Копилка для электричества
Статья написана Павлом Чайкой, главным редактором журнала «Познавайка». С 2013 года, с момента основания журнала Павел Чайка посвятил себя популяризации науки в Украине и мире. Основная цель, как журнала, так и этой статьи – объяснить сложные научные темы простым и доступным языком
Энергия сегодня нужна везде и всюду, требуется ее все больше и больше, а добывать — все сложнее и сложнее. Сейчас все интенсивнее идут поиски альтернативных источников энергии: солнечные, приливные, ветровые электростанции. Обратите внимание: все это источники энергии не непрерывного действия, да и вообще интенсивность их абсолютно не зависит от человека, поэтому вопрос сбережения, аккумуляции и хранения энергии становится все острее. Мы постараемся изложить наиболее серьезные предложения на эту тему.
Первое — способ гидронакачки. Два достаточно больших резервуара с водой, установленных один выше другого на расстоянии не менее ста метров. Преимущества — простота, вода в качестве рабочего тела установки — хорошо изученный объект. Недостатки — много не запасешь, потому что чем больше запас, тем труднее хранить его на высоте. Некоторая модификация этого способа — подземная гидронакачка: нижняя емкость располагается под землей. Не надо строить больших резервуаров на высоте, зато надо выкапывать горы грунта. В общем ситуация обычная: есть и преимущества и недостатки. Но суть в том, что когда есть избыток электроэнергии, мы направляем его на перекачку воды из нижнего резервуара в верхний, а когда пик нагрузки — пускаем воду из верхнего в нижний через турбины.
Второй способ — воздушной накачки. Здесь в качестве рабочего тела выступает газ, который под большим давлением загоняется в подземные резервуары и выпускается оттуда на газовую турбину по мере надобности.
Третий способ — электрохимический. Энергия запасается в батареях, например самых современных — натриево-серных, которые сейчас очень интенсивно разрабатываются для автомобильной промышленности. В этом случае уже значительная плотность энергии, но зато дороговато.
Четвертый способ — сверхпроводящий магнит. Известно, что в сверхпроводнике электрический ток может циркулировать годы без потерь. Основная сложность: громоздкая криогенная система. Ведь вещество может переходить в сверхпроводящее состояние лишь при температуре двести пятьдесят градусов ниже нуля.
Пятый способ — маховики. Система больших колес, которые раскручиваются, и таким образом в них хранится значительный запас энергии. В этом случае, чтобы система работала с большой эффективностью, хорошо бы раскручивать колеса до огромных скоростей, то есть, чтобы они постоянно работали при предельных нагрузках, да еще с частыми ускорениями и замедлениями. Поведение материалов в таких экзотических условиях пока не изучено достаточно тщательно, чтобы можно было с уверенностью поручиться за надежность установки, а без этого нельзя запускать ни одну энергетическую машину.
Шестой способ — вращающееся кольцо — наиболее экзотический, но самый оптимальный: при умеренной стоимости, как у гидравлических методов, запасается достаточно много энергии — как в электрохимическом или маховиковом способе. Строится подземный круговой тоннель — километр или два в диаметре — и в нем располагается массивное кольцо, которое лежит на роликах, ролики расположены и с внешней стороны кольца.
Кольцо раскручивается с помощью двадцати четырех мотор-генераторов, а при необходимости электроэнергия отводится через те же электрические устройства. Крутиться кольцо будет со скоростью курьерского поезда, а чтобы уменьшить сопротивление движению, воздух из тоннеля откачан. Грандиознейший, но не фантастический проект. В нем можно будет запасти пятьсот мегаватт-часов электроэнергии — дневной запас для города с населением двести — триста тысяч человек.
Все, о чем мы рассказали,— пока только проекты, но уже близится время, когда некоторые из них, возможно, найдут свое промышленное воплощение.
Автор: А. Семенов.