Проблемы новых источников энергии

Третий путь – фотоэлемент – еще не достиг такого состояния, чтобы служить для использования солнечной энергии, поскольку его кпд составляет лишь сотые или тысячные доли процента. Но здесь ясно, каким способом он может быть улучшен. Современный фотоэлемент представляет собою либо медную пластинку, покрытую закисью меди, либо железный лист, покрытый слоем селена, с прозрачным или сетчатым верхним

электродом. Свет гонит поток электронов из закиси меди или селена в металл, создавая между ними определенную разность потенциалов благодаря находящейся между ними тонкой проводящей прослойке. Но при том способе получения прослойки, которым пользуются в технике, она получается не сплошной. В отдельных многочисленных местах селен и металл непосредственно касаются друг друга, и через эти контакты из металла обратно уходит главная часть электронов, переносимых в металл светом. Мы как бы носим воду в решете: на нем остается несколько капель. Можно думать, что, создав искусственно и в фотоэлементах сплошные прослойки, обеспечим гораздо более высокие свойства фотоэлемента. Опыт подтверждает эти соображения и позволяет ожидать, что повышение кпд до 1–2% достижимо. А тогда фотоэлементы получат преимущество перед термоэлементами, так как они не требуют концентрации энергии и могут быть нанесены гораздо более тонкими слоями (десятые доли миллиметра вместо сантиметров).

Если мы не пользуемся Солнцем как источником энергии, то зато широко используем его в агрономии и быту. Однако и здесь мы берем то, что есть, не пытаясь управлять процессами сознательно и систематически. А между чем и в этой области мы не беспомощны. Поглощение и испускание лучистой энергии определяется тонким поверхностным слоем почвы. Достаточно изменить его, чтобы резко повлиять на режим лучистой энергии. Это можно сделать, покрывая почву окрашенной бумагой или слоем лака, нанося жирную копоть или осадок от соответственных газов, выпущенных над полями. Внося окрашенные вещества, сильно поглощающие главную массу солнечных лучей около 0.001 мм длины волны и слабо испускающие при температуре почвы лучи с длиной волны 0.01 мм, мы можем резко усилить прогрев почвы и уменьшить ночное охлаждение. Наоборот, внося вещества, отражающие солнечные лучи и сильно испускающие их, мы предотвратим чрезмерное нагревание почвы. Покрытие жидким, быстро высыхающим лаком (например, целлюлозным) может иметь ряд последствий. В то время как падающий сверху дождь без затруднения будет всасываться почвой через многочисленные трещины и борозды, сделанные для посева, испарение будет ослаблено почти пропорционально закрытой лаком поверхности, т.е. в несколько раз. Поэтому почва гораздо лучше будет переносить засуху. Слой лака во столько же раз уменьшает количество сорных трав. Вследствие малой теплопроводности и отсутствия влажности в слое лака потеря тепла в окружающий воздух будет ослаблена. Стоимость нанесения подобных лаков не превышает стоимости покрытия из бумаги (мульчирования), применяемого для ряда культур и оказавшегося экономически выгодным.

Потеря почвой тепла, уносимого воздухом, в большей степени зависит от состояния поверхности. Потеря может быть уменьшена, если при окончательной обработке почва получает ясно выраженную ячеистую структуру. В углублениях ячеек воздух задерживается и изолирует почву в тепловом отношении. Наоборот, чем лучше перемешивание воздуха над поверхностью земли, тем больше потери тепла почвой. Сама структура почвы, ее прочность, размываемость водой и скорость испарения могут быть резко изменены введением ничтожных количеств поверхностно-активных веществ.

Покрытие копотью или осадками химических газов может служить мощным средством для усиления таяния снегов. Кавказские горцы посыпают весной снег черной землей и таким путем увеличивают короткий вегетационный период. Н.П. Горбунов предложил подобный способ для усиления таяния ледников на Памире. Возможно, что и для растений в определенные периоды или в определенных климатических условиях дополнительная окраска может оказаться весьма полезной. Если бы при выборе краски для домов мы учитывали не только видимый глазом цвет, но и испускание в инфракрасной области, то могли бы на юге поддерживать здания на более низкой температуре, на севере можно было бы добиться меньшего отвода тепла от стен холодным воздухом.

Использование северного холода

Значительная разность температур, существующая на далеком Севере между водой, находящейся под коркой льда, и окружающим воздухом, может быть использована для получения механической энергии. Представим себе следующее сооружение. Под льдом находится обтекаемый проточной водой котел, наполненный аммиаком. Нагревая его до 0 °С, вода поднимает давление до 4.5 атм. При этом давлении аммиак поступает в турбину или машину, совершенно подобную применяемым для водяного пара. Производя работу, аммиак понижает давление до 0.7 атм, а температуру до – 40 °С и переходит в конденсатор, где он при этой температуре конденсируется другой жидкостью, предварительно охлажденной внешним воздухом. Для этого жидкость разбрызгивается и, падая в виде многочисленных капель с громадной поверхности, охлаждается до необходимой температуры. Подсчитывая стоимость отдельных частей такой установки по тем данным, которые применяются для обычных тепловых установок, проф. Власов получил для установок в 5000–10 000 кВт стоимость не выше 150 руб. на 1 кВт для Якутска и 250–300 руб. для других районов Сибири. Стоимость 1 кВф·4 получается от 1 до 3 коп. Если эти подсчеты, сделанные без конструктивного проекта установки, без учета мер против возможного намерзания жидкости на котле и сооружения для распыления ее, окажутся не совсем точными, то даже увеличение стоимости в 2–3 раза не изменит факта экономической выгодности таких установок на Крайнем Севере, лишенном топлива и других источников энергии. Проф. Власов находит даже, что более дорогие и менее продуктивные термоэлектрические установки благодаря крайней простоте эксплуатации могут оказаться выгодными в определенных климатических условиях. К этой задаче примыкает и другая, относящаяся к эксплуатации теплофикационных центральных станций. Отопительная система возвращает теплую воду при температуре на несколько десятков градусов выше водопроводной воды. И эта разность температур могла бы быть использована для получения механической и электрической энергии.

Аккумулирование энергии

При оценке машин для использования новых источников энергии – солнца, ветра, северного холода и т.п. – приходится исходить не из коэффициента полезного действия, а из стоимости установки и занимаемой полезной площади. Однако эти источники обладают еще одним существенным недостатком: они дают энергию часто не тогда и не там, где она нужна. Их экономическая целесообразность поэтому в большей мере зависит от возможности запасать, например, дневную энергию на ночь или передавать на места потребления. Важнейшим вопросом является дешевый и легко транспортируемый аккумулятор. Зато важнейшая для современного энергетического хозяйства его характеристика – коэффициент полезного действия – имеет сравнительно меньшее значение. Эта новая постановка вопроса допускает и новые решения. Предположим, например, что на местах дешевой энергии мы затрачиваем ее для получения алюминия, а затем этим алюминием пользуемся в качестве электрода в гальваническом элементе. Если мы получим только треть затраченной энергии, это может оказаться крайне выгодным, например для некоторых видов транспорта. Проф. В.Г. Глушков предложил пользоваться дешевой энергией для разложения воды, передавая затем полученный водород по трубам на большие расстояния. Соединяя водород с кислородом воздуха, можно вновь получить значительную часть затраченной энергии и воду. Очевидно, можно придумать и ряд других дешевых и невысоких по качеству аккумуляторов. Выработка практически пригодного типа такого аккумулятора – одна из актуальных задач электрохимии.

 Скачать реферат