Ќеизвестна€ энергетика

Ќеизвестна€ энергетика

ѕотребл€€ энергию, мы в силу закона сохранени€ энергии только превращаем одну ее форму в другую, в конечном же счете практически вс€ добываема€ нами энерги€ рассеиваетс€ в виде тепла.

¬ 2003 году человеком было потреблено энергии примерно в 5000 раз меньше энергии солнечной радиации, достигающей ежегодно поверхности «емли. ”дваива€сь каждые 23,5–35 лет (при ежегодном приросте в 2–3%), энергопотребление сравн€етс€ по мощности с солнечным потоком через 285–430 лет. ”двоение пропускаемого через биосферу теплового потока означало бы гибель развитых форм жизни на «емле. –еально же про€влени€ перегрева станут катастрофическими, когда добываема€ энерги€ достигнет 0,1% (одна экспертна€ оценка) или 1% (друга€ оценка) от солнечной энергии, то есть через 50–80 или 130–200 лет соответственно.

Ёнергосбережение, то есть минимизаци€ расходов энергии на единицу ¬¬ѕ, возможно, и реально происходит, вызыва€ временное сокращение темпов роста энергопотреблени€. ќднако в долгосрочном плане торможение роста энергопотреблени€, неразрывно св€занного с ростом ¬¬ѕ, было бы направлено против эволюции и потому не возможно. “ак что человечеству на «емле угрожает гибель от теплового загр€знени€ среды.

¬ыход просматриваетс€ только один – нам предстоит научитьс€ собирать рассеиваемое тепло, чтобы вновь и вновь использовать его энергию. –оста энергопотреблени€ можно будет добиватьс€ при этом ускорением круговорота тепла без увеличени€ количества тепла в среде. “акую энергетику будем называть термоциклической.

“епло среды собирают сегодн€ гео- и гидротермальные тепловые установки, работающие на вулканическом тепле или тепле гор€чих источников, а также тепловые насосы, которые используют дл€ отоплени€ зданий тепло, рассе€нное в поверхностных сло€х «емли или в воздухе. Ёкспериментальные гидротермальные энергоустановки собирают тепло, рассе€нное в морской/океанической воде и работают за счет вертикального перепада температур. —юда же можно отнести ветровые энергоустановки (¬Ё”), использующие кинетическую энергию ветра, котора€ имеет своим источником рассе€нное в атмосфере тепло. Ќапомним также о солнечных энергосистемах (—Ё—), перехватывающих энергию солнечной радиации до того, как она рассеетс€ в поверхностных сло€х «емли в виде тепла.

¬се эти тепловые установки могут быть использованы в термоциклической энергетике, однако их одних не достаточно.

1. –есурсы ¬Ё” слишком малы. ћощность ветровых потоков на «емле составл€ет около 2 млн. √¬т, то есть 2,4% от достигающего поверхности «емли солнечного потока (82 млн. √¬т), тогда как термоциклическа€ энергетика должна будет в перспективе многократно превзойти по мощности падающее на «емлю солнечное излучение.

2. —итуаци€ с —Ё— аналогична.  ак бы широко мы ни покрыли ими поверхность «емли, собирать они будут только какую-то долю солнечного потока энергии.

3. √еотермальным установкам дл€ производства электроэнергии с приемлемыми технико-экономическими показател€ми необходима температура более 100 градусов по ÷ельсию, тогда как на «емле легкодоступные геотермальные месторождени€ с такой температурой наперечет.

4. “епло, рассе€нное в атмосфере, океане и земной коре, характеризуетс€, как правило, невысокими температурными градиентами, что зарезает  ѕƒ  арно собирающих его тепловых установок до невысоких же значений. ¬ тропиках, например, где перепад температур воды океана максимален,  ѕƒ  арно имеет потолок около 7% при реальном  ѕƒ 2–3%.

ѕриходим, таким образом, к выводу, что на базе известных нам тепловых установок построение термоциклической энергетики не реально. ≈сли только мы не поднимем каким-то «чудом» максимальный теоретический  ѕƒ тепловых установок до единицы. —овершить это «чудо», согласно традиции, не позвол€ет второе начало термодинамики, которое, в каноническом его прочтении, утверждает, что тепловые установки, полностью превращающие тепло в работу и имеющие благодар€ этому  ѕƒ не ограниченный сверху  ѕƒ  арно, не возможны. » невозможны, говорит традици€, потому что все тепловые установки об€заны иметь холодильник, сброс части извлекаемого из среды тепла в который обеспечивает диктуемый вторым началом рост энтропии. “епловые установки без холодильника с  ѕƒ, превышающим  ѕƒ  арно, – это пресловутые вечные двигатели второго рода, о которых в приличном научном обществе вспоминать на ночь гл€д€ не прин€то.

