Неблагодарное занятие писать по теме в которой мало осведомлен. Однако, желание узнать правильный ответ взяло вверх. Есть одна сформированная мысль, которая не дает мне покоя вот уже продолжительное время. Около пяти лет я занимаюсь альтернативной энергетикой (солнечные панели) у себя в загородном доме и за это время смог прочувствовать некоторые аспекты энергозатрат и так сказать энергоприбылей.
Собственно мой опыт далеко не уникальный и быстро привел меня к результатам, которые получало большинство. Прежде всего АКБ, это самое проблематичное место возобновляемой энергетики. Отсюда берут начало ряд других проблем, например целесообразность, эффективность и т. п. Нет, я конечно осведомлен об экологических проблемах и четко понимаю, что находится на другой чаше весов. Однако, я не понимаю, как можно в интересах завтрашнего дня убедительно уговорить сегодня всех людей, что они по сути должны работать больше за меньшие деньги. Возможно есть какие-то современные идеологические технологии способные мобилизировать наше сознание на какое-то время, но это опасное хождение по краю. Одним словом, я хочу сказать, что использование на сегодняшний день АКБ, как средство хранения энергии в промышленных масштабах крайне неэффективно. Если можно так выразиться, то это обезболивающее для симптомов нерешенных проблем, но не их лечение. Да, есть другие «зеленые» варианты, гидроаккумулирующие электростанции, песчаные батареи и т. п. Но они также не стали панацеей ввиду своих особенностей доставки и конвертации энергии.
Теперь вторая проблема, которая усугубляется первой. Выработка солнечной энергии (думаю и ветряной) имеет проблему непостоянства. То есть, выработка в солнечные дни летом может превышать в десять раз выработку в пасмурный день зимой, не говоря уже о продолжительности светового дня. Грубо говоря, если у меня есть 2кВт/ч в хороший день, то в плохой я буду получать 200Вт/ч. Без возможности хранить энергию с лето до зимы, такая разбежность для меня это просто катастрофа! И да, как думают большинство обывателей: «а давайте будем исходить из минимальной мощности и просто добавим больше панелей?», отвечу, что это так не работает. Избыток мощности, тоже требует механизмов управления. На примере своего дома, я не могу пускать большие токи, которые будут убивать мои свинцовые АКБ. Свинцовые потому что, это то что доступно. Потому что литиевые и железо-фосфатные, это удел других более богатых или приоритетных областей жизни человека. Те ячейки, которые присутствуют сегодня на рынке для персонального пользования, в большинстве случаев являются восстановленными, простите «объедками», которые достались нам.
Кстати, проблема неравномерной выработки не только мой частный случай, она сохраняется и для тех СЭС, которые решили подключиться в общую сеть. Думаю многие сталкивались с жалобами энергетиков, например ТЭС, как альтернативная энергетика просто убивает эти станции из-за необходимости частых и срочных маневров.
Третья проблема, как мне кажется фундаментальная. Предположим, пусть мы решили вопрос с хранением энергии, нашли решение которое позволит дешево, долго и универсально это делать. Универсально, это значит мы можем быстро, без лишних затрат, получить нужную форму энергии. Пусть мы решили вопрос с источником энергии: солнечное излучение или его производные (ветер, полезные ископаемые и т. п.) или пусть даже устойчивый термоядерный синтез. Супер! Но что тогда? Наша планета Земля имеет некий тепловой баланс. И второй закон термодинамики никто же не отменял? А это значит, что слава Богу, что у нас пока не получается с хранением и получением дополнительной энергии. Ведь любой процесс связанный с её использованием будет так или иначе приводить к высвобождению тепловой энергии.
Вы включили светодиодный фонарик, который имеет высокий КПД преобразования электричества в излучение, но он все равно выделил какую-то часть тепла. Что уж говорить про другие машины и механизмы, в которых сплошь и рядом присутствует сила трения непрестанно конвертирующаяся в тепло. Тепло, тепло, тепло. Броуновское движение молекул атмосферы будет непрерывно возрастать. И у меня возникает вопрос: а куда оно всё денется? То есть парниковый эффект начнет стремительно возрастать. Как будем с ними бороться? Ставить отражатели на планете или парус к Солнцу отправлять, чтобы уменьшить получаемое излучение? Сомнительные мероприятия как по мне.
Мы как-то привыкли решать проблемы по мере их поступления. Опасна практика однако. Хорошо, что мы пока не решили первые две проблемы, потому как про третью не особо пока думаем, а вот будет ли потом время чтобы её решить???
Как жить дальше?
И вот настал день, когда Человек был готов отказаться от мысли проникнуть в космос. Первые сомнения возникли еще тогда, когда Ван Аллен открыл вокруг Земли пояса радиации. Но Человек слишком долго мечтал о космосе, чтобы сдаться, не сделав еще одной попытки. И делалась одна попытка за другой, а астронавты гибли, доказывая, что Человек слишком слаб для космоса. Слишком непрочно держится в его теле жизнь. Он умирает или от первичной солнечной радиации, или от вторичного излучения, возникающего в металле самого корабля. И в конце концов Человек понял несбыточность своей мечты и стал глядеть на звезды, которые теперь были от него дальше, чем когда-либо, с горечью и разочарованием. После долгих лет борьбы за космос, пережив сотни миллионов неудач, Человек отступил.
И правильно сделал. Существовал другой путь.
Клиффорд Саймак. Что может быть проще времени?
