6.6. Космоэнергетика и проблемы энергобаланса России на долгосрочную перспективу1

Наращивать производство энергии за счет ископаемых топлив не позволяют их ограниченные запасы. Расчеты показывают: нефти, обеспечивающей сейчас 38% мировой потребности в энергии, при сегодняшних темпах расходования хватит лишь на 35 лет, природного газа — на 45, угля — на 275 лет.

Но все эти виды топлива еще и экологически опасны. Они образуют при сгорании парниковый углекислый газ, способствующий глобальному потеплению. В то же время население Земли, составляющее ныне более 6 млрд. человек, продолжает увеличиваться, соответственно растет и спрос на энергию. Мировые эксперты единогласно сходятся на том, что после 2020 г. (а именно на этот срок рассчитана принятая в августе 2003 г. Энергетическая стратегия России) существенную роль в мировом энергобалансе будет играть атомная энергия и начнется интенсивное использование солнечной энергии. А после 2060 г. ядерная и солнечная энергия вообще выйдут на первый план, так как другие энергоресурсы иссякнут. Но ядерная энергия опасна, а солнечная требует огромных площадей. Россия хотя и имеет в этом отношении существенные преимущества перед другими странами (при 2,3% населения мира мы владеем 13% мировых запасов нефти и 50% мировых запасов газа, а занимаемая нашей страной территория составляет не менее 10% суши), но в части практического освоения солнечной энергии должна начинать работы уже сейчас. Речь идет о КСЭС — космических солнечных электростанциях (рис. 6.13), которые намного выгоднее земных гелиоустановок, так как не связаны со сменой дня и ночи, с облаками и туманами. Цикл освоения крупных космических проектов составляет не менее 20 лет, поэтому, не начав работы сейчас, мы получим провал в энергопотреблении начиная с 2020 г. ч СВЧ-луч Все понимают, что мы уже и так давно живем за счет будущих поколений: снимаем «сливки» нефтедобычи, строим атомные электростанции, не учитывая неизбежную их будущую ликвидацию, ядерные отходы размещаем под землей и под водой, не думая о будущей их безопасности, не заботимся о приходящих в негодность трубопроводах и оборудовании...

А главное — уничтожаем и транжирим доставшееся нам от природы и от бывшего великого государства — СССР — богатство: нефть и природный газ. Мы не отделяем не только этан, пропан, бутан, но и гелий, продажа которого могла бы с лихвой окупить и обновить все наше газовое хозяйство. Короче, совсем не думаем об энергетическом будущем наших детей и внуков. В природном газе, а также в попутном газе нефтяных месторождений много водорода, который мы чаще всего просто сжигаем, совершенно не заботясь о многочисленных горняцких поселках, которые буквально вымирают из-за закрытия нерентабельных шахт. Их особенно много в Тульской области. А ведь эти шахты могли бы пригодиться, если бы там наладить (с помощью подводимого природного или попутного газа и выделяемого из него водорода) производство синтетического авиационного горючего. Напомню, что сейчас практически весь мир летает на синтетическом керосине ^ — 10, а мы его закупаем в зарубежных аэропортах по высокой цене для заправки самолетов. Более того, наш ископаемый водород содержит существенный процент бесценного дейтерия и даже трития, а мы все это богатство бездумно сжигаем или бесплатно отправляем за границу. Немаловажен и фактор глобального потепления, который может исключить из пользования довольно широкую полосу суши вблизи экватора. На нашей планете, как показали последние исследования, эпохи с жарким климатом (среднегодовая температура приземной атмосферы 25оС и выше) сменялись примерно через полтораста миллионов лет глобальными оледенениями со средней температурой воздуха всего 10оС. Кстати, первобытные люди появились около 4 млн. лет назад именно в таких условиях. Сегодня среднегодовая температура весьма комфортна: 15°С, но, к сожалению, продолжает повышаться, повергая в ужас климатологов и экологов. Кое-кто считает, что в этом глобальном потеплении виноваты не столько природные, сколько антропогенные явления. Ведь люди вырабатывают огромное количество энергии, которая полезно используется всего на 15—25%, а остальная переходит в тепло, нарушая энергетический баланс солнечно-земных связей.

