Г.А.Л._Изб. раб. по АСКУЭ

© Гуртовцев А.Л. Избранные работы по АСКУЭ (1981-2009)

561

но пригодные для производства полезной энергии (например, гидроресурсы). При этом топливо по своему применению в рамках ТЭР занимает только определенную долю.

Главными первичными энергоресурсами современной цивилизации стали по историческим, техническим и экономическим причинам невозобновляемые природные запасы ископаемого органического, или углеводородного топлива в виде нефти, газа,

каменного и бурого угля, торфа и горючих сланцев, накопленные в недрах планеты за сотни миллионов лет эволюции ее биосферы. Эти энергоресурсы и продукты их переработки используются интенсивно в энергетике в последние два столетия для сжигания в камерах сгорания, топках и котлах энергоустановок с целью получения исходной тепловой энергии в форме водяного пара. Далее эта энергия преобразуется в полезную механическую, тепловую или электрическую энергию в рабочих машинах (двигателях, турбинах, генераторах) на соответствующих энергообъектах - тепловых электростанциях (ТЭС), теплоэлектроцентралях (ТЭЦ) и котельных. Дополнительно к углеводородному топливу в энергетике потребляются невозобновляемые энергоресурсы ископаемого минерального топлива в виде урановой руды. Она применяется после соответствующей переработки и обогащения на атомных электростанциях (АЭС) для производства в процессе управляемой реакции деления ядер урана тепловой энергии в форме того же водяного пара с последующим его использованием для выработки электрической и/или тепловой энергии.

Помимо невозобновляемых первичных энергоресурсов, которые в современной мировой энергетике используются для выработки свыше 85% всей полезной энергии, все шире применяются и разнообразные возобновляемые энергоресурсы:

а) гидроэнергоресурсы, использующие механическую потенциальную и кинетическую энергию воды, в частности, на гидро - (ГЭС) и гидроаккумулирующих (ГАЭС), приливных (ПЭС) и волновых электростанциях (ВоЭС);

б) ветроэнергоресурсы, использующие кинетическую энергию воздушных потоков атмосферы для выработки электроэнергии на ветроэнергетических установках (ВЭУ) и ветровых электростанциях (ВЭС);

в) геотермальные и геогидротермальные энергоресурсы, используемые для получения тепловой энергии с горячей водой и паром на геотермальных тепловых электростанциях

(ГеоТЭС);

г) солнечное излучение, используемое для получения тепловой энергии на солнечных водяных коллекторах или электрической энергии на солнечных (СЭС) и солнечных тепловых электростанциях (СТЭС);

д) выращиваемая и затем сжигаемая в топках энергоустановок с целью получения тепловой энергии биомасса, и другие возобновляемые природные энергоресурсы.

Наряду с первичными энергоресурсами в энергетике применяются и вторичные энергоресурсы, которые появляются как отходы основного общественного производства в процессе получения или использования полезных видов энергии в самой энергетике или в других отраслях экономики. К таким вторичным энергоресурсам относятся, в частности,

различные производственные отходы, пригодные для сжигания (например, опилки, мусор, автомобильные покрышки) или производства горючих газов (биоотходы, в том числе навоз), отходы, или сбросы тепловой энергии в виде горячей воды, пара или газа, пригодные, тем не менее, для дальнейшего использования, и другие энергоотходы. Вторичные энергоресурсы могут применяться как для дополнительной выработки и преобразования энергии, так и для непосредственного полезного ее использования в тех или иных технологических процессах.

Первоочередной задачей большой энергетики является получение и использование первичных и вторичных энергоресурсов для выработки двух господствующих в обществе, полезных и универсальных видов энергии – тепловой и электрической. Эта задача решается в рамках топливно-энергетического комплекса (ТЭК), в который входит топливная промышленность – комплекс отраслей, занятых добычей и переработкой соответствующего топливно-энергетического сырья (нефти, газа, угля, сланцев, торфа, древесины, урановой

© Гуртовцев А.Л. Избранные работы по АСКУЭ (1981-2009)

562

руды), топливоснабжающая отрасль, обеспечивающая поставку топлива по системе трубопроводного (например, газопроводами) или автомобильного транспорта и энергосистема, реализующая на большой территории (область, регион или страна) в режиме единого функционирования и управления непрерывный процесс использования первичных энергоресурсов для производства, передачи, распределения и потребления электрической и тепловой энергии.

Первичные энергоресурсы, поступающие в энергосистему, имеют вид первичных энергоносителей или преобразуются к этому виду в процессе топливоподготовки (например, природный газ или мазут приводятся в систему заданных термодинамических параметров – температуры и давления, вода проходит стадию химводоподготовки – очищается от примесей и подогревается, уголь размельчается и т.д.). Первичные энергоносители - это подготовленные первичные энергоресурсы, пригодные для непосредственного технического использования в энергосистеме для выработки из них энергии. Выработанная в энергосистеме тепловая энергия, в свою очередь, передается потребителям по трубопроводному транспорту посредством вторичных энергоносителей, в качестве которых чаще всего используются водяной пар и теплофикационная вода (теплоносители). В качестве первичных и вторичных энергоносителей можно рассматривать и электроэнергию: в первом своем представлении она используется для работы энергоустановок энергосистемы, а во втором – как продукт энергетического производства, предназначенный для передачи потребителям.

В общем случае энергоносители можно определить как энергоресурсы, представленные в форме, позволяющей их непосредственное применение в технических системах энергосистем и потребителей для преобразования или использования содержащейся в них энергии.

Энергоносители – это энергоресурсы, представленные в форме, позволяющей их непосредственное применение в технических системах энергосистем и потребителей для преобразования или использования содержащейся в них энергии

Основными видами энергоносителей в сегодняшней малой и большой энергетике, а

также у потребителей, являются жидкие и газообразные энергоносители (в частности, природный газ, мазут, вода, водяной пар и другие) и электроэнергия. Общей особенностью применения, передачи, распределения и потребления этих энергоносителей в энергосистемах и у потребителей является наличие стационарной территориально распределенной связной инфраструктуры, включающей генерирующие источники (электростанции,

энергоустановки) и хранилища энергоносителей (нефте-, мазуто-, газо- и водохранилища),

трубопроводный транспорт и линии электропередачи для магистральной и распределительной передачи энергоносителей, распределительные и преобразовательные станции и подстанции, пункты энергоснабжения и питающие ввода потребителей. Вся эта инфраструктура работает как единое целое под соответствующим общим оперативнодиспетчерским управлением и с необходимым соблюдением всех системных режимов функционирования. По существу такие энергетические системы подобны сложным организмам, жизнеспособность и эффективность которых зависит как от внутренних, так и внешних факторов.

Жидкие и газообразные энергоносители и электроэнергия широко используются во всех отраслях экономики, начиная от таких энергоемких, как металлургические, горнодобывающие и горноперерабатывающие, химические, машиностроительные и другие производства, и оканчивая жилищно-хозяйственным сектором, многоквартирными и индивидуальными жилыми домами. В условиях постоянного нарастающего дефицита и роста стоимости энергии и энергоносителей во всех отраслях актуален вопрос их измерения и учета с последующим управлением на основе полученных данных

© Гуртовцев А.Л. Избранные работы по АСКУЭ (1981-2009)

563

энергопотреблением как отдельных субъектов и отраслей хозяйствования, так и государства в целом. Завтрашний день, несомненно, сделает актуальным задачу управления энергопотреблением для союзов государств или, даже, для всего их планетарного содружества, а решение этой задачи будет достигаться путем создания глобальных автоматизированных систем контроля и учета энергоносителей (АСКУЭ).

Цель измерения, учета и управления выработкой и потреблением энергии и энергоносителей для любого индустриально развитого общества – это глобальная оптимизация энергопотребления, энергосбережение и обеспечение устойчивого экономического развития общества в эпоху наметившегося ограничения традиционных мировых энергоресурсов, бушующих энергетических кризисов и конфликтов, глобализации рынков энергоресурсов и существенного роста неблагоприятного техногенного воздействия человечества на экологию биосферы.

Справка

Статья не публиковалась ранее. Написана в 2008 г.

© Гуртовцев А.Л. Избранные работы по АСКУЭ (1981-2009)

564

ИЗ ИСТОРИИ МИРОВОЙ ЭНЕРГЕТИКИ: ЛЕГЕНДЫ И БЫЛИ

Гуртовцев А.Л, к.т.н., Белорусский теплоэнергетический институт

Греческие истоки

Русское слово "энергия", английское "energy", немецкое "energie" - все они произошли от греческого "energeia", что означает "деятельность". Под энергией понимается применительно к человеку деятельная сила, настойчивость, решительность в достижении поставленной цели, а применительно к силам природы - общая мера различных видов движения и взаимодействия материальных объектов. Главные формы энергии -

механическая, тепловая, химическая, электромагнитная, гравитационная, ядерная. Закон

сохранения энергии во всех ее превращениях из одной формы в другую - один из основных законов современного естествознания.

