оснащены крыльями, как в проекте Ю. Макарова, или металлическими поворотными мачтами и полужесткими парусами. А может быть, роторами — огромными вертящимися трубами, которые позволяют кораблю плыть даже назад. Проектов много. Время и эксперименты отберут лучшие из них.
Каковы перспективы развития ветроэнергетики, насколько способна энергия ветра заменить такие традиционные энергоносители, как, скажем, нефть, газ, уголь?
Чтобы ответить на эти вопросы, обратимся сначала к карте ветровых условий. Она свидетельствует об огромных ресурсах энергии ветра у нас в стране. Густо заштрихована на карте вся северная береговая линия, протяженность которой «в натуре» составляет несколько тысяч километров. Такая штриховка означает, что среднегодовые скорости ветра здесь превышают 6 метров в секунду. При рациональном использовании ветроустановок на севере СССР можно не только полностью обеспечить местные потребности, но и транспортировать часть электроэнергии в другие районы. «Богаты» ветрами также районы, прилегающие к Черному, Каспийскому и Балтийскому морям.
Однако используются они пока в незначительных масштабах, поскольку на пути освоения ветроэнергоисточника предстоит решить целый ряд проблем. Одна из главных состоит в том, что существующие конструкции ветроагрегатов достаточно сложны, дороги в производстве и тем не менее значительно уступают традиционным энергетическим установкам.
Экспериментальные ветроэлектростанции небольшой мощности уже действуют в ряде стран. В основе их конструкции — гигантских размеров ветроколесо, установленное на специальной опоре. Они не способны работать при скорости ветра, превышающей 20 метров в секунду, — может выйти из строя колесо. Естественно, не вырабатывают они электроэнергию и в штиль.
Созданием ветровых установок в нашей стране занимается научно-производственное объединение «Циклон» в подмосковном городе Истре. В состав объединения входят испытательная станция на Мархотском перевале под Новороссийском и астраханский завод «Ветроэнергомаш».
Нашими контрукторами разработан проект ветроэлектростанции мощностью 40 тысяч киловатт. В отличие от своих предшественниц новая станция сможет работать при любой скорости воздушного потока и, следовательно, дать максимум энергии. Вместо одного рабочего колеса здесь восемь роторов, на которые равномерно распределяется вся нагрузка. Другие узлы неподвижны. Высота металлических опор — 200 метров.
Но все-таки что делать в отсутствие ветра?
При сильном ветре можно накапливать энергию, вырабатывая на избыточной мощности водород путем электролиза воды. А в периоды затишья электричество даст тепловой генератор, работающий на этом топливе. Достоинство водорода в том, что при его сжигании не загрязняется окружающая среда: образуются лишь пары воды. За год такая электростанция сможет выработать более ста миллионов киловатт-часов электроэнергии. Сооружение ее намечено на Мархотском перевале.
Перспективным, по мнению специалистов, может стать совмещение ветровых с небольшими по мощности гидроаккумулирующими станциями (ГАЭС). В этом случае часть энергии, полученной при сильном ветре, используют для того, чтобы качать воду в верхний бассейн ГАЭС. А во время штиля, падая вниз, она станет вращать турбину и вырабатывать электричество. Так будет обеспечена непрерывность энергоснабжения.
Но, конечно, нужны и небольшие ветроустановки — для энергоснабжения животноводов на отдаленных пастбищах, геологов, метеорологов, работающих в труднодоступных местах. С помощью таких агрегатов можно, в частности, поднимать воду из колодцев, опреснять ее, заряжать аккумуляторы и т. д. Такие установки у нас в стране уже эксплуатируются.
В ближайшем будущем намечено приступить к заводскому изготовлению установки «Циклон-12» мощностью до 16 киловатт. Интересный проект предлагает группа ученых для одного из районов Крайнего Севера. Они считают, что на Кольском полуострове можно создать кольцевую систему ветровых электростанций, которая, взяв начало в Мурманске, пройдет по побережью Баренцева моря и вновь замкнется в Мурманске. Эту энергетическую цепь длиной 1100 километров и шириной 40 километров составят 238 групп ветроагрегатов, каждая из которых будет иметь мощность один миллион киловатт.
