СОЛНЕЧНАЯ ЭНЕРГИЯ

В 1878 году на Всемирной выставке в Париже француз Мишо демонстрировал паровую машину, в которой нагревателем служило параболическое зеркало. В 1912 году в США построили гелиомашину мощностью в 100 лошадиных сил. Даже не очень солнечная Европа получает от Солнца на каждый квадратный метр поверхности столько тепла, сколько можно получить от электролампы в 1000 ватт, горящей три часа в сутки. А территория Аравии получает в год больше тепла, чем его аккумулировано в топливных месторождениях мира.
Парники - самое простое решение использования солнечной энергии. А незатейливые гелиоаккумуляторы из стекла, воды и черных пластин сократили бы вдвое расходы, потраченные на обогревание домов. Выдана лицензия на домашний теплосборник из гравия (11 тонн) и гелиобата-рей, в результате энергетические затраты дома покрываются на 9/10. В городе Аахене (ФРГ) построен дом с солнечными батареями на крыше; иные источники тепла здесь не используются. В 1968 году в городе Одейло (Пиренеи) французскими учеными построена гелиопечь, температура в которой может подниматься до 4000 °С. Советские исследователи успешно внедряли гелиоэнергетику в Туркмении. Однако это только единичные случаи использования солнечной энергии.
В 1977 году в докладе Международного института прикладного системного анализа на конференции, проходившей в городе Вудланде (США), было отмечено, что в будущем солнечная энергия станет конкурентом реакторов-размножителей на быстрых нейтронах и высокотемпературных реакторов, так как они представляют собой меньшую угрозу окружающей среде. Свыше 10 миллионов квадратных километров пустынь не будут использоваться, даже если население Земли достигнет 20 миллиардов человек. Пустынные гелиостанции могут стать источником энергии для производства жидкого водорода, который можно транспортировать по трубопроводам, хранить в подземных резервуарах или даже в водоносных горизонтах.
Каковы же успехи гелиоэнергетики? Кроме гелиопечи в городе Одейло, мощность которой 1 мегаватт, и установки мощностью 400 киловатт в штате Джорджия (США) существуют гелиостанции (отражатель - паровой котел - паровой двигатель - генератор) мощностью 5 мегаватт во Франции (пущена в 1981 году), в Барстоу (США) мощностью 10 мегаватт (пущена в 1982 году), на юго-западе США мощностью 100 мегаватт (пущена в 1985 году).
Уже сделаны первые шаги и к 1985 году гелиостанции США дали до 1 процента электроэнергии .страны. Возможно, если затраты и отношение правительств различных стран будут такими же, как к неядерной энергии, - то вскоре можно будет получить 100-1012 ватт солнечной энергии. Интерес к исследованиям велик, в США на 1979 год ассигновано 458,2 миллиона долларов, а десятилетняя программа обойдется в 4 миллиарда долларов. Программой предусмотрено снизить стоимость 1 киловатта мощности фотоэлектрических систем до 1 доллара и широко распространить фотогелилсис-темы среди населения.
На страницах печати все активнее обсуждаются проблемы использования «энергии Солнца при помощи космических солнечных энергетических систем (КСЭС). Предполагается разместить на геосинхронных орбитах в 35-36 тысячах километров от Земли огромные станции. КСЭС получат почти в 10 раз больше солнечной энергии, чем в самом жарком месте земной поверхности. Рабочее время будет прерываться только периодами равноденствия, и в тени Земли спутники будут находиться до 1 часа 12 минут в сутки. В условиях невесомости можно использовать крупные легкие конструкции, отказавшись от дорогостоящей защиты микроволновых генераторов и других элементов. Стационарный микроволновый луч можно очень точно направить на приемные антенны, расположенные вблизи крупных потребителей энергии, а это снизит расходы на строительство линий электропередачи. Тепло, выделяемое при преобразовании солнечной энергии и формировании микроволновой передачи, рассеется в космосе.
На Земле при обратной трансформации энергии тепловые потери составят лишь 1/4 часть того, что теряется на таких же по мощности земных электростанциях. Приемные антенны ажурны, пропускают 4/5 солнечной радиации и осадков и пространства под ними могут использоваться как сельскохозяйственные угодья.
Преобразование солнечной энергии в космосе возможно при помощи термоэлектронного, термоэлектрического и фотоэлектрического способов. КСЭС на кремниевых солнечных элементах с кпд. 15 процентов достигнет мощности 8,5 тысяч мегаватт, а на Земле до потребителя дойдет 5 тысяч мегаватт. Срок жизни КСЭС определяется в 30 лет, что значительно дольше срока существования нынешних спутников (10 лет). По термоэлектрическому способу в космос нужно поднять огромный коллектор, фокусирующий солнечные лучи на нагревательном устройстве. Но для получения энергии 14 тысяч мегаватт нужен солнечный коллектор площадью 50 квадратных километров и теплообменный радиатор площадью 1 квадратный километр.
Более перспективными представляются фотоэлектрические проекты. Две панели кремниевых солнечных элементов по 30 квадратных километров монтируются на центральной мачте диаметром 100 метров. Панели постоянно обращены к Солнцу, передающая антенна - к Земле: Станция снабжена ионными двигателями, расходующими 50 тонн топлива в год. Масса КСЭС 18,2 тысячи тонн, из них 5,5 тысяч тонн - передающая антенна. Эффективность массы станции и ее мощности 3,6 килограмма на киловатт, то есть ниже, чем у наземных гелиостанции. Подобная КСЭС позволит получить для Земли 5 тысяч мегаватт энергии.
Передача энергии на Землю с помощью микроволнового луча прогнозируется с эффективностью 80 процентов. Летом 1975 года в городе Гландстоне (штат Калифорния, США) был поставлен эксперимент. Передающая антенна-тарелка диаметром 26 метров получала энергию от передающей антенны площадью 24 квадратных метра с расстояния 1600 метров. Передача велась на частоте 2388 мегагерц, начальная пиковая интенсивность достигала 170 мегаватт на квадратный сантиметр, что обеспечило мощность 30,4 киловатт.
Эффективность передачи энергии и ее преобразования в постоянный ток в приемной антенне была выше 82 процентов. Для строительства КСЭС нужно вывести на орбиту постройки большое число элементов конструкции, необходимы большие транспортные корабли, которые могут сделать до 100 рейсов. Вся конструкция с помощью собственных ионных двигателей будет выведена на нужную, геосинхронную орбиту. Кремниевые кристаллы солнечных элементов предполагается вырастить в космосе.