Не только многочисленная научная и техническая терминология, но и сами истоки современного естествознания и техники во многом кроются в необъяснимом "чуде"

Древней Греции - мощном взлете философской, научной и технической мысли на протяжении второй половины первого тысячелетия до нашей эры. Достижения античных ученых и инженеров во многом предвосхитили открытия и изобретения, сделанные спустя почти два тысячелетия в эпоху промышленной революции, когда осуществился массовый переход от мускульной энергии человека и животных к главной движущейся силе техногенного развития современной цивилизации - "движущей силе огня и пара", образующейся на электростанциях и теплоэлектроцентралях при сжигании в их паровых котлах невозобновляемого органического топлива (торфа, угля, нефти, газа) и заставляющей вращаться паровые турбины и электрические генераторы.

Между тем первый тепловой двигатель - прообраз реактивной паровой турбины - описал и построил древнегреческий ученый Герон Александрийский (1 век н.э.), последователь александрийской школы математиков и механиков, у истоков которой стояли такие легендарные личности, как Архимед (287-212 гг. до н.э.) и его современник Ктесибий

(механик-самоучка, изобретатель водяных часов, гидравлического органа, пожарной помпы, пневматического ружья), а также ученик Ксесибия Филон Византийский (автор "Механического синтаксиса" - 9-ти томной технической энциклопедии, которая на многие века вперед определила техническую терминологию в области механики и пневматики).

Энерготехническим шедевром многочисленных пневматических и паровых устройств, придуманных и построенных Героном, стал тепловой двигатель - "эолипил" (от греч. "эол" - бог ветра и "пилос" - шар; в те времена полагали, что при подогреве воды образуется не водяной пар, а воздух). Это был металлический шар с впаянными в него на противоположных полушариях открытыми трубками, концы которых загибались в противоположные стороны.В шар наливалась вода и подогревалась до кипения. Пар, выбрасывавшийся из трубок во время кипения, создавал реактивные силы, и шар вращался в трубчатых опорах. Герон в своих многочисленных трактатах ("Пневматика", "Метрика", "Об автоматах", "Механика" - многие из них сохранились благодаря арабским переводам) не только привел описания многочисленных известных и изобретенных им и Ктесибием приборов, но и дал теоретическое объяснение их принципов действия. В этих сочинениях Герона впервые, и в противоположность традиции умозрительной натурфилософии, изложен

экспериментальный метод научного исследования и впервые были получены и

использованы в реальных устройствах не существующие в природе искусственные силы сжатого воздуха и пара (новые формы энергии), были продемонстрированы возможности практического использования этих сил. Но все эти революционные достижения не привели к коренному изменению производительных сил тогдашнего общества, основанному на

© Гуртовцев А.Л. Избранные работы по АСКУЭ (1981-2009)

565

дешевой рабской силе и не нуждавшемуся в иных движителях. Новые принципы получения

"движущей силы" - превращение тепла от сжигания топлива в механическую работу -

оказались востребованы только через семнадцать столетий в эпоху промышленной революции на заре развития капитализма.

Существуют обоснованные предположения, что начальные знания древнегреческой цивилизации не появились спонтанно, "на ровном месте", а были переданы ее передовым представителям (Фалесу, Солону, Гераклиту, Пифагору, Платону и другим) их учителями с Востока и Египта, а тем, в свою очередь, они достались по наследству от еще более древних цивилизаций.

Электрические загадки древних цивилизаций...

Русское слово "электрический", английское "electrical", немецкое "elektrish" восходят к античному греческому "elektron", что означает "смола, янтарь". Термин "электрические силы" впервые введен в науку лейб-медиком английской королевы

Вильямом Гильбертом (1544-1603) в своей книге "О магните, магнитных телах и о большом магните - Земля", которая вышла в Лондоне в 1600 году. Со времен античности было известно, что янтарь при трении способен притягивать легкие тела (об этом упоминал еще в 590 г. до н.э. Фалес - первый древнегреческий мудрец), но Гильберт первым стал исследовать аналогичные свойства у других тел и признал такое притяжение за новую особую силу природы, назвав ее по греческому названию янтаря "электрической силой". Через 186 лет после этого события итальянский врач и анатом Л. Гальвани, препарируя лягушек, обнаружил явление "животного электричества" и влияние разнородных металлов - меди и железа - на проявления этой силы, а еще через тринадцать лет, в 1799г. его соотечественник физик А.Вольта создал первый химический генератор электродвижущей силы - гальванический элемент (назван в честь предшественника, опыты которого дали Вольта толчок к исследованиям). В истории науки и техники именем Вольта названа батарея гальванических элементов - вольтов столб, электрический разряд между двумя электродами - вольтова дуга и единица напряжения - Вольт.

