САЙТ КРЫЛОВА ПАВЛА
Главная
Схемы Ветрогенераторы Собаки Стройка Книги О сельском хозяйстве и прочем


О ветряках---->
Статьи и небольшие публикации о ветряках и других источниках энергии.

Цена энергии.



Вл. РОМАНОВ, инженер

Давно ли три стихии — огонь, ветер и вода —были почти единственными известными человеку источниками энергии! А сегодня нет такого явления природы, которое человек не пытался бы заставить работать на себя.

На цветной вкладке художник К. К. Арцеулов изобразил важнейшие современные источники энергии, или, как их называют иначе, «цветные угли». Вы увидите тут и многочисленные топлива (уголь, нефть, горючий газ и горючий сланец, торф, дрова), и источники атомной энергии, и различные стихии (солнечное излучение, реки и океаны, ветер, внутреннее тепло земли). Для полноты картины мы сохранили здесь и мускульный источник (человек и его домашний скот), некогда игравший большую роль в преобразовании природы, а ныне почти совсем вытесненный неживыми источниками.

Цена энергии.



Цвета «углей» в какой-то степени напоминают их происхождение. «Голубой» вызывает в памяти цвет неба, «желтый» — Солнца, «красный» — цвет извержения огнедышащего вулкана, «перламутровый» — переливы пролитой нефти или керосина, «сиреневый» — оттенок газового пламени и т. д. Конечно тут очень много условного, и ученые стараются не применять «цветных» названий. Но люди любят образы, и нет ничего плохого в том, чтобы, применяя их, люди находили выход своему поэтическому чувству.

Источники энергии по происхождению могут быть разбиты на три группы: вызванные солнечным теплом

Данные, приведенные на вкладке, дают представление об энергетических возможностях Земли. А как выглядит энергетическая действительность? Какие именно источники энергии уже эксплуатируются сегодня и что они дают?

Цена энергии.

Ответ на этот вопрос дает диаграмма, составленная академиком Винтером и инженером Маркиным. Это баланс мирового производства и потребления энергии в 1952 году в тысячах млрд. квт-ч. Всего в 1952 году было выработано во всем мире 29 тыс. млрд. квт-ч, а использовано полезно 10,2 тыс. млрд. квт-ч. Баланс прихода и расхода энергии показан здесь настолько наглядно, что не нуждается в пояснении.

(все виды топлива, солнечная радиация, ветер, реки, тепло морей, мускульная энергия), вызванные вращением Земли и лунным притяжением, наконец вызванные ядерными перестройками. По своей природе есть «угли» невосполняющиеся (все топлива, включая ядерное горючее, но без древесины и без органических отходов, перерабатываемых метановым брожением на газ) и восполняющиеся ежегодно (все остальное). Первые рано или поздно будут сожжены или переработаны на химических заводах. Вторые будут восполняться вечно, во всяком случае пока не остынет Солнце, а Земля не перестанет вращаться. Люди привыкли к первым. Но не столь уж отдаленным нашим потомкам придется отвыкать от этой расточительной привычки.



Все формы энергии превращаются друг в друга, все могут быть измерены одними и теми же единицами: киловатт-часами, джоулями, килограммометрами, килокалориями. Различные источники энергии — различные ее формы. Но значит ли это, что, скажем, киловатт-час солнечной энергии, уловленный зеркальной установкой, равноценен киловатт-часу электрической, выработанному на тепловой электростанции? Нет. Киловатт-час тепловой энергии не равен киловатт-часу электрической энергии.

Энергия имеет качество. Из разных форм энергии ценнее та, которая, во-первых, с меньшими потерями может быть превращена в другие формы, во-вторых, легче и дешевле передается на большие расстояния.

И по первому и по второму признаку нет энергии лучше электрической. Она легко и с незначительными потерями превращается в другие формы. По проводам электрическая энергия передается практически на любые расстояния. Поэтому киловатт-час электрической энергии ценнее киловатт-часа любой другой энергии.

