Как обеспечить российские арктические гарнизоны чистой энергетикой
Российские войска возвращаются в Арктику. Считается, что служить здесь перспективно и даже престижно, хотя и нелегко. Но прошли те времена, когда слово «надо» оправдывало любые лишения. Опыт показал: человек работает гораздо лучше, когда он может вернуться после работы в уютную среду, где рады его приходу и не донимают жалобами на бытовые неурядицы. Среди прочих необходимых для этого условий – обеспечение гарнизонов достаточным количеством электричества. Где же его взять?
Арктику чистят от тысяч бочек из-под дизельного топлива, которое использовалось для выработки электроэнергии. К сожалению, пока альтернативы дизель-генераторам нет. Единственное хорошо отработанное средство экологически чистого получения электроэнергии – ветроэлектростанции – в условиях Арктики можно использовать весьма ограниченно и проблемы в целом они не решат. Солнечные батареи в условиях арктической ночи также не выход из положения. Динамические квантовые электростанции, упомянутые в статье газеты «Военно-промышленный курьер» (№ 26, 2015), возможно, ее и решат, но в достаточно отдаленной перспективе. А надо сейчас.
Решение видится в применении электростанций нового типа, близких к традиционным. К таковым можно отнести российское изобретение «Аэростатическая электростанция» – это ветроэлектростанция, работающая на искусственном потоке воздуха. Для его создания используется потенциальная энергия атмосферы. Никаких затрат топлива или других энергоносителей не требуется.
Аэростатическая электростанция представляет собой группу ветроэлектростанций, расположенных последовательно в протяженном туннеле. Выход туннеля переходит в вертикальную трубу, а вход соединен с воздухозаборником, сечение которого больше сечений и туннеля, и трубы. Между входом воздухозаборника и выходным срезом существует разность давлений атмосферы, соответственно возникает устойчивый поток воздуха.
Он воздействует на расположенные в туннеле ветрогенераторы и они вырабатывают электроэнергию круглосуточно и независимо от погодных условий. Никаких затрат топлива.
Доказательств работоспособности схемы достаточно: вентиляция погребов, камины, естественная вентиляция шахт. Самый интересный прототип данного изобретения находится в деревне Диренкур в Турции. Он представляет собой вентиляционную систему многоэтажного подземного города, протянувшегося на десятки километров и уходящего на глубину 90 метров. Система состоит из большого количества шахт малого диаметра, соединенных горизонтальными воздуховодами с несколькими шахтами большого диаметра. Верхние срезы шахт малого диаметра расположены со значительным превышением по высоте над входами шахт большого диаметра. Благодаря такой схеме в соединяющих шахты малого диаметра с шахтами большого воздуховодах протекают мощные воздушные потоки. На всех этажах и во всех закоулках подземелья всегда свежий воздух. Кто, когда и зачем построил этот город в Турции, неизвестно. Кстати, похожие города есть в Эквадоре и на Урале.
Идея заключается в том, чтобы поставить в эти потоки ветрогенераторы и получить круглосуточное производство электроэнергии. Реализовать это технически довольно просто. Еще в СССР была разработана технология быстрого возведения высоких труб, например, из металлической ленