Вторник, 24.04.2018, 04:01
Вы вошли как Гость | Группа "Гости" | RSS
Главная  |  Мой профиль |  Выход  Пользовательское соглашение | Правило публикации материалов  | 
Железо

 

Меню сайта

Реклама

Навигация
Технология металлов
и других конструкционных материалов
Черный хлеб металлургии
Защита нефтяных резервуаров от коррозии
Конструкция железнодорожного пути
и его содержание
Путь в космос
Метеоритные кратеры на Земле
В мире застывших звуков
Рентгенотехника
Наука и техника
Термодинамика
Ручная ковка
Юмор

Реклама

Форма входа

Статистика сайта
Онлайн всего: 1
Гостей: 1
Пользователей: 0

Сегодня были:



Главная » Статьи » Наука и техника

Лучи и «зайчики»

 Нетрудно убедиться, что термоядерная энергия, подобно атомной,- новое качество в энергетике будущего. Овладеть ею - значит «оседлать» мечту. И хотя до осуществления этих сказочно заманчивых планов достаточно далеко, реальные результаты доказывают, что мечта осуществима.

 Какой из многих существующих путей окажется самым коротким? Будут ли это токамаки или световые электронные пучки, лазерные или импульсные взрывные установки? Не исключено, что найдутся и совсем новые, ныне неведомые пути. Может случиться, что метод, который кажется нам очень перспективным сегодня, через 15 - 20 лет будет вытеснен совсем другим, о котором сейчас никто и не подозревает.

 Обратим свой взгляд и на самый древний, самый надежный, данный самой природой безвозмездно источник энергии - Солнце. До сих пор человек потреблял этот бесценный дар пассивно, косвенно. Жег запасы угля и нефти, скопленные природой в недрах за многие тысячи лет взаимодействия Солнца с элементами земной коры, пользовался энергией ветра, волн, приливов и отливов, также возбуждаемой излучением Солнца, тепловой конверсией энергии океанов. Непосредственно преобразовывать, накапливать, сохранять лучистую энергию Солнца он не мог, технических возможностей было недостаточно. Слишком дорого обходились панели и солнечные печи, да и не во всех климатических зонах они были пригодны. А между тем, обладая необходимыми устройствами, человечество могло бы обеспечить все свои энергетические потребности за счет солнечной энергии, ежегодно получаемой на площади всего в 22 тысячи квадратных километров - каких-то пять тысячных земной поверхности! И это при условии, что коэффициент полезного действия устройств по превращению энергии составит всего 10 - 20 процентов...

 Конечно, на практике использование хотя бы небольшой доли этого дарового богатства представляет трудно разрешимую техническую проблему. Во-первых, хотя солнечные лучи падают на землю в избытке и повсюду, они дают рассеянную энергию. Значит, аккумуляция ее и преобразование требуют больших затрат. Во-вторых, солнечная энергия доступна лишь в определенные периоды, и поэтому возникает проблема ее хранения. Однако дело настолько заманчиво, а выигрыш так велик, что есть смысл заняться ныне решением этих сложных технических проблем, особенно в местах, где солнца в избытке. Достаточно сказать, что в солнечных лучах, падающих, например, в Средней Азии на квадрат территории со сторонами в 70 километров, содержится столько энергии, сколько в 600 миллионах тонн нефти. При самых больших потерях можно собрать «урожай» в 1300 миллиардов киловатт-часов - это равно запланированной годовой выработке электроэнергии в СССР в 1980 году. А в пустыне, скажем Каракумы, таких квадратов наберется не меньше шести десятков.

 Освоение площадей таких масштабов под энергетические поля при современном уровне развития техники ученым представляется в принципе инженерно разрешимой задачей.

 Какими же путями идет поиск? Условно можно выделить четыре основных пути: теплотехнический, фотоэлектрический, биологический и химический. К биологическому мы еще вернемся, а по поводу остальных поговорим подробнее.

