РОССИЙСКАЯ АКАДЕМИЯ НАУК
Институт Народнохозяйственного Прогнозирования
Открытый семинар
«Экономические проблемы энергетического комплекса»
Тридцать четвертое заседание
от 24.09.2002 г.
В.Ф.Шарков
РАЗВИТИЕ АЛЬТЕРНАТИВНОЙ ЭНЕРГЕТИКИ
В РОССИИ НА БЛИЖНЮЮ ПЕРСПЕКТИВУ
- Прогноз путей развития и экономических последствий практического использования новых источников энергии с аномально высокой эффективностью.
- Применение АЭ в системах энергосбережения.
- Перепрограммирование функций АЭ с целью ее адаптации с Большой Энергетикой.
- Интеллектуальная малая энергетика.
- Верификация Fringe Projects.
- Ризоматическая модель развития АЭ.
Москва, 2002 г.
Прогноз развития
альтернативной энергетики
сэра Артура Чарльза Кларка:
2002 г. Поступило в продажу первое устройство
для выработки чистой и безопасной энергии
путем низкотемпературных ядерных реакций.
Это знаменует конец «эры ископаемого топлива».
Планету захлестывает волна экономических и
геополитических потрясений. 10 декабря ученые
Понс и Флейшман получают Нобелевскую премию
в области физики за названный их именем «холодный термояд».
2010 г. Разработаны первые квантовые генераторы,
которые улавливают энергию прямо из космоса.
В портативном варианте для своего питания
они требуют всего несколько киловатт, но
могут производить энергию практически
бесконечно. Центральные электростанции
закрываются, эпоха линий электропередачи и
распределительных щитов завершена,
национальные энергосети демонтируются.
2015 г. Неизбежным побочным продуктом квантового
генератора становится полный контроль над
материей на атомном уровне. Старая мечта
алхимиков реализована в коммерческих
масштабах и с неожиданным результатом.
За считанные годы свинец и медь стали стоить
вдвое дороже золота, ибо оказались полезнее и нужнее.
Ключевые понятия:
1. Энергетика: Большая, Альтернативная, Адаптивная,
Интеллектуальная, Циклическая.
2. Эффективность генераторов энергии: для термодинамически замкнутой системы – КПД (коэффициент полезного действия) 100%; для незамкнутой системы КПЭ (коэффициент преобразования энергии) может быть 100%.
3. Генераторы и процессы, где КПЭ 100%: Тепловые насосы; Вихревые теплогенераторы; использование Энергии Окружающей Среды, например, в гравитационном вакуумном насосе; Лазерный катализ в нефтепереработке; экзотермическая структурная (кластерная, фрактальная) перестройка вещества.
Принятые переводные коэффициенты:
1 калория 4 Джоуля
1 103 Кватт
1 тонна условного топлива (т.у.т.) 8 103 КВаттчас
1 Британская тепловая единица (ВТU) 103 Дж
1 доллар USA 30 рублей РФ
1 евро 30 рублей РФ
СОДЕРЖАНИЕ
Введение. Почему и с чем физики сегодня идут в инженеры –
теплотехники?
1. Альтернативная энергетика в системах энергосбережения предприятий.
2. Перепрограммирование функций АЭ и адаптивная логика ее применения в системах «Большой Энергетики».
3. Ориентиры и некоторые перспективные варианты развития Альтернативной Энергетики на ближайшие 10 лет.
4. Прогноз экономических последствий практического использования новых источников энергии с аномально высокой эффективностью.
5. Вместо Резюме: Ризоматическая модель развития Альтернативной Энергетики.
Литература.
Приложение.
Введение. Почему и с чем физики сегодня идут в
инженеры-теплотехники
«Кто мешает тебе выдумать
порох непромокаемым?»
Козьма Прутков
В моем докладе не обсуждается актуальность проблемы развития альтернативной энергетики в мире. Долгосрочные и уже по одному этому фактору – оптимистические прогнозы также не рассматриваются. И то и другое сделано, делается, и будет делаться с большим пиететом и мудрой осторожностью моими уважаемыми коллегами – учеными и авторитетными государственными чиновниками.
В доклад вполне осознано включены: весьма уязвимый прогноз на ближнюю перспективу и уже совершенно точно опасный для научной репутации автора набор конкретных рекомендаций по безотлагательной адаптации элементов Альтернативной Энергетики к реальным экономическим, технологическим и социальным условиям в России. Термин «уязвимый» и «опасный» здесь отражают лишь то простое обстоятельство, что прогноз и рекомендации могут быть проверены еще при активной жизни их автора. Впрочем прежде всего на организацию всесторонней серьезной верификации предложений автора по развитию Альтернативной энергетики в России и направлена данная работа.
Разговоры о необходимости развивать нетрадиционные экологически чистые источники энергии сегодня не только модны, но и совершенно обязательны как для политических тусовок и научных конференций, так и для кухонных дискуссий интеллектуалов. Проблему «золотого миллиарда» – оптимального (!?) количества людей на планете [1] – одинаково жарко обсуждают моралисты и прагматики, экологи и энергетики, политики и обыватели… Все соглашаются, что рост энергопотребления человечеством ведет к катастрофическим изменениям в биосфере. Как скоро случится катастрофа и что надо делать, чтобы хотя бы приостановить этот процесс – вот основной предмет дискуссий.
Казалось бы решение этой проблемы очевидно. Надо всего лишь переориентировать энергетиков на развитие более безопасных в экологическом отношении источников энергии. Точнее, надо попросить энергетиков об этом так, чтобы они не смогли отказаться. Политики сегодня пишут Указы, ученые просят ВАК открыть новые «хлебные» научные специальности, обыватели привычно занимают выжидательную позицию… А как же развиваются события? Всяческая суета видна повсюду: в газетах, в кино… Но на практике, к сожалению, ничего не происходит.
Громкие, как стон муллы с минарета, призывы «стать богатыми и здоровыми» на фоне заметного каждому ухудшения экологической обстановки и чудовищного роста стоимости энергоносителей сегодня кажутся, как минимум, неуместными. Многие производства из-за огромных и быстро растущих затрат на энергопотребление становятся неконкурентоспособными. Например, инвестиционная привлекательность Государственных Научных Центров напрямую связана с тем, насколько удастся снизить долю затрат на энергообеспечение в заказных хоздоговорных работах. Необходимо срочно хотя бы приостановить рост этих затрат, которые по некоторым данным в последние 3 года увеличиваются с темпом 3040% в год и составляют уже не менее 30% от суммы типового договора. Тенденция такова, что через несколько лет эти затраты будут «съедать» до половины заработанных предприятием средств. Впрочем, этого не случится никогда, ибо еще раньше предприятия прекратят свое земное существование.
Реальная опасность близкого энергетического коллапса заставляет мобилизоваться и физиков и специалистов самого разного профиля для поиска решения этой болезненной для всех проблемы. Результаты одного из таких поисковых исследований, для конкретного, впрочем, весьма крупного предприятия приведены в главе 1. Эти данные проанализированы автором и на их основе сформулированы конструктивные рекомендации, интересные в практическом отношении не только для своего института, но, хотелось бы надеяться, и для других предприятий. Поиск нетрадиционных, но обязательно эффективных решений в энергетике конкретного предприятия с учетом прогноза изменения ситуации в стране естественным путем привел автора к необходимости рассмотрения общих проблем Альтернативной Энергетики, ибо давно известно, что нельзя «построить коммунизм в отдельно взятой деревне». Для практики наиболее интересны прогнозы и рекомендации на ближайшую перспективу, т.е. на 5-10 лет. Эти вопросы рассмотрены в Главах 2 - 4.
Времена, когда наше Общество считало физиков, чуть ли не богами, способными решать любые проблемы и уж, конечно, - экономические задачи, давно прошли. Но хотелось бы высказать уверенность, что методы аналитических и экспериментальных исследований, взятые из точных наук могут быть эффективно использованы и для решения проблем энергетики. Надеюсь, что полученные профессиональным инженером – физиком результаты анализов, прогнозы и рекомендации по поиску оптимальных путей развития Альтернативной Энергетики, соображения об ее роли и функциях в Большой Энергетике будут интересны профессиональным экономистам, энергетикам и менеджерам.
Возможно, представленные далее, в тексте данной работы соображения наивны и излишне оптимистичны. Но в подобной ситуации Марк Твен сказал бы: «Будем надеяться, что в ХХI веке понятия «инженер» и «бедняк», «оптимист» и «дурак» перестанут быть синонимами, коими они к глубокому прискорбию стали в конце ХХ века».
С уважением, Виктор Шарков, инженер-физик.
1. Альтернативная энергетика в системах энергосбережения предприятий
Рассмотрим для определенности конкретную ситуацию с энергоснабжением и энергосбережением на примере крупного ФГУП ГНЦ, расположенного в одном из подмосковных городов. Полное наименование этого Научного Центра для нашего анализа несущественно. К тому же отсутствие точного адреса предприятия дает некоторую дополнительную свободу при рассмотрении деликатных проблем, связанных с «человеческим фактором» и чрезмерной бдительностью отдельных серьезных товарищей.
Выбранный для анализа ГНЦ имеет по данным на 2001 г. следующие характерные параметры:
1. Потребление тепловой энергии 3,5 104 Гкал.
2. Истрачено электричества 5 106 кВт/час.
3. Около 200 производственных корпусов и административных зданий размещены на площади 1 кв.км. Они соединены 80-тью км труб горячего и холодного водоснабжения. Имеется резервная система оборотного водоснабжения, функционируют артезианские скважины.
Одно из научных направлений работ связано с созданием и опытной эксплуатацией мощных квазистационарных источников энергии. Это, например, индуктивные накопители энергии и магнитогидродинамические генераторы электрических импульсов со сверхпроводящими магнитами. Здесь много лет успешно работают с механическими накопителями энергии (маховиками с энергией 109Дж) и термоаккумуляторами запасающими тепловую энергию 109Дж) в фазовом переходе вещества.
Многие сотрудники предприятия имеют опыт работы с мощными автономными источниками энергии различных типов.
В настоящее время одна из наиболее острых проблем данного ГНЦ – техническая деградация быстро стареющей системы внутреннего теплоснабжения. Эта проблема самым катастрофическим образом «дополняется» необходимостью платить все большие и большие суммы денег за внешнее теплоснабжение. Стоимость тепла, получаемого от ТЭЦ, растет с темпом 35% в год. Очевидно, что подобная финансовая нагрузка будет все более и более негативно сказываться на привлечении инвестиций. В итоге очень скоро инвестиционный климат на предприятии станет совершенно не интересен потенциальным Заказчикам.
С целью наискорейшего исправления тяжелой ситуации с теплоснабжением были рассмотрены два «полярных» варианта:
1) уменьшение тепловых потерь на теплотрассах и в зданиях давно известными, традиционными способами типа изоляции труб, закрытия форточек, утепления чердаков …;
2) немедленное привлечение в систему теплоснабжения ГНЦ новейших генераторов тепла, использующих нетрадиционные способы получения энергии таких, как вихревые теплогенераторы, тепловые насосы, радиоизотопные «вечные» источники тепла и т.п.
Первый подход к решению проблемы энергосбережения, как показывают результаты исследований, приведенные в таблице 1.1., не эффективен. Широко рекламируемые еще с советских времен методы «заплаток» на трубы и уплотнение швов на стенах зданий не могут быстро исправить ситуацию.
Таблица 1.1.
Э Н Е Р Г О С Б Е Р Е Ж Е Н И Е :
ПОТРЕБИТЕЛЬ, выбери работу сам
Инженерные
мероприятия
Стоимость работ
Евро/от.ед. Срок окупаемости
(годы)
Управление тепловыми потоками у потребителя
740 = А
1
Теплоизоляция стен 22 А 23
Изоляция чердака и кровли
15А
9
Ремонт оконных рам и проемов
7А
5
Изоляция труб 1,3А 2
Оптимизация КИП в котельной (мазут, газ, ТЭН)
10А
3
ИТОГО: 41690 7
Данные получены по Программе TACIS-СИНЕРЖИ применительно к лабораторному корпусу 4000м2.
