24 Мая 2018

Прошлое и будущее «голубого угля»

«Кислород.ЛАЙФ» нашел книгу «Ветер и его использование», изданную в 1951 году. Именно так, как в заголовке, в ней называли энергию ветра. О том, как использовались ветроустановки в сельском хозяйстве СССР и как уже тогда думали об аккумулировании – в выдержках из книги.

Поделиться в социальных сетях

Книга «Ветер и его использование» вышла в 1951 году, когда еще был жив Сталин, в серии «Научно-популярная библиотека». Автор книги – А.В. Кармишин, в то время – начинающий ученый, впоследствии – выдающийся специалист в области прочности, профессор, доктор технических наук, заслуженный деятель науки и техники РСФСР. Впрочем, один и тот же ли это Кармишин – нам выяснить не удалось.

«В дореволюционной России не было промышленности, производящей ветродвигатели; они строились лишь кустарным способом. Но мысль о способе наилучшего, наивыгоднейшего использования энергии ветра зародилась в России. Великий русский ученый, «отец русской авиации», профессор Н.Е. Жуковский (1847-1921) создал также теоретические основы ветродвигателя. Его замечательные труды только при советской власти нашли практическое применение. По инициативе Н.Е. Жуковского и при поддержке В.И. Ленина в 1918 году был организован в Москве Центральный аэрогидродинамический институт (ЦАГИ). Здесь и были построены первые отечественные быстроходные ветродвигатели... Советские конструкторы создали оригинальные и еще непревзойденные по своим качествам быстроходные ветродвигатели мощностью от нескольких десятков ватт до нескольких тысяч киловатт», - писал автор.

«Академик П.П. Лазарев подсчитал, что энергия угля, ежегодно сжигаемого во всем мире, в 3000 раз меньше той энергии, которую может нам дать за то же время ветер. Известно, что более сильные ветры наблюдаются на морских побережьях. Среднегодовые скорости воздушных потоков здесь достигают 6-8 метров в секунду. Такие ветры дуют, например, на побережье Каспия, на берегах Северного Ледовитого океана, на берегах Балтийского моря. Если бы мы могли полностью использовать энергию ветра этих районов, то на каждом квадратном километре поверхности земли мы получили бы в течение года до миллиона киловатт-часов электрической энергии! Так велика энергия ветра. Запасы «голубого угля» в природе неистощимы. Ведь движение в атмосфере происходит, как мы уже говорили, за счет энергии солнечных лучей. Возникает заманчивая мысль об использовании энергии воздушных потоков. Ее преимущества очевидны — энергия ветра огромна, она имеется всюду, ее не нужно добывать, подобно углю, из шахт», - говорилось в одной из глав. Окунемся в книгу поглубже.

Книга вышла под научной редакцией профессора Е.М. Фатеева в Государственном издательстве технико-теоретической литературы – тиражом в 100 тыс. экземпляров.

От мельниц к двигателям

«Представьте себе картину недалекого прошлого... Вы медленно едете на крестьянской телеге по пыльной ухабистой дороге. Кругом бескрайние поля с редкими перелесками, балками и оврагами. Только скучный скрип телеги нарушает тишину. Но вот вдали за пригорком что-то мелькнуло и скрылось; потом опять показалось и вновь исчезло... Вы присматриваетесь и догадываетесь, что там, за пригорком, медленно крутятся крылья сельской мельницы. Это значит, что близко деревня или село. Пейзаж сельских местностей дореволюционной России неизменно отмечался традиционными ветряными мельницами. В стране их насчитывалось более 200 тыс. штук.

Ветряные мельницы производили большую работу. Еще в 1914 году на них было переработано около 2 млрд пудов зерна из общего урожая хлеба в 4,3 млрд пудов. Мукомолье, пожалуй, единственный вид сельскохозяйственного производства, где энергия ветра используется с незапамятных времен. (...) Сельские ветряные мельницы старой постройки были очень громоздкими. На их строительство затрачивалось много труда и материалов. Попытку усовершенствовать сельскую ветряную мельницу еще 60 лет тому назад сделал русский инженер В.П. Давыдов. Он разработал оригинальный дерево-металлический ветродвигатель. Ветровое колесо автоматически выводилось из-под ветра, когда его скорость достигала больших значений и представляла опасность для ветродвигателя. Дерево-металлические ветродвигатели В.П. Давыдова могли использоваться как для помола зерна, так и для механизации водоснабжения и других производственных процессов в сельском хозяйстве. 