Но как часто история вновь и вновь возвращает нас к вечной философской истине, что "новое - это хорошо забытое старое"! Археологические раскопки 1936 года в древней Месопотамии (район Багдада) привели к находке странного предмета, который представлял собой 28-сантиметровый глиняный сосуд с расположенным внутри его медным цилиндром. В этом цилиндре, в свою очередь, находился обернутый асфальтовой прокладкой окислившийся железный брусок. Эксперименты с реконструированной находкой двухтысячелетней давности показали, что она является самым настоящим гальваническим элементом. Исследователи, заполнив сосуд на выбор местными доступными жидкостями с электролитическими свойствами - вином, морской водой, уксусом, получили электрический ток силой 0,5-5 mA и напряжением до 0,5 В. Объединяя такие элементы в батареи (вольтов столб), можно было еще 2 тысячи лет тому назад получать достаточно мощные источники тока, пригодные для практического использования (история упоминает о мистическом мастерстве ювелиров египетской царицы Клеопатры, умевших превращать обычные металлические изделия в золотые; в свете указанной находки мистика может быть заменена вполне реальным процессом золотой гальваностегии - покрытия металлов тонким слоем золота в электролитической ванне с гальваническими элементами ).

Еще более странную находку в конце двадцатого столетия обнаружили американские геологи в горах Калифорнии. В конкреции окаменевших раковин, которым было, по меньшей мере, 0,5 миллиона лет, оказался шестигранный керамический предмет со стальным тонким коррозированным сердечником. Все говорило о том, что эта находка является древнейшим электрическим изолятором или свечой зажигания...

Эти находки, а также некоторые иные исторические сведения, дошедшие к нам отрывками из бездны времени, свидетельствуют с высокой вероятностью о существовании

© Гуртовцев А.Л. Избранные работы по АСКУЭ (1981-2009)

566

когда-то более древней цивилизации, чем наша. Она достигла больших высот в развитии научных знаний и технологий, но была впоследствии уничтожена глобальным катаклизмом

(такие катастрофы, как доказала современная наука, случались в истории планеты за 4,5 миллиардов лет ее существования неоднократно). От этой погибшей цивилизации, от отдельных выживших в глубокой древности ее представителей, ставших пророками и духовными прародителями нынешней, существующей последние 9-10 тысяч лет цивилизации, были получены в наследство наши базовые знания о мире, о Вселенной. С Востока, от жрецов древних халдейских и египетских храмов - хранителей тайных знаний, через античных греческих мыслителей, философов и ученых эти знания стали открыты и доступны новой западной цивилизации. Далеким эхом ушедшего времени до нас доходят и редчайшие археологические находки - материальные следы забытых и ныне заново открытых человеческих достижений.

Большой силовой кристалл Атлантиды ?

О существовании великой погибшей працивилизации под именем Атлантида, имевшей большие научно-технические достижения (в первую очередь в области энергетики), впервые открыто провозгласил древнегреческий мыслитель Платон (427347гг. до н.э.) в двух своих философских диалогах "Тимей" и "Критий". В "Тимее" Платон от имени философа Крития рассказывает Сократу (учителю Платона) и двум другим участникам диалога предание, полученное от друга и родственника прадеда Крития - правителя Афин Солона (640-559 гг. до н.э.), которого древнегреческая традиция относит к первым семи мудрецам Греции. Солон посетил на склоне лет жрецов храмов богини Нейт в древних египетских городах Саис и Гелиополь, от которых и узнал о существовании погибшего царства.