Кольцо охватит несколько арктических районов с различными климатическими и ветровыми условиями, а это позволит получать энергию непрерывно, так как ветровые периоды в этих зонах не совпадают. Как свидетельствуют расчеты авторов, такая система смогла бы вырабатывать электроэнергию стоимостью менее копейки за киловатт-час.
Что касается ближайшей перспективы, то прогнозы показывают, что установленную мощность ветроагрегатов в нашей стране можно довести до 800–850 тысяч киловатт с выработкой электроэнергии порядка 2–3 миллиардов киловатт-часов в год.
Примерно половина всей энергии, производимой в мире, в настоящее время вырабатывается из нефти, в том числе, практически вся энергия для автономных подвижных потребителей. Но вот уже почти десять лет цены на нефть быстро растут ее запасы приращиваются все медленнее, а добыча становится все дороже. Нет недостатка в прогнозах о времени исчерпания запасов нефти.
Не исключено, что будут найдены и вовлечены в разработку новые нефтяные месторождения, но это не изменит основного вывода: запасы нефти относительно невелики, до их исчерпания необходимо научно и технически подготовиться к получению синтетической нефти из угля. Геологические ресурсы угля почти в 30 раз превышают запасы нефти, то есть их хватит человечеству на много столетий.
Для превращения органической массы угля в нефтеподобное вещество нужно решить три химические задачи: удалить из нее кислород, а вместе с ним и такие вредные примеси для топлива, как азот и сера, в виде соответственно воды, аммиака и сероводорода, израсходовав для этого много водорода, которого и так мало в угле; добавить в органическую массу водорода до соотношения водорода и углерода в нефти; разукрупнить макромолекулы органической массы угля до молекулярного веса компонентов нефти.
Из всех этих задач проще всего третья — уже давно в переработке горючих ископаемых применяются термические и термокаталитические процессы, в которых под действием тепла увеличиваются колебательные движения атомов в молекулах, рвутся наименее прочные химические связи и большие молекулы превращаются в меньшие.
Гораздо сложнее обстоит дело с присоединением водорода, то есть с процессом гидрогенизации, как он называется в технике. Если сравнить угли наиболее перспективного в нашей стране Канско-Ачинского бассейна с самотлорской нефтью, которая сейчас занимает первое место в общесоюзной добыче, то на 100 атомов углерода в угле приходится 96 атомов водорода и 27 атомов кислорода, а в нефти 180 — водорода и только 0,2 атома кислорода. Удаление кислорода в виде воды заберет 54 атома водорода, значит, нужно к оставшимся 42 добавить 138, то есть почти в четыре раза больше. На производство водорода нужно расходовать опять же уголь, значит, процесс усложняется стадиями газификации, конверсии окиси углерода и Очистки технического водорода.
Присоединение водорода к сложным органическим соединениям, слагающим уголь, протекает трудно и медленно. Нужны хорошие катализаторы, но они, как правило, дороги, а катализатор после сжижения угля неизбежно смешивается с золой и должен быть выброшен вместе с ней. Дешевые катализаторы малоактивны. Чтобы компенсировать низкую активность, в прошлом применяли высокие Давления (до 700 атмосфер) и температуры (до 450–480 градусов Цельсия). Но даже и в этих условиях органическая масса, переходя в жидкое состояние, не освобождалась полностью от вредных кислородных и азотистых компонентов.
Поэтому первичный продукт сжижения разделяли, тяжелую часть возвращали в цикл, а легкую, выкипающую до 325 градусов, дополнительно насыщали водородом и подвергали расщеплению под давлением водорода 300 атмосфер. Таким образом, технологический процесс складывался из трех последовательных стадий, не считая отдельных производств подготовки угля, дробления, замешивания его в пасту, производства водорода, выделений золы и ее нагрева Для возврата увлеченного с золой