Эти дорогостоящие операции окупятся лишь лет через 20. Приоритетным (см. Таблицу 1.1.) в энергосбережении должно стать совершенствование систем контроля и управления энергопотоками не вообще на территории ГНЦ, но в каждом конкретном здании или даже в отдельном лабораторном зале. В этом случае уже за 1 год можно достичь большого экономического эффекта.
Перспективы самостоятельного применения вихревых установок и тепловых насосов, как показано на рисунке 1.1., на первый взгляд нисколько не лучше других, вполне традиционных и менее экзотических типов микрокотельных. Автоматизированные газовые котельные при действующих ценах на газ, естественно, вне конкуренции. Однако, есть все основания полагать, что тарифы на газ и жидкое топливо в ближайшие 2-3 года существенно вырастут. С учетом такого прогноза газовая микрокотельная уже не является единственно возможным решением проблемы теплоснабжения предприятия. Надо искать другие варианты.
Предположим, что в ближайшие годы график изменения зимней температуры сохранит примерно ту же циклическую, импульсно-периодическую форму, что наблюдалась в прошедшие 3 года (см. рисунок 1.2.). В этом случае у предприятия появляется реальная возможность при минимальных капитальных затратах в течение одного отопительного сезона вдвое сократить плату за внешнее теплоснабжение.
Ключевая идея этого метода «циклического энергоснабжения» состоит в подключении к существующей системе теплообеспечения предприятия дополнительных резервных миникотельных. Очень важно, что эти резервные источники энергии будут работать не более 10% срока отопительного сезона.
Рисунок 1.1.
Сравнительные характеристики
микрокотельных с различными типами
теплогенераторов
Изотопный Солярка
1000 - Электричество
180 - Уголь
-
140 - Тепловой насос
- Вихревой
100 - теплогенератор
-
60 - Газ
-
20 -
• • • • • • • • • •
0 5 10
Годы эксплуатации
Для всех вариантов тепловая мощность составляет 30 КВт.
Расчеты выполнены по ценам 2001 года для региона Московской области.
Рисунок 1.2.
½ (Тепло от ТЭЦ) + (резервные микрокотельные на предприятии) = ½ (оплаты за теплоснабжение)
с сохранением комфортных условий труда
Поток Температура
тепла от ТЭЦ Тмах воздуха на
N [100 ] - –30 улице, Т[0C]
- -20
Тср
- -10
- 0
-+10
2 -
1 .
0 50 100 150 200
Отопительный сезон, дни
Рекомендации Предприятие подготавливает
Аналитического Бюро: резервные микрокотельные
(ВТГ, ТЭН, Газ…) для
обеспечения пиковых
потребностей в тепле на 5-10%
времени зимнего сезона
Они должны включаться лишь время от времени и только на тот период, когда внешняя система подачи тепла от ТЭЦ будет не в состоянии обеспечить самые необходимые потребности предприятия.
Многие известные источники альтернативной энергетики пока надежно работают только в квазистационарном режиме. Очевидно, что применение установок АЭ вместо постоянно работающих традиционных котельных пока еще весьма сомнительно. Российским инженерам еще только предстоит построить и испытать стационарные генераторы АЭ с теплопроизводительностью 105-106Ватт. Разработка установок с тепловой мощностью более 107Ватт – и вовсе дело отдаленного будущего.
Полезно отметить, что в условиях переменных тепловых нагрузок действуют те же способы повышения эффективности генераторов энергии, что хорошо известны из электротехники. Здесь в высшей степени перспективны аккумуляторы тепла – «тепловые консервы». Потребитель имеет возможность периодически, по мере потребности заряжать эти «тепловые консервы», например, с помощью дешевого «ночного» электричества. Можно также закупать их относительно недорого в «заряженном» состоянии у тех предприятий, где имеется избыток тепла (металлургические заводы и т.п.).
Можно отметить еще одно важное обстоятельство. Собственные резервные источники энергии и «тепловые консервы» ослабляют кабальную зависимость предприятия от энергетиков – монополистов. Можно сказать, «снимают предприятие с иглы», точнее с «трубы», которая постоянно связывает с централизованными системами энергоснабжения. У предприятия повышается «энергетический рейтинг», возникают кое-какие возможности для заключения цивилизованных, взаимовыгодных договорных отношений с «хозяевами» Большой Энергетики.
Применение альтернативной энергетики в системах энергосбережения нашего предприятия, несомненно, имеет хорошие перспективы. В целом, работы по энергосбережению с привлечением АЭ способствуют заметному улучшению инвестиционного климата на предприятии, что в современных рыночных условиях может стать решающим фактором в пользу развития подобных работ.
Итоги проведенного выше анализа логично попытаться обобщить:
Быстрый, эффективный и адекватный ответ на кризисную ситуацию с энергоснабжением состоит в том, чтобы задействовать собственный технологический и, главное, интеллектуальный ресурс предприятий. На первом этапе необходимо и достаточно внедрить на предприятиях «интеллектуальную малую альтернативную энергетику». Не надо смущаться «красивых слов». Речь идет в первую очередь об оперативном, гибком управлении графиком получения и использования, заказанных вами (!) и строго контролируемых опять же вами (!) потоков тепла на своем предприятии. Здесь не потребуется больших капитальных затрат. Установить у себя квазистационарный источник тепла (энергии) и создать измерительно-управляющий комплекс для комбинированного внутренне/внешнего теплоснабжения предприятия - дело одного месяца. В каком-то смысле это замечательный, абсолютно реальный пример эффективного использования на своем «сермяжном» производстве тех самых информационных технологий, о перспективности которых постоянно говорят с красивых трибун высоколобые специалисты и политики.
Окупаемость оперативной системы внешне/внутреннего энергообеспечения не более одного отопительного сезона. Денежные затраты потребуются, но они в 10-100 раз меньше, чем потребовалось бы на универсальное решение этой проблемы по советским стандартам, когда денег не считали.
В качестве автономных источников энергии (тепла) российские изобретатели «нетрадиционных» энергетических установок уже предложили промышленности достаточно много вариантов устройств [13, 21]. Особое внимание, по-видимому, следует уделить вихревым теплогенераторам (см. Главу 3).
Развитие интеллектуальной малой энергетики в нашей стране может уже в ближайшие лет 10 существенно улучшить экономические показатели как заводов и фабрик, так и всевозможных ДЭЗов и ЖЭКов. Более того, только теперь на основе новых технологий АЭ могут быть созданы действительно работоспособные частные предприятия, способные реально конкурировать с муниципальными ЖЭКами. Это сегодня технически реально. Требуется лишь психологическая перестройка государственных и частных управленческих структур, возможно, понадобится широкий научно-технический ликбез для руководителей всех уровней.
Здесь ситуация в какой-то степени аналогична той, что складывается в России с развитием малого бизнеса. Просматривается перспективная связка: малая альтернативная энергетика + малый бизнес = частные предприятия для обслуживания жилищного фонда.
И еще одно замечание. Необходимо постоянно напоминать всем и себе в том числе, что малая альтернативная энергетика не в малейшей степени не является конкурентом Большой Энергетики (ТЭЦ, ГЭС, АЭС…). Эти два направления в технике развиваются и будут еще очень долго жить в различных «фазовых» пространствах, взаимно дополняя друг друга. Например, используя дешевое ночное электричество, потребитель с помощью вихревого теплогенератора, где для раскрутки потоков воды может использоваться электромотор, закачивает тепло в тепловой аккумулятор («соляной раствор», аккумулятор с фазовым переходом вещества и т.п.), а потом использует в дневное рабочее время. В таком симбиозе реализуется максимально высокая энергоэффективность обеспечения производства и существенно снижаются денежные затраты на производство товарной продукции.
Наш лаконичный прогноз: Интеллектуальная малая энергетика поднимет экономику российских предприятий и станет надежным фундаментом Жилищно-Коммунальной Реформы в России.
* * *
Трудно удержаться от того, чтобы не завершить эту главу некоторыми дополнительными сентенциями и лозунгами. На всех советских предприятиях специалисты по энергосбережению всегда находились на самых низких ступеньках служебной иерархии, где-то в арьергарде, рядом с инженерами по технике безопасности. Они занимались скучным бесконечным перекладыванием бумажных инструкций с места на место. Лишь иногда по «свистку» райкома партии открывали на короткое время очередную громкую Кампанию с призывами типа «Граждане, выключайте свет в туалете». Результаты таких Кампаний не влияли на экономические показатели предприятия и никак не сказывались на кармане конкретного сотрудника.
В нынешних рыночных условиях ситуация принципиально иная. Теперь каждая сэкономленная Гегакалория (ГКал) тепла приносит предприятию 300 рублей «живых денег». А всего таких гегакалорий за год набираются многие тысячи. Грамотная новая стратегия энергосбережения теперь требует очень высокой квалификации инженеров. Новых специалистов в этой области уже нельзя воспитывать как отступающую армию. Менеджерам на предприятиях предстоит осознать растущую роль альтернативной энергетики и найти ей место в своих системах энергоснабжения и, в первую очередь, – энергосбережения.
Энергосбережение может быть, также как искусство, любым кроме скучного. В наших исследованиях обнаружилось немало ярких примеров творческого, «живого» отношения старой гвардии инженеров советской научной школы к сформированным по-новому современным проблемам энергосбережения. Опишем одно из таких интересных технических решений, способное за «бесплатно», т.е. без всяких капитальных затрат обеспечить двукратную экономию тепла при обогреве лабораторного зала с площадью 100 х 30 м2 и высотой 30 м. Наши исследования подтвердили широко известный факт, что в этом случае основные потери тепла происходят через гигантскую площадь крыши зала. Фактически мы «топим атмосферу». Тепло к крыше переносится за счет мощных конвективных потоков от основных обогревательных батарей, размещенных в нижней части зала. Противопожарные требования и заданные условия эксплуатации оборудования в зале не позволяют построить фальшпотолок. Но никто не запрещает примерно на половине высоты зала растянуть легкую нейлоновую сетку типа волейбольной (рис.1.3). Такая сетка не препятствует вентиляции вредных выбросов от работающего оборудования, но примерно на порядок снижает перенос тепла к крыше за счет ослабления конвекции воздуха. При этом, конечно, изменится эпюра распределения температуры воздуха по высоте. Вверху станет холоднее, но в нижней жилой зоне зала гарантируется заданный уровень температурного комфорта. Вот какие чудеса «в решете», т.е. в волейбольной сетке! Кстати, это еще один хороший, хотя и весьма специфический пример малой интеллектуальной энергетики. А впрочем, малой или не малой – это еще вопрос, но «интеллектуальной» такая энергетика имеет основания быть признанной.
Рисунок 1.3.
Q1 >> Q2
Конвективный 1
поток теплового
воздуха
2
3
1 – Диффузионный поток теплового воздуха
2 – Сетка
3 - Отопление
Экономия тепла с помощью «волейбольной сетки»
2. Перепрограммирование функций Альтернативной
Энергетики и адаптивная логика ее применения в
системах Большой Энергетики
В настоящее время в России сложились замечательные условия для «водопойного перемирия» между представителями Большой Энергетики и «альтернативщиками». Во-первых, нет причин для конфронтации. Нетрадиционные источники энергии еще очень долго не будут конкурентами ТЭЦ, АЭС, ГЭС в области производства больших Гегакалорий тепла или Мегаватт электричества. Как изменится ситуация лет через 50? Нет желания даже обсуждать этот вопрос, хотя бы потому, что лично у меня шансов дожить до этого времени очень немного.
Зато очевидно, что в ближайшие 20 лет и «альтернативщикам» и энергетикам- «традиционалистам» будет очень выгодно играть в одной команде. На этот период их роли четко определены и строго разграничены. Задачи Большой Энергетики, естественно, отличаются благородным консерватизмом и вполне очевидны:
1) повышение КПД крупных энергостанций;
2) постепенное снижение экологически вредных воздействий этих станций на природу;
3) поддержание необходимого для страны высокого интегрального уровня производства энергии.