Египетские жрецы рассказали Солону, что древние предания, записанные в храмовых папирусах, повествуют о существовании царства Атлантида, которое располагалось в Атлантическом море (тогда еще не существовало понятие океана) на огромном острове за Геракловыми столпами (Гибралтарским проливом) и с которого "можно было легко

перебраться на другие острова, а с них - на весь противолежащий материк, который охватывал то море " (поразительно: за 2 тысячелетия до открытия Колумбом Америки египетские жрецы, а за ними и древние греки, знали о существовании континента за Атлантическим океаном - эта деталь придает их сообщению об Атлантиде особую достоверность). В результате природной катастрофы, случившейся, по словам жрецов, 9 тысяч лет назад, Атлантида исчезла, погрузившись в пучину. Платон, на мой взгляд, воспользовался фактом существования Атлантиды, но в своих диалогах по существу превратил факт в разукрашенную легенду, обосновывая на примере Атлантиды свои идеи об

устройстве идеального государства и	величии своей прародины - древних Афин, якобы
существовавших во времена Атлантиды и боровшихся на равных с царством атлантов.
Пока прямых следов бытия Атлантиды не обнаружено (океан крепко хранит свои
тайны), но свидетельства и даже	подробности ее существования известны из таких

"ненаучных" источников, какими считаются видения или "чтения" ясновидцев и пророков. Мы привыкли безоговорочно верить в существование или бытие того, что можно увидеть, пощупать или, в крайнем случае, ощутить на вкус и запах - в то, что действует на наши органы чувств, или иными словами, в материальные объекты, имеющие форму и размеры. Современная цивилизация далеко продвинулась в исследованиях материального мира, дойдя до тех границ, которые уже прямо не ощутимы, но, тем не менее, реальны - молекулы, атомы, элементарные частицы. Вместе с тем, понимание идеальных, духовных процессов в человеке и их взаимосвязь с материальным миром для современной науки по-прежнему остается тайной за семью печатями. Именно поэтому основным методом развития науки и техники продолжает оставаться метод эксперимента (метод проб и ошибок) и логического анализа-синтеза результатов экспериментов (аналитический метод). Вместе с тем,

© Гуртовцев А.Л. Избранные работы по АСКУЭ (1981-2009)

567

реально существует, необъяснимый пока наукой, принципиально иной способ познания мира

- мгновенное познание через интуицию и озарение способного и подготовленного к такому акту человека (инсайт, или сверчувственное восприятие). Этот способ неявно лежит как в основе всех выдающихся научно-технических открытий (путь от незнания через интуицию ученого к знанию с последующем логическим объяснением его для общественного признания

ипользования), так и явно в основе пророчеств и ясновидения (без возможности логического объяснения результатов в силу их большого отрыва от современной картины знаний).

Итак, обратимся к "чтениям" одного из величайших ясновидцев в истории современной цивилизации Эдгара Кейси (1877-1945). Все его "чтения", которые он осуществлял впадая в транс в "спящем" состоянии (поэтому его называли "спящий пророк"), происходили в присутствии свидетелей и тщательно документировались - сохранилось свыше 30 тысяч архивных записей. Его пророчества сбылись на 80%, а те многочисленные видения в пространстве и времени, которые можно было перепроверить, - на 100%. "Путешествуя по прошлому", он неоднократно добирался до Атлантиды, оставив необычайно интересные сведения о ее жизни. Мы рассмотрим только те, которые относятся к энергетике и техническим достижениям Атлантиды.

Кейси "рассказывал", что десятки тысяч лет назад на континенте Атлантида возникла

ирасцвела технократическая цивилизация, которая продвинулась в своем развитии дальше современной. Атланты не догадались изобрести двигатель внутреннего сгорания, не додумались до идеи переработки нефти в бензин (в Атлантиде не было нефтяных месторождений), но они создали цивилизацию, основанную на силах электричества. Был изобретен электрический двигатель, работающий на неизвестном современной цивилизации принципе (вспомним, что в основе работы большинства современных электродвигателей лежит принцип электромагнитной индукции, открытый Фарадеем в 1831г.). Электричество перемещало в Атлантиде все транспортные средства. Был открыт способ дистанционного фотографирования на любом расстоянии (сейчас к нему можно условно приравнять разве что только спутниковую фотографию). С помощью созданных ими приборов атланты могли видеть сквозь стены - под воздействием приборов стены на время становились прозрачными (ультразвук или рентгеновские лучи?). Атланты владели наряду с силами электричества также и силами расширяющихся газов (газы добывались, вероятно, методом электролиза жидкостей), что позволяло им вызывать взрывы колоссальной мощности, способные провоцировать даже вулканические извержения. Атланты преодолели силу земного тяготения и вышли в космос.

Центральной энергетической установкой Атлантиды, по Кейси, был Большой силовой кристалл (кристалл кварца в виде высоченной, размером с телевышку призмы),

способный улавливать и концентрировать солнечную энергию. Эта энергия, накапливаясь в кристалле, затем трансформировалась с помощью специальных приборов в энергию электрическую. Такой кристалл невозможно создать в лабораторных условиях - атлантам посчастливилось отыскать на своем континенте очень мощную кварцевую жилу, которая на одном, весьма протяженном участке была прямой как стрела. Этот ее прямой фрагмент и был целиком извлечен из недр в результате многолетних работ (в современной истории достоверно описан кристалл кварца длиной 7,5 м). Грани кристалла были обработаны с такой величайшей точностью и тонкостью, что они вбирали в себя каждую корпускулу (квант) солнечного или даже лунного света. Поставленный вертикально, кристалл стал функционировать круглосуточно как поглотитель и накопитель энергии.

Атлантида находилась в тех широтах, на которых ныне плещутся волны Атлантического океана между Мексиканским заливом и Африканским побережьем. По Кейси, аборигены Атлантиды сделали мощный цивилизованный рывок вперед строго самостоятельно, вне какой-либо связи с "пришельцами" и полудикими племенами своих соседей. Цивилизацию атлантов с поверхности планеты смела серия чудовищных геологических катаклизмов, в двух первых из которых были повинны сами атланты: они стали использовать энергию кристалла для бурения сверхглубоких скважин на своем

© Гуртовцев А.Л. Избранные работы по АСКУЭ (1981-2009)

568

континенте. Третья катастрофа общепланетного масштаба привела около 10500 лет до н.э. к всемирному потопу, в пучине которого погибла Атлантида и многие другие народы,

населявшие Землю (это событие зафиксировали древние шумерские и вавилонские предания, египетские источники, еврейская Тора, а позже через них и Библия). Сохранившиеся после катастрофы остатки человечества находились еще в первобытном состоянии, из которого и стала в муках нарождаться современная цивилизация, причем не без помощи отдельных уцелевших атлантов, ставших у полудиких народов их предводителями, царями и жрецами.

Кристалл атлантов задает загадку современной энергетике - возможно ли такое чудо? Попробуем оценить его. Современная мощность электромагнитного излучения, или светимость Солнца, оценивается в 3,8∙1023 кВт, но до нашей планеты, которая удалена от светила на ~107 его диаметров, доносится ничтожная часть этого излучения (точнее одна 2,2 миллиардная часть), равная 1,8∙1014 кВт. Рассеиваясь и поглощаясь в многокилометровой толще атмосферы Земли, поверхности планеты достигает еще меньшая мощность солнечного излучения - 0,8∙1014 кВт. Электромагнитное излучение Солнца имеет две составляющие - постоянную и переменную. Переменная часть (ультрафиолетовое, рентгеновское и радиоизлучение) во время солнечных вспышек возрастает в миллион раз по отношению к фазе спокойного Солнца, а постоянная часть характеризуется Солнечной постоянной - количеством солнечной энергии, падающей за 1 мин на площадку в 1 см2, расположенную перпендикулярно солнечным лучам за пределами земной атмосферы на среднем расстоянии Земли от Солнца (расстоянии в 149,6 млн. км, или в 1 астрономическую единицу). В настоящее время ее значение известно с точность до 1% и равно 1,95 кал/(см2∙мин), или 1,36 кВт/м2. В силу эллиптичности орбиты Земли относительно Солнца сезонные колебания постоянной достигают 7 %.

Солнечная постоянная учитывает энергию не только оптического излучения -

видимых (длина волны 390-760 нм), ультрафиолетовых (10-390 нм) и инфракрасных лучей

(760нм - 1мм), но и энергию в других диапазонах солнечного излучения: радиоволновом

(более 1мм), рентгеновском (0,01-10 нм) и гамма-излучении (менее 0,01 нм). Напомним, что

1нанометр=10-9м=10-6мм. Почти 99 % всей энергии солнечного излучения приходится на границе атмосферы Земли на длины волн оптического излучения 170-4000 нм, причем на видимую часть спектра приходится 48%, на инфракрасную - 45% и на ультрафиолетовую - 7%. Мощность прямого солнечного излучения на уровне земной поверхности (уровне моря) зависит от погоды и высоты Солнца над горизонтом и не превышает 1,6 кал/ (см2∙мин), или 1,1 кВт/м2. Зная эти цифры, можно, в частности, оценить максимально возможную мощность Большого силового кристалла (при условии отсутствия предварительного концентрирования солнечной энергии путем зеркал или фокусирующих линз).

