Нефть или ветряки?

5 лямов бачей за один ветряк.... В сумме больше 10 арбузов гринов.... Не дешевле было-бы обычные электростанции построить, а может и на атомные хватило-бы.

Очень много буков.

Удобней читать по ссылке:

http://profbeckman.narod.ru/Energ.htmhttp://profbeckman.narod.ru/Energ.htm

Принцип запрета

Когда Возрожденье стряхнуло Средневековье и глянуло вокруг себя незамутнённым взором, оно увидело безграничные просторы познанья, просторы развития науки, техники, географии, медицины, искусства… Иди, куда хочешь, конца не будет. Открывай новые земли, новые элементы, новые законы, хочешь – будет тебе вакуум любой глубины, а хочешь – давление любой силы, можешь создавать любые машины и они понесут тебя по земле, под землёй, по воде, под водой, в воздухе, в космосе – где угодно, уничтожай любые вредные растения и животных, изведи все болезни –природа дозволяет. Был бы настрой, здоровье, время, деньги…

И действительно, практика показала, что научно-техническая революция может всё.

Показать-то она показала, но лишь на первых порах.

Через двести лет бурного развития науки и техники вдруг оказалось, что можно не всё. Далеко не всё. Возник ЗАПРЕТ, причём в виде законов. Неумолимые законы, запретили делать необходимые нам и, казалось бы вполне достижимые вещи.

Человек так и не научился летать, левитация ему не светит. Даже в нирване. Мы не можем проходить сквозь стены и тем более – мгновенно перемещаться из одной точки пространства в другую, не можем передавать свои мысли на расстояния, тем более – читать чужие мысли, мы так и не стали бессмертными, не перестали болеть, не можем обходиться без пищи, без воды и без воздуха (окислительной атмосферы, кстати). Машины времени нет – ни тебе в прошлое смотаться, ни в будущем погулять! Да что там машина времени – дирижабля и того нет!!! И скорость распада радионуклидов мы не можем ни ускорить, не замедлить. А так хочется порой….

Это как понимать? Недоработка учёных-инженеров, или есть законы, объективные законы природы, запрещающие нам движенье в каких-то привлекательных направлениях?

Прежде всего, нам запретили вечные двигатели, причём любые. Сказали – нельзя, т.к. трение есть. Казалось бы, подумаешь трение, убрать его и дело с концом. Однако французская академия даже не рассматривает проекты вечных двигателей и она ни одинока …

Сначала нам пообещали, что можно безнаказанно один вид энергии превращать в другой, а потом невзначай добавили – кроме тепловой, т.е. механическую энергию в тепловую трансформируй сколько хочешь, а в обратно – только часть. Ничего себе добавок! Теперь энерия от холодного тела к тёплому сама собой не потечёт?! Выдумали какой-то второй закон термодинамики, ввели какую-то энтропию, которая всё растёт да растёт, как очумелая. И ведь, похоже, не зря ввели – миллионы попыток было опровергнуть закон этот, а ничего не вышло. Запрет – есть запрет. Потом появились законы Фредгольма и оказалось, что познание конечно, что зная следствия явления, я никогда не найду их причину, что видя какой-то предмет я никогда не узнаю, что он представляет собой на самом деле. Конечно, философ Э.Кант предсказал это давно, но одно дело философствованье, а другое – математическая теорема, строго доказанная. Обидно, очень обидно.

Дальше пошло-поехало. Неравенство Гейзенберга – нельзя одновременно точно померить координату частицы и её импульс, принцип Паули – нельзя, сколько хочешь загнать электронов на одну орбиту, принцип Эйнштейна – нельзя сохранить время при больших скоростях движения, и т.д. и т.п.

Обложили! Что б не захочешь – ничего нельзя! Никакой свободы, одни заборы, да барьеры…

Дирижабли не летают, ибо ветер дует. Солнечной и ветроэнергетики нет, ибо нет аккумуляторов, а аккумуляторов нет ибо есть диффузия, а она медленна. Эволюции видов (по Дарвину) никогда не было, нет и не будет – кошки никогда не превратятся в собак, а ужи – в орлов. Можете сколь угодно скрещивать лошадей с ослами, тигров с львами – потомство у них будут, но оно будет бесплодным! Можете как угодно воздействовать на кого угодно – биологически, химически, механически, радиационно – никогда и не при каких обстоятельств один вид не перейдёт в другой. Так что теория эволюции видов – хорошая теория, хорошо объясняющая почему собаки разные, но в целом – враньё, причём полное враньё. Нет ни одного доказательства, что когда-либо один вид животного превратился в другой. Нельзя, ребята, природа не допускает. С какой стати не знаю, но ввела она на это дело запрет.