Совершенно другая, более сложная и неоднозначная ситуация складывается с выбором оптимальных ориентиров для развития Альтернативной Энергетики. Эти ориентиры могут оказаться весьма неожиданными. Как показывают наши аналитические исследования, именно у Альтернативной Энергетики в ближайшие годы появляется реальная, исторически уникальная возможность сыграть одну из ключевых ролей в обеспечении энергетического достатка и экологической безопасности в нашей стране. Для этого потребуется перепрограммировать функции и поменять уже почти сложившиеся к началу XXI века ориентиры развития АЭ.
Подобное перепрограммирование целевых функций отдельных отраслей промышленности и научных направлений не редкость. Например, относительно недавно, в 80-х годах в развитии техники мощных лазеров произошла «тихая революция» стоимостью многие миллиарды долларов. В разработках лазерных комплексов стали широко применять адаптивную оптику. Теперь для поражения удаленной на 10-100 м мишени фокусированным лазерным лучом оказалось возможным использовать установки с мощностью на порядок меньшей, чем раньше.
В результате внедрения принципиально новой технологии очень не маленькая отрасль промышленности, в которой на сотнях предприятий работало около миллиона человек, получила мощный импульс для своего эффективного развития. До появления адаптивной оптики примерно два десятилетия с маниакальным упорством строились все более масштабные и все более дорогие установки.
При этом чем световые пучки становились мощнее и масштабнее, тем хуже они поддавались фокусировке на мишени и тем большая часть их энергии безвозвратно рассеивалась на трассе. На языке оптиков «смертный приговор» этому научному направлению звучал так: «С ростом диаметра (Д) лазерного пучка неизбежно увеличивается количество аберраций (искажений) в пропорции примерно Д4» Подобные искажения серьезно препятствуют эффективному использованию световой энергии. В этой критической ситуации ученые предложили применить адаптивные зеркала. С помощью адаптивных зеркал, геометрией поверхности которых можно оперативно управлять, достигается существенное (более, чем на порядок) увеличение эффективности всего лазерного комплекса при передаче энергии на большое расстояние. Здесь потоку энергии можно попутно добавить ценные, заказанные Потребителем, качества. Например, сгладить пульсации волнового фронта излучения. У лазерного комплекса с адаптивными зеркалами резко улучшаются экологические характеристики, так как практически исчезает паразитное рассеяние мощного излучения в атмосфере.
По существу именно в итоге применения «умной» адаптивной оптики лидеры лазерной индустрии отказались от безумно дорогого проекта по наращиванию мощности и без того уже сверхмощных лазеров. Казалось, что никак по другому не удастся обеспечить заданную Директивными документами ЦК КПСС величину потока световой энергии на удаленной мишени. К счастью для экономики страны ученые нашли другое решение. Вместо поражения мишени, конечно неприятельской, потоком низкокачественного, по сути теплового, излучения они перешли к функциональному (селективному, резонансному) воздействию на эту мишень. Можно сказать, «тепловую дубину» заменили лазерным скальпелем. Экономия составила миллиарды долларов. При этом заданные Правительством оборонные и политические задачи были выполнены. Именно таким, экономически единственно возможным для СССР способом был дан наш знаменитый «несимметричный» ответ президенту Рейгану на его концепцию «звездных войн».
Альтернативная Энергетика, грамотно «привитая» к системам Большой Энергетики несомненно сможет уже в ближайшем будущем выполнить функцию, аналогичную той, что сверхуспешно ранее совершила адаптивная оптика в мощных лазерных комплексах. Аналогии между АЭ и АО кажутся вполне обоснованными (см.рис.2.1) и представляются даже очевидными.
Альтернативная энергетика сегодня может эффективно применяться прежде всего в качестве адаптивного элемента Большой энергетики, улучшающего качество энергопотоков и управляющего процессом их поступления Потребителю (см. Главу 1, рис. 1.2). Таким способом АЭ получает шанс реально влиять на экономические показатели производства, снижать стоимость и повышать качество энергообеспечения населения. Появляется возможность уже сегодня, а не в далеком будущем, уменьшать вредное экологическое воздействие БЭ.
В ближайшие 10-20 лет Альтернативная Энергетика, по-видимому, не имеет возможности вытеснить сколь нибудь значительную часть традиционных (сырьевых) энергоустановок из систем Большой Энергетики. Новым источникам энергии еще только предстоит преодолеть свои «детские» болезни роста. Увеличение масштаба установок в 103-105 раз, повышение их надежности и ресурса, снижение стоимости, повышение концентрации вырабатываемой энергии – вот далеко не полный список проблем, которые предстоит решить. Скучное и долгое дело – ожидать «взросления» АЭ. Технологи справедливо полагают, что существенно ускорить этот процесс невозможно. Нельзя безнаказанно проскакивать обязательные в инженерном отношении этапы развития новой техники. В такой ситуации перепрограммирование функций АЭ, направленное на ее безотлагательное использование для решения множества относительно мелких, но весьма болезненных для Большой
Рисунок 2.1.
АДАПТИВНАЯ ЭНЕРГЕТИКА
АДАПТИВНАЯ ОПТИКА
Луч лазера
I0 Зеркала
обычное адаптивное Трасса Мишень
JM
Ja
Ja>>JM
Поток энергии от источника «большой энергетики» Управление/адаптация энергопотока Трасса Потребитель
энергии
повышенного качества
Заглавная функция
альтернативной
энергетики: Адаптировать /улучшать качество/
энергопотоков по заказам потребителей энергии.
В итоге: 1) возрастает эффективность использования
энергии у Потребителя;
2) снижаются потери энергии при транспортировке, в преобразователях и т.п.
Энергетики задач является, возможно, оптимальным вариантом развития Альтернативной Энергетики на ближнюю перспективу.
Применение адаптивных элементов в системах существующего энергоснабжения малых и средних предприятий, в быту может привести к скорому и весьма существенному экономическому эффекту. Например, уже сегодня можно утверждать, что использование альтернативных источников энергии в качестве квазистационарных резервных мощностей и технологически и экономически вполне обосновано.
Приведу позитивный пример подобного «перепрограммирования функций» для одной из разработок нашего ГНЦ. Речь идет о накопителе электромагнитной энергии с индуктивной обмоткой из сверхпроводящего материала (СПИН). Длительное время работы были направлены на создание уникального (рекордного) автономного источника энергии большой мощности, способного самостоятельно обеспечивать энергией уникальные установки «богатых» Заказчиков. Чаще всего эти установки имели «специальное назначение», что по сути означало отсутствие жестких требований Заказчиков к стоимости запасаемой энергии.
В российской новейшей истории богатые военные Заказчики исчезли. Установки СПИН, казалось бы, утратили навсегда всякие перспективы выхода на энергетический рынок. Но тут из США пришло весьма интересное сообщение [19, 20]. Тамошние энергетики выяснили, что они несут серьезные финансовые потери из-за периодических кратковременных ( 0,1 сек) колебаний напряжения в энергосистемах. Подобные флуктуации электрических параметров в сетях – неизбежное и неприятное свойство сложных энергосистем [19]. Для ряда технологических процессов таких, как выращивание кристаллов или обработка полупроводников, даже кратковременные флуктуации напряжения крайне негативно отражаются на качестве продукции. Потребители энергии в США подсчитали убытки. Они составили огромную сумму 10 млрд. долларов в год.
Оказалось, что установки СПИН замечательным образом могут быть адаптированы к задаче устранения кратковременных флуктуаций электрических параметров практически любых по мощности энергопотоков. Так еще одна установка, несомненно, принадлежащая к сонму альтернативной энергетики, получила шанс найти свою нишу на рынке. Важно подчеркнуть, что индуктивный накопитель энергии здесь играет роль именно адаптивного устройства, повышающего качество электричества, полученного в системах Большой Энергетики. Подобный симбиоз АЭ и БЭ имеет хорошие рыночные перспективы.
Другие конкретные примеры адаптации источников альтернативной энергетики к современным технологическим, экономическим и экологическим требованиям Потребителей энергии в России, приведены в следующей главе 3.
3. Ориентиры и некоторые перспективные варианты
развития Альтернативной (Адаптивной) Энергетики на ближайшие 10 лет
«Fortis imaginatio
generat casum»
/Сильное воображение
порождает событие/
«Сущее не делится
на разум без остатка»
Карл Маркс
3.1. Смена мировоззренческих парадигм, ориентиров и логики развития – обязательное условие создания новой
энергетики?
Какое нынче время непростое…. Меняются ориентиры развития общества, происходит смена мировоззренческих парадигм, высыхают традиционные источники энергии…
Где же искать принципиально новые, экологически абсолютно(!) чистые и неисчерпаемые источники энергии? Возможно ли, построить новую цивилизацию, находящуюся в гармонии с Природой? Положительный и конструктивный ответ дал в романах – научных трактатах «Час быка» и «Лезвие бритвы» русский писатель, великий мыслитель и серьезный ученый, профессор Иван Ефремов. Со своими прогнозами и рекомендациями он, как водится у нас в России, опередил время на полвека. Известно, что «нет пророков в своем Отечестве», но в условиях кризиса цивилизации научно обоснованные рекомендации И.Ефремова [5] по выбору пути развития нашего Общества никак не могут более оставаться невостребованными.
Суть его рекомендаций можно кратко изложить с привлечением модного сегодня языка Дао[4]. Человечество может пройти к светлому будущему лишь по узкой тропе – «лезвию бритвы» между огненных стихий. Мы должны не нарушать двух табу. Первое – никогда не насиловать внешнюю Природу, иначе Природа обрушит это насилие на твою голову и уничтожит тебя. Второе – каждый человек обязан убеждать, любить, но никогда не принуждать и не унижать свою внутреннюю человеческую Природу, точно также как и внешнюю. Когда наука и духовность дополняют друг друга, их союз создаёт гармонию и дает человечеству шанс устойчивого развития.
Рассмотрим одно из следствий Ефремовской парадигмы – «развитие человечества невозможно без создания новых природосохраняющих (возобновляемых?) источников энергии». Что значит «новых», где их искать и с какой стати именно сейчас Природа нам откроет эти «секретные» ранее устройства? Ответ на последний вопрос, если он существует, очевиден. У Природы осталось не так много времени. Или сегодня, или никогда… Будем надеяться, что Высший разум (Природа…) укажет путь развития экологически чистой энергетики и таким способом даст нам шанс сохранить планету, цивилизацию, себя наконец. Такая вот складывается весьма неатеистическая ситуация. По другому не получается.
Уместно ли здесь, в научном докладе снова и снова употреблять «высокие» и совершенно не «технарские» слова? Я и мои коллеги долгое время при экспертизе «необычных» Проектов с трудом сдерживали скептические ухмылки, когда почти в каждой научной статье авторы не менее половины текста уделяли обязательному философскому обоснованию самых обычных опытов. Оставим в стороне оценку уровня их философских суждений. Но отметим, что большая часть авторов ведут свои эксперименты, как они утверждают, только через гармонизацию своих методов
О Р И Е Н Т И Р Ы
развития Адаптивной Энергетики
до 2015 года
1. ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ЭНЕРГИИ ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ (ЭОС)
- ТЕПЛОВОЙ НАСОС (КПЭ =200-700%);
- ГРАВИТАЦИОННЫЙ ВАКУУМНЫЙ НАСОС с атмосферным воздухом в качестве эжектора (КПЭ300%?)
- ВИХРЕВЫЕ ТЕПЛОГЕНЕРАТОРЫ (КПЭ = 98-200%).
2. ЦИКЛИЧЕСКАЯ ЭНЕРГЕТИКА:
- Системы управления и маневрирования энергопотоками.
Включение квазистационарных резервных мощностей АЭ
в систему Большой энергетики. Повышение качества энергии, поступающей Потребителю. Эффективное использование «ночного» электричества.
- «Тепловые консервы» – аккумуляторы тепла, в том числе с
использованием энергии фазовых переходов.
- Автомобили на основе однорежимного ДВС с зарядно-
аккумулирующим устройством для переменных нагрузок.
- Ветряные станции. Оптимальное применение: мельницы,
водяные насосы, аккумуляторы давления воздуха, электрозарядные устройства.
3. ВОДОРОДНАЯ ЭНЕРГЕТИКА: получение водорода при плазменном (бескатодном) электролизе воды с последующим использованием его в топливных элементах.