Однако царское правительство не заботилось о серьезной механизации сельского хозяйства. Поэтому ветродвигатели В.П. Давыдова, хотя и были признаны очень хорошими для того времени машинами, не получили широкого распространения. После Великой Октябрьской революции положение изменилось. Вопросами механизации сельского хозяйства стали заниматься крупные научные учреждения страны. Для повышения мощности ветряных мельниц Центральный аэрогидродинамический институт (ЦАГИ) еще в 1923 году разработал усовершенствованную конструкцию крыльев. Это дало возможность повысить мощность и производительность ветряной мельницы в 2-2,5 раза. 

(…) Современные ветродвигатели являются вполне совершенными энергетическими установками. При их помощи от непостоянного ветра можно получить полезную энергию для механизации разнообразных производственных процессов. Современные ветродвигатели выгодно отличаются от других энергетических установок тем, что не требуют топлива. Это имеет исключительное значение для тех районов нашей страны, где запасы местного топлива невелики. 

Так, эксплуатация быстроходных ветроэлектрических станций в хозяйствах Главного управления Северного морского пути показала, что в условиях Крайнего Севера ВЭС с успехом могут обеспечивать выработку почти всей необходимой энергии. Топливные двигатели пускались в работу лишь при ремонтах ветродвигателей. Ветросиловые установки нужно использовать в первую очередь там, где производственные процессы без ущерба допускают перерывы, которые могут быть вызваны периодами штиля, слабого ветра или бурь. К таким производствам относится большинство сельскохозяйственных работ: водоснабжение, переработка зерна, приготовление корма, молотьба, осушение заболоченных земель, орошение, механизация разнообразных кустарных производств и промыслов. 

Эффективность использования ветродвигателей в сельском хозяйстве была отмечена еще В.И. Лениным. В 1918 году в «Набросках плана научно-технических работ» он дал указание Академии Наук использовать «водные силы и ветряные двигатели вообще и в применении к земледелию». В постановлении Совета Министров Союза ССР и ЦК ВКП(б) от 18 апреля 1949 года о трехлетнем плане развития общественного и совхозного продуктивного животноводства указывается на большое хозяйственное значение ветродвигателей для механизации трудоемких сельскохозяйственных работ. 

Известно, что наиболее трудоемкой работой на животноводческой ферме является обеспечение животных водой. Современные ветронасосные установки с успехом могут использоваться для механизации сельскохозяйственного водоснабжения. До 75% необходимой для этого энергии может быть получено от ветра (...). В настоящее время наша промышленность выпускает специально для механизации водоснабжения многолопастный ветродвигатель ТВ-5 мощностью до 2,5 лошадиной силы. Ветровое колесо этого ветродвигателя состоит из 18-24 металлических лопастей. Для поворота ветрового колеса на ветер ветродвигатель снабжен хвостом. Число оборотов регулируется автоматически — выводом ветрового колеса из-под ветра за счет смещения его оси относительно оси башни. Ветродвигатель ТВ-5 может поднимать воду на высоту до 70 метров; его средняя производительность — до 3-3,5 кубического метра в час.

Для более высокого (до 120 метров) подъема воды предназначается многолопастный ветродвигатель марки ТВ-8 на 6 лошадиных сил с диаметром ветрового колеса 8 метров. Этот ветродвигатель имеет вертикальный вал, который внизу соединяется с универсальной приводной лебедкой. При помощи этой лебедки можно качать воду поршневым насосом и через ременную передачу приводить в движение различные кормоприготовительные машины, жерновую мельницу, центробежный насос, четырех-конную молотилку и другие машины, потребляющие мощность до 6 лошадиных сил (…) При работе с жерновой мельницей ветродвигатель ТВ-8 может в час переработать на муку до 200 килограммов зерна. Если же его соединить с центробежным насосом, можно полить 5-6 гектаров овощных культур, при подъеме воды на высоту до 10 метров.

...Опыт использования ветродвигателей в сельском хозяйстве показывает, что они окупают себя в течение первого же года работы. Так, по 17 колхозам Ивановской области ветросиловые установки (ТВ-8 и ТВ-5) позволили в 1949 году сэкономить 7699 конедня и 7419 трудодня.

(…) Ветродвигатели с успехом могут использоваться для силового обслуживания и других трудоемких работ в сельском хозяйстве, а также для электрификации в районах, где среднегодовые скорости ветра выше 4,5 метра в секунду. Для освещения небольших построек (клубов, школ, помещений для скота, железнодорожных казарм и т. п.) и для зарядки аккумуляторов автомашин, радио и телефона применяются ветроэлектрические двигатели ЦАГИ-Д-2 мощностью до 100 ватт. Они могут питать также колхозные радиоузлы. Большое значение имеют эти ветродвигатели для снабжения электроэнергией различных экспедиций и изыскательных партий.