В мире полно рассеянной энергии, но её не собрать – нет тепловых насосов. Нет водородной энергетики, и нет её по смехотворному поводу – водород взрывается. За время развития автотранспорта созданы безопасные автомобили, безопасные дороги, достигнут медицинский прогресс в лечении травм. Но! За сто лет число гибнущих на дорогах не уменьшилось ни на один процент. Почему? Гомеостаз риска водителей не дозволяет.

Нам нужна энергия, мы сжигаем ископаемое топливо, делим уран, загрязняя пространство, а кругом халявная энергия – солнце светит, ветер дует, приливы-отливы чередуют друг друга, в центре земли котёл кипит. И всё вечно, всё бесплатно. Бери, пользуйся!

А нельзя! Принцип запрета, будь он неладен.

И вроде не ахти какой суровый, названье только противное – «вектор Умова – Пойнтинга».

Да! Какой-то вектор УП преградил нам дорогу. Преградил, и не видать вам теперь, друзья мои, нетрадиционных и возобновляемых источников энергии как своих ушей: ни солнечной, ни ветровой, ни геотермальной, ни водородной, ни биологической, ни термоядерной. Даже энергии океана, и той вам не обломится. Так, где-то как-то по мелочам – возможно. Но в больших количествах – ни боже мой! Даже не думайте! Конечно, если у вас здоровья много и денег некуда девать, вы можете посвятить альтернативной энергетике остаток жизни. Но запрет вектора Умова-Пойтинга вам не преодолеть. Нет, не преодолеть!

Штанга!
Запрещённая энергетика

Сразу начнём с цитат из газет.

«К нетрадиционным источникам электроэнергии, относится энергия ветра, приливов, солнечная энергия, тепло Мирового океана и горячих подземных вод. Работа этих электростанций не наносит значительного экологического ущерба как в месте их расположения, так и глобального».

«Работы в области использования солнечной энергии в сфере электроэнергетики ведутся во всём мире. Достаточно сказать, что в 68 странах приняты национальные программы по использованию энергии Солнца. Учёными установлено, что средняя интенсивность по отношению к поверхности Земли составляет 160 Вт/м2, что в 4 тысячи раз превышает потребности человечества в энергии на 2020 год

Преимущества солнечная энергии очевидны:

Она имеется повсюду

Она практически неисчерпаема

Доступна в одной и той же форме на бесконечно долгий период времени

Чтобы обеспечить свои потребности в 2100 году, человечеству достаточно использовать менее 0,1% солнечной энергии или 1/40 часть солнечной энергии, падающей на пустыни.»

Нечто аналогичное можно прочитать и про другие альтернативные источники энергии, будь то энергия ветра, водорода или какого-нибудь термояда. Автор публикации буквально захлебывается от восторга.

Между тем, неумолимая наука давно (очень давно) вынесла вердикт: этому не бывать. Никогда альтернативной энергетике не потеснить традиционную.

Вердикт основательный, вынесен давно – в 1874 году (!), против вектора Умова-Пойтинга не попрёшь. Впрочем, откройте газеты-журналы: вновь и вновь читаем мы призывы выбросить деньги на альтернативную энергетику. И добро бы - от зеленых и журналистов – с болезных что взять – у них образование – три класса церковноприходской школы. От серьёзных (вроде) учёных такое слышать приходится! А ведь вектор Умова-Пойтинга они в Вузе проходили. Мимо видать…

В своё время разговоры о блестящем будущем альтернативной энергетики настолько достали академика, лауреата нобелевской премии П.Л.Капицу, что он в 1975 г. сделал специальный доклад на сессии академии наук СССР, который потом был опубликован. В нём он поставил жирный крест на всю альтернативную энергетику вместе взятую. И проклятье это никто до сих пор не снял!

П.Л. Капица // ЭНЕРГИЯ И ФИЗИКА // Доклад на научной сессии, посвященной 250-летию Академии наук СССР, Москва, 8 октября 1975 г. См.: Вестник АН СССР. 1976. № 1. С. 34-43.

Но! Нет пророков в своём отечестве.

Понимая всю справедливость этого утверждения, я всё же повторю доводы Капицы: кажется он что-то понимал в физике, может кто к нему и прислушается. Цитирую доклад:

... «Я уже сказал, что предсказания предстоящего энергетического кризиса делаются на основе закона сохранения энергии. Как известно, большую роль в ограничении возможности использования энергетических ресурсов играет также закон, требующий во всех процессах преобразования энергии возрастания энтропии. Оба эти закона накладывают «вето» на преодоление кризиса путем создания «перпетуум мобиле». Закон сохранения энергии накладывает «вето» на «перпетуум мобиле» 1-го рода. Энтропия накладывает «вето» на «перпетуум мобиле» 2-го рода. Интересно отметить, что этот второй род «перпетуум мобиле» и по сей день продолжают предлагать изобретательные инженеры, и часто опровержение такого рода устройств связано с большими хлопотами. Эта область относится к термодинамике, она хорошо изучена, и я на ней останавливаться не буду. Я ограничусь рассмотрением закономерностей, которые определяют развитие энергетики больших мощностей и связаны с существованием в природе ограничений для плотности потока энергии. Как будет видно, часто эти ограничения не учитываются, что ведет к затратам на проекты, заведомо бесперспективные. Это и будет основной темой моего доклада.

Все интересующие нас энергетические процессы сводятся к трансформации одного вида энергии в другой, и это происходит согласно закону сохранения энергии. Наиболее употребительные виды энергии - электрическая, тепловая, химическая, механическая, а теперь и так называемая ядерная. Трансформацию энергии обычно можно рассматривать как происходящую в некотором объеме, в который через поверхность поступает один вид энергии, а выходит преобразованная энергия. Плотность поступающей энергии ограничена физическими свойствами той среды, через которую она течет. В материальной среде плотность потока энергии U ограничивается следующим выражением:

U < vF,
(1)



где v - скорость распространения деформации, обычно равная скорости звука, F -плотность энергии, которая может быть либо упругой, либо тепловой, U есть вектор. (При стационарных процессах div U определяет величину преобразования энергии в другой вид.)

Замечание автора байки. Всё! Мы написали всё, что нужно, чтобы доказать бесперспективность альтернативной энергетики. На этом можно поставить точку и замолчать. П.Капица, однако, продолжает, в попытке достучаться до олигофренов. Последуем за ним.

…Вектор U оказывается весьма удобным для изучения процессов преобразования энергии. Впервые он был предложен в 1874 г. русским физиком Н.А. Умовым. Десятью годами позже такой же вектор для описания энергетических процессов в электромагнитном поле был дан Дж. Пойнтингом. Поэтому у нас принято называть его вектором Умова-Пойнтинга.

Если выражение (1) применить для газовой среды, то оно приобретет следующий вид:

U =A T1/2p,
(2)

где А - коэффициент, зависящий от молекулярного состава газа, Т - температура и р - давление газа.

Выражение такого вида определяет, например, ту предельную мощность, которую может передать горючая среда на единицу поверхности поршня мотора или лопаток турбины. Как видно, эта мощность падает с давлением; поэтому такое же выражение определяет ту предельную высоту, на которой может летать турбореактивный самолет. Используя вектор Умова-Пойнтинга, можно описывать даже процессы, когда энергия передается ременной передачей. Тогда произведение скорости ремня на его упругое напряжение дает мощность трансмиссии. Таким же путем можно определить предельную мощность, передаваемую лентой в генераторе типа Ван-де-Граафа. Мне пришлось на практике встретиться с технической проблемой, когда недостаточная плотность потока электрической энергии ограничивала осуществление решения этой проблемы на практике. Это произошло при следующих поучительных обстоятельствах.

В 40-х годах мой учитель А.Ф.Иоффе занимался разработкой оригинального электростатического генератора, который питал небольшую рентгеновскую установку. Этот генератор был прост по своей конструкции и неплохо работал. Тогда у Иоффе возникла идея заменить в широком масштабе электромагнитные генераторы на электростатические и перевести на них всю большую электроэнергетику страны. Главным основанием было то, что электростатические генераторы не только проще по своей конструкции, но могут сразу давать высокое напряжение для линий передач. Мне пришлось тогда опровергать осуществимость этого проекта, исходя из оценки плотности потока электроэнергии при трансформации ее в механическую.

