Работа ветра

В атмосфере Земли сосредоточено много тепла, так как там, как мы уже указывали, задерживается 2,3*1017 квт-ч в год солнечной энергии и, кроме того, нижние слои атмосферы нагреваются и за счет солнечной энергии, достигающей поверхности Земли. Нагревание воздуха в различных слоях атмосферы неравномерно, из-за чего в ней создается разность давления, вызывающая передвижение воздушных масс, т. е. ветер.

На земном шаре наблюдаются ветры более или менее постоянного направления в какое-то время года или дня — это пассаты, полярно-восточные ветры, бризы и муссоны. Ветры местного характера отличаются большим непостоянством направления. Сила ветра, а следовательно и кинетическая энергия, заключенная в массе перемещающегося воздуха, определяется скоростью ветра. Полная среднегодовая мощность воздушных потоков всей Земли оценивается в 100 млрд квт. Это соответствует возможной годовой выработке 5 * 1014 квт-ч энергии в расчете на всю земную поверхность. Рассчитано, что если по всей территории СССР соорудить соответствующее количество ветросиловых установок, то ежегодная выработка энергии может достичь 1,8*1013 квт-ч, т. е. больше всей энергии, полученной во всем мире в 1952 г.

Использование энергии ветра началось в самой глубокой древности, по-видимому, в первую очередь для передвижения парусных лодок. В Китае, Японии и Египте примитивные ветряные двигатели применялись еще 2000 лет назад, главным образом для нужд сельского хозяйства. В Европе в начале XX в. насчитывалось около 250 000 ветряных мельниц, размалывавших до 2 млрд пудов зерна в год.

Два основных затруднения в использовании энергии ветра — это малое содержание энергии в единице объема воздуха и непостоянство силы и направления ветра. Первое затруднение практически неустранимо, второе в какой-то степени может быть преодолено. Во-первых, силу ветра можно использовать для операций, не требующих постоянной мощности, например для размола зерна, подготовки кормов, полива полей и садов. Во-вторых, можно запасать энергию во время сильного ветра в электрических или гидравлических аккумуляторах, а затем пользоваться ею при слабом ветре. Гидроаккумуляторами в данном случае могут служить большие водохранилища, расположенные на достаточной высоте, и естественные водоемы, например озеро Севан (Армения), находящееся на высоте 1914 м над уровнем моря. Во время сильного ветра вода накачивается в гидроаккумуляторы насосами а затем ее направляют в турбины электростанции. Наконец, возможна организация ветроэнергосистемы в масштабе всей страны или значительной части ее. Отдельные ветроэлектростанции, соединенные линиями высоковольтных передач, могут обеспечить равномерное снабжение электроэнергией всех связанных линиями районов. Ветроэлектростанции могут работать совместно с другими силовыми установками, например с локомобильными, работающими на местном топливе, или небольшими гидроэлектростанциями. Но, по-видимому, наиболее правильным решением вопроса будет включение ветроэлектростанций в единые энергетические системы.

Проекты подобных ветроэнергосистем разрабатываются в США и Англии. В частности, в Англии исследуется возможность сооружения на побережье большого числа ветросиловых установок общей мощностью до 2 млн квт и с годовой выработкой электроэнергии 4—10 млрд квт/ч. В Дании разработана конструкция высокопроизводительных ветродвигателей, которые предполагают установить вдоль всего западного побережья страны. Эта система должна обеспечить 60—70% потребности Дании в электроэнергии. Большие работы по созданию ветросиловых установок ведутся во Франции, Италии и Тунисе.

В СССР в Балаклаве перед второй мировой войной была пущена ветровая установка мощностью 100 квт; в 1958 г. в Казахстане построена ветроэлектрическая станция мощностью 400 квт.

Представляется теоретически возможным создавать искусственный ветер — организованное движение масс воздуха за счет разности температуры. Например, в промышленных тепловых установках тяга в выбросных трубах создается благодаря разности температуры и плотности газов внизу трубы и воздуха на уровне верха трубы. Чем больше эта разность, тем выше скорость газа в трубе и тем сильнее тяга. Если трубу сделать очень высокой (500—1000 м), расположив ее, например, на склоне горы, то при определенной температуре у основания трубы скорость воздуха в ней может достигнуть 100—200 м/сек. Предполагалось создать такую установку в Сахаре. При этом намечалось внизу трубы сделать широкий стеклянный раструб, проходя который воздух, поступающий в трубу, будет нагреваться солнцем. В СССР такого рода установки могут быть использованы прежде всего на горном побережье Крыма и Кавказа, а также в некоторых местностях Средней Азии.

Значительная доля энергии ветра земного шара превращается в энергию морских волн. На 1 км2 поверхности моря, по которой бегут, например пятиметровые волны, сосредоточивается мощность 3 млн квт. На берегу Черного моря построена и испытана опытная установка по использованию энергии волн. Был сделан двугранный угол-тупик, обращенный раструбом к морю; его стороны и дно, наклоненные к морю, обшиты листами нержавеющей стали. В тупик врывается волна, высота ее в тупике увеличивается, и она сильным всплеском заполняет бассейн, установленный в вершине тупика. Стекающая из бассейна вода может вращать турбину. Опыты показали принципиальную работоспособность такого устройства. По проведенным во Франции подсчетам, подобное устройство длиной 20—30 м и при ширине раструба 10 м, будучи установленным в Касабланке на берегу Атлантического океана, может дать в год до 200 тыс. квт-ч электроэнергии.

Если вы нашли ошибку, пожалуйста, выделите фрагмент текста и нажмите Ctrl+Enter.

Поделитесь информацией с друзьями

Оставить комментарий

Войти с помощью: 

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

Сообщить об опечатке

Текст, который будет отправлен нашим редакторам: