Страница 31 из 52
Многие слышали про автомобиль японской фирмы "Исудзу" с двигателем из керамики. Достоинства его отнюдь не исчерпываются уменьшением расхода металла. Главное - существенное повышение КПД.
В двигателях внутреннего сгорания можно превратить в полезную работу около 70 процентов энергии израсходованного топлива, однако на практике эффективный КПД равен всего 28-38 процентам, то есть вдвое меньше. Большая часть тепла теряется с охлаждающей водой, маслом, выхлопными газами. Эффективность термодинамического цикла существенно возрастает при повышении температуры газов в цилиндрах двигателя. Однако при перегреве стенок цилиндров двигателя падает их прочность и стойкость. Можно охлаждать стенки, усилив наружное охлаждение, но тогда опять возрастут потери. Идеален так называемый адиабатный двигатель, от цилиндров которого не нужно отводить тепло. Применение керамических материалов и позволяет приблизиться к идеалу.
Дело в том, что керамические материалы наподобие соединений кремния с углеродом или азотом (карбиды и нитриды кремния) способны выдерживать температуры до 1500 градусов. Ныне уже научились изготовлять детали требуемой формы путем спекания и прессования керамических порошков.
Остается еще добавить, что при температуре в камере сгорания 1200 градусов двигатель становится многотопливным. В нем можно использовать также керосин, различные спирты, синтетические соединения из угля и даже некоторые сорта мазута.
КПД керамического двигателя удается поднять до 45 - 50 процентов, а при использовании тепла отходящих газов и полном устранении потерь на охлаждающую жидкость - даже до 55-60 процентов. Всем хорош этот двигатель, кроме одного, но очень важного показателя - ресурса работы. Пока он еще очень мал. Разные модели выдерживают всего от 50 до 500 часов.
Привлекательно уменьшить расход бензина и дизельного топлива, заменив их другими энергоносителями - дровами, водородом, различными синтетическими веществами, природным газом, электроэнергией.
Даже солнечные автомобили уже перекочевали со страниц научных журналов на гоночные трассы. Не так давно в Швейцарии состоялась 365-километровая гонка.
Победу одержал "гелпомобиль" с поэтическим именем "Солнечная серебряная стрела". Вес его - 180 килограммов. Серебряно-цинковые аккумуляторы заряжаются от 432 солнечных элементов, размещенных на его крыльях. Скорость - до 70 километров в час.
"Гелиомобилп" - это возможное будущее, а сейчас неплохо зарекомендовали себя двигатели на природном газе. Если в металлических баллонах сжать газ до 200 атмосфер, то на одной заправке такси проедет 200, а грузовой автомобиль 300 километров.
Применение природного газа высокого давления связано с рядом недостатков и трудностей. Нужно создать широкую сеть специальных газозаправочных станций, а это требует больших капиталовложений.
Еще один недостаток - понижение грузоподъемности автомобиля из-за большого веса баллонов. Однако и тут возможны усовершенствования. Так, баллоны из низколегированной стали весят в 1,5, а из композитных материалов - даже в 6-7 раз меньше. В таких баллонах давление можно существенно повысить.
Природный газ обладает важными достоинствами, которые также должны приниматься в расчет. У него высокие антидетонационные свойства. Поскольку газ не смывает смазку в двигателе, межремонтный пробег увеличивается в 1,3-1,5 раза.
Мы рассмотрели два вида транспорта средней скорости - железнодорожный и автомобильный. Народному хозяйству необходимы также как медленные (морские и речные), так и более быстрые (авиационные) виды перевозок. Но везде важнейшей задачей остается изыскание наиболее эффективных путей сбережения горючего, экономии энергии.
Почти все от Солнца
Электроэнергия из светового луча
В глубине тропических лесов Цейлона расположилась небольшая, но очень необычная деревня. Все ее потребности в тепле, энергии, электричестве удовлетворяют солнечные лучи. Значит, энергетические проблемы могут быть в принципе решены с помощью солнечной энергии?