Определим, согласно выражению (1) для U, плотность потока энергии, которая в зазоре между ротором и статором генератора преобразуется из механической в электрическую или обратно. Тогда v будет равна окружной скорости ротора генератора. По конструктивным соображениям эта скорость обычно берется около 100 м/с. Тангенциальные силы взаимодействия между статором и ротором в электромагнитном генераторе определяются энергией магнитного поля, поэтому мы имеем для плотности потока энергии:

U = a(H2/4p)v,
(3)

Коэффициент a определяется конструкцией генератора и характеризуется косинусом угла, образованного силой F и скоростью v. Обычно a имеет величину, равную нескольким десятым долей единицы. Магнитное поле Н определяется насыщением железа и не превышает 2 x 104 Э. При этом плотность потока электроэнергии (которая трансформируется в механическую или обратно) получается около 1 кВт на см2. Таким образом, для генератора мощностью 100 МВт ротор будет иметь рабочую поверхность примерно около 10 м2. Для электростатического генератора плотность потока энергии U будет равна

UU = a(E2/4p)v,
(4)

где электростатическое поле Е ограничивается электрической прочностью воздуха и не превышает 3x104 В/см. Поэтому, чтобы получить ту же мощность в 100 МВт потребуется ротор с поверхностью в (Н/Е)2 = 4x105 раз большей, т.е. равной 4x105 м2, или примерно половине квадратного километра. Таким образом, электростатический генератор больших мощностей получается практически неосуществимых размеров.

Аналогичный анализ показывает, что ограничение плотности потока энергии приводит к тому, что для энергетики больших мощностей приходится отказываться от ряда весьма эффективных процессов трансформировании энергии. Так, например, в газовых элементах, где происходит прямое превращение химической энергии окисления водорода в электроэнергию, этот процесс уже сейчас может осуществляться с высоким КПД, который достигает 70%. Но возможность применения газовых элементов для энергетики больших мощностей ограничивается весьма малой скоростью диффузионных процессов в электролитах; поэтому, согласно выражению (1), на практике плотность потока энергии очень мала, и с квадратного метра электрода можно снимать только 200 Вт. Для 100 мегаватт мощности рабочая площадь электродов достигает квадратного километра, и нет надежды, что капитальные затраты на построение такой электростанции оправдаются генерируемой ею энергией.

Другое, тоже, казалось бы, очень перспективное направление, но на которое по той же причине нельзя возлагать надежды, - это прямое превращение химической энергии в механическую. Как известно, такие процессы широко осуществляются в живой природе, в мускулах животных. К стыду биофизиков, эти процессы еще по-настоящему не поняты, но хорошо известно, что их КПД весьма высок. Однако эти процессы, даже если со временем они будут воспроизведены не на живой природе, не смогут быть применены для энергетики больших мощностей, так как и здесь плотность потока энергии будет мала, поскольку она ограничивается скоростью диффузионных процессов, происходящих через мембраны или поверхность мускульных волокон. Скорость диффузии здесь не выше, чем в электролитах, поэтому плотность энергетического потока не может быть больше, чем в газовых элементах.

Сейчас главный интерес привлекают те методы генерирования энергии, которые не зависят от количества энергии, запасенной в прошлом в топливе различного вида. Здесь главным из них считается прямое превращение солнечной энергии в электрическую и механическую, конечно, в больших масштабах. Опять же осуществление на практике этого процесса для энергетики больших мощностей связано с ограниченной величиной плотности потока энергии. Оптимальный расчет сейчас показывает, что снимаемая с одного квадратного метра освещенной Солнцем поверхности мощность в среднем не будет превышать 100 Вт. Поэтому, чтобы генерировать 100 МВт, нужно снимать электроэнергию с площади в 1 км2. Ни один из предложенных до сих пор методов преобразования солнечной энергии не может этого осуществить так, чтобы капитальные затраты могли оправдаться полученной энергией. Чтобы это было рентабельно, надо понизить затраты на несколько порядков, и пока даже не видно пути, как это можно осуществить. Поэтому следует считать, что практическое прямое использование солнечной энергии в больших масштабах нереально. Но по-прежнему это остается возможным через ее превращение в химическую энергию, как это испокон веков делается при содействии растительного мира. Конечно, не исключено, что со временем будет найден фотохимический процесс, который откроет возможность более эффективно и проще превращать солнечную энергию в химическую, чем это происходит сейчас в природе. Такой процесс химического накопления будет иметь еще то большое преимущество, что даст возможность использования солнечной энергии вне зависимости от изменения ее интенсивности в продолжение дня или времен года.