О парниковых газах, и в первую очередь об углекислоте, уже говорилось. Начиная с 1992 г. раз даются призывы к снижению антропогенной активности, резкому уменьшению рождаемости, экономии энергии, самоограничению. Россия вот уже 15 лет активно свертывает свою космическую деятельность, хотя мировая космонавтика родилась именно в России и к настоящему времени именно российская космонавтика располагает плодотворными идеями по спасению планеты от потепления и энергетического голода. Всем надо хорошо осознать: мы живем в эпоху интенсивного перехода от ледникового периода к жаркому климату. И этот процесс неизбежен и неотвратим. Антропогенная же деятельность не вызывает, а всего лишь ускоряет потепление климата. Вот и получается, что освоению космоса с точки зрения выживания человечества альтернативы нет. Именно потому надо как можно быстрее пересмотреть планы по продаже и по сжиганию газа. Необходимо срочно организовывать производство полиэтилена, в том числе и дейтериевого (атомы водорода заменены на атомы дейтерия), поскольку полиэтилен нужен не только как поделочный материал, но и является превосходным горючим в самых энергонасыщенных системах, включая авиацию, морскую и ракетную технику и даже будущую лазерную термоядерную энергетику. Естественно, все эти направления теснейшим образом связаны и со строительством орбитальных КСЭС. Идея строительства космических солнечных электростанций (КСЭС), передающих энергию в виде СВЧ-луча земным потребителям, впервые была высказана в СССР в 1960 г. А после полета Ю. А. Гагарина в 1961 г. уже серьезно обсуждалась на Президиуме АН СССР под председательством М. В. Келдыша и была признана заслуживающей внимания в связи с ограниченностью или опасностью иных энергоисточников. Техника беспроводной СВЧ- передачи энергии тоже являлась приоритетом бывшего нашего государства. Еще в середине ХХ в. под руководством профессора С. И. Тейтельбаума в Киевском политехническом институте были проведены опыты с простейшими квадратными антеннами (сторона квадрата 100 м).

При длине волны 10 см (очень близкой к длине волны излучателя КСЭС — 12,5 см) на расстоянии 30 км КПД передачи энергии составлял 25%. Ожидается, что современная техника позволит получить КПД СВЧ-передачи на космических расстояниях не менее 90%, что практически исключит нагрев атмосферы. Напомним, что средний КПД наземных электростанций составляет около 20%, а это значит, что 80% первичной энергии сразу же превращается в тепло. Выбросы углекислоты этот на грев еще более увеличивают за счет парникового эффекта. Исходя из сказанного, в энергетической стратегии России должно быть прописано появление в 2020 г. хотя бы опытной КСЭС установленной мощности 5000 кВт — по аналогии со всеми нашими опытными станциями: атомной — в Обнинске, солнечной — в Крыму, геотермальной — на Камчатке, первоначальная мощность которых составляла 5000 кВт. Сегодня космонавтика, оставаясь необходимой компонентой существования человечества, нуждается в широкой международной кооперации. Весьма желательно иметь экономическую или энергетическую стратегию России не только на период до 2020 г., но и существенно дальше — до 2050 г., а также глобальную космическую доктрину как очень важную компоненту этих стратегий. В части космонавтики ныне все происходит наоборот — основные отпускаемые на нее государственные ресурсы идут на информатику, т. е. связь, навигацию, дистанционное зондирование Земли, передачу радио- и телесигналов, научные исследования. Почему-то считается, что именно здесь можно получить максимальный экономический эффект. В результате ближний космос замусорен, разобщен по странам — участницам космических программ, а по тому не только не решается, но даже и усугубляется главная проблема выживания человечества — энергетическая. Заметим, что в соответствии с теорией жизнеспособных организмов (экоматермикой) под энергетикой понимается огромный комплекс, включающий пищу для людей, корма для животных, удобрения для растений, воду, тепло, свет, воздух для дыхания, электричество, моторное топливо. Первый полуфантастический проект КСЭС был предложен и опубликован американским инженером П. Глейзером. Спроектированная им станция должна была располагаться на околоземной геостационарной орбите (ГСО) и иметь массу 30 000 т при размахе кремниевых солнечных батарей 60 км и установленной электрической мощности на земле 8,5 ГВт, что превышает этот показатель для многих крупных действующих электростанций мира (Красноярская ГЭС — 6 ГВт, Гранд-Кули в США — 6,2 ГВт и т. д.). Солнечные батареи этой КСЭС должны были передавать энергию в преобразователи, где она превращалась бы в сверхвысокочастотное (СВЧ) излучение, направляемое антенной КСЭС в виде узкого луча на наземные приемные антенны, а оттуда после преобразования в ток промышленной частоты — в действующую потребительскую сеть. В американском проекте КСЭС располагалась на геостационарной орбите (ГСО), находящейся в плоскости экватора на высоте 35 800 км. Для этой орбиты характерно равенство периодов обращения КСЭС и планеты, поэтому КСЭС всегда будет «висеть» над одной и той же точкой земной поверхности. Вслед за публикацией П. Глейзера другие проекты подобных станций стали рождаться, как грибы после дождя, особенно после энергетического кризиса 1973 г. Но вот беда — все они были «привязаны» к ГСО, где и так уже тесно от расположенных там многочисленных информационных спутников, для которых СВЧ-поле КСЭС может стать непреодолимой помехой. Да и периодическое «ныряние» расположенной на ГСО КСЭС в земную тень чревато большими температурными деформациями, нарушающими юстировку антенны. Кроме того, в период тропических ливней передача СВЧ-энергии существенно осложнится из-за эффектов ее рассеяния. Что же касается нашей страны, то энергия нам необходима главным образом в северных районах, откуда расположенная на ГСО КСЭС попросту не будет видна либо потребует немыслимо больших площадей земных антенн. Например, на широте Москвы расположенная на ГСО КСЭС будет видна под углом к горизонту всего 7°, а это практически исключает строительство наземной антенны. Вот почему для России, да и для других приполярных стран Северного полушария нами предложена вытянутая в сторону Полярной звезды 12-часовая синхронно-солнечная или приближающаяся к ней по параметрам орбита (рис. 6.14). «Восход» КСЭС над горизонтом будет наблюдаться дважды в сутки. Апогей ее орбиты будет находиться над Северным полюсом на высоте около 40 000 км, а перигей — в районе Южного полюса на высоте около 500 км. Подача энергии от такой КСЭС будет происходить в течение 8 часов, а остальные 4 часа энергия будет накапливаться с помощью бортовых аккумуляторов. Если апогей орбиты поднять до 72 000 км, то орбита станет геосинхронной и время подачи энергии увеличится до 9 ч. На такой орбите можно разместить тысячи станций — от первых опытных с установленной мощностью 5—50 тыс. кВт до космических электрогигантов далекого будущего. Приемные антенны (их еще называют ректеннами) будут располагаться в пустынных районах Крайнего Севера вблизи действующих ныне инфраструктур большой энергетики, с тем Рис. 6.14 Схема расположения КСЭС на околоземной орбите: 1 - геостационарная орбита; 2 - информационные спутники; 3 - земной экватор; 4 - орбита КСЭС; 5 - КСЭС; 6 - СВЧ-луч; 7 - ректенна чтобы использовать существующие газовые трубопроводы для передачи водорода, полученного электролизом из воды, а существующие ЛЭП — для передачи электроэнергии. Площадь ректенн должна быть огромной — от 100 до 2000 км2 — это надо для получения высокого КПД, а также для того, чтобы концентрация энергии в СВЧ-луче была безопасной для обслуживающего персонала, самолетов, птиц и зверей. Кроме того, для условий Севера ректенны будут обеспечивать теплом сельскохозяйственное производство. Отдельные блоки ректенн будут иметь диаметр порядка 8—20 м и напоминать по форме остроконечные чумы (рис. 6.15) коренных жителей. При этом жители этих мест будут обеспечены работой и средствами к существованию на долгие годы — даже после исчерпания углеводородных энергетических ресурсов. Рис. 6.15. Блок ректенны: а - разрез элемента; б - общий вид ректенны; 1 - молниеотвод; 2 - радиосветопрозрачный конический купол; 3 - координатное фокусирующее устройство; 4 - усилитель и преобразователь СВЧ-излучения; 5 - сеточный отражатель; 6 - посадки сельхозкультур; 7 - почва Со временем вокруг Земли появится огромное «алмазное ожерелье» из КСЭС, выполняющих не только энергетическую, но и другие функции (транспортные — по отправлению кораблей с апогея орбиты в дальние рейсы к Луне и планетам и по отправке их с перигея орбиты на Землю, по защите Земли от угрозы «агрессии» со стороны комет и астероидов, по получению сведений о границах нашей Вселенной, поскольку антенны всех КСЭС могут на время стать одним большим радиотелескопом, и т. д.). Оно станет рукотворным украшением северного ночного неба, несущим жизнь, энергию и оптимизм народам, живущим не только в Северном полушарии, но и на всей нашей планете. Каков же вывод из всего сказанного? Он может быть только один: необходимо уже сейчас в законодательном порядке увязать деятельность нефтегазовой промышленности с обеспечением работ по созданию КСЭС. Кроме того, должен быть выпущен специальный закон о возобновляемых источниках энергии, в котором работы по КСЭС должны быть всесторонне и грамотно детализированы.