Наверное третья фундаментальная проблема, может привести нас к тому жестокому ответу, а именно экономии и оптимизации жизни на Земле, согласно заложенных в неё пределах. Не хочу пояснять это, жутковато. Хотелось бы остаться человеком как сущностью, которая как кто-то сказал, отличается тем, что вместо адаптации к окружающей среде, адаптирует её под себя. Но что это значит на практике? Мне кажется ответом может служить Шкала Кардашёва, которая указывает нам путь:
первоочередная задача не в экономном или эффективном использовании энергии, а в том, чтобы научиться управлять как можно большими объемами энергии.
То есть, мы должны научиться управлять энергией сначала в пределах собственной планеты, затем в пределах Солнечной системы, затем Галактики и т. д. Но что значит управлять энергией? Конечно, тут можно вспомнить про энтропию и древних греков: космос и хаос. То есть, упорядоченность, это космос, а хаос это наш рок, это неотвратимая судьба неуклонно возрастающей энтропии. Однако, как бы странно не казалось, наш космос существует. В то время, как с момента Большого взрыва, энтропия, а следовательно и хаос только возрастают. Как такое может быть? Ответ в том, что черные дыры, это особая сингулярность, которая является местом скопления и «утилизации» хаоса. То есть, если взять всю Вселенную в целом, то закон возрастания выполнен, просто «кто-то» позаботился о том, чтобы «компактно управиться с энергией хаоса».
Есть чему поучиться, но есть ли у нас способы подобного хранения? Нет. Хорошо, а как же нам научиться управлять энергией сегодня? Я думаю ответ на этот вопрос содержится в нём же. То есть, управление энергией, на примере черных дыр, говорит нам о том, что ответ в трансформации. Еще проще и конкретней, управление энергией, это способность её эффективного преобразования(трансформирования) из одной формы в другую.
То есть, очевидно, для того чтобы решить третью фундаментальную проблему, потребуется механизм преобразования тепловой энергии из атмосферы в любую другую форму. Другими словами, надо придумать способ изъятия тепла из воздуха. Например, как тепловой насос — кондиционер, работающий зимой не на охлаждение, а на обогрев помещения. Однако, не спешите радоваться, это обман. Тепло из дома вернется все равно наружу, мало этого добавиться дополнительное тепло, которое произвел компрессор. То есть, локально решив проблему, в глобальном отношении всей планеты мы наоборот ухудшили положение вещей. Всё в порядке, закон возрастания энтропии по-прежнему работает.
Что тогда? Кажется есть еще масштабный способ преобразования тепловой энергии химическим путем, но тогда жизнь на планете рискует вернуться в примитивную форму на несколько миллионов лет и начать всё по новой. Пусть это будет как самый крайний вариант.
Я часто спрашиваю себя, неужели простое и красивое решение это удел прежних веков? В современном мире уже всё давно открыто и какой-либо научный прорыв нельзя сделать просто так вот с ручкой и листком бумаги? Можно ли обратиться к первоистокам наших знаний, чтобы найти «узкую тропку», которая выведет нас на «широкую дорогу»? Звучит наивно, но я попробую.
Какой самый простой и очевидный способ преобразовать тепловую энергию в другую форму, скажем электрическую? Электрическую, потому что её удобнее всего транспортировать и преобразовывать в другие формы.
Например, термопара - это простой и компактный способ преобразования тепловой энергии в электрическую. Термопара состоит из двух проводников разных металлов, соединенных на одном конце. Когда эти соединенные концы (горячая сторона) подвергаются нагреву и температура на горячей стороне отличается от температуры на холодной стороне (разомкнутые концы проводников), возникает электрический ток. Термопары хороши для измерения температуры, но из-за низкого КПД они не являются эффективными для преобразования тепловой энергии в электрическую.
Тогда, я хочу предложить тот вариант, который есть прямо перед нами: более эффективный и простой трансформатор энергии тепловой в электрическую — планетарная атмосфера. Опять ветровики? Нет, я намекал на молнии. Идея в том, что молнии, это то самое узкое место, где тепловая энергия трансформируется с максимальным КПД в электромагнитную. Лишь незначительная часть энергии теряется, но большая часть молнии, через мгновение возвращается в тепловую. Следовательно, самый лучший вариант борьбы с парниковым эффектом, плюс самый эффективный способ трансформации тепловой энергии в электрическую, это найти способ перехватывать и накапливать энергию молний. Да, появление молний сложный и не до конца изученный механизм, но мы точно можем сказать, что их природа основывается на той тепловой энергии, которую получает атмосфера Земли.
Тепловая энергия играет ключевую роль в атмосферных процессах, которые приводят к образованию молний, и таким образом, атмосфера может быть рассмотрена как эффективный трансформатор тепловой энергии в электрическую на планетарном масштабе. Кроме этого, использование энергии молний для преобразования тепловой энергии в электрическую может быть эффективным способом забора теплоты из атмосферы. Если успешно реализовать технологию перехвата и накопления энергии молний, это может привести к снижению температуры в атмосфере и снижению парникового эффекта.
Согласно моим знаниям, использование энергии молний для преобразования тепловой энергии в электрическую является одним из самых эффективных способов с точки зрения переноса большого количества энергии за короткий промежуток времени. Если молнию не поймали, энергия молнии в основном преобразуется обратно в тепловую энергию и затем рассеивается в атмосфере.
Я не знаю на сколько это решение жизнеспособно, но ощущаю, что оно гармонично. Я не знаю как будут решаться проблемы хранения и получения энергии, но я уверен, что глобальная стратегия рачительного использования энергии это тупик, которая рано или поздно упрется в проблему дисбаланса какой-то одной формы энергии. Мы должны двигаться дальше путем решения проблем не сегодняшнего дня, а завтрашнего или даже послезавтрашнего.