Если допустить, что высота кристалла была 100 м, а радиус 2 м (неправдоподобно большой кристалл!), то площадь его поверхности составит 1256 м2, а максимальная поглощаемая мощность солнечной энергии - около 1,38 МВт (сравните с единичной мощностью 300-1200 МВт крупной современной турбины) - маловатая мощность для решения глобальных проблем. Неужели в данном случае Кейси ошибался? Под сомнением остается и возможность прямого преобразования кварцем, несмотря на все его уникальные качества (поляризацию света и пьезоэлектрические свойства), солнечной энергии в электрическую. Возможно, эти вопросы еще ждут своих исследователей. Хочется верить, что далеко не все способы преобразования энергии, и в первую очередь солнечной энергии, найдены и реализованы.

Земной путь энергии солнца

Все ископаемые и возобновляемые земные источники энергии обязаны своим происхождением космосу и, прежде всего, энергии гравитации и излучения Солнца. Запасы

ядерного топлива и внутренней термотектонической энергии Земли возникли в связи с гравитационным воздействием Солнца на стадии формировании планеты из начальной

© Гуртовцев А.Л. Избранные работы по АСКУЭ (1981-2009)

569

газопылевой туманности и последующими физическими трансформациями ее исходного вещества. Запасы органического топлива (уголь, нефть, газ) обусловлены накоплением солнечной энергии в течение последних нескольких сотен миллионов лет в земной биомассе с ее дальнейшим физикохимическим преобразованием в земной коре. Текущее же солнечное излучение обеспечивает энергией все возобновляемые земные энергоисточники и саму возможность существования жизни на Земле. Если Солнце погаснет, то жизнь на нашей планете прекратится в считанные дни, несмотря на наличие мощной земной энергетики

(прообразом такого состояния являются внешние дальние планеты солнечной системы, в частности, Нептун, температура поверхности которого даже при "живом" Солнце ниже минус 2180С).

Поверхность Земли составляет 510 млн км2, из которых 29% принадлежит суше и 71% океану (включая моря). Поскольку теплоемкость воды в 5 раз выше, чем суши, то тепловое влияние океана на климат планеты и на преобразования солнечной энергии в другие естественные виды энергии имеет решающее значение. Солнечное излучение, нагревая атмосферный воздух и поверхность океана, порождает ветры и волны, приводит в движения океанские течения. Энергия солнечного и лунного притяжения является движущей силой океанских приливов и отливов. Океан - это самый большой земной резервуар накопления и трансформации космической энергии. Он является кладовой растительной и гидротермальной энергии, энергии химических связей газов, солей и питательных веществ. Океан буквально наполнен экологически чистой, безопасной и практически неиссякаемой , как само Солнце, энергией, потенциальное использование которой позволяет человечеству с оптимизмом смотреть в будущее - ведь энергия является основой существования современной цивилизации.

Энергия может быть извлечена из океана, но при этом ее источником будет не океан вообще, а каждая из различных форм энергии, содержащихся в нем, - волновая, приливная,

течений, тепловая, химическая, растительная. Главный принцип, лежащий в основе большинства способов извлечения энергии, это целенаправленное использование неравновесного состояния рабочей среды (только при таком условии можно получить энергию и с ее помощью совершить полезную работу). В океане же отсутствие равновесия проявляется в трех основных формах: различиях в уровнях воды, ее температурах и в химическом составе.

Разница в уровнях воды прилива-отлива (в некоторых местах мирового океанического побережья она достигает высоты 6-этажного дома) используется с помощью дамб в приливных электростанциях (одна из первых таких станций мощностью

240 МВт работает с 1967г. в устье реки Ранс в Бретани, Франция), а волновая энергия,

вызванная непрерывными колебаниями уровня поверхности океана под влиянием ветров, преобразуется в электрическую в волновых или морских помпах (первые действующие эффективные преобразователи энергии волн реализованы в 70-х годах прошлого столетия в Японии в виде портовых сигнальных бакенов). Годовой потенциал только приливной энергии океанов почти в 2 раза превышает энергию, выработанную всеми электростанциями мира в

2000 году.