4. .FRINGE PROJECTS («Сумасшедшие» проекты):
а) лазерные катализаторы для повышения качества нефтепродуктов;
б) структурная (кластерная, фрактальная) энергетика.
исследований с законами Мироздания. Кстати, в далеком прошлом алхимики тоже ведь искали не какое-то инженерное устройство для преобразования металлов в золото, а философский камень.
Но хватит абстрактных рассуждений, пора перейти к описанию некоторых конкретных результатов, полученных в последние годы в лабораториях российских ученых «с нетрадиционной научной ориентацией», работающих в области Альтернативной Энергетики.
3.2. Русские инженеры создают принципиально новые
энергоустановки –ВИХРЕВЫЕ ТЕПЛОГЕНЕРАТОРЫ
Никакой атмосферы сенсационности. Рутинная инженерная работа, результаты которой докладываются на Конференциях и семинарах [21], а действующие установки демонстрируются на специализированных выставках [13]. Уже многие тысячи энергоустановок с «КПД более 100%» (?!) внедрены на российских предприятиях[14, 15]. Таковы сегодняшние реалии в России. Где правда, где вымысел?
Особого внимания заслуживает уже сложившаяся в России индустрия по производству и эксплуатации многих сотен или уже тысяч вихревых теплогенераторов (ВТГ). Известно более десятка российских фирм, которые сегодня выпускают не менее 30 типов генераторов тепла. Некоторые фирмы уже приступили к разработке даже электро-генераторов («квантовых электростанций»). География заводов, выпускающих установки ВТГ, стремительно расширяется: Жуковский, Пенза, Барнаул, Подольск, Троицк…
На рынке предлагаются генераторы с тепло- производительностью от 1 до 300 кВт, с электроприводом или использующие двигатели внутреннего сгорания.
На первый взгляд принцип действия всех установок ВТГ одинаков, абсолютно очевиден и может быть объяснен с помощью учебника физики для средней школы. Тепловая энергия извлекается из движущейся жидкости (воды). При торможении завихренного или сильно турбулизированного потока воды механическая энергия этого потока с КПД 100% преобразуется в тепло. Это тепло отводится из замкнутого контура установки с помощью обычного теплообменника. Типичная температура теплоносителя 500С 700С, но в некоторых установках возможен нагрев теплоносителя до 1000С и более. Стоимость оборудования составляет от 50 до 100$ за 1 кВт тепловой энергии. Производство 1 Гкал тепла при стоимости электричества 0,5 руб. за 1кВт обойдется потребителю менее 300 руб., что сопоставимо с получением тепла на газовой котельной.
Если бы рассказ о вихревых теплогенераторах прервался на этом самом месте, то история создания и внедрения установок ВТГ выглядела бы самой обычной и даже банальной. Но техника преподнесла разработчикам большой сюрприз: в некоторых случаях инженеры обнаружили, как принято говорить в профессиональной среде, - «аномальное тепловыделение» в замкнутых водяных контурах установок типа ВТГ. Аномальное в том простом смысле, что в теплообменнике здесь удается получить тепла (энергии) больше, чем затрачивается на поддержание циркуляции и завихрения воды в контуре установки. Казалось бы можно говорить (и многие очень громко говорят) о том, что в вихревых теплогенераторах реализуется КПД более 100%. Некоторые разработчики сообщают [8] о достигнутом в экспериментах КПД 200% и даже 500%.
Так возникли условия для теперь уж знаменитого скандала –российского «ВИХРЕГЕЙТА». А что собственно произошло? История науки о турбулентном течении жидкости содержит множество примеров, когда исследователи сталкивались с казалось бы полной невозможностью научно объяснить вновь и вновь открываемые физические эффекты в турбулентной среде. Достаточно вспомнить, как сложно давались ученым из военно-морских НИИ знания о скачкообразном изменении коэффициента сопротивления движущейся торпеды при создании вблизи ее поверхности турбулентного слоя воды.
Возможно, инженеры-разработчики ВТГ столкнулись с одним из ответвлений науки о вихревом движении. Для изучения подобных архисложных явлений требуется очень высокий узкоспециализированный профессионализм и, главное, здесь необходимо специальное диагностическое лабораторное оборудование. Подобным дорогостоящим оборудованием в СССР были оснащены всего лишь несколько Научных Центров.
В Государственном Научном Центре ТРИНИТИ (г.Троицк) в 2001 году была предпринята попытка экспериментально измерить баланс энергии в действующей установке ВТГ. Результаты проведенных в первые полгода опытов [12], пока не подтвердили «аномального тепловыделения». Работы решено продолжить. Но, внимание (!), КПД теплогенератора в наших опытах устойчиво находился в пределах 96%-97%. Это очень хороший результат, несомненно указывающий на большие перспективы практического использования вихревых установок даже при их КПД, пока не превышающим (о ужас!) 100%. Ряд привлекательных эксплуатационных характеристик таких, как мобильность, автономность, инженерная простота конструкции, экологичность, а, главное, возможность их использования в интеллектуальной малой энергетике в качестве адаптивных элементов Большой Энергетики делают уже сегодня установки ВТГ технически и экономически подготовленными для широкого внедрения на производстве и в быту.
А что касается экзотических теорий для описания физических механизмов действия ВТГ, авторы которых [15] искренне пытаются с помощью красивых гипотез и логарифмической линейки объяснить запредельно сложные физические процессы, то здесь, возможно, следует вспомнить народную мудрость: «Пусть будут и котлеты и мухи. Но мухи и котлеты отдельно».
3.3. Тепловой насос – мировой лидер автономных систем
теплоснабжения
Теплонасосные установки - сегодня это наиболее распространенный источник экологически чистой тепловой энергии. Используются эти устройства, в основном, в автономных системах бытового и мало масштабного промышленного теплоснабжения. К настоящему времени только в США и Японии запущено в эксплуатацию около 5 миллионов ТНУ. В странах ЕС к 2020 году планируется [6] обеспечить такими установками до 70% жилищного фонда. Потребителя привлекает низкая стоимость тепловой энергии: в ТНУ эта величина в 1,5 – 4 раза ниже, чем стоимость централизованного теплоснабжения. Однако, для строительства этих установок требуются значительные капитальные затраты до 500 долларов за 1 кВт установочной мощности ТНУ. Это обстоятельство делает тепловые насосные установки, по сути элитным оборудованием для богатых стран и в какой то мере объясняет тот факт, что в России это направление альтернативной энергетики находится в зачаточном состоянии. Но деньги – это не единственная причина, отпугивающая российских энергетиков от Проектов ТНУ.
Некоторые конструктивные особенности, весьма непростой принцип действия и «деликатные» условия эксплуатации этих установок не способствуют их масштабному распространению в России.
Принцип действия парокомпрессионных ТН: В испаритель поступает вода или воздух из низкопотенциального источника тепла (грунтовая, артезианская, речная вода, вода систем оборотного водоснабжения или канализационных стоков; воздух систем вентиляции или окружающей среды).
Вода (воздух) охлаждаются в испарителе, за счет этого тепла происходит процесс кипения хладона, пары которого поступают в компрессор, где происходит их сжатие с повышением температуры. Сжатые пары хладона затем конденсируются в конденсаторе при высоких температуре и давлении, отдавая тепло воде системы отопления (+650С). Термодинамический цикл ТН завершается дросселированием горячего жидкого хладона при помощи дроссельного клапана с последующим возвратом охлажденной газожидкостной хладоновой смеси в испаритель.
Конструкция ТН исключает попадание хладона в водяные магистрали систем отопления, горячего водоснабжения и окружающую среду. Это весьма важно, поскольку хладон содержит фторсодержащие вещества.
Эффективность теплового насоса принято оценивать коэффициентом преобразования энергии (КПЭ), который характеризует количество тепловой энергии, вырабатываемой ТН, отнормированной на 1 кВт затраченной электроэнергии. Величина КПЭ колеблется от 2,5 до 7,8 в зависимости от соотношения температур внешнего охлаждаемого источника тепла и теплоносителя в системе отопления. Чем выше температура внешнего источника, тем выше коэффициент преобразования энергии в ТНУ.
Серьезный инженерный недостаток ТН – это невозможность обеспечить концентрацию тепловой энергии в «рыхлой» конструкции низкотемпературных теплообменников и ограниченный уровень (650С) температур в батареях отопления у Потребителя. Здесь, правда, в последнее время отмечен некоторый прогресс: в ТН с аммиачно-водяной хладоновой смесью удалось поднять температуру в системах отопления до 1500С. К сожалению, это пока еще только опытные установки.
Таким образом, существует принципиальная причина, ограничивающая увеличение масштабов установок ТН. Эта причина связана с неэффективностью отбора тепла от низкотемпературной внешней среды. По перспективам масштабируемости установки ТН явно проигрывают другим генераторам тепла, например, вихревым.
Тем не менее надо признать, что широкое внедрение ТНУ в России несомненно способствовало бы экономически выгодному, экологически чистому теплоснабжению прежде всего в жилищном фонде.
3.4. ГРАВИТАЦИОННЫЙ ВАКУУМНЫЙ НАСОС – и шутка и реальность
Особенно сильную неприязнь у солидных ученых вызывают[2] “безграмотные”, по их мнению, Проекты ряда изобретателей, которые отрицают второе начало термодинамики («2НТ») или создают генераторы энергии, использующие гравитационное поле Земли.
Резкие, часто необоснованные обвинения в адрес изобретателей звучат из Академии Наук. В ответ академиков обзывают «цензорами» или даже «инквизиторами». Участвовать в подобных неконструктивных дискуссиях – пустое занятие. Только в деле можно проверить то или другое утверждение. Об успешной реализации одного из подобных «безграмотных» Проектов есть смысл рассказать здесь подробнее.
В ГНЦ РФ ТРИНИТИ создано [13] и уже около 10 лет успешно эксплуатируется мощное устройство, использующее гравитационное поле планеты! Еще Остап Бендер много рассуждал о 10-ти километровом столбе атмосферного воздуха, который просто так, без всякой пользы давит на человека с силой 1кг/см2. С древних времен люди мечтали и пытались заставить работать на себя в конкретных машинах и механизмах «низкопотенциальное» давление этого «бесполезного» столба воздуха, которое (внимание!) обеспечивается именно гравитационным полем Земли.
В ТРИНИТИ при создании мощных газовых лазеров для гражданских применений понадобилось разработать прокачное устройство, которое должно было обеспечить транспортировку газовой смеси через разрядную камеру лазера с расходом 5-10м3/сек при давлении 0,1 ата. Компрессоры (эксгаустеры) для выполнения подобной задачи – уникальные и очень дорогие изделия. Они применялись в установках «специального назначения», но использование их для гражданских целей автоматически делало всякие Проекты неконкурентоспособными.
В такой ситуации решение использовать «бесплатную» энергетику атмосферного давления оказалось как никогда кстати. Техническая схема устройства приведена на рисунке 3.1.
Рисунок 3.1.
ГРАВИТАЦИОННЫЙ
ВАКУУМНЫЙ НАСОС
Вакуумируемый объект
давление 0,1 ата
Атмосферный
воздух , давление 1 ата
Труба
1020 см Сверхзвуковые
сопла, 15 мм
Эжектирующие
струи воздуха
Давление 0,4 ата
Компрессор
Выхлоп в атмовферу
Предварительное вакуумирование в трубе эжектора осуществлялось с помощью недорогих компрессоров, способных обеспечить уровень давления в трубе, достаточный для запуска множества сверхзвуковых сопел (Ртр0,4 ата). Воздух с давлением 1 ата устремляется в конические отверстия, в трубе организуется многоструйное течение сверхзвуковых потоков. Эти сверхзвуковые струйки обладают неплохим эжектирующим свойством, что позволяет в 4 раза снизить давление в откачиваемой камере (емкости), по сравнению с вариантом, когда включен только сам компрессор. Очевидно, что коэффициент преобразования энергии КПЭ в данном устройстве существенно превышает 100%. Это открывает хорошие перспективы широкого практического применения в тех областях техники, где требуется обеспечить быстрое (до 10 м3/сек) вакуумирование (до 0,1 ата) или вентилирование промышленных помещений, технологических емкостей или трубопроводов.
