Техника - молодёжи 1979-02, страница 8

СМЕЛЫЕ ПРОЕКТЫ

ДЕД МОРОЗ И ЭНЕРГЕТИКА

ГЕОРГИЙ ПОКРОВСКИЙ, профессор, доктор технических наук

За тысячелетия технического прогресса человек освоил самые разнообразные источники энергии. Дрова, каменный уголь, нефть, уран, тяжелый водород — все было опробовано в непрекращающихся поисках такой субстанции, где сосредоточены максимальные запасы энергии. Что же, все верно — метод постепенного перехода от простого к сложному достаточно зарекомендовал себя на практике. Но, с другой стороны, было бы опрометчиво пренебрегать такими источниками, в которых концентрация энергии невелика. Ведь у них есть свои несомненные достоинства. А наука, стремящаяся принести пользу практике, должна вовремя заметить и оценить потенциальных поставщиков энергии. Рассмотрим для примера один из простейших случаев. Обычно мы считаем источником энергии такое вещество, которое вследствие тех или иных процессов, в нем протекающих, способно стать теплее окружающей среды. Тогда от этого вещества к окружающим его холодным телам устремится поток тепловой энергии. Ее-то и можно использовать для того, чтобы получать механическую работу, электрический ток и тому подобное. При этом издавна принято считать нагретое тело источником энергии, а холодное — окружающей средой. Но почему бы не поставить вопрос по-другому, наоборот. Что, если счесть теплым телом саму среду, в которую внесено нечто обладающее пониженной по сравнению с ней температурой? Это не отвлеченные рассуждения. В разгар весны всегда отыщутся места, где лежат груды не растаявшего еще снега и льда. Дабы они превратились в воду, к ним от уже прогретой солнцем округи должно проникнуть значительное количество тепла. Известно, чтобы расто

пить один килограмм льда или снега, требуется столько энергии, сколько ее идет на нагрев килограмма воды от 0° С до 80° С. А нельзя ли такой поток теплоты использовать как основу при создании двигателя? Оказывается, можно и весьма просто.

Расположим в некоем месте котел с жидкостью, температура кипения которой была бы выше 0° С, но ниже температуры окружающей среды. При таких условиях жидкость обязательно закипит, а полученный пар станет производить работу в поршневом двигателе или турбине. Завершив ее, отработанный пар Поступит в устройство, охлаждаемое тающим снегом или льдом.

Конечно, в этом случае разность температур котла и холодильника окажется небольшой, всего каких-нибудь 10—20° С. Не будет высоким и температурный КПД такого теплового двигателя, он же определяется разностью температур нагревателя и холодильника, деленной на абсолютную температуру нагревателя. В рассматриваемом нами примере первый показатель можно принять за 20° С, а второй — за 293° К.

Следовательно, КПД составит: 20 : 293 = 0,07.

Значит, 7 % теплового потока, устремленного извне в 1 кг снега, можно превратить в механическую работу. Поскольку для таяния такого количества снега надо затратить 80 ккал, на механическую работу пойдет: 80 • 0,07 = 5,6 ккал.

Но каждая килокалория эквивалентна, как известно, 425 кгм механической энергии. Таким образом, килограмм снега обеспечивает получение 5,6 • 425 = 2380 кгм.

Итак, для того чтобы получить 1 кВт • ч энергии (360 тыс. кгм), необходимо иметь: 360 000 : 2380 = = 152 кг снега.

Конечно, нельзя забывать и о том, что тепловой двигатель сам по себе обладает еще некоторым механическим КПД, существенно отличающимся от единицы. Поэтому на практике 1 кВт ч энергии мы получим лишь при таянии снега, масса которого превзойдет расчетную величину примерно в три раза. Подведем итоги: выходит, что для производства одного киловатт-часа понадобится не менее полутонны снега.

За зиму на территории нашей страны выпадает до триллиона тонн снега, а таяние его сопровождается такой передачей теплоты, которой достаточно (согласно проведенным расчетам) для выработки примерно двух триллионов киловатт-часов. А ведь это примерно в два раза превосходит весь наш энергетический баланс, включающий нефть, уголь, газ и атомную энергию!

Разумеется, все сказанное здесь нельзя считать призывом к немедленному практическому использованию снега в экономике в качестве массового топлива. Однако в специфических условиях, хотя бы Арктики и Антарктиды, «ледовая энергетика» может оказаться не только рентабельной, но и решающей. Здесь, по-видимому, открывается широкое поле деятельности для молодых изобретателей и новаторов.

Пожалуй, до сих пор все, кроме конькобежцев, хоккеистов и мастеров фигурного катания, считали лед неизбежным злом. И боролись с ним всяческими способами — посыпали песком и солью, растапливали антиобледенительными средствами, крушили ледоколами. А вот профессор Г. Покровский считает, что пора и лед заставить послужить людям.

Представьте себе арктическую электростанцию (см. схему слева). Насос 1 закачивает морскую воду из-под ледяного покрова 9 в паровой котел 2, где она нагревает рабочую жидкость, закипающую при низких температурах, и после этого возвращается во владения Нептуна. Пар поступает в турбину 3, приводящую в действие электрогенератор 4. Отработанный пар по трубопроводу 5 идет в холодильник 6, представляющий собой черную (для лучшей теплоотдачи) трубу, которая поворачивается входным соплом к ветру (см. 1-ю стр. обложки). Установленный в трубе вентилятор 7 засасывает морозный воздух. А тот, обтекая конденсор, и преобразует пар в жидкость. Другой насос 8 гонит ее вниз, к паровому котлу, затем весь цикл повторяется. Так холодная вода выступает в необычной для нас роли теплоносителя. Впрочем, лед можно использовать и по «прямому назначению» (см. схему справа).

Буровая вышка 1 покоится на сваях 2, вмороженных в ледяной монолит 3. Создается он так. Насос 7, закрепленный на ледяном покрове океана 4, подает воду на его верхнюю часть. Вода замерзает, лед наращивается, и под собственной тяжестью искусственный айсберг погружается до тех пор, пока не сядет на грунт 5. Теперь ничто не мешает пробурить скважину б.