Океан постоянно находится в состоянии термального неравновесия. Разница в уровнях температуры существует в океане как между поверхностными и глубоководными водами (например, на экваторе поверхностная температура 26 0С, а на глубине 1000 м 4,40С), так и между водами теплых океанических течений и соседними слоями океана. Тепловая энергия, соответствующая солнечному перегреву поверхностных вод океана по сравнению с донными на 20 0С, оценивается величиной порядка 1026 Дж (эквивалентна современной годовой мировой выработке электроэнергии в течение еще миллиона лет), а кинетическая энергия океанских течений (например, теплое течение Гольфстрим у берегов Флориды несет свои воды со скоростью 6-7 км/час) - величиной порядка 1018 Дж. Люди только начинают утилизировать ничтожную долю этой колоссальной энергии используя, в

частности, тепловые насосы (первые опыты проведены в 20-х годах прошлого столетия) и

© Гуртовцев А.Л. Избранные работы по АСКУЭ (1981-2009)

570

низкоскоростные водяные турбины, причем ценой больших и медленно окупающихся капиталовложений.

Градиентная химическая энергия образуется в устьях рек, где пресная вода смешивается с соленой океанской или морской водой. Возникающий градиент солености используется в экспериментальных преобразователях для создания осмотического давления и его дальнейшего ступенчатого преобразования в электроэнергию. Другой, прямой путь химического получения электроэнергии из воды - это электробатареи, содержащие секции с пресной и соленой водой, действие которых основано на электролитическом разделении противоположных зарядов ионов поваренной соли.

Выращивание с плотов на фермах в океане быстрорастущих (до 0,7 м/сутки) гигантских бурых водорослей келп, легко перерабатываемых в метан для энергетической замены природного газа, - это еще один эффективный путь трансформации солнечной энергии в химическую энергию топлива (первая такая ферма построена американцами в Тихом океане в 1974 г.). Океанская вода является, кроме того, и гигантским хранилищем такого экологически чистого топлива, как водород, который может быть выделен из нее электролизом.

Человечество, освоив в своей недавней истории производство энергии на суше

(тепловые, солнечные, ветровые, геотермальные, атомные и гидроэлектростанции) и

приступая к использованию энергии океана, надеется тем самым облегчить судьбу своих потомков и сделать третью планету Солнечной системы более жизнеспособной.

Запасы и пределы производства энергии на Земле

Текущее солнечное излучение мощностью 0,8∙1014 кВт, достигающее земной поверхности, приносит ежегодно на планету 0,7∙1018 кВт∙ч энергии, что эквивалентно 84 трлн. т у.т., или 2,52∙1024 Дж. Назовем эту величину годовой солнечной нормой (ГСН), или солнечной единицей, и все другие виды энергий определим относительно этой единицы. Отклонение от нормы в ту или иную сторону на несколько процентов превратило бы нашу Землю в выжженную или, наоборот, ледяную пустыню. Поступающая солнечная энергия трансформируется в тепловую энергию суши и океана, энергию течений, волн, ветров, химическую и биологическую энергию, а после всех преобразований излучается обратно в космическое пространство преимущественно в виде низкотемпературного инфракрасного излучения. Годовые потери внутриземного тепла через поверхность планеты составляют около 8,4∙1020 Дж, т.е. всего трехтысячную долю ГСН, и поэтому тепловой баланс Земли определяется прежде всего солнечной единицей.

На планете существуют и другие источники энергии: ископаемое органическое (нефть, газ, уголь, торф) и неорганическое (уран, дейтерий) топливо, биомасса, гео- и гидротермальная энергия недр и океана, гидроресурсы суши и приливная энергия океанов. В

настоящее время более 90% всей энергии, используемой человеком, приходится на долю органического топлива, т.е. отложенных запасов солнечной энергии. При этом 25% общего потребления энергоресурсов используется на производство электроэнергии, а остальные 75% расходуются на получение промышленного и бытового тепла, на транспорт и на химические процессы в металлургии и химических производствах.

На сегодняшний день доказанные извлекаемые запасы нефти составляют около 150

млрд.т, природного газа - 150 трлн м3 и угля (50% каменного и 50% бурого) - 1 трлн т. С

учетом средней теплотворности этого топлива соответственно 10500 Ккал/кг, 8700 Ккал/м3 и 5800 Ккал/кг и при условии использования всех этих запасов только на получение энергии их энергетический эквивалент составит около 4∙1022Дж, или чуть более 1 трлн. т у.т. - менее шестидесятой доли солнечной единицы (хотя потенциальные запасы органического топлива оцениваются в 7 трлн т у.т.). Запасы растительной биомассы в сухом виде определяются в 2,2 трлн т, что при средней калорийности дров в 4400 Ккал/кг эквивалентно энергии доказанных запасов нефти, газа и угля вместе взятых.