 Теплотехнический путь, казалось бы, самый простой. В его основе все тот же нагрев теплоносителя, например воды, только нагреватель - обычные или сконцентрированные в специальных устройствах солнечные лучи. Этот способ уже реализуется в южных районах нашей страны, во Франции, США, Японии для опреснения воды, нагрева ее, обогрева зданий зимой и охлаждения летом. Проектируются даже тепловые электростанции. Ученые разных стран в этой новой области исследований сразу же решили объединить свои силы и активно обмениваться опытом - так легче приблизить успех и сократить затраты, а главное - освоить новые районы, такие, где солнышко не столь уж частый гость. Ведь Европе даровая щедрость лучей нужна не меньше, чем Азии или Африке.

 Первая в Европе мощная солнечная печь была создана в восточной части Пиренеев во Франции под эгидой Национального центра научных исследований.

 Гигантскую - выше Эйфелевой башни в Париже - сводчатую параболическую конструкцию из 9 тысяч идеально отшлифованных вогнутых зеркал видно с любой точки долины Сердань. Зеркальная парабола сверкает и переливается, соперничая в блеске со снеговыми вершинами. В главном, неподвижном рефлекторе, четко сориентированном на север, отражается гелиостат - тысячи плоских зеркал, расположенных террасами напротив и ориентированных на юг. Перед каждым укреплено другое зеркальце - «очки». Задача «очков» - смотреть в лицо солнцу: ловить перемещающиеся по небу солнечные лучи и строго параллельно направлять их в зеркало-рефлектор, чтобы оно столь же строго параллельно отражало небесный свет прямо в большой концентратор. Для этого «очки» снабжены фотоэлементами и поворотной автоматикой, сзади каждого находится по два гидравлических масляных насоса. Чувствительность такая, что смещение от параллели даже на одну угловую секунду мгновенно вызывает импульс, и автоматика тут же поправляет положение «очков». Так достигается максимально возможное использование лучистой энергии. Вся отражательная система составлена из 63 больших зеркальных поверхностей (6х7,5 м). В каждом по 180 плоских малых (50х50 см) с «очками», то есть всего 11 тысяч, их общая площадь составляет 45 квадратных метров.

 Так случилось, что я приехала в Одейо в Институт солнечных исследований как раз в один из 55 редких ненастных дней в году. За кольцом гор, берегущих Сердань, свирепствовал мистраль, здесь хоть и было тихо, но небо клокотало буро-лиловыми тучами, сыпал снег вперемешку с дождем. Тем не менее зеркальные конструкции мягко, серебристо светились.

 Институт пустовал. Только дежурный вахтер и господин Тюем - главный техник, предупрежденные о моем приезде, находились в шестиэтажном здании.

- Когда солнца нет - у нас обычно выходной,- объяснял Тюем.

- А разве нельзя использовать аккумулированную энергию? - спросила я.- Ведь отапливаются же солнцем дома днем и ночью, в плохую погоду. Я знаю, что не только в Средней Азии или в Африке, но и в Голландии, ФРГ да и во Франции люди давно живут в «солнечных» домах. Ведь «стена Тромба» - по имени профессора Феликса Тромба - стеклянное панно на выкрашенной в черный цвет и выходящей на юг бетонной стене - тоже была разработана во Франции!

- Видите ли, отопление солнцем, подогрев воды, воздуха - совсем другая проблема. Для этого достаточно энергии всего в 100 киловатт. Конечно, ее не трудно сохранять, и практически затруднения и заботы касаются лишь удешевления тех или иных технических решений. Мы же работаем лишь от энергии 800 киловатт и выше. Среди задач института: изучение поведения металлов, их расплавов и солей при очень высоких температурах, отработка различных технологий для солнечных электростанций будущего, поиск новых эффективных методов и способов преобразования солнечной энергии.


Зеркальная стена Одейо - ловушка для могучего солнечного «зайчика»

 Мы прошли по всем этажам, переходя из одной лаборатории в другую. Северной стеной здания служит тот самый гигантский зеркальный параболоид-концентратор, архитектурно решенный так, что на его нижние террасы никогда не падает тень. Установки, очаги для исследований, продуманно расположены в зависимости от целей, а также получения необходимых энергий и температур. Например, в зале первого этажа находится солнечный очаг, подобного которому в мире пока нет. Сферическая «бочка» радиусом в 40 см концентрирует мощность в 1000 киловатт. Отверстие очага направлено в середину открывающейся в стене дверцы. Лучи солнца проникают внутрь, где вмонтированы трубы, заполненные маслом. Масло нагревается и в свою очередь разогревает воду, превращая ее в пар. Это первая в мире опытная солнечная электростанция, позволившая приступить к разработке принципов действия более мощных и совершенных солнечных электростанций.

