В.В.Кушин,
ГНЦ РФ " Институт теоретической и экспериментальной физики"

В настоящее время все более очевидным становится факт, что человечеству не удалось удовлетворительно решить проблемы энерге- тики. На пороге третьего тысячелетия суммарная мощность всех энергоустановок необходимых человеку достигает величины более 10ТВт. Для их обеспечения первичным теплом приходится ежегодно добывать и сжигать более 10 млрд. тонн условного топлива в виде нефти, угля, газа и урана. В результате энергетические сырьевые ресурсы земли стремительно сокращаются. Возрастают экологические проблемы, связанные с выбросами отходов тепловой энергетики в ат- мосферу и с необходимостью хоронить отходы атомной энергетики. Именно поэтому в последние годы возрос интерес к энергетики, ис- пользующей энергию ветра. Ветровая электростанция является иде- альной электроустановкой, так ка ее энергоресурсы неистощимы и возобновляются солнцем, а экологический ущерб может быть сведен к нулю. Однако ветровой энергоустановке присущи два дефекта. Во-первых, сила ветра как правило невелика и для того, что бы за- менить, например, один стандартный энергоблок атомной электрос- танции 1 млн. Кватт потребуется несколько тысяч ветровых элект- ростанций. во-вторых, сила ветра не обладает достаточным постоян- ством.

Настоящий доклад посвящен изложению основ принципиально но- вого подхода к проблеме ветровой энергетики. Суть этого подхода заключается в том, что необходимо использовать не естественные ветры, спонтанно рожденные атмосферой, а искусственные ветровые потоки, которые должен создавать сам человек. Такие потоки могут быть могут быть созданы в заданном районе, с заданной силой и стабильностью. Имено они должны стать основой принципиально новой энергетики, которая далее называется гравитационно-тепловой (ГТЭ).

Толчком к пониманию возможности создания ГТЭ послужил ряд новейших новейших фундаментальных научно-технических результатов, полученных в последние годы. Во-первых, расчетно-теоритические и лабораторные исследования последних лет показали, что существуют возможности искусственно подтолкнуть атмосферу к рождению ветро- вых потоков мощностью 1 мнл. Кватт и более. Такие искусственно рожденные потоки, подобно их естественным собратьям, будут чер- пать энергию из тепловых запасов атмосферы и мирового океана, а человек должен тратить энергию только на управления ими. Затраты энергии на создание ветра и управления им могут быть значительно меньше, чем кинетическая энергия ветровых потоков.

Чтобы наглядно показать как создаются ветровые потоки, на- помним известное авиопассажирам фундаментальное свойство атмосфе- ры: на высоте 10-12 км. всегда царит мороз -40-50 С, даже если в низу царит жара +30 С В мощных грозовых облаках на высоту 10-15 Км. часто поднимаются массы влаги. Здесь она охлаждается, замер- зает и падает в низ в виде града и ледяной пыли, увлекая за собой воздушные массы. При этом ушедший в низ воздух восполняется рав- ным по объему количеством воздуха пришедшим с низу. Он приносит с собой влагу из хорошо прогретых нижних слоев атмосферы (Рис.1). Таким образом в облаке образуются два вертикальных противополож- ных потока. В восходящем потоке принесенная с низу вода выделяет сначала тепловую фазу перехода вода-пар, а затем теплоту во- да-лед. Выделенная теплота подогревает восходящий поток, и темпе- ратура внутри потока оказывается выше, чем вне его. Поэтому воз- дух в этом потоке будет легче, чем вне его. В низ ходящем потоке, наоборот, образовавшаяся ледяная пыль и град, падая в низ и тая, отбирает у потока теплоту фазовых переходов лет-вода-пар. Темпе- ратура нисходящего потока понижается относительно окружающей сре- ды, и поэтому воздух внутри потока становится тяжелее чем вне его. В результате чего облако становится не устойчивым, и возни- кающие в нем вертикальные ветры будут тем сильнее, чем больше влаги окажется в облаках. Мощность образовавшихся потоков может достигать 1 Мнл. кВт. и более.

Приведенный пример с грозовым облаком наглядно иллюстрирует первый из трех принципов, на которых основана ГТЭ: для создания мощных ветровых потоков необходимо "забросить" на высоту 10-15 Км. из любого водоема несколько тонн воды и распылить ее. При этом, как показали расчеты, на каждый кубометр воздуха необходимо распылить приблизительно 300 г воды.

Вторым фундаментальным положением ГТЭ является вывод о том, что ветровые потоки в ГТЭ-установке должны быть закручены вокруг вертикальной оси. Рассмотренные выше вариантов потоков в грозовом облаке с линейной вертикальной структурой сопровождаются значи- тельными потерями воды в виде дождя и града на всем пути потоков. Для восполнение этих потерь требуется значительные затраты энер- гии. Избежать их можно с помощью специальных труб (Рис.2). Как показали лабораторные и расчетно-теоретические исследования, мож- но обойтись без труб, но в этом случае наиболее рациональной структурой потока являются вихри типа смерча (Рис.3) или тайфуна (Рис.4). В таких потоках затраты на подъем воды против сил тяго- тения на большую высоту в восходящем потоке будут возвращены нис- ходящему потоку при ее падении в низ.

Наконец, в-третьих, в результате исследования стало ясно, как практически создать мощные вихри. последние годы в России бы- ли разработаны установки для управления погодой, в которых нес- колько мощных авиационных турбо-реактивных двигателя работают на одно общее вертикально расположенное сопло (Рис.5).Комбинируя число двигателей и сопел (Рис.6), можно создать вихри высотой 10-15 км. Двигатели должны быть включены всего на 20-40 минут до момента создания вихря. Подавая затем в него смесь воды и возду- ха, можно получить непрерывный ветровой поток, который будет вра- щать ветровую турбину. Чтобы заменить, например, один стандартный энергоблок атомной электростанции мощностью 1000 МВт потребуется возбудить вихрь диаметров 200 м.

Таковы основные контуры ГТЭ. Наиболее удивительным фактом является то, что топливом для ГТЭ -установок служит обычная вода. Вода замерзает, превращается в лед и отдает воздушным потокам скрытую теплоту фазового перехода вода- лед. Затем под действием солнечного тепла лед превращается в воду, которая в новь может быть использована в качестве топлива. Этот фактор является отли- чительной особенностью ГТЭ -установок от тепловых6 где образуются продукты сгорания, пророй достаточно вредные, и от атомных энер- гоустановок, где неизбежны радиоактивные отходы.

Для развития ГТЭ потребуется пройти еще длительный путь. Не- обходимо завершить теории ГТЭ, практически создать модели и маке- ты вихрей, и наконец то ,полномаштабную демонстрационную энерге- тическую установку. На это потребуется около 5 лет и расходы, ко- торые будут приблизительно равны затратам на строительство одного серийного авиалайнера.

В заключении следует сказать, что солнце посылает на землю поток излучения мощностью более 1 кВт/м2. Если просуммировать весь поток излучения, который поступает на землю, то получим мощ- ность, которая почти 100000 раз больше, чем требуется для обеспе- чения всех энергетических потребностей человека. Практически вся солнечная энергия на замле аккумулируется в воде мирового океана. Поэтому человек обязан создать экологически чистую ГТ энергетику , основанную на использовании теплоты мирового океана. Только тогда он сможет уверено смотреть в третье тысячелетие.