Не будем спешить с таким выводом. Деревня на Цейлоне экспериментальная. Она создана под эгидой ООН и на деньги международных фондов. До полной окупаемости этому солнечному комплексу еще далеко. Множество подобных исследовательских центров работает ныне в разных концах земного шара.
Например, один из них открыт в городе Сантьяго-деКуба. Здесь при содействии советских ученых создана электростанция на фотоэлементах, которая может снабжать энергией жилые дома.
В нашей стране построены опытные солнечные центры вблизи Дербента, в Узбекистане, под Киевом, в Таджикистане. Каковы же перспективы использования солнечной энергии у нас в стране?
Оценим сначала ее количество, доступное человеку.
Ежегодно солнечные лучи доносят до Земли энергию, эквивалентную 50 триллионам тонн топлива, а это в несколько тысяч раз больше, чем потребляет человечество.
Но плотность ее на поверхности земного шара невелика - 600-1000 ватт, а в среднем с учетом суточно-годовых колебаний и облачности - всего 150-250 ватт на квадратный метр. Для сравнения: когда домашний чайник стоит на газовой плите, плотность поступающей в него энергии в тысячу раз больше. Другими словами, рассеянные солнечные лучи трудно и потому дорого использовать для получения необходимого тепла и электричества.
Тем не менее заманчиво научиться собирать и утилизировать энергию нашего светила. Ведь Солнце - это неиссякаемый, или, как говорят энергетики, ВОЗООНОВЛЯРмый источник энергии. Когда сжигают органическое топ ливо, извлекаемое из недр, оно не восполняется, а если и возобновляется, то очень медленно, даже по геологическим меркам, тогда как термоядерный реактор у нас нал головой будет действовать еще миллиарды лет.
Его лучи не перегревают Землю, являются "недобавляющим" источником энергии. Они не нарушают тепловой баланс всей планеты. Вероятно, это качество окажется важным в перспективе, когда деятельность человека начнет сказываться на тепловом режиме всего земного шара или какого-либо отдельного его региона.
Солнечная топка порождает и поддерживает другие виды возобновляемых энергетических ресурсов, например ветра. Если бы направить все ветры в турбины электрогенераторов,, то удалось бы сэкономить 40-80 миллиардов тонн условного топлива в год. Ведь мощность ветрового потока в среднем на планете - больше 500 киловатт на квадратный километр площади.
Приливы и потоки в морях и океанах, если их полностью утилизировать, позволили бы сэкономить около 4 миллиардов тонн условного топлива в год. Зато фотосинтез может дать до 200 миллиардов тонн условного топлива. Из них только на долю лесов приходится около 25 миллиардов тонн.
Энергетическая программа не оставляет в стороне все эти неарадициопные источники энергии. За их счет намечается производить от 20 до 40 миллионов тонн условного топлива. Примерно столько энергии давали в 1970 году все гидростанции страны.
Предлагается по-разному использовать солнечную топку. Поиск пока идет очень широким фронтом. Уже сегодня нередки солнечные коллекторы для подогрева воды, солнечные фотоэлементы на часах, в космосе.
На повестке дня - солнечные орбитальные электростанции и океанские электрогенераторы, эксплуатирующие напор океанских течений пли перепад температур на поверхности и в глубине океана.
Наиболее проработан на сегодняшний день традпциониый способ получения электричества из солнечного излучения - через разогрев того или иного рабочего тола (теплоносителя). Ядерные и термоядерные котлы действуют по такому же принципу. Нагретый теплоноситель (например, вода) используется оатем в паровом цикле преобразования тепла в электроэнергию: котел - пар турбина - электрогенератор. Солнечная энерпш концентрируется зеркалами. Если в фокусе параболического отражателя разместить трубу с теплоносителем, то получится котел, в котором и будет генерироваться пар.
В мире уже работает несколько подобных установок.