Реферат
Энергетикабудущего. Альтернативные методики будущего
План
Ксолнечной эре энергетики
Термоядерный синтез
Высотныйветер
Космическоезеркало
Нанотехнологическиесолнечные элементы
Глобальнаясуперсеть
Волныи приливы
Микробиологическаяэнергетика
К солнечной эре энергетики
Создание атомной техники по правупризнано революцией в энергетике, и ее творцы не без оснований утверждают, чтосердцевиной энергетики будущего должна стать и станет атомная энергия. Такможно ли в этих условиях вести речь о каком-то «солнечном веке» энергетики? Да,еще совсем недавно такие разговоры были бы безосновательны. Но сегодня прибыстром сокращении легкодоступных запасов нефти и газа и постоянном ужесточениитребований к химической, радиационной и тепловой чистоте энергопроизводства ужеочевидно, что скоро развитие земной энергетики будет сдерживаться нетехническими, а экологическими барьерами, и мощные термоядерные электростанциискорее всего придется располагать вне Земли. В то же время идет быстроесовершенствование процессов улавливания и преобразования абсолютно чистой вовсех отношениях солнечной энергии.
Еще более замечательные перспективыоткрываются перед солнечной энергетикой в космосе. Не случайно о развитии этогонаправления очень заботился, будучи руководителем советской космическойпрограммы, академик М. В. Келдыш. «На совещаниях у него, — вспоминает академикВ. С. Авдуевский, — не раз рассматривались различные варианты конструкцийорбитальных солнечных электростанций, способы выведения и сборки в космосе,вопросы создания пленок для солнечных батарей, проблемы преобразования энергиии передачи ее на Землю с учетом охраны окружающей среды и экономического эффекта».
В наши дни проблема овладениясолнечной энергией космоса становится одним из основных стимулов развитиявнеземного производства, подобно тому как в конце прошлого века она послужилаосновой самого рождения научной космонавтики. Тогда К. Э. Циолковский поразилсяобщеизвестному факту, что почти вся энергия Солнца пропадает бесполезно длялюдей, и целеустремленно стал искать способ овладения всей этой энергией. Врезультате им была создана теория реактивного движения и изобретена ракета нажидком топливе как реальное средство осуществления космических полетов. Мечта ополете к звездам превратилась в науку — теоретическую космонавтику.Опубликованную в 1912 году вторую часть своей основополагающей работы«Исследование мировых пространств реактивными приборами» Циолковский завершилсловами: «Реактивные приборы завоюют людям беспредельные пространства и дадутсолнечную энергию, в два миллиарда раз большую, чем та, которую человечествоимеет на Земле.
Лучшая часть человечества, по всейвероятности, никогда не погибнет, но будет переселяться от солнца к солнцу помере их погасания»…
Исторический оптимизм ученьяЦиолковского вдохновил многих на самоотверженный труд по осуществлению егоидей. А в СССР после победы Октября эти идеи получили всенародное признание, повсей стране стали возникать кружки, общества, группы по изучению межпланетныхсообщений и реактивного движения. Проблеме стали уделять вниманиедипломированные инженеры и ученые. Один из них, академик Д. А. Граве, в 1925году посчитал необходимым ободрить энтузиастов космонавтики своим авторитетнымприветствием, в котором писал: «Кружки исследования и завоевания мировогопространства встречают несколько скептическое к себе отношение во многихобщественных кругах. Людям кажется, что дело идет о фантастическихнеобоснованных проектах путешествий по межпланетному пространству в духе ЖюляВерна, Уэллса или Фламмариона и вообще других романистов.
Профессиональный ученый, скажем,например, академик, конечно, не может стоять на этой точке зрения.
Мое сочувствие к вашему кружкупокоится на серьезных соображениях. Уже пять лет тому назад я указывал настраницах газеты «Коммунист» на необходимость использовать электромагнитнуюэнергию Солнца. При этом я руководствовался не какими-нибудь фантастическимисоображениями, а неумолимой логикой совокупности фактов…
Единственный способ практическогоподхода к использованию электромагнитной энергии Солнца намечен русским ученымК.Э. Циолковским при помощи реактивных приборов или межпланетных аппаратов,которые вполне уже разработаны для этих целей и являются реальнойдействительностью завтрашнего дня. Так что организация данных кружковсвоевременна и целесообразна».
Сам Циолковский и его последователи,кроме исходной цели овладения энергией Солнца, выявили для космонавтикимножество других, сравнительно более просто достижимых и потому болееактуальных целей и задач по исследованию и освоению космического пространства винтересах науки и народного хозяйства, ставших основным стимулом для бурногоразвития ракетно-космической техники. Но основоположник космонавтики постояннообращал внимание и на проблемы, связанные с решением исходной цели. Вотфрагменты его работ.
1920 год. Электрический ток можнополучать в эфире теми же разнообразными способами, как и на Земле. Непосредственнос помощью солнечной теплоты, при посредстве термоэлектрических батарей.Последнее будет неэкономично, хотя со временем, может быть, найдут такиевещества для термоэлектрических батарей, которые почти всю теплоту Солнца будутпревращать в электричество.
Надежнее для добывания электричествасолнечные двигатели, которые могут утилизировать очень высокий процент (до 50 иболее) солнечной энергии. Сущность их устройства такая же, как обыкновенныхпаровых двигателей с холодильником… Как и на Земле, большой многосильныйдвигатель почти целиком превращает свою энергию с помощью динамо-машины вэлектричество.
1926 год. Мы можем достигнутьзавоевания солнечной системы очень доступной тактикой. Решим сначала легчайшуюзадачу: устроить эфирное поселение поблизости Земли, в качестве ее спутника…Поселившись тут устойчиво и общественно, освоившись хорошо с жизнью в эфире, мыуже более легким путем будем изменять свою скорость, удаляться от Земли иСолнца, вообще разгуливать, где нам понравится. Энергии же кругом великоеизобилие в виде никогда не погасающего, непрерывного и девственноголучеиспускания Солнца. Этой энергии сколько угодно, и улавливать ее нетрудно вогромном количестве протянутыми от ракеты проводниками или иными неизвестнымисредствами…
1927 год. Солнечная энергия —главное; только мы не умеем ею пользоваться, и мешает тому еще атмосфера,ничтожное население (Циолковский считал, что население Земли в будущем должновозрасти во много раз. — Примеч. ред.), незнание и прочее. Эта энергия подобна электрической,и потому найдут средства ее почти целиком переводить в механическую, химическуюи прочие виды энергии. Только наше невежество заставляет нас пользоватьсяископаемым топливом. Да и надолго ли хватит минерального горючего?
1929 год. Какие выгоды может извлечьчеловечество из доступности небесных пространств? Многие воображают себенебесные корабли с людьми, путешествующими с планеты на планету, постепенноезаселение планет и извлечение отсюда выгод, какие дают земные обыкновенныеколонии. Дело пойдет далеко не так. Главная цель и первые достижения относятсяк распространению человека в эфире, использованию солнечной энергии и повсюдурассеянных масс. Из них создается сфера, которую может занять человек! Надвойном расстоянии от Солнца она в 2,2 миллиарда раз больше всей поверхностиЗемли. Во столько же раз эта сфера получает больше и солнечной энергиисравнительно с Землей.
И вот началась предсказаннаяЦиолковским космическая эра человечества. Хотя полеты первых спутниковпреследовали чисто научные цели, они вдохнули новую жизнь и в солнечнуюэнергетику. Уже в 1958 году третий советский и первый американский спутникибыли оснащены солнечными батареями. С ними в реальных многомесячных условияхкосмического полета не мог конкурировать никакой другой источник энергии. Сразвитием практической космонавтики шло быстрое совершенствование и солнечныхгенераторов. Опыт работы орбитальной станции «Салют-6» показал, что проблемаснабжения электроэнергией очень энергоемкого оборудования современныхкосмических аппаратов за счет солнечной энергии полностью разрешена. Успехикосмонавтики открыли перспективы создания в будущем грандиозных космическихсолнечных электростанций (КЭС) для снабжения энергией не только аппаратов исооружений, работающих на орбитах, но и Земли.
Мы уже немного писали о проектах КЭС(см. «ТМ», № 3 за 1973 год), представляя их как возможную к 2050 году, номаловероятную из-за низкой экономической эффективности область развитиякосмической техники. Но представления меняются. На сегодня сформировалосьмнение, что энергетические потребности человечества могут сделать рентабельнымиКЭС уже в самом начале XXI века. В результате эта тема превратилась в одну изнаиболее обсуждаемых на международных и национальных конгрессах и симпозиумахпо космонавтике. Например, на Циолковских чтениях 1980 года было 5 научныхдокладов по КЭС.
XXVI съезд КПСС поставил задачу, содной стороны, сосредоточить усилия на дальнейшем изучении и освоениикосмического пространства в интересах развития науки, техники и народногохозяйства, а с другой — увеличить масштабы использования в народном хозяйствевозобновляемых источников энергии. Выполнение его решений, несомненно,приблизит время «солнечной эры» энергетики.
В начале февраля 2006 г. под председательством РФ в «Большой восьмерке» и в рамках Международного партнерства поводородной экономике (IPHE) состоялся всемирный форум «Водородные технологиидля производства энергии», генеральным спонсором которого стали Национальнаяинновационная компания «Новые энергетические проекты» и ГМК «Норильскийникель».
Национальные программы по развитиюданной отрасли приняты сегодня в странах Евросоюза, в России, США, Японии,Индии и др. Стратегия разработана до 2050 г., однако масштабные сдвиги в энергетике требуют большой подготовительной работы, частью которой и стала даннаяконференция. Она собрала ученых, промышленников, предпринимателей, которые нетолько обсудили планы развития отрасли, но и затронули ее экологические и социально-экономическиеаспекты, а также представили научные разработки, готовые проекты и образцыоборудования. Собравшиеся отмечали, что отечественная программа по водороднойэнергетике отражает имеющийся в стране научный и энергетический потенциал, нотребует тщательно продуманного финансирования.