Откуда бы люди ни извлекали нужную им энергию — из каменного ли угля, или из морских приливов, из ядер ли атомов, или из отходов сельского хозяйства, — они прежде всего стараются прикинуть: а много ли при этом можно получить именно электрической энергии?

Обычно такая прикидка делается с помощью относительной величины, показывающей, какая доля содержащейся в источнике (и характерной для него) энергии может быть превращена в электрические киловатт-часы. Эту величину можно назвать электрическим кпд источника.

Максимальный электрический кпд для черного угля, например, равен 38%. Рассчитаны электрические кпд и для всех других цветных «углей». Интересно, что самым высоким кпд обладает «белый уголь» — 94—95%. Это значит, что почти вся энергия текущей воды может быть превращена в электрическую.

Величина полного электрического кпд — важная величина, характеризующая ценность энергетического источника. Но прежде всего «цветной уголь» характеризуется весовой (или объемной) плотностью энергии, то есть количеством энергии, содержащейся, скажем, в 1 кг (или 1 л) источника. Для топлива эта величина совпадает с его теплотворной способностью. Гораздо труднее подсчитать объемную плотность энергии для нетопливных источников. Здесь приходится вводить всякие условия и допущения. Приведу пример.

Для определения плотности энергии речной воды взяты данные Днепровской ГЭС имени Ленина. Турбины, установленные там, развивают каждая мощность 75 тыс. квт при расчетном напоре 36,3 м. При этом максимальный расход воды составляет 240 м3/сек.

Итак, 240 м3, или 240 т, падающей воды вырабатывают 75 тыс. квт-сек, или 75000:3600=20,8 квт-ч электрической энергии. Но 1 квт-ч равен 860 ккал. Значит, в переводе на ккал 240 тыс. кг воды на Днепровской ГЭС вырабатывают 20,8 X 860 = 17 900 ккал. С учетом кпд = 94%, плотность этого источника энергии составит 17 900 : (240 000 •0,94)=0,083 ккал/кг — в 100 тысяч раз меньше энергоемкости топлива!

Скорость ветра («голубой уголь») принималась равной 13,3 м/сек. При расчете энергоемкости «красного угля» исходили из данных геотермических установок в Лардерелло (Италия). Колебание уровня морей («синий уголь») принималось равным 2,6 м (установка в бухте Сан-Жозе, Аргентина). Для расчета плотности энергии в «фиолетовом угле» брались данные тропической установки в Абиджане (Западная Африка), где для турбины мощностью 7 тыс. квт требуется около 30 тыс. м3/час глубинной воды с температурой 8градС (температура же поверхностного слоя воды колеблется от 26 до 30°С) и т. д.

Плотность солнечной энергии подсчитана по формуле Эйнштейна, позволяющей переводить килограммы в единицы энергии. Но предельно большому значению этой плотности противостоит крайняя рассеянность «лучистой массы»: на 1 м2 земной поверхности приходится не больше 1 квт мощности за счет солнечной радиации.

Последнее, что характеризует источник энергии и что, конечно, не менее важно двух других характеристик,— это общие запасы данного источника на Земле (см. вкладку). Не все эти данные достаточно точны (особенно такие, как «запасы» «синего», «фиолетового», «красного» и некоторых других углей). Но общее сравнение между собою они все же позволяют сделать. Обращаю внимание читателей на то, что запасы углей так различны, что они сопоставляются лишь по логарифмической шкале.

Два важных замечания, которые необходимо сделать.

Первое — количества энергии, скрытые в невосполняющихся и восполняющихся запасах «углей», несравнимы между собой: данные о первых характеризуют их полные запасы, восполняющиеся же «угли» ежегодно возникают по меньшей мере в тех количествах, которые указаны на вкладке.

Второе —данные мировых запасов различных видов энергии нельзя складывать между собою. Очень часто они перекрывают друг друга (например, ветер «вырабатывается» за счет затрат солнечной энергии и т. д.). И если бы было возможно до конца использовать тот или иной вид энергии, это неизбежно пошло бы за счет убыли других, которые являются его продуктами.

Рис. М. ВИЛЬЧЕВСКОГО






altay-krylov@yandex.ru