканий, хотя будущность проблемы солнечных машин не вызывает ни малейших сомнений.
 |
| Машина с зеркалом, отражающим и собирающим солнечные лучи |
Стоимость подобных отражающих устройств оказывается чрезмерно большой, а коэфициент полезного действия ничтожен. Кроме того подобные устройства осуществимы лишь в небольших масштабах, так как для мощных установок потребуются зеркала, площадью в сотни и тысячи квадратных метров.
Более приемлемой, пожалуй, является система парников или тепловиков, устроенных впервые Франком Шуманом в Филадельфии. Действие тепловика основывается на замечательном свойстве стекла и некоторых других материалов пропускать только определенную группу тепловых лучей (инфракрасных) и задерживать все остальные тепловые лучи. Солнечные лучи проходят через стекло с малыми потерями. Но образующиеся в перекрытом пространстве вторичные тепловые лучи, излучаемые нагретыми предметами, стеклом уже не пропускаются. Вследствие этого под парниковой рамой происходит повышение температуры, т. е. накопление тепла.
Это повышение температуры может быть весьма значительным. Например пески Кара-Кумов нагреваются летом до 80°, оставаясь совершенно открытыми для обратного излучения тепла. В южных широтах легко получить под рамой парника температуру в 100—150°, достаточную для испарения воды. Полученный при этом пар может привести в действие электротурбину.
По этому принципу у нас около г. Капабланка (Средняя Азия) проф. Вейнберг nocтpoил первую в мире большую опытную солнечную станцию.
Для успешной работы подобной гелиостанции необходима хорошая тепловая изоляции всего тепловика-парника, тщательно разработанное перекрытие этого парника несколькими слоями стекла с воздушными промежутками, а также правильное расположение всей установки по отношению, к падающему солнечному потоку.
Дальнейшим усовершенствованием этой системы является наполнение тепловика каким-либо газом, особенно энергично поглощающим тепловые лучи, например углекислым газом. Помимо этого возможно изобретение нового материала для изготовления перекрытия, который обладал бы большей способностью задерживать обратное излучение из тепловика, нежели стекло. Одно время это качество приписывалось вулканической лаве Гавайских островов, образующей стекловидную твердую массу. К сожалению, эти данные не подтвердились, и в этой области необходимы еще большие исследовательские работы.
Однако и этот способ использования солнечной энергии, поскольку он связан с необходимостью вводить в качестве промежуточного рабочего тела пар (и паровой котел), оказывается еще недостаточно экономичным, чтобы можно было говорить о его промышленном, применении.
Но все же произведенные опыты уже с полной очевидностью показали, что для сравнительно скромных целей солнечные установки подобного рода могут быть весьма пригодны, в частности в энергетически бедных областях, не имеющих ни водной энергии, ни достаточно сильных ветров, ни топлива.
Кроме того становится очевидным, что мы совершенно неразумно растрачиваем громадные количества энергии, например на отопление жилищ. Проф. Вейнберг с помощью т. Коймана построил легкий домик, являющийся своего рода «аккумулятором тепла». В этом легком домике применена особая изоляция стен, правильно выбрано распределение и расположение окон, окраска стен и крыши, в результате получилась постройка, прохладная летом и теплая зимой без какого-либо отопления.
Большое значение может иметь непосредственное преобразование солнечной энергии в электрическую. Для этой цели можно применить следующий весьма простой способ. На крышах домов устраиваются длинные узкие желоба; в местах спая эти желоба образуют термоэлектрическую пару, обладающую свойством давать электрический ток при повышении температуры. Под влиянием солнечных лучей эти гигантские батареи термоэлементов дают ток. Пробный проект такого использования солнечней энергии был разработан т. Потаниным. При этом выяснилось, что обычный городской дом может снять с своей крыши всю необходимую для его бытовых нужд электроэнергию. Эксплоатация такого устройства даже при коэфициенте полезного действия только в 2 проц. может уже себя вполне оправдать.
Более грандиозный план был разработан проф. Власовым. По этому плану получаемая избыточная электроэнергия должна направляться на «тропификацию» Москвы (или иного города) путем сосредоточения избыточной энергии в подземных «теплохранилищах», откуда тепло будет расходоваться по мере надобности. Общее отепление почвы в результате этого мероприятия должно совершенно изменить климат Москвы.
При использовании энергии падающей воды нами осваивается только одна десятитысячная часть заключенной в воде солнечной энергии. Тепловики же и термоэлементы могут использовать солнечную энергию до 2 проц. Между тем в природе имеются примеры несравненно более высокого использования солнечной энергии: красные водоросли тропических морей усваивают до четверти падающей на них солнечной энергии. Однако нет никаких оснований считать, что мы не сможем воспроизвести искусственным путем достаточно благоприятные условия для такого же интенсивного поглощения солнечной энергии.
Можно представить себе такой обратимый процесс, по которому некоторое вещество под действием света будет разлагаться и освобождать при этом какой-либо вид энергии, а при наступлении темноты будет происходить восстановление разложенного вещества, и это восстановление тоже можно будет использовать.
Так или иначе солнечная энергия будет завоевана человеком. Но для решения этой задачи техника должна обогатиться целым рядом новых изобретений и открытий, которые позволят практически и выгодно использовать солнечную энергию.
Проблема использования новых источников энергии с каждым годом становится все острее и острее. Она привлекает к себе внимание наиболее крупных ученых и техников. В нашем Союзе проводится ряд интереснейших экспериментальных работ в этой области, которые выдвигают советскую науку в этом отношении на одно из первых мест. Но полная и успешная реализация и практическое воплощение всех научных достижений в области новой энергетики возможны лишь в условиях социалистического хозяйства. Советский союз — страна энергетики будущего.
Комментариев нет:
Отправить комментарий