Пейзаж сельских местностей дореволюционной России неизменно отмечался традиционными ветряными мельницами. В стране их насчитывалось более 200 тыс. штук.

Борьба с непостоянством ветра

Основным недостатком использования энергии ветра является его непостоянство. Ветродвигатели в безветренную погоду и при слабом ветре не работают. Таким образом, приходится искать способы накопления, или, как говорят, аккумулирования энергии ветра на период безветрия. Простейшим видом аккумулирования энергии ветра является запасание перерабатываемого продукта на время безветрия. По этому принципу работают все ветро-насосные и ветро-мукомольные установки. Целый ряд других сельскохозяйственных производств допускает такой вид аккумулирования энергии ветра. 

Сложнее аккумулировать энергию на период безветрия. Простейшим видом такого аккумулирования является использование при ветроэлектрических установках обычных электрических аккумуляторов. Однако электрические аккумуляторы — довольно громоздки и дороги. К тому же они требуют квалифицированного ухода. Поэтому электрические аккумуляторы применяются только при мелких ветроэлектрических установках мощностью не более 3-4 киловатт.

При более мощных ВЭС необходимо устанавливать резервный двигатель. Например, единственным местным топливным ресурсом Астраханской области является камыш, в изобилии растущий в Волго-Ахтубинской пойме. Однако камыша не хватит для полной электрификации сельского хозяйства области. Между тем в Астраханской области можно широко использовать энергию ветра. Использование здесь ВЭС, имеющих тепловой резерв в виде локомобильной установки, сжигающей камыш, может обеспечить бесперебойную подачу энергии потребителям. 

В лесистых районах в качестве резерва при ВЭС может быть использована газогенераторная установка. В отдельных районах Московской, Ленинградской и других областей топливом для резервных установок при ВЭС может служить местный уголь и торф. 

Большой интерес представляет совместная работа ветросиловых установок с гидростанциями на малых реках, работа которых весьма неустойчива по временам года. Как правило, летом и зимой при сильных морозах ощущается недостаток воды перед плотиной мелкой гидростанции. Воду приходится экономить и накапливать, работая с неполной мощностью или совсем останавливая турбину. Этого можно избежать, если параллельно с гидростанцией установить один или несколько ветродвигателей, которые в ветреные дни будут подавать электроэнергию потребителям. В это время на гидростанции будет накапливаться вода перед плотиной. Так вода и ветер, удачно дополняя друг друга, могут обеспечить работу комбинированной энергетической установки.

Аккумулирование непостоянной энергии ветра заключается не только в совместной работе гидростанции с ветросиловой установкой. В районах с пересеченным рельефом местности и при обилии воды целесообразно устраивать верхние водоемы-аккумуляторы. В них вода подается ветро-насосными установками и затем используется для получения электроэнергии от гидростанции. Во многих местах Советского Союза имеются весьма подходящие условия для строительства комбинированных силовых установок на базе использования энергии воды и ветра... 

Большой интерес для практического использования представляет водородный способ аккумулирования энергии ветра, над которым работают советские конструкторы. ВЭС с водородным аккумулированием состоит из быстроходного ветродвигателя, который вращает электрический генератор постоянного тока. Электроэнергия от генератора поступает к электролизеру, где вода разлагается на водород и кислород. Полученные таким путем газы собираются в газгольдерах и в дальнейшем служат топливом для газового двигателя. 

Широкое развитие высоковольтных кольцевых ЛЭП открывает новые возможности для работы мощных ветросиловых установок в единой энергетической системе. При этом мощные ветродвигатели, работая на общую сеть, в значительной степени увеличивают выработку энергосистемы без затраты топлива. 

Таково заманчивое и вполне реальное будущее широкого использования энергии ветра — «голубого угля». Массовое использование ветродвигателей может дать то изобилие дешевой электроэнергии во всех уголках нашей страны, которое необходимо для удовлетворения производственных и бытовых потребностей наступающей эпохи коммунизма. Советские ученые и конструкторы сделали большой вклад как в теорию ветротехники, так и в разработки оригинальных конструкций ветродвигателей. Так, передовая советская наука и техника подошли вплотную к освоению неисчерпаемых запасов «голубого угля»».

В книге лишь вскользь упоминается ГАЭС как способ аккумулирования энергии.