Сейчас также идет обсуждение вопроса использования геотермальной энергии. Как известно, в некоторых местах мира на земной поверхности, где имеется вулканическая деятельность, это успешно осуществляется, правда, в небольших масштабах. Преимущество этого метода для энергетики больших мощностей, несомненно, очень велико, энергетические запасы здесь неистощимы, и, в отличие от солнечной энергии, которая имеет колебания не только суточные, но и в зависимости от времен года и от погоды, геотермальная энергия может генерироваться непрерывно. Еще в начале этого века гениальным изобретателем современной паровой турбины Ч.Парсонсом разрабатывался конкретный проект использования этой энергии. Конечно, он не мог предвидеть тех масштабов, которых достигнет энергетика теперь, и его проект имеет только исторический интерес. Современный подход к этой проблеме основывается на том, что в любом месте земной коры на глубине в 10-15 км достигается температура в несколько сот градусов, достаточная для получения пара и генерирования энергии с хорошим КПД. При осуществлении этого проекта на практике мы опять наталкиваемся на ограничения, связанные с плотностью потока энергии. Как известно, теплопроводность горных пород очень мала. Поэтому при существующих внутри Земли градиентах температур для подвода необходимого тепла нужны очень большие площади, что весьма трудно выполнимо на глубине в 10-15 км. Вот почему возможность нагрева необходимого количества воды сомнительна.

Сейчас тут выдвигается ряд интересных предложений. Например, на этой глубине взрывать атомные бомбы и этим создавать либо большую каверну, либо большое количество глубоко проникающих трещин. Осуществление такого проекта будет стоить очень дорого; но, ввиду важности проблемы и больших преимуществ геотермального метода, я думаю, что, несмотря на эти расходы, следует, по-видимому, рискнуть осуществить этот проект.

Кроме солнечной и геотермальной энергий, не истощающих запасы, есть еще гидроэнергия, получаемая при запруживании рек и при использовании морских приливов. Накопленную таким образом гравитационную энергию воды можно весьма эффективно превращать в механическую. Сейчас в энергетическом балансе использование гидроэнергии составляет не более 5%, и, к сожалению, дальнейшего увеличения не приходится ждать. Это связано с тем, что запруживание рек оказывается рентабельным только в горных местах, когда на единицу площади водохранилища имеется большая потенциальная энергия. Запруживание рек с подъемом воды на небольшую высоту обычно экономически не оправдывает себя, в особенности когда это связано с затоплением плодородной земли, так как приносимый ею урожай оказывается значительно более ценным, чем получаемая энергия. Опять тот же недостаток плотности потока энергии.

Использование ветра, также из-за недостаточной плотности энергетического потока, оказывается экономически неоправданным. Конечно, использование солнечной энергии, малых водяных потоков, ветряков часто может быть полезным для бытовых нужд в небольших масштабах. Из приведенного анализа следует, что нужно искать новые источники энергии для энергетики больших мощностей взамен истощающихся в природе запасов химической энергии. Очевидно, можно и следует более бережно относиться к использованию энергетических ресурсов. Конечно, желательно, например, не тратить их на военные нужды. Однако все это только отсрочит истощение топливных ресурсов, но не предотвратит кризиса. Как это уже становится общепризнанным, вся надежда на решение глобального энергетического кризиса - в использовании ядерной энергии. Физика дает полное основание считать, что эта надежда обоснованна.

Как известно, ядерная физика дает два направления для решения энергетической проблемы. Первое уже хорошо разработано и основывается на получении цепной реакции в уране, происходящей при распаде его ядер с выделением нейтронов. Это тот же процесс, который происходит в атомной бомбе, но замедленный до стационарного состояния. Подсчеты показали, что при правильном использовании урана его запасы достаточны, чтобы не бояться их истощения в ближайшие тысячелетия. Электростанции на уране уже сейчас функционируют и дают рентабельную электроэнергию.

Следует признать, однако, что лучшим выходом из создавшегося положения нужно считать получение энергии путем термоядерного синтеза ядер гелия из ядер дейтерия и трития. Но трудности осуществления управляемой термоядерной реакции пока еще не преодолены. Я буду говорить о них в своем докладе, потому что, как теперь оказывается, эти трудности в основном также связаны с созданием в плазме энергетических потоков достаточной мощности. На этом я останавливаюсь несколько подробнее.

Хорошо известно, что для полезного получения термоядерной энергии ионы в плазме должны иметь очень высокую температуру - более 108 К. Главная трудность нагрева ионов связана с тем, что нагрев плазмы происходит в результате воздействия на нее электрического поля, и при этом практически вся энергия воспринимается электронами, которые благодаря их малой массе при соударениях плохо передают ее ионам. С ростом температуры эта передача становится еще менее эффективной. Расчеты передачи энергии в плазме от электронов к ионам при их кулоновском взаимодействии теоретически были надежно описаны еще в 30-х годах. Л.Д. Ландау дал выражение для этого взаимодействия, которое до сих пор остается справедливым.

