Скарбничка для електрики
Стаття написана Павлом Чайкою, головним редактором журналу «Пізнавайка». З 2013 року з моменту заснування журналу Павло Чайка присвятив себе популяризації науки в Україні та світі. Основна мета як журналу, так і цієї статті – пояснити складні наукові теми простою та доступною мовою.
Енергія сьогодні потрібна скрізь і всюди, потрібно її все більше і більше, а добувати — все складніше та складніше. Нині дедалі інтенсивніше йдуть пошуки альтернативних джерел енергії: сонячні, приливні, вітрові електростанції. Зверніть увагу: все це джерела енергії не безперервної дії, та й взагалі інтенсивність їх абсолютно не залежить від людини, тому питання заощадження, акумуляції та зберігання енергії стає дедалі гострішим. Ми намагатимемося викласти найсерйозніші пропозиції на цю тему.
Перше – спосіб гідронакачки. Два досить великі резервуари з водою, встановлені один вище іншого на відстані не менше ста метрів. Переваги – простота, вода як робоче тіло установки – добре вивчений об’єкт. Недоліки — багато не запасеш, бо чим більший запас, тим важче зберігати його на висоті. Деяка модифікація цього способу – підземна гідронакачка: нижня ємність знаходиться під землею. Не треба будувати великих резервуарів на висоті, але треба викопувати гори ґрунту. Загалом ситуація проста: є і переваги і недоліки. Але суть у тому, що коли є надлишок електроенергії, ми спрямовуємо її на перекачування води з нижнього резервуару у верхній, а коли пік навантаження пускаємо воду з верхнього в нижній через турбіни.
Другий спосіб – повітряного накачування. Тут як робоче тіло виступає газ, який під великим тиском заганяється в підземні резервуари і випускається звідти на газову турбіну в міру потреби.
Третій спосіб – електрохімічний. Енергія запасається в батареях, наприклад, найсучасніших — натрієво-сірчаних, які зараз дуже інтенсивно розробляються для автомобільної промисловості. У цьому випадку вже значна щільність енергії, зате дорого.
Четвертий спосіб – надпровідний магніт. Відомо, що у надпровіднику електричний струм може циркулювати роки без втрат. Основна складність: громіздка кріогенна система. Адже речовина може переходити в надпровідний стан лише за температури двісті п’ятдесят градусів нижче нуля.
П’ятий спосіб – маховики. Система великих коліс, що розкручуються, і таким чином зберігається значний запас енергії. У цьому випадку, щоб система працювала з великою ефективністю, добре б розкручувати колеса до величезних швидкостей, тобто щоб вони постійно працювали при граничних навантаженнях, та ще з частими прискореннями і уповільненнями. Поведінка матеріалів у таких екзотичних умовах поки що не вивчена досить ретельно, щоб можна було з впевненістю поручитися за надійність установки, а без цього не можна запускати жодну енергетичну машину.
Шостий спосіб – кільце, що обертається, – найбільш екзотичний, але найоптимальніший: при помірній вартості, як у гідравлічних методів, запасається досить багато енергії – як в електрохімічному або маховиковому способі. Будується підземний круговий тунель – кілометр або два в діаметрі – і в ньому розташовується масивне кільце, яке лежить на роликах, ролики розташовані з зовнішнього боку кільця.
Кільце розкручується за допомогою двадцяти чотирьох мотор-генераторів, а при необхідності електроенергія відводиться через ті ж таки електричні пристрої. Крутиться кільце зі швидкістю кур’єрського поїзда, а щоб зменшити опір руху, повітря з тунелю відкачано. Найграндіозніший, але не фантастичний проект. У ньому можна буде запасти п’ятсот мегават-годин електроенергії — денний запас для міста з населенням двісті — триста тисяч людей.
Все, про що ми розповіли, — поки що лише проекти, але вже наближається час, коли деякі з них, можливо, знайдуть своє промислове втілення.
Автор: А. Семенов.