Ближайшие технические аналоги этого устройства проигрывают по производительности примерно 103раз, а по эксплуатационным затратам на порядок.
Вот еще один реальный промышленный образец адаптивной энергетики, использующий на первый взгляд весьма «сумасшедший» принцип действия и имеющий ориентиром своего развития практическое внедрение в систему Большой Энергетики.
3.5. Лазерные катализаторы для повышения качества
нефтепродуктов
В этой новой, можно сказать «изящной» технологии, используется процесс «умного» исключительно тонко управляемого, эффективного взаимодействия низкоэнергетического (!) лазерного излучения с жидкими моторными топливами, смазочными материалами, электролитами и т.п. Российские ученые обнаружили, что при лазерном облучении эти жидкости меняют свои физико-химические свойства, такие как текучесть, электропроводность, кислотность и др. Иначе начинают происходить процессы смачивания, адгезии и вязкого течения.
При проведении исследований [22] использовались самые различные жидкости: от воды и водных растворов до спиртов и от бензинов до масел. Таким образом, было изучено влияние лазерной обработки практически на весь спектр жидкостей, массово используемых в отечественной промышленности.
Интересные для широкого практического использования результаты получены при лазерной обработке электролита аккумуляторных батарей. Как установили российские ученые кратковременное облучение электролита перед каждой зарядкой свинцово-кислотной батареи оказывает существенное влияние на ослабление механизмов, связанных с разрушением электродной системы, сульфатизационными явлениями, а также на процессы кристаллообразования РbО2 и интенсивность перемещения ионных потоков. В результате лазерного воздействия на жидкости уменьшается их вязкость и поверхностное натяжение, возрастает капиллярный эффект, сопровождающийся ростом проникающей способности электролита через оксидные пленки и кристаллический слой РbО2 к активной массе электродов, что позволяет увеличить срок службы аккумуляторов. Влияние лазерного излучения на окислительно-восстановительные процессы существенно снижает интенсивность коррозионных процессов, протекающих на токоотводящих элементах положительного электрода, что, в свою очередь, способствует уменьшению внутреннего напряжения в аккумуляторе, механическому разрушению активной массы и, следовательно, уменьшению вероятности короткого замыкания. Изменение электропроводности жидкостей под действием лазерного излучения должно приводить к возрастанию подвижности ионных потоков при электрохимических процессах и положительно отражаться на времени разряда и заряда аккумуляторных батарей.
Опыты показали, что обработка электролита лазерным излучением позволяет продлить срок службы аккумуляторных батарей, по меньшей мере, на 30%. При этом гарантируется 20%-ное увеличение ёмкости аккумулятора, отдаваемой в стартерном режиме.
Кроме очевидного экономического эффекта увеличение срока службы АКБ за счет лазерной обработки дает также преимущества в области экологии и защиты окружающей среды, поскольку утилизация списанных аккумуляторов связана с переработкой свинца и его соединений, а также серной кислоты. Сегодня можно утверждать, что лазерная обработка электролита не только технически целесообразный, но и отвечающий всем требованиям экологии способ повышения эксплуатационных характеристик свинцово-кислотных аккумуляторных батарей.
В некоторых опытах исследователи отметили, что в результате обработки низкоэнергетическим лазерным излучением, вязкое движение жидкости в капиллярных каналах происходит более интенсивно, например, в процессе фильтрации.
Для проведения фильтрации применялись фильтры из различных материалов – бумаги, ткани, керамики. Обработка жидкости лазерным излучением проводилась перед проведением фильтрации. Длительность фильтрования облученной жидкости оказалась меньше по сравнению с обычной жидкостью. Количественно это отличие зависит как от индивидуальных свойств жидкости, так и от материала фильтра, однако характер изменений был одинаков для всех рассмотренных жидких сред и фильтров. В общем случае интенсивность фильтрации повышалась не менее чем на 15%, порой достигая 40%.
Скорость фильтрации при лазерной обработке растет, прежде всего, за счет увеличения текучести жидкости. Кроме того, снижение степени диссоциации раствора уменьшает отложение осадков на перегородках фильтров, а также стенках транспортных коммуникаций.
Отработка этого метода в лабораторных условиях показала, что он эффективен для большинства жидкостей, в частности, водных и спиртовых растворов, ацетона, нефтепродуктов, минеральных, синтетических и растительных масел.
В некоторых случаях ученым удалось получить конкретные, воспроизводимые результаты, однозначно свидетельствующие об улучшении эксплуатационных характеристик моторных топлив или смазочных материалов под воздействием лазерного излучения. Под таким воздействием молекулы смазывающей среды активизируются, приобретают дипольный момент. Их движение вблизи поверхности узлов трения упорядочивается и в итоге увеличивается абсорбирующий потенциал этой среды. Потребителю в скором времени можно будет отказаться от использования дорогостоящих поверхностноактивных добавок (ПАВ) при решении задач повышения износостойкости узлов трения машин и приборов.
В процессе проведения исследований был выявлен «эффект памяти» активированного состояния смазывающей жидкости (СЖ) после ее лазерной обработки. Это свойство является весьма важным в технологическом плане, позволяя заранее осуществлять модификацию состояния СЖ лазерным излучением и затем в течение длительного времени использовать активированную смазочную среду, не изменяя конструкции изделия и существующей технологии сборки его узлов трения.
В результате проведения серии экспериментов на радиально-упорных шарикоподшипниках было установлено снижение среднего момента трения подшипника при использовании смазки, активированной лазерным излучением по сравнению с подшипником, имеющим обычную смазку, в среднем на 8%. При использовании смазки, обработанной лазерным излучением, имело место снижение среднего момента сопротивления вращению ротора на 8-10% по сравнению с моментами сопротивления при использовании стандартной смазки.
Преимущества лазерного метода – простота технологического оборудования, низкое энергопотребление, возможность активации смазывающей среды до ее введения в рабочую зону, дистанционность воздействия излучения на смазывающую среду, - выдвигают его в число наиболее перспективных физических методов активации смазочных сред.
Все рассказанное выше, можно было бы считать еще одной веселенькой, пустяковой в сущности сказочкой про лазеры, каких появилось очень много сразу после рождения этого «гиперболоида» в 60-70 –х годах прошлого века.Но это не сказка. А всего лишь присказка. Настоящая сказка впереди. Вот уж чудо так чудо придумали и превратили в реальность наши инженеры.
Суть их последних достижений можно сформулировать примерно так: обработка нефти и нефтепродуктов низкоэнергетическим лазерным излучением существенно повышает эффективность процессов нефтепереработки и улучшает качество моторных топлив.
В одном из российских патентов (№ 2024596 РФ) описано, например, около десятка конкретных вариантов применения лазерной технологии для обработки нефти, бензина дизельного топлива. Во всех случаях используется Не-Nе- лазер с мощностью 0,02Вт (!)
Способ обработки нефти и нефтепродуктов лазерным излучением обладает следующими преимуществами:
При обработке нефти повышается процент выхода нефтепродуктов – бензина на 6,16%, керосина на 4,73%, дизельного топлива на 4,7%, сокращается время переработки нефти на 21%, улучшается качество бензиновых фракций.
При обработке бензина улучшаются пусковые свойства топлива, улучшается приемистость двигателя, устойчивость его работы, равномерность распределения топлива по цилиндрам двигателя, однородность состава рабочей смеси. Уменьшается склонность топлива к конденсации; снижается расход топлива; увеличивается ресурс двигателя и повышается его экономичность; снижается количество вредных примесей в выхлопных газах; повышается октановое число топлива на 5 ед.
При обработке дизельного топлива улучшаются распыливание и полнота сгорания топлива; уменьшаются нагарообразование в зоне цилиндропоршневой группы и склонность топлива к конденсации; снижается износ деталей; увеличивается ресурс двигателя; снижается количество вредных примесей в выхлопных газах; повышается цетановое число.
Рисунок 3.2.
Г И П О Т Е З А
Лазер-КАТАЛИЗАТОР
обеспечивает «бесплатное» получение энергии в индуцированном процессе перестройки
структуры (кластерного состава) жидкости
Кластеры: Э0 Э0=Э1
- малая
энергоемкость Э0≲1Ватт/см2
- большая Q + +Q
энергоемкость
Э1
Экзотермический процесс перестройки кластеров,
индуцированный лазерным излучением:
Кластер 1 Кластер 2
+h + h+Q
Возможна обработка лазерным излучением и других нефтепродуктов (керосина, масел, мазута и др.).
Все это позволяет широко использовать метод лазерной обработки в нефтеперерабатывающей промышленности. Возможна обработка лазерным излучением нефтепродуктов (бензина, керосина, дизельного топлива и др.) с помощью бортовых систем, размещенных на транспортном средстве.
В заключении необходимо ответить на вечный для России вопрос: «Почему так ужасно медленно внедряются в производство эти сказочно перспективные технологии?». В данном случае кроме традиционных для нашего общества причин типа «нет пророков в родном отечестве» существуют и объективные противопоказания.
Фантастически удачное применение микромаломощных лазеров для обработки нефтепродуктов основано практически полностью на голых эмпирических фактах. Правда, таких фактов набралось великое множество, их уже нельзя не заметить. Можно утверждать, что даже в этом научном направлении образовалась своеобразная «критическая масса» эмпирических фактов. Но, к большому сожалению, убедительных теорий, объясняющих крупномасштабные изменения физико-химических свойств моторных топлив, подвергнутых микровоздействию лазерного излучения, пока не создано.
3.6. Вода – основной энергоноситель будущей Большой
Энергетики
Об уникальных физико-химических и биологических свойствах обычной воды рассказано во множестве научных трактатов. Об этом люди многие тысячелетия складывали поэмы и придумывали чудесные сказки. В наше прагматическое время с помощью воды ученые, похоже, всерьез вознамерились решить раз и навсегда глобальную проблему энергообеспечения Человечества. И некоторые из этих ученых уже достигли немалых успехов. Конечно, результаты экспериментов еще нуждаются в серьезных количественных проверках. Но, несомненно то, что российские изобретатели обнаружили очень перспективный, принципиально новый подход к развитию водородной энергетики и созданию топливных элементов с высоким КПД.
Я просто обязан привести конкретный пример. Пожалуйста, предлагаю каждому ознакомиться с монографией профессора из Краснодара Ф.М.Канарева «Вода -новый источник энергии»[9]. Краткое изложение результатов 10-летних экспериментальных исследований автора: разработан и реализован в большой серии опытов новый сверхэффективный механизм электролиза воды с использованием плазменного (!) катода. По сравнению с традиционным «классическим» электролизом энергоэффективность получения водорода возросла в 10 (!!!) раз (восклицательные знаки мои, а не автора). Энергозатраты на получение Н2 в этих опытах составляют 0,4 кВтчас/м3, т.е. не превышают 0,1 от той энергии, которая получается в лучших современных электролизёрах (4кВтчас/м3) Автор утверждает [9], что в его лаборатории экспериментально доказан, технически реализован и запатентован принципиально новый способ решения глобальной проблемы будущей энергетики.
Если независимыми экспертами будет подтверждено столь существенное снижение ( в 10 раз) энергозатрат на получение водорода при плазменном электролизе воды, то водородная энергетика очень быстро станет лидером Большой Энергетики. Кстати, оценки показывают, что практический интерес и большие перспективы это направление в энергетике получит даже в том случае, когда эффективность плазменного электролиза воды будет в 2 –3 раза меньше рекордной величины, заявленной изобретателями, т.е. когда затраты энергии на получение 1м3 водорода составят 1-2 кВтчас.
Совершенно очевидно, что умение получать дешевый водород придаст мощный импульс развитию топливных элементов. Эффективность получения электричества в «ТЭ» уже в ближайшие годы будет увеличена на порядок или даже более того.
3.7. Что делать с «сумасшедшими» Проектами?
Во-первых, научному сообществу и деловым кругам, следует перестать игнорировать «нетрадиционные научные направления» и «сумасшедшие» Проекты. В ситуации, когда сырьевые ресурсы современной техногенной цивилизации катастрофически тают, разумно задействовать любые, даже на первый взгляд экзотические шансы для улучшения положения с энергообеспечением в Обществе.
Для начала надо отказаться от самого термина «сумасшедшие» Проекты, вместо этого ввести солидное и конструктивное, принятое в мире понятие «Fringe Projects», что подразумевает созидательную работу ученых на границе знания и незнания. В переводе с английского этот термин означает «выходящий за рамки общепринятого».
Второе предложение – также вполне конкретное и конструктивное. Правительству и нашему обществу целесообразно морально и материально поддержать разработки российских ученых «нетрадиционных» для Российской Академии Наук научных направлений и, одновременно, запустить механизм реальной борьбы с мракобесием в науке. Для этого следует срочно создать в стране сеть авторитетных Научных Центров по Верификации Фриндж –Проектов. Термин «верификация» означает строгую, всестороннюю, но доброжелательную проверку предлагаемых изобретателями новых установок или технологических процессов. Не подлежат верификации абстрактные идеи.
Верификационные Центры – лаборатории могут быть созданы внутри Государственных Научных Центров. Верификация «Fringe» Проектов должна стать почетной обязанностью всех ГНЦ по аналогии с авторитетными Клиническими Больницами, где проходят обязательные испытания все новые лекарства. Центры Верификации следует наделить полномочиями на выдачу «сертификатов научного качества». Получение такого «сертификата» должно стать обязательным условием для государственной поддержки инициативных Проектов, а процедура верификации этих Проектов позволит эффективно бороться с мракобесием в науке.
И не следует вздрагивать при неожиданном появлении очередного «странного» Проекта. Наш российский Нобелевский Лауреат Ж.И.Алферов недавно в телевизионной программе «Очевидное – невероятное» призвал всех ученых осознать, что «в науке особенно ценными являются вовсе не ожидаемые, а совсем наоборот – неожиданные результаты».
3.8. Некоторые рекомендации по выбору Приоритетных
(до 2015 г.) направлений АЭ:
«Хромой калека [бедный русский инженер], идущий по верной дороге, может обогнать [американского] рысака, бегущего по неверному пути»
/По мотивам Ф.Бэкона/
А) Опытно-конструкторские разработки:
1. Квазистационарные (1-400 час) вихревые теплогенераторы с КПЭ100% мощностью 1МВт:
- для использования в качестве резервных агрегатов в малых котельных;
- в мобильном транспортном исполнении как аварийных источников тепла (варианты с электромотором или с ДВС).
2. Разработка и серийное производство автоматизированных систем управления циклической энергетикой отдельных предприятий, включая эффективное использование «ночного» электричества, тепловых аккумуляторов и т.п.
В) Научно-исследовательские работы:
1. Разработка резервных вихревых теплогенераторов мощностью 300 МВт для крупных ТЭЦ;
2. Внедрение в нефтепереработку методов лазерного катализа;
3. Исследование плазменного электролиза воды.
С) Организационные мероприятия:
1. Создание сети Лабораторий Верификации “Fringe Projects” на базе Государственных Научных Центров.
2. Подключение через систему Госзаказов и Грантов «авторитетных теоретиков» для разработки научных основ источников альтернативной энергии или хотя бы для объяснения наиболее «одиозных фактов».
4. Прогноз некоторых экономических последствий
практического использования новых источников энергии с аномально высокой эффективностью
«Кто не заглядывает далеко –
того ждут близкие беды»
/Конфуций/
4.1. А что думают про ЭТО иностранцы?
По ряду причин, некоторые из которых изложены выше и дополнительно обсуждены в Приложении, российские разработки «нетрадиционных» источников энергии с аномально высокой эффективностью лидируют в мире. Иностранные специалисты внимательно отслеживают развитие этой, экзотической на первый взгляд, отрасли промышленности в России. Они участвуют во всех Конференциях наших ученых с «нетрадиционной научной ориентацией», плотно сотрудничают с лидерами отдельных направлений этих «странных» наук.
Причины повышенного внимания иностранцев к российским разработкам можно понять, если выявить основное направление их собственных исследований. Например, в Германии и Швейцарии уже более 5 лет активно разрабатывается тема «Экономическое влияние технологий, основанных на использовании «космической энергии» или «энергии физического вакуума», на личность и общество в ХХI веке». Руководитель этих работ доктор экономических наук Дж.Грубер – авторитетный специалист Университета Хагена (Германия).
Он с командой физиков, экономистов и социологов уже более 5 лет разрабатывает политику реформирования энергетики европейских стран, учитывающую прогноз развития «нетрадиционных» источников энергии. Как показано в их прогнозах, это реформирование неизбежно приведёт к серьезным изменениям в государственном устройстве и во всех вариантах затронет интересы миллионов простых граждан. Это профессиональный, реалистичный прогноз. Действительно, экономические и социальные потрясения в обществе, например, от перехода автомобильных двигателей с бензина на простую воду представить себе нелегко. А зарубежные экономисты и социологи уже сегодня пытаются этот процесс моделировать, и выстраивают механизмы его управления. «Управлять – это значит предвидеть», - говорил наш П.Столыпин. Но рекомендации Столыпина используют пока, к сожалению, только зарубежные управленцы.
В зарубежных прогнозах фигурируют конкретные сроки начала масштабного перехода от «нефтегазовой» энергетики к природосохраняющей системе энергообеспечения на основе массового внедрения небольших устройств, использующих Альтернативную Энергетику – это одно-два десятилетия. По историческим масштабам такой срок представляется мизерным, поэтому нельзя откладывать ни на один день работы по перестройке общественного сознания и необходимо срочно начинать соответствующую переориентацию технических разработок.
Терминология в работах иностранных экономистов используется самая различная и далеко не бесспорная. В работах Д.Грубера предлагается термин: «технологии, использующие космическую энергию» (КЭТ). По сути подразумевается, что «космическая энергия» – это новый, неизвестный ранее, возобновляемый источник энергии.
В работе [17] рассмотрен ряд сценариев крупномасштабного использования КЭТ устройств в транспорте и для производства энергии.
1. Сценарии использования КЭТ устройств в транспорте.
Предположим, что имеются машины, работающие на воде. Для таких КЭТ не требуется обычного топлива, такого как бензин.
Имеются сильные экономические стимулы для использования машин, работающих на воде. В Германии средние затраты на топливо для обычной легковой машины составляют приблизительно 1800DM в год (=8л/100 км х 1,5 DM/л х 15000км/год). Стоимость машин, работающих на воде, при массовом производстве будет, вероятно, такой же, как стоимость обычных машин. Срок службы и другие факторы, влияющие на стоимость эксплуатации, должны быть примерно одинаковы для обоих типов машин. Короче говоря, покупателю или производителю выгоднее машина, работающая на воде, если должна заменяться традиционная машина. Так как затраты на обслуживание КЭТ машины меньше (не надо платить за топливо), то, возможно, владельцу машины будет желательно увеличить годовой пробег.
Сценарий 1.1.: Только старые отработавшие ресурс традиционные машины (которые в любом случае должны заменяться) заменяются КЭТ машинами.
Каждый год 10% всех имеющихся легковых машин в стране заменяются на машины, работающие на воде. Через 10 лет весь машинный парк будет состоять только из таких машин. Какое влияние это будет иметь на индивидуальном, местном региональном, национальном и интернациональном уровнях?
• Владельцы/пользователи КЭТ машин будут экономить на стоимости топлива.
• Потребность в бензине для парка машин будет, при прочих равных условиях, уменьшаться каждый год на 10% от первоначальной потребности.
• Потребность в нефти для этой же цели будет соответственно уменьшаться. Таким образом, международные потоки нефти и финансов подвергнут значительным изменениям.
• Будет иметь место уменьшение, возможно тоже процентовна 10:
- количества требуемых бензозаправочных станций (но не станций технического обслуживания!);
- потребности в транспортном обслуживании для доставки нефти на нефтеперерабатывающие заводы и бензина с нефтеперерабатывающих заводов местным продавцам бензина и на бензозаправочные станции;
- требуемой мощности нефтеперерабатывающих заводов;
- суммы налогов, собираемых правительством с бензина для машин.
• Резко снизится, почти до нуля, потребность в замене старых транспортных средств для доставки нефти и бензина (специальные грузовики, вагоны, нефтецистерны, нефтепроводы). Из-за меньшей потребности в таких транспортных средствах их количество, которое останется после того, как часть средств будет изношена или придет в негодность, окажется достаточным. Это резкое снижение потребности в транспортных средствах для доставки нефти (и оборудования для переработки нефти) отрицательно повлияет на те секторы экономики, которые производят такое оборудование. Из-за взаимозависимости между различными секторами экономики это прямо или косвенно затронет многие секторы экономики.
• Это повлияет на рынок труда одновременно как положительно (разработка, производство, обслуживание и переработка новой продукции потребует создания большого количества новых рабочих мест), так и отрицательно (снижение потребности в старой продукции сделает много рабочих мест ненужными). Очень трудно оценить суммарное влияние на рынок труда. Для количественных оценок потребуются специальные экономические модели.
• Использование большого количества машин, работающих на воде, благоприятно отразится на экологической ситуации. Однако еще предстоит изучить возможное негативное влияние повышенной влажности в мегаполисах.
• Новый, более низкий километровый тариф будет мощным инструментом в транспортной, экологической, социальной, экономической и финансовой политике.
Сценарий 1.2: Больше машин, чем требуется, заменяется КЭТ машинами.
В дополнение к обычным машинам, которые должны в любом случае заменяться (как предполагалось в Сценарии 1.1.), другие традиционные машины также заменяются машинами, работающими на воде. Такое предположение выглядит довольно реалистичным, учитывая, кроме всего прочего, экономию на затратах на топливо и требования по улучшению экологической обстановки. В этом сценарии желательные и нежелательные эффекты широкого использования КЭТ машин, описанные в Сценарии 1.1., будут более значительными и скажутся быстрее.
Сценарий 1.3: КЭТ используется во всех транспортных средствах.
Здесь справедливы те же аргументы, что и в сценарии 1.2.
2. Сценарии использования КЭТ устройств для производства электроэнергии и тепла
Теперь предположим, что созданы КЭТ устройства, которые могут использоваться для производства электроэнергии и тепла. Такие КЭТ устройства приведут к значительной экономии для потребителей и производителей. Например, семья в Германии (немного больше, чем средняя) сейчас тратит примерно 1500-2200DM в год на природный газ (или нефть) для обогрева помещений и примерно столько же на электроэнергию, т.е. в целом примерно 3000-4400 DM в год. Такая экономия- сильный стимул для перехода на КЭТ устройства.
Сценарий 2.1: Децентрализованное производство электроэнергии и тепла для домов и учреждений при помощи КЭТ устройств
В этом сценарии предполагается, что в домах и учреждениях имеются автономные сравнительно небольшие КЭТ устройства. Каждое КЭТ устройство производит достаточно электричества и тепла для конкретного дома или учреждения. Как правило, достаточно устройства на 15-20 кВт. Если предположить, что срок службы обычного оборудования для обогрева – 20 лет, 5% домов и учреждений переходят на КЭТ устройства каждый год. Каков же экономический эффект?
• Годовые расходы одного учреждения или семьи на обогрев помещений, нагрев воды и электроэнергию, очевидно, значительно сократятся. В примере, рассмотренном выше для Германии, они сократятся примерно на 3000-4000 DM (сильный стимул для использования КЭТ генераторов).
• Производство, установка и обслуживание быстро увеличивающегося количества небольших КЭТ устройств приведет к созданию большого числа новых рабочих мест. В то же время много имеющихся рабочих мест (в секторах теплового оборудования, обработки и распределения природного газа и нефти, производства электроэнергии) станут ненужными.
• Потребность в природном газе, нефти и электроэнергии для целей, указанных выше, будет уменьшаться приблизительно на 5% от первоначального уровня каждый год. Это будет иметь эффект, подобный указанному в предыдущих разделах (Сценарий 1.1, 1.2 и 1.3 для транспортного сектора).
• Загрязнение окружающей среды будет уменьшаться.
Сценарий 2.2: Централизованное производство электроэнергии и тепла для домов и учреждений при помощи КЭТ устройств.
Предположим теперь, что крупные ТЭЦ будут оборудованы большими КЭТ генераторами. Эффекты использования КЭТ устройств в этом случае:
• Централизованное производство электроэнергии может иметь некоторые преимущества по сравнению с децентрализованным производством. Общая потребность в таких ресурсах, как например, металлы, транспортное обслуживание, меньше при централизованном производстве. Большой КЭТ генератор, который удовлетворяет потребность в электроэнергии и тепле 1000 домов, требует (включая сеть), гораздо меньшего количества ресурсов, чем 1000 небольших КЭТ генераторов.
• Требуются тщательные исследования для минимизации больших выбросов водяного пара или электросмога и других отрицательных побочных эффектов.
• В случае появления новой продукции, такой как КЭТ генераторы, относительно небольшие устройства обычно разрабатываются легче, чем большие. Это может быть аргументом в пользу децентрализованной подачи электроэнергии и тепла, описанной в Сценарии 2.1.
• Быстрая разработка больших КЭТ устройств входит в сферу интересов современной энергетической промышленности.
• Более низкий тариф за киловатт-час будет важным аргументом за внедрение КЭТ устройств.
3. Перспективы
Широкое использование КЭТ устройств будет иметь беспрецедентные экономические, финансовые, социальные, политические и экологические эффекты. Некоторые из этих эффектов положительные, т.е. желательные, другие – отрицательные, т.е. нежелательные. Совершенно очевидно, что суммарный эффект будет положительным и самым важным конечным положительным эффектом будет стабильное развитие человечества, по крайней мере в отношении обеспечения его энергией.
Период перехода к новой энергетической системе, в которой «космическая энергия» – будет играть большую роль или даже доминирующую роль, сопряжен с возникновением многих социальных проблем. Чрезвычайно важно вовремя и гуманно решать эти неизбежные проблемы. Для этого потребуется международное сотрудничество, выходящее далеко за рамки практикуемого в настоящее время.
Некоторые первоочередные цели и необходимые действия:
• Парламенты и правительства многих развитых стран должны объединить ресурсы для финансовой и правовой поддержки разработок в области технологии, основанной на использовании «космической энергии» (КЭТ). Как известно, в настоящее время только несколько стран поддерживают КЭТ, и прежде всего Япония. Эти несколько стран «с широким кругозором» могут очень скоро получить серьезные монопольные преимущества.
• Исследованием, разработкой и применением КЭТ должны заняться в первую очередь те компании и секторы современной экономики, которых больше всего затронет широкое использование КЭТ устройств, например, электроэнергетические и нефтегазовые компании, угольная промышленность, секторы промышленности, занимающиеся электростанциями и производством всех типов транспортных средств.
• То же справедливо для стран, которые в скором времени понесут большие убытки от перехода к новой энергетической системе (например, страны, экспортирующие нефть и природный газ).
• Будет смелее практиковаться выход за рамки традиционных областей науки и техники; “Fringe Projects” должны активно поддерживаться частными и общественными фондами.
• Дистанционное всепланетное обучение будет использоваться как важный и эффективный инструмент для антимонопольного распространения знаний о технологии, основанной на использовании «космической энергии», и о связанных с ней возможностях и проблемах. Введение КЭТ вызовет беспрецедентную потребность в образовании и обучении на всех уровнях (от детского сада до университета и научно-исследовательского института).
4.2. О позиции Российской Академии Наук по поводу «сумасшедших» Проектов.
«Если закрыть дверь перед
заблуждением, то как же туда
войдет Истина?»
/Рабиндранат Тагор/
«Чем дальше эксперимент от
теории, тем ближе он к
Нобелевской премии»
/ Жолио Кюри/
Эта позиция подробно и очень эмоционально изложена в монографии [2] видного физика-ядерщика Э.П.Круглякова «Ученые с большой дороги». Здесь я не имею возможности вступать в детальную полемику с уважаемым мною Эдуардом Павловичем – Председателем Комиссии РАН по борьбе с лженаукой и фальсификацией научных результатов. Надо признать, что эта Комиссия, безусловно, декларирует святые цели.
Однако некоторые принципы ее деятельности кажутся излишне однозначными, а цели весьма узкими. Я имею ввиду вовсе не «инквизиторские» методы борьбы с лжеучеными, которые так любят склонять в прессе журналисты[14].
Можно понять позицию Комиссии, которая не рассматривает Абстрактные, часто очень и очень амбициозные «теории» новых «философов». Но как объяснить отсутствие интереса к большой армии отечественных изобретателей, предлагающих действующие макеты или опытные установки, в которых экспериментально измеренные значения коэффициента преобразования энергии превышают 100%? Разумеется, эти утверждения авторов нуждаются в серьезной проверке. Их объяснения принципов действия своих «чудо-машин» – очень и очень спорные. Может быть, все таки одной из обязанностей Российской Академии Наук должна стать Верификация этих “Fringe Projects”. В политическом и психологическом отношении авторитетным ученым РАН подобное решение принять весьма непросто. Придется делить свое время, усилия и в какой-то степени финансы с какими-то неизвестными «кандидатами в гении». Тем более, что «гениальность» многих изобретателей неизбежно не выдержит объективной профессиональной проверки в лабораториях РАН и ГНЦ. Но ситуация в мире с энергообеспечением населения настолько острая и хрупкая, что Общество просто обязано рассматривать различные, в том числе и на первый взгляд «сумасшедшие» Проекты, обещающие быстрое и дешевое решение энергетических проблем. Ибо “Bis dat,qui cito dat”.
А пока академики РАН предпочитают вообще не замечать изобретателей «вечных двигателей XXI века». РАН предлагает понимать под термином «Альтернативная Энергетика» лишь ту часть генераторов энергии, действие которых легко и привычно объясняется в рамках общепринятых (?) физических законов. Это солнечные, ветряные, геотермальные, приливные и другие подобные энергостанции. Их создание – процесс безусловно благородный, очень небыстрый и по сути никак не сможет повлиять в ближайшие 20 лет на структуру и интегральные показатели Большой Энергетики. На финансирование крупных ТЭЦ, Атомных станций и Термоядерных опытных установок подобные скромные темпы развития нетрадиционной энергетики не могут сказаться ни коим образом. Для многих действующих руководителей гарантируется «спокойная жизнь».
На парламентских слушаниях в Госдуме РФ в 2001 году обосновывалась (главная?) задача перед АЭ: довести интегральную мощность этих новых (?) энергостанций альтернативного типа до 0,5% величины интегральной мощности (ГЭС+ТЭЦ+АЭС). «Чтобы перед Европой было не стыдно», - вот по существу основной аргумент выступавших в парламенте специалистов и политиков.
А между тем иностранные фирмы ведут в России кропотливую и терпеливую работу по сбору информации о “Fringe Projects” и приглашают к себе «чудаков»-изобретателей (см.раздел 4.1). Значительные усилия и финансовые потоки направляются на прогнозирование возможных сценариев развития Альтернативной Энергетики.
А в России – родине большинства «странных» генераторов энергии подобные экономико-социальные прогнозы представляются большинству солидных ученых чем-то вроде шаманства. Такое положение очень опасно для устойчивого развития не только энергетического комплекса, но и страны в целом.
Великий ученый – прогнозист сэр Артур Чарльз Кларк можно сказать предвидел ультра консервативную позицию Российской Академии Наук. Он, сравнивая различные контингенты исследователей, сформулировал три Закона:
1. «Когда выдающийся, но пожилой ученый утверждает, что нечто возможно, он почти наверняка прав. Когда он утверждает, что нечто невозможно, он, весьма вероятно, ошибается»;
2. «Единственный путь обнаружить границы возможного – отважиться слегка перешагнуть через них в невозможное»;
3. «Всякая достаточно продвинутая технология неотличима от магии».
4.3. ГЕОПОЛИТИЧЕСКИЙ ПРОЕКТ
молниеносного развития Альтернативной Энергетики
в «Украинско-Бразильском» варианте
Есть основания полагать [1, 6, 13, 16, 21], что в ближайшие годы очень серьезную, ключевую роль в развитии Альтернативной Энергетики наконец-то начнут играть те государства и регионы, которые «по прихоти небес» обделены запасами ископаемого топлива. Прогноз кажется таким очевидным, что остается только удивляться необъяснимой задержке его реализации. Действительно, почему ранее этого не случилось и почему ЭТО начнется сегодня, а не послезавтра, например? Попытаемся ответить.
Широко известна Программа замены бензина в бразильских автомобилях на метиловый спирт «растительного происхождения». По Бразилии бегают уже 3 миллиона авто, двигатели которых работают на метаноле. Накопленный опыт эксплуатации выявил, по-видимому, существенные обстоятельства, которые не способствуют развитию этого направления в технике. К тому же не следует забывать, что метанол весьма и весьма ядовит. Мировая «автомобильная общественность» наблюдает за бразильским экспериментом уже «в полглаза», не ожидая оттуда каких-либо «революционных» сообщений.
Но революция – тихая, аккуратная в это самое время все же произошла, но только совсем в другом месте. Ее сделали кабинетные ученые, люди в белых халатах, многие из которых даже не знают, в какое место автомобиля надо «запрягать лошадь». Речь идет о специалистах в области «генной инженерии». Эти ученые знают, как выращивать разнообразные, генетически измененные растения, из которых сказочно дешевым способом, без нефтеперегонных заводов можно получать этиловый спирт. Впрочем, технология «самогонного аппарата» известна с древних времен – бак + змеевик… Стоимость производства этого ГИ-спирта из генетически измененных растений существенно ниже по сравнению с процессом, в котором сырье готовится из обычной биомассы. Такой этанол заметно дешевле бензина. А теперь самое время вспомнить, что двигатель внутреннего сгорания способен работать на этиловом спирте без существенных изменений конструкции. В итоге можно сделать вывод, что никакие технические или экономические причины не помешают любому сельскохозяйственному региону за 3-5 лет (!) перейти на полное или почти полное самообеспечение горючим для двигателей внутреннего сгорания.
Плодородная Украина и бескрайние просторы русских «северов» очень скоро забудут об энергетическом кризисе, дефиците горючего… Но одновременно подешевеет нефть, резко упадут цены на сельскохозяйственную продукцию. Можно ожидать непредсказуемых побочных эффектов в промышленности и грандиозных социальных взрывов… Такие сценарии вовсе не кажутся фантастическими. И ученым и политикам, по-видимому, следует взять ситуацию под контроль, прогнозировать возможные варианты развития событий и заранее готовиться решать новые социальные и экономические проблемы.
Замена бензина этанолом, полученным из генетически измененных растений и отходов сельскохозяйственного производства, - это, по сути Геополитический Проект. В этом случае простая, на первый взгляд безобидная, переориентировка «генных инженеров» с производства продуктов питания на производство горючего для автомобилей может дать молниеносный и гипермасштабный эффект. Мы, рядовые граждане, можем оказаться не готовыми к такому «подарку». Но кто поручится за современных политиков, способных ради ПИАР- акции рискнуть стабильностью не только своего региона, но и планеты?
4.4. Прогнозирование как основа методики управления
устойчивым развитием предприятия с привлечением
адаптивной энергетики
“Управлять - значит предвидеть”
П.Столыпин
В сознании ученых, инженеров и рабочих, как и в сознании многих рядовых граждан, глубоко укоренилось ошибочное мнение о невозможности в наших условиях неразвитого капитализма повлиять на процессы управления конкретным предприятием. В ходу скучные и мрачные рассуждения типа “от нас ничего не зависит”. Но это не так, ибо актуальные в кризисной ситуации принципиально новые идеи рождаются, вовсе не обязательно среди действующих управленцев-практиков. Инженерная и ученая братия может, опираясь на свой лабораторный опыт, предложить кое-что серьезное и созидательное.
В сущности что значит “управлять предприятием”? Управление прежде всего подразумевает комплекс мер по обеспечению его устойчивого развития. В нашем старом добром прошлом методики управления обеспечивали устойчивое функционирование, но не серьезное преобразование предприятия. По существу эти методики используют понятие устойчивости лишь как гарантию от разрушения бюрократической машины при возникновении малых флуктуаций параметров развития объекта управления.