  счастью, со вторым началом и на самом деле не все ладно, о чем свидетельствует множество существующих в литературе разных его формулировок.

1. —ади  арно сделал вывод об об€зательности холодильника у любой тепловой машины исход€ из принципа неуничтожаемости теплорода, согласно которому потребление тепла подобно потреблению энергии. ѕотребл€€ энергию, как говорилось, мы не уничтожаем ее, но только превращаем одну ее форму в другую. ѕотребление теплорода, говорит  арно, означает не его уничтожение, но лишь его переход от более теплого тела к менее теплому. ¬от это менее теплое тело и €вл€етс€, полагает  арно, холодильником, об€зательным дл€ вс€кой тепловой машины.

ќтбросив теорию теплорода, последователи  арно оставили в силе этот его вывод, хот€ к тому времени уже было хорошо известно, что, превраща€сь в другие формы энергии, тепло перестает существовать как тепло. »наче говор€, потребл€€ теплород, мы его уничтожаем, что подрывает аргументацию  арно.

2. ¬ыдающиес€ термодинамики второй половины XIX века не исправили ошибку  арно по той причине, что работали только и исключительно с классическими тепловыми машинами, имеющими две особенности, которые делают холодильник необходимым: (1) цикличность; (2) однофазное рабочее тело (газ или жидкость). ¬озвраща€ такое рабочее тело в начальное состо€ние, необходимо отдавать часть полученного от нагревател€ тепла холодильнику, что, однако, не имеет отношени€ ко второму началу термодинамики. ƒл€ нециклических тепловых машин холодильник необ€зателен, как необ€зателен он, по-видимому, и дл€ циклических тепловых машин с двухфазным рабочим телом газ жидкость.

ѕримером нециклической тепловой машины может служить работающий в вакууме ракетный двигатель, дл€ которого говорить об охлаждении продуктов сгорани€ за бортом не приходитс€, поскольку расширение выхлопа в пустоту в приближении идеального газа происходит изотермически (его внутренн€€ энерги€, €вл€юща€с€ функцией только температуры, в ходе расширени€ не измен€етс€).

„то же касаетс€ циклических тепловых машин с рабочим телом газ жидкость, то, как это доказывают в последние дес€тилети€ независимо друг от друга несколько исследователей (ј.ј. раснов, √.¬.—корн€ков, —.Ќ.ƒунаевский), возвращение рабочего тела в начальное состо€ние может осуществл€тьс€ в них не с передачей части тепла холодильнику, но с ее возвращением нагревателю. ¬нешний холодильник становитс€ ненужным, а  ѕƒ – не ограниченным  ѕƒ  арно.

3. ¬ наши дни ошибка  арно не исправл€етс€ потому, что закон возрастани€ энтропии некорректно сводитс€ до сих пор к «закону» возрастани€ тепловой энтропии, тогда как действует закон возрастани€ полной энтропии. “епловой энтропии убывать не возбран€етс€, почему компенсаци€ превращени€ тепла в работу может быть как тепловой, так и нетепловой. Ёто, собственно, и есть та причина, по которой холодильник тепловой машине не об€зателен.

—ергей ƒавыдович ’айтун - кандидат физико-математических наук, в.н.с. »нститута истории естествознани€ и техники –јЌ.

"Ќезависима€ газета" (–осси€)

  • ƒата публикации: 13.03.2012
  • 1148
ќќќ Ђƒ≈Ћќ¬џ≈ —»—“≈ћџ —¬я«»ї
ќтраслевой информационно-аналитический портал, посв€щЄнный энергетике Ѕеларуси. јктуальные новости и событи€. ѕодробна€ информаци€ о компани€х, товары и услуги.
220013
–еспублика Ѕеларусь
ћинск
ул. ул. Ѕ. ’мельницкого, 7, офис 310
+375 (17) 336 15 55 , +375 (25) 694 54 56 , +375 (29) 302 40 02 , +375 (33) 387 08 05
+375 (17) 336 15 56
info@energobelarus.by
ЁнергоЅеларусь

ЁнергоЅеларусь

ЁнергоЅеларусь

ЁнергоЅеларусь

191611654
5
5
1
150
150