Мощность Рa, передаваемая электронами с температурой Te ионам с температурой Тi в объеме V, равна

Рa = Vnk((Te - Тi) / teq),
(5)

где k - постоянная Больцмана, n - плотность плазмы. Время релаксации teq вычисляется по формуле Ландау, основанной на учете кулоновских взаимодействий. Согласно этой формуле при тех высоких ионных температурах Тi = 108-109 К, при которых термоядерная реакция может давать полезную мощность, поток энергии, переданный от электронов к ионам, очень мал. Изучение выражения (5) приводит нас к тому, что когда температура ионов Тi = 0,6 Te, передаваемая мощность имеет максимум значения. Максимальная величина мощности, переносимая от электронов к ионам дейтерия, будет равна

Рmax = 1.57∙10-34V( n2 / (Тi)1/2 ) Вт.
(6)

В плазме при 1 атм и температуре электронов Te = 109 К в объеме кубического метра передаваемая электронами ионам мощность будет около 400 Вт. Это небольшая величина, так как нетрудно подсчитать, что для того, чтобы нагреть кубометр плазмы до 6∙108 К при подводе такой мощности, потребуется около 300 секунд.

Малость величины передаваемой ионам энергии в особенности проявляется при осуществлении наиболее широко разрабатываемых теперь термоядерных установок Токамак. В них ионы удерживаются в ограниченном объеме сильным магнитным полем и процесс нагрева производится электронами, которые вначале коротким импульсом тока нагреваются до очень высоких температур, потом путем кулоновских столкновений передают свою энергию ионам. В условиях, принимаемых в современных проектах Токамака, время, за которое электроны передадут свою энергию ионам, достигает 20-30 с. Оказывается, за это время большая часть энергии электронов уйдет в тормозное излучение. Поэтому сейчас изыскиваются более эффективные способы подвода энергии к ионам. Это может быть или высокочастотный нагрев, или инжекция быстрых нейтральных атомов дейтерия, или диссипация магнитоакустических волн. Все эти методы нагрева ионов, конечно, значительно усложняют конструкцию реакторов типа Токамак. Из выражения для Рa видно, что эффективность энергетической передачи между электронами и ионами растет с плотностью. Поэтому предположим, что при нагреве лазерным импульсом твердого конденсированного трития или дейтерия начальная плотность будет очень велика (на несколько порядков выше, чем в Токамаке) и импульсами удается нагреть ионы в короткий промежуток времени. Но подсчеты показали, что, хотя время нагрева и сокращается до 10-8 с, все же оно недостаточно, так как за это время ничем не удерживаемый плазменный сгусток уже разлетится на значительное расстояние».

-*-*-*-

В небольшой байке, я, естественно, не могу привести всю статью П.Капицы. Настоятельно советую её найти и прочитать, тем более, что она висит в Интернете. Однако, я думаю понятно, почему установки типа Токамак (ИТЭР, ДЕМО и др.) абсолютно бесполезны для энергетики, чтобы не врали по этому поводу разработчики. Понятно так же, что низкая плотность энергии и низкая скорость диффузии приводят к низким значениям вектора Умова-Пойтинга, а, следовательно, к гигантским размерам электростанций, стоимость которых отобьют охоту к их строительству у любого любителя халявных энергоносителей.
Васька и ветер

Источник электроэнергии у нас на метеостанции Кёстер, что в предгорьях Верхоянского хребта, был экологически чистым. Ни бензина, ни солярки. Когда приходила пора включать рацию и передавать на материк данные о температуре, давлении, скорости ветра, влажности атмосферы в наших краях, Васька-дебил взбирался в велосипедное седло и начинал бешено крутить педали. Цепь передавала усилие на динамо-машину, с неё – в аккумулятор. Не проходило и получаса, как лампочка на панели радиостанции загоралась, и я начинал стучать ключом, как дятел.

Но этот источник энергии был капризным и затратным (работал на спирту), он был ненадёжен (в критический момент впадал в запой и был недвижим). Важно, также что при ближайшем знакомстве он оказался экологически не чистым. Васька никогда не мылся (вонял козлом), от безделья был толст, страшно потел и громко пердел, крутя педали и матерясь. Изо рта шёл перегар в виде изоамиловой сивухи, плохо переработанной махорки и чеснока. Короче, к концу связи в атмосфере радиорубки можно было вешать топор – кислорода в ней не было.

Пора было задуматься об охране труда: метеоролог – часть природы, а биоразнообразие надо беречь. Решил я биологический источник энергии удалить, заменив его на что-то другое – вечное, не капризное, не пьющее и не воняющее…

Ветер! Нас спасёт свежий ветер!

…Ветер, ветер, ты – могуч, ты гоняешь стаи туч…

Сказано – сделано. Прилетел к нам волшебник и привёз ветряк.