Математики в подобных случаях говорят об устойчивости систем от малых флуктуаций параметров («стабильности по Ляпунову»). Такие системы в принципе обречены на стагнацию и не способны к качественным принципиальным изменениям.
Надо признать, что эффективность старого метода управления подтверждена многими столетиями истории различных государств. Однако, сегодня такая система не имеет перспективы, она исчерпала свои резервы. Мы строим свои предприятия в новой России и уже поэтому естественно использовать принципиально новые методы управления.
Сегодня должно быть востребовано новое для наук об управлении, но хорошо известное инженерам понятие “устойчивости по прогнозу”. Управленцы, сравнивая различные варианты путей развития изучаемого объекта, обязаны резко усилить прогностическую составляющую планирования. Современная наука и техника способны обеспечить высокий уровень надежности прогнозов. Развиты математические модели, подготовлено компьютерное обеспечение, готовы к работе кадры специалистов.
Когда авиадиспетчер прокладывает безопасный и оптимальный курс самолета, учитывая прогноз погоды, он по существу применяет на практике прогностический метод управления. Так должно быть и с выбором пути для развития нашей Альтернативной Энергетики на своем предприятии. Авиадиспетчер с его службой прогноза - прототип управленца будущего.
Каждый сотрудник, который занимается энергоустановками нового типа, по существу, прямо определяет будущее своего предприятия. В значительной мере эффективность подобных работ зависит от грамотной адаптации своих новых предложений к реальным условиям в стране. Совершенно необходимо проводить работу по развитию нетрадиционной энергетики через ее адаптацию к ПРОГНОЗИРУЕМОМУ будущему состоянию Большой Энергетики и к изменяющимся экономико-социальным условиям в Обществе.
5. Вместо Резюме: Ризоматическая модель развития
Альтернативной Энергетики
«РИЗОМА – грибковое корневище, как бы являющееся и вершками, и корешками самого себя»
/Справка из Энциклопедии/
В заключительной части доклада принято подводить Итоги, формулировать Выводы, обосновывать новую иерархию приоритетных задач и, вообще, все «раскладывать по полочкам» с нижних ярусов до самых верхних.
В данной работе представляется затруднительным делом завершить сообщение четкой точкой, восклицательным знаком или каким-либо другим знаком препинания. Во-первых, потому, что в нашей работе задачи ставились весьма скромные. Предполагалось лишь проинформировать ведущих специалистов в области энергетического комплекса России о некоторых, отчасти неожиданных результатах аналитических и экспериментальных исследований, выполненных в 1998-2002 г.г. инженерами-физиками на непривычном для них профессиональном поле. Здесь трудно, практически невозможно избежать обвинения в дилетантстве. Но хотелось бы все же надеяться, что некоторые наши результаты, прогнозы и рекомендации заинтересуют экономистов и энергетиков или хотя бы станут предметом обсуждений в их профессиональной среде.
Но главная причина такого «оригинального незавершения» доклада связана с весьма неожиданным для нас, но твердым убеждением, которое сформировалось в процессе работы. Стало понятно, что сегодня необходимо прекратить деление энергетиков на «злых», «черных» прагматиков, готовых даже сомнительными в экологическом отношении способами развивать только Большую Энергетику, и «благородных», «белых» альтруистов, создающих природосохраняющую «чистую» энергетику. Сейчас никто не должен в принципе претендовать на верхнюю ступень в иерархии «самых правильных» ученых. Спор о главенстве «вершков» или «корешков» следует оставить в прошлом.
Необходимо объявить «водопойное перемирие» и совместно бороться с надвигающимся энергетическим кризисом. Как показывают наши исследования, грамотное оперативное перепрограммирование функций Альтернативной Энергетики, направленное на ее адаптацию с Большой Энергетикой, дает реальный шанс примерно за десятилетие изменить ситуацию к лучшему как с энергообеспечением населения, так и с экологией планеты. Первым этапом работ должно стать широкое внедрение адаптивных методов управления энергопотоками.
Эффективный путь к Адаптивной Энергетике предполагает обязательный отказ от эксклюзивно-иерархической логики построения энергетического комплекса страны и переход к ризоматической модели этого комплекса.
На рисунке 5.1. показана одна из схем перехода к Адаптивной Энергетике. Во всех подобных схемах отсутствует иерархия целей и методов, вместо них используется ризоматический подход к выбору оптимальных путей развития конкретной технологии или научного направления.
Великий Л.Ландау постоянно требовал от соратников понимания того, что «метод главнее результата», ибо с помощью правильных методик исследований можно получить множество результатов. Эта рекомендация Ландау позволяет сформулировать, по-видимому, наиболее актуальный и созидательный вывод нашей работы: в современных условиях для эффективного развития Альтернативной Энергетики целесообразно перейти к ризоматической логике выбора ориентиров и приоритетов.
Рисунок 5.1
РИЗОМАТИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ
развития Альтернативной Энергетики от до
АЭ –
лидер в «Большой Энергетике»
Перепрограммирование
функций АЭ
Симбиоз и Введение в структуру
гибриды АЭ с БЭ БЭ элементов АЭ:
квазистационарные
резервные мощности..
Политические АДАПТИВНАЯ Переподготовка
решения ЭНЕРГЕТИКА кадров с
миропониманием
ХХI века
Рост масштаба, Развитие новых
снижение стоимости технологий, в том числе
установок Fringe Projects
Системное управление
энергопотоками
Автономные источники АЭ
малой и средней мощности
ЭКНОЛИДЖ
Представленная Вашему вниманию работа одновременно и инициативная и заказная. Начата она в инициативном порядке в 1997 г. сотрудниками Бюро технико-экономического анализа и прогнозирования ОПИ ГНЦ РФ ТРИНИТИ. Интерес от самых «верхних», «Космических» или хотя бы правительственных сил материально никак не проявлялся, но в неявной форме, можно сказать эзотерически нас сопровождал постоянно. Головная Администрация предприятия, спасибо ей, не препятствовала, а руководители отдельных подразделений (Г.Б.Лопанцева, Д.Д.Малюта, М.И.Пергамент, Ю.П.Арефьев, Б.Ю.Адамяк и др.) морально и материально поддержали работу. Выражаю им свою признательность.
Исследования по энергосбережению выполнены в рамках дипломной работы по программе EC TACIS в университете г.Ле Ман (Франция) и в Троицком городском Инновационном Центре. Макромаркетинговые исследования и участие в конференциях «нетрадиционной научной ориентации» спонсировала российская фирма ЗАО «Дункан» (директор В.Г.Азбаров).
Значительный, а может быть решающий , вклад в мое личное понимание необходимости перехода от локальных задач малой энергетики на отдельном предприятии к решению проблемы оптимального использования альтернативной энергетики в энергетическом комплексе страны внес академик А.М.Прохоров. Критические, но созидательные замечания Александра Михайловича очень помогли в работе.
Неоценимую помощь в оформлении материалов доклада оказали Е.А.Петрова и И.В.Шарков. Особую благодарность не могу не высказать моему Учителю и коллеге Б.А.Тихонову, только многолетнее и плодотворное сотрудничество с Борисом Аркадьевичем сделало возможным самое выполнение и, главное, завершение данной работы в виде, который не стыдно предъявить широкому кругу специалистов.
И наконец, хотя last not least, не могу не поблагодарить участников Семинара «Экономические проблемы энергетического комплекса» и, особенно, его председателя А.С.Некрасова за приглашение выступить перед ведущими экономистами страны с докладом от дилетантов в этой области физиков. Искренне надеюсь, что и доклад, и результаты его обсуждения уже в ближней перспективе внесут нечто конкретно-созидательное в решение проблемы обеспечения энергией как российской промышленности в целом, так и вечно замерзающего от отсутствия «теплых» перспектив каждого отдельно взятого гражданина России.
Спасибо за внимание.
ЛИТЕРАТУРА
1. П.Г.Дейниченко «XXI век. История не кончается», Москва, «Олма-Пресс», 2000 г.
2. Э.П.Кругляков «Ученые» с большой дороги», Москва, «Наука», 2001.
3. А.Гера «Набат». Москва, «Издательство АСТ», 1998г.
4. Oшo «Дао: Путь без пути», Москва, ИПА «ТриЛ», 2000 г.
5. И.Ефремов «Час быка», Москва, Издательство «Правда», 1991.
6. Ю.М.Беляев «Концепция альтернативной экологически безопасной энергетики», Краснодар, «Сов. Кубань», 1999 г.
7. А.Е.Акимов «Облик физики и технологий в начале XXI века», Москва, «Шарк», 1999 г.
8. Г.И.Шипов «Теория физического вакуума», Москва, «Кириллица-1», 2002 г.
9. Ф.М.Канарев «Вода – новый источник энергии», Краснодар, КГАУ, 2000 г.
10. Сборник тезисов докладов Международного Симпозиума «Наука, антинаука и паранормальные верования», 3-7 октября 2001 г., М. РГО – Президиум РАН.
11. И.В.Москалев, В.Ф.Шарков «Экспертиза околонаучных заявок», - М. «Патенты и лицензии» № 7, 2002 г.
12. К.И.Дмитриев, Н.М.Ефремов, В.Ф.Шарков и др. «Исследование термодинамических характеристик генератора тепловой энергии с вихревым потоком рабочего тела» Научно-технический отчет ГНЦ РФ ТРИНИТИ 10/НИР-5205 от 10.12.2001 г., Сборник трудов Конференции [24], 2002 г.
13. Каталог V Московского Международного Салона Промышленной Собственности «Архимед – 2002», 27-31 марта 2002 г., Москва, КВЦ «Сокольники».
14. С.Кашницкий «Оседлать вихрь», «Московский Комсомолец», 22.01.2002 г.
15. Ю.С.Потапов, Л.П.Фоминский «Вихревая энергетика и холодный ядерный синтез», РАЕН, Кишинев – Черкассы, «ОКО-Плюс», 2002 г.
16. «Возобновляемые источники энергии», Лекции ведущих специалистов на 1 и 2 Всероссийских научных молодежных школах под редакцией В.В.Алексеева, - Москва, Издательство Географического ф-та МГУ, 2002 г.
17. Дж.Грубер «Экономическое влияние технологий, основанных на использовании энергии физического вакуума, на личность и общество», Сб. трудов 4-го Конгресса по возобновляемым энергиям, США, Колорадо, Денвер, 15-21 июня 1996 г. (“Renewable Energy Journal”, v.8, 1996).
18. Н.Е.Заев «Бестопливная энергетика», - Сб. «Новые грани физики», Москва, 1996 г. и “New Energy Technologies”, S-Petersburg, N 2(5), 2002.
19. J.R.Cave, R.Roberge “Application of SMES Technology to Electric Power Systems”, Canadian ASC, 1996.
20. M.Parizh, A.K.Kalafala, R.Wilcox “Superconductiong Magnetic Energy Storage for Substain Applications”, Report in part by USAF Contract F04606-95-C-0297 Intermagnetics General Corp., NY, USA, 1996.
21. Материалы парламентских слушаний в ГД РФ «Альтернативная энергетика – залог устойчивого развития», 01.06.2001 г.
22. «Нетрадиционные лазерные технологии» Научно-информационный сборник Лазерной Ассоциации СНГ, Москва, Из-во НТИУЦЛАС, 1999 г.
23. «Сравнительный анализ технико-экономической целесообразности развития в ЗАО «Дункан» автономных энергетических систем на основе: изотопных источников тепла, энергии ветра и солнца, тепловых насосов и вихревых теплогенераторов» - Материалы Московского Семинара ЗАО «Дункан» «Нетрадиционная энергетика», Рук. В.Г.Азбаров, 2001.
24. Сборник трудов Международной научно-социальной конференции «Перспективы сохранения и развития единой цивилизации планеты». Секция: Новые экологически чистые энергетика и технологии. Сопредседатели секции – Е.Д.Сорокодум, Д.С.Стребков, Н.С.Лидоренко, Москва, Из-во «Дункан» 26-31 мая 2002 г.
25. В.Д.Шабетник «Фрактальная физика. Наука о мироздании», Москва, Из-во ОАО «Тибр», 2002 г.
|
|