Развернутая в залах Московской мэриивыставка водородных и альтернативных технологий производства энергиинаглядно продемонстрировала, что конкурентоспособные продукты будутспособствовать оздоровлению экологической обстановки в крупных городах, смогутснизить потребление традиционных источников энергии, реализовать рядтехнологических решений, таких как использование водородно-метанных двигателейв общественном транспорте и т.д.
В ходе выставки состоялась презентациянациональной инновационной компании «Новые энергетические проекты» (НИК НЭП),работающей в области водородных технологий. НИК НЭП (генеральный директорчлен-корреспондент РАН Борис Кузык) — инвестиционная и управляющая компания пореализации комплексной программы «Водородная энергетика и топливные элементы»,инициированной ОАО «ГМК
«Норильский никель» и Российскойакадемией наук осенью 2003г. Результаты первого этапа сотрудничества наукиu1080 и бизнеса показали, как можно эффективно управлять различными видамидеятельности по созданию, коммерциализации и реализации на внутреннем и внешнемрынках современных продуктов водородных технологий.
На первом этапе своей деятельностиНИК НЭП организует разработку, изготовление и проведение в 2006 г. демонстрационных испытаний низко- и высокотемпературных энергоустановок с топливнымиэлементами (ТЭ) различных типов, а также ряда наиболее важных компонентовводородной техники — топливных процессоров газообразных и жидких углеводородныхтоплив. Для решения этой задачи НИК НЭП ведет разработки совместно с более чем50 научно — исследовательскими институтами РАН, высшими учебными заведениями,конструкторскими и промышленно-производственными объединениями.
На выставке уже была представлена производимаякомпанией продукция промышленного и бытового назначения — это альтернативныеисточники электроэнергии, аппараты для получения водорода, системы его храненияи отпуска потребителям.
Чтобы и дальше наслаждаться образомжизни, к которому все мы так привыкли, человечеству придется начатьтехнологический марафон, финишная черта которого едва различима сквозь дымкугрядущих десятилетий. Американские ученые набросали стратегический план первых50 лет борьбы за сокращение выбросов углекислого газа, столь необходимой послемногих десятилетий необузданного загрязнения атмосферы.
Это так называемый план «А».
Однако успех задуманного зависит оттого, сможет ли общество использовать весь спектр технологий сокращениявыбросов CO2, чтобы устранить заветные 7 секторов, каждый из которыхсоответствует захоронению 25 млрд. т углекислого газа в подземных хранилищах.Любая отсрочка старта — и мы можем сойти с дистанции. Даже если план «А»сработает, и нынешняя молодежь к выходу на пенсию завершит первый этап марафона,состязание будет выиграно лишь наполовину. В 2056 г. эстафета будет передана новому поколению, которому предстоит пройти следующую, более труднуючасть забега и сократить объем выбросов углекислого газа в 2 раза по сравнениюс 2016 г.
Рано или поздно мир осознаетнеобходимость плана «Б», заключающегося в разработке новых технологий, которыепозволили бы получать 10-30 ТВт электроэнергии, не выбрасывая ни одной тонныуглекислого газа. Сейчас настало время заняться им всерьез. Если мы не начнемсоздавать инфраструктуру для революционного изменения энергетической системы,то безнадежно опоздаем. Но что именно мы должны создавать? Давайте рассмотримнесколько наиболее перспективных проектов, а также пару заманчивых, но, ксожалению, фантастических идей.
Термоядерный синтез
Физики мечтают о получениинеограниченной энергии с минимальным количеством вредных отходов. Однакополитики бледнеют, когда слышат, во что обойдутся первые киловатт-часы такой энергии.
Высотный ветер
Ветра, дающие наибольшее количествоэнергии, дуют гораздо выше того уровня, на котором находятся турбинысовременных ветровых электростанций. Новые проекты метят в заоблачные выси,возможно, даже в высотные ветровые потоки.
Космическое зеркало
Если разместить гигантскую солнечнуюбатарею на околоземной орбите, где солнце светит наиболее ярко и непрерывно, тоназемная солнечная энергетика станет ненужной. Однако не все так просто.
Нанотехнологические солнечныеэлементы
Используя материалы со специальноспроектированной молекулярной структурой, можно повысить весьма скромнуюпроизводительность солнечных батарей.
Глобальная суперсеть
Революция энергосистемы немыслима безсоздания всепланетной сверхпроводниковой электросети.
Волны и приливы
Бушующий океан — очень мощный, нопрактически невостребованный источник энергии. Поэтому некоторые компанииработают над тем, чтобы обуздать энергию волн.
Микробиологическая энергетика
Генные инженеры верят в возможностьсоздания синтетической формы жизни, которая позволила бы нам выращиватьэнергию, как сейчас мы выращиваем продукты питания.