ГИДРОЭНЕРГЕТИЧЕСКИЕ РЕСУРСЫ И ПРОБЛЕМЫ
Механическую энергию воды человек использует издавна. В настоящее время на долю гидроэлектростанций в Бразилии, Канаде, Марокко, Норвегии, Шри-Ланке приходится 70-100 процентов всей электроэнергии. Однако в целом доля гидроэнергии в мировом производстве невелика, около 2 процентов. Ресурсы гидроэнергии используются примерно на 13 процентов, а установленная мощность всех гидроэлектростанций 350 000 мегаватт. Общие гидроэнергетические ресурсы огромны - 9800 киловатт-часов в год. Из них приходится (в процентах): на Азию* - 27 (используется 7,5)**, Африку - 21 (1,5), Северную Америку - 15 (30,5), Южную Америку- 17 (5,6), Европу* - 7 (52,9), Океанию - 2 (14).
В некоторых странах (например, в Швеции) гидроэлектростанций больше не строят, реки используются в научных и рекреационных целях. Но во многих странах ведется большое гидротехническое строительство. На Международном конгрессе по проблемам строительства плотин в 1968 году было установлено число крупных сооружений-10 тысяч. Не учтены еще миллионы небольших плотин и запруд на всех обжитых материках. Так, например, в Индии плотины сооружены на всех больших и малых реках. В Африке, в бассейне реки Лимпопо, сооружается свыше 460 плотин. Под плотины, водохранилища, искусственные озера занята огромная площадь (в квадратных километрах): плотин в бассейне реки Лимпопо - 209, озер Вольта, Кариба, Насер, Кен-джи (Африка) - 20303, крупнейших водохранилищ Канады - 115,5 тысяч, водохранилищ Индии - 12 тысяч.
Отношение человека к строительству плотин меняется. Спору нет, гидротехнические сооружения буквально спасают жителей значительных территорий от катастрофических паводков, селей, сезонного безводья. Но под обширными водохранилищами равнинных рек навечно скрываются плодороднейшие земли, заливные луга, пастбища. Так, в результате сооружений искусственного озера Кариба переселились 57 тысяч человек, озера Вольта - 80 тысяч человек, Асуанской плотины-100 тысяч человек.
Водохранилища влияют на уровень грунтовых вод, вызывают засоление почв и снижают их плодородие. Так, в Пакистане ежегодные потери плодородных земель достигают 24 тысяч гектаров, в Перу засолоняетея каждый десятый гектар сельскохозяйственных угодий. Засоление почв отмечается в долине реки Гильменд в Афганистане, в долине Инда в Индии, на севере Мексики, в штате Калифорния в США, в бассейне рек Тигра и Евфрата в Сирии и Ираке. В целом в мире ежегодно теряется 200-300 тысяч гектаров орошаемых земель. Однако 25 миллионов гектаров, занятых солончаками, некогда были плодородными.
Известны случаи, когда большие массы воды водохранилищ спровоцировали землетрясения. (Как правило, глубина водохранилищ достигала 100 метров.)
Не менее грозны, хотя и не так внезапны другие изменения. Примером может служить озеро Вольта в Гане. Это один из крупнейших в мире искусственных водоемов: береговая линия 4800 километров, длина 402, а ширина 32 километра, площадь 8500 квадратных километров, емкость 165 кубических километров. При заполнении в озеро попало много наносов; в результате в сезон дождей и в период цветения водорослей слой прозрачной воды не превышает 10 сантиметров. На 1/3 сократился улов рыбы, на мелководье размножился моллюск, переносящий шистоматоз (кожная сыпь, зуд и др.), участились заболевания.

* Без стран СНГ.
** В скобках - сколько процентов используется.