Месяц мы монтировали его на скале-утёсе, что торчал над нашим балком.

И вот настал миг торжества. Ветряк завертелся, гирлянда новогодних лампочек засветилась, в бараке стало светло, как днём, Васька лёг спать, а я включил рацию.

Но только я установил связь, как всё погасло. Настал штиль! Полный штиль. Т.е. ещё вчера ветер сбил меня с ног и утащил выстиранную рубашку, а сегодня он дуть перестал. Сачок! И не дул шесть дней и шесть ночей. Пришлось опять вернуться к источнику биоэнергии, заправить его стаканом водки, и водрузить на велосипед. Поехали!

На седьмой день иллюминация вспыхнула вновь. Да так, что половина лампочек сходу сгорела. Но главное – вибрация и звук. Дикий визг оглашал окрестности, что, впрочем, можно было терпеть. Однако тональность менялась, возник инфра-звук. Вот это, скажу я вам, нечто. Наши тела начали вибрировать, резонировали все пустоты в башке. Сильнейшее беспокойство охватило нас. В панике мы выскочили из спальников и бросились вон из балка. Правильно сделали!

Дул ветер, сильный и порывистый, с резкой сменой направлений. Ветряк наш крутился, как бешеный, крутился не только пропеллер, но и его хвост, так что избушка поворачивалась к нам, то передом, то задом. Мачта раскачивалась во все стороны, тросы трещали. Мощнейшие потоки воздуха обрушились на скалу. За миллионы лет скала повидала многое, но раньше на ней не было ветряка. Теперь она не выдержала. Раздался скрежет и треск. Скала треснула. Верхняя часть её отделилась, слегка воспарила, и всей массой, усиленной мачтой, тросами, движком, генератором, рухнула на наш несчастный балок.

На этом освоение дармовой энергии ветра нами закончилось. Вернулись к естественному источнику энергии, в конце концов, стакан самогонки – это не так много. А генераторную мы отделили от радиорубки, построив Ваське отдельный барак. Теперь он – в своей атмосфере. Экологически ему комфортной.

Там русский дух, там Русью пахнет….
Аккумулятор

Хороши природные источники энергии – солнце, ветер, приливы-отливы. Один недостаток – действуют не всегда. То солнце светит – в тени место себе не найдёшь, а то зайдёт за тучи, или вообще за горизонтом скроется. Причём, аккурат, когда тебе приспичило футбол посмотреть. Ночь настала – пора включать фонари, а солнце село и ветер стих.

В этом смысле – луна лучше. Ведь солнце светит днём, когда и так светло, а луна – ночью, когда темно. Но Луну в энергетику пока никто не звал… Разве что косвенно – через отливы-приливы.

Чтобы развивать альтернативную энергетику нужны аккумуляторы.

А их нет и не будет!

Т.е. термин такой сейчас встречается, но то дерьмо, которое у нас так называется, не достойно такого названья. Нет! Не достойно.

Откройте капот своей машины, что вы там видите? Видите вы там коробку с клеммами. Тяжёлую коробку – свинец и серная кислота. Это и есть «аккумулятор». Беда в том, что такая же коробка была 50 лет назад, 100 лет назад, 150 лет назад, и, надо полагать, будет ещё стоять в этом месте 50 лет и 100 лет в будущем. Дед мой, кряхтя и отдуваясь, таскал эту радость на четвёртый этаж, отец таскал, я таскаю, и внук таскать будет. Много чего произошло и произойдёт за двести лет, были и будут созданы сотни институтов Источников тока, в них будут работать десятки тысяч учёных-инженеров, будут затрачены миллиарды долларов, а свинцовый аккумулятор как был, так и останется главной деталью автомобиля. Не странно ли это…

В своё время я в своей лаборатории попытался преломить ситуацию. Свинец – тяжёл? Да! Плотность 11,34 г/см3. Выбросим его. Возьмём полимерные плёнки (Плотность 1 г/см3, почувствуй разницу). Сделали мы аккумулятор на базе твёрдых электролитов – две полимерных плёнки, между ними – тонкая прослойка. Общая толщина сэндвича – 200 микрон. Выбросили мы из машины свинцовый аккумулятор, разместили свою пленку в крыше и дверях машины, и поехали. Всё нормально!

Думаете нас начали носить на руках, купили наш патент? Ничуть не бывало!

Тут всё просто.

Хотя плотность полимера в 11 раз меньше свинца, ёмкость нашего аккумулятора в расчёт на единицу веса оказался на 20% выше. Выше, но всего на 20%! А кто из-за такой малости будет менять технологию? Никто!