<< | >>

↑

Источник: Б. Н. Кузык, Ю. В. Яковец. Россия-2050. Стратегия инновационного прорыва. 2005

Еще по теме 6.6. Космоэнергетика и проблемы энергобаланса России на долгосрочную перспективу1:

- Информатика для экономистов - Антимонопольное право - Бухгалтерский учет и контроль - Бюджетна система України - Бюджетная система России - ВЭД РФ - Господарче право України - Государственное регулирование экономики в России - Державне регулювання економіки в Україні - ЗЕД України - Инновации - Институциональная экономика - История экономических учений - Коммерческая деятельность предприятия - Контроль и ревизия в России - Контроль і ревізія в Україні - Кризисная экономика - Лизинг - Логистика - Математические методы в экономике - Международные экономические отношения - Микроэкономика - Мировая экономика - Муніципальне та державне управління в Україні - Налоговое право - Организация производства - Основы экономики - Политическая экономия - Размещение производительных сил (РПС) - Региональная и национальная экономика - Страховое дело - Теория управления экономическими системами - Управление инновациями - Философия экономики - Ценообразование - Экономика зарубежных государств - Экономика и управление народным хозяйством - Экономика отрасли - Экономика предприятия - Экономика природопользования - Экономика труда - Экономическая безопасность - Экономическая география - Экономическая демография - Экономическая статистика - Экономическая теория и история - Экономический анализ -

- Аудит - Банки - Бизнес - Бухгалтерский учет - Макро и Микроэкономика - Маркетинг - Менеджмент - Философия - Финансы - Экономика -