 На шестом этаже института находится установка мощностью в 6,5 киловатт из двух зеркал: одно вогнутое, укрепленное на вертикальной оси вверху, другое прямое, на террасе первого этажа. Когда светит солнце, внизу открывается люк, и пучок лучей от рефлектора через прямое зеркало освещает вогнутое, которое собирает их в фокус прямо под вертикальной осью. Фокусированные лучи, в свою очередь, идут на специальную пленку, выполненную в форме лопастей с регулируемым положением. От пространственного расположения лопастей зависит изменение силы концентрации энергии в фокусе. Весь аппарат укреплен на поворотной «руке» - рычаге, управляемом пневматически. Здесь изучают теоретически и разрабатывают экспериментально способы аккумуляции и переноса солнечной энергии.

 Комплекс Одейо позволил Национальному центру научных исследований Франции не только занять лидирующее место в мире по изучению солнечной энергии, но и привлечь внимание государства, промышленных и деловых кругов к этому особо важному и ценному в настоящее время источнику получения электрического тока.

 20 июня 1979 года французское правительство приняло решение о реализации программы по преобразованию солнечной энергии. В восточных Пиренеях, на границе долин Сердань и Капсир, в местечке Таргассон создан Национальный центр для экспериментов по высокотемпературному циклу преобразования солнечной энергии в электрическую на базе первой опытно-промышленной солнечной электростанции с башней - «Темиз» на 2000 киловатт, разработанной в Одейо.

 ...Уже возведена 100-метровой высоты башня первого «Темиза», на которую водрузят котел с расплавом. Уже отстроен корпус для экспериментов. Я с трудом карабкалась (1620 метров над уровнем моря сказывается) по разбитой машинами скользкой глинистой круче, стараясь поспеть за привыкшим к высоте господином Сиром - человеком совсем новой профессии - инженером солнечных станций. Хотелось поближе рассмотреть комплекс зеркальных гелиостатов (их общая поверхность около 54 квадратных метров), которые пошлют могучий солнечный «зайчик», способный превратиться в потоки электричества.

 Лучи ловят 201 зеркало-гелиостат. Зеркала постоянно поворачиваются, как в Одейо, с помощью фотоэлементов и автоматики, чтобы смотреть прямо «в глаза солнцу». Отражатели фокусируют их в котле на верху башни. Его ширина 4,5 метра, а глубина 3,5. Внутри котел выложен трубами, в которых циркулирует разогревающийся от «зайчика» расплав - смесь нитратов калия и натрия. Расплав нагреется до 450 градусов по Цельсию. Чтобы сохранить эту температуру, а следовательно, и энергию, трубы имеют дополнительную теплоизоляцию. С верха башни раствор устремится вниз, к собственно электростанции, где установлены громадные жбаны, объединенные с парогенератором и теплообменником, в которых, как на обычных электростанциях, вода нагревается и превращается в пар с высокой температурой, а дальше уже нормальный, знакомый нам традиционный цикл: турбина - электрогенератор. Нагревая воду, расплав охлаждается до 250 градусов и направляется в другой котел, а оттуда снова в солнечный очаг. «Темиз» может работать непосредственно под воздействием солнечного света, а может и аккумулировать в первом котле энергию лучей на 6 часов, то есть снабжать потребителей электрическим током и в ночное время.

- Наш «Темиз» опытный,- говорит инженер Сир.- Мы впервые делали циркулирующий через башню расплав... Если все будет хорошо, добавим гелиостаты и начнем второй этап: возведем вторую башню, расширим электростанцию, будем пробовать другие расплавы...

 Позади основных гелиостатов установлено еще 11 параболических. На каждом из них по 3 мачты.

- Для чего они? - спрашиваю инженера.

- На этих мачтах,- отвечает он,- будут укреплены маленькие печи для разных экспериментов. В частности, для того, например, чтобы разогревать расплав, который сюда будут доставлять в твердом виде, удобном для транспортировки. Соли, которые мы используем, затвердевают уже при 142 градусах по Цельсию. Когда печь придется остановить, скажем, для профилактического осмотра, необходимо подогревать транспортные трубы, чтобы в них не затвердел расплав. В этом тоже помогут маленькие печи на мачтах. Речь ведь идет о промышленном производстве электроэнергии. Все, все должно быть предусмотрено...

- У нас, как, впрочем, и в вашей стране, Солнцем занимаются серьезно,- сказала мне мадам Мирабель, руководитель отдела информации Национального центра научных исследований Франции.- Мы надеемся, что к 1990 - 2000 годам производство электричества с помощью Солнца займет одно из важных мест в выработке электроэнергии. Солнечные электростанции уже очень скоро станут конкурентами обычных, работающих на жидком и твердом топливе. Недавно к нам приезжал из России академик Александр Шейндлин, директор Института высоких температур Академии наук. Рассказывал об очень важных работах у вас. Мы отбирали взаимоинтересные темы для сотрудничества между нашими и другими европейскими странами, да и между странами всего мира.

 ЮНЕСКО уже предприняла конкретные шаги, в частности, для обеспечения согласованных действий европейских стран по практическому использованию энергии Солнца, для интенсификации научно-исследовательских работ в этом направлении. Во Франции, в Перпиньяне, при университете создан Международный информационный центр по вопросам солнечной энергии. Регулярно созываются международные всемирные и региональные совещания для координации сил.

 Координация необходима уже в такой главной проблеме, как увеличение коэффициента полезного действия преобразователей солнечных лучей в тепло. Казалось бы, «зайчик» в фокусирующих зеркалах, даже самых простых, в полдень забирает 50 - 70 процентов энергии, но при последующих превращениях в электричество или механическую энергию он теряет силу порой в 20 раз. Значит, актуальны поиски новых путей, способных конкурировать с тепломеханическим методом. Эти поиски облегчают научные открытия последних десятилетий в физике и химии полупроводников.

 Созданные фотоэлектрические преобразователи - солнечные батареи - уже успешно используют на космических кораблях. Правда, их КПД невелик - всего 10 процентов, но в лабораториях, например, Физико-технического института имени А. Иоффе в Ленинграде, Института физики твердого тела АН СССР под Москвой достигнуты куда более высокие результаты. Широкое использование полупроводниковых фотоэлементов в земных условиях несколько сдерживается их дороговизной. Значит, главное сейчас - сосредоточить усилия на разработке более дешевых преобразователей, используя пленочные и органические полупроводники, найти менее дорогую технологию их производства. Перспективны работы советских ученых по созданию промышленной технологии получения тонких лент кремния непосредственно из расплава. Это позволит во много раз снизить стоимость фотопреобразователей. Достаточно сказать, что за последние 10 лет себестоимость производства фотоэлементов уменьшилась в 10 раз.

 На 26 съезде КПСС проблема использования солнечной энергии названа в числе важнейших направлений научных работ. В Советском Союзе еще в 1979 году создан национальный Совет по солнечной энергии при Академии наук СССР, который возглавил лауреат Нобелевской и Государственных премий академик Николай Николаевич Семенов. В 1980 году в Симферополе начала действовать первая в стране опытно-промышленная гелиотопливная установка. Рядом с гостиницей «Спортивная» на высоких фермах установлены панели из 325 плоских солнечных коллекторов. Гелиоустановка сблокирована с газовой котельной. Тепло солнечных лучей - а в Крыму 220 солнечных дней в году - аккумулируется и переносится по трубам, передается в теплообменнике другой воде, отапливающей гостиницу. Температура воды достигает 60 градусов. В зависимости от интенсивности солнечной радиации автоматика замедляет или ускоряет циркуляцию воды.

 Но если в Крыму солнечных дней в году 220, то в Средней Азии их гораздо больше. И вполне естественно, что именно там советские ученые добились самых больших успехов в преобразовании солнечных лучей. «Эра гелиоса» началась как раз в этих местах, издревле облюбованных богом Солнца.





Категория: Наука и техника | Добавил: Talabas07 (31.05.2015)
Просмотров: 809 | Рейтинг: 0.0/0


Ags-metalgroup © 2018