Да я и сам вернул на место старый аккумулятор – у него ресурс выше.

Друзья мои! Есть простой критерий, по которому вы узнаете, что настала эра альтернативной энергетики, эра электромобилей (я имею в виду настоящие машины, а не инвалидные коляски, что колесят сейчас по центру Лондона). Когда аккумулятор примет вид английской булавки, когда вы в него за 10 мин закачаете мощность районной электростанции, а будете пользоваться им всем домом в течение пяти лет без подзарядки, т.е. когда емкость аккумулятора увеличится (не в разы, и не на порядки), а в миллион (лучше, конечно, в миллиард) раз, тогда да! Тогда альтернативная энергетика может быть на коне.

Только, ребята, спите спокойно! В этом веке вам такой аккумулятор не создать. Вектор Умова-Пойтинга, вялая диффузия, принцип запрета – не дадут вам здесь развернуться. А без него – в большую энергетику соваться нечего. В среднюю энергетику может 1% чего альтернативного и проникнет. Ваш удел – малая энергетика. Да и то процентов 10 и то – к концу 21-го века.

Овладейте фригидной бабой – диффузией, тогда посмотрим. А так?! Грех один…
Альтернативная энергетика

Откроешь газету и узнаешь, что природа приготовила нам платные, экологически неприемлемые источники энергии и бесплатные, экологически безопасные источники энергии. Платные – это газ, нефть, уголь, уран, а бесплатные – солнечная энергия, энергия ветра, морских приливов, геотермальная, энергия океанских течений, энергия биомассы. А есть ещё гидроэнергия, термоядерная, водородная. Столько всего хорошего, дешёвого, неисчерпаемого (возобновляемого), экологически чистого и безопасного. Зелёные бьют в барабаны, политики кричат на всех перекрёстках, журналисты строчат – вот она – альтернативная энергетика!!! Бери! А энергетики нос воротят, будто оглохли и ослепли. Знай себе строят станции на газе, угле, мазуте, да на уране с плутонием. Почему?!

Что ж, поговорим о «бесплатных», «безопасных» и «неисчерпаемых» источниках энергии. Правда ли, что они такие идеальные? Есть у них недостатки, пусть - мелкие?

Прежде всего введём некую единицу Q, которая заменит нам понятие «условное топливо». Теплотворная способность одной единицы условного топлива равна: 1 т.у.т.=7000000 ккал. 1Q = 252000000000000000 ккал=36000000000 т.у.т. = 33500000000 кВт(тепла) в год

Суммарные мировые потребности в энергии в год в 2000 году составляли 12,5 Q, а её производство достигло 1,5 Q в год. Для сравнения – в самом начале девяностых годов прошлого века суммарное энергопотребление составляло от 0,3 до 0,5Q.
Солнечная энергия

Средняя интенсивность по отношению к поверхности Земли составляет 160 Вт/м2, что соответствует тепловому потоку в 2000Q в год. Это огромная величина! Для всей поверхности Земли она составляет 1014 кВт. Такая мощность, и даже в тысячи раз меньше, может полностью обеспечить все потребности человечества в энергии. Она в 4 тысячи раз превышает потребности человечества в энергии на 2020 год. Эта энергия расходуется на нагрев поверхности, испарительно-осадочный цикл, фотосинтез, а также на образование волн, воздушных и океанских течений и ветра. Около 35% энергии, достигающей Земли, отражается в космическое пространство.

Солнечная энергия имеется везде, практически неисчерпаема, доступна в одной и той же форме длительное время. Она используется для производства электроэнергии и для отопления.

В первом случае основные усилия сосредоточены на двух направлениях:

использование полупроводниковых фотоэлектрических преобразователей (ФЭП), способных превращать энергию Солнца в электрическую;

создание паросиловых установок, в которых обычный паровой котел, работающий на органическом топливе, заменяется «солнечным» паровым котлом.

Солнечные электростанции сейчас строятся в различных регионах мира. Как правило - в тех районах, где не существует местных ресурсов для развития традиционной энергетики (т. е. нет месторождений горючих полезных ископаемых для тепловых электростанций и быстрых рек для строительств ГЭС), или отсутствуют возможности для транспортировки энергетических материалов в этот район.

Рис.1. Зона наиболее выгодного использования солнечной энергии

Преобразование солнечной энергии в электроэнергию можно вести как термодинамическими методами (получением пара высокого давления), так и прямым преобразованием с помощью фотоэлектрических панелей (ФЭП).

Принцип работы солнечных теплоэнергостанций (СТЭС) заключается в поглощении сравнительно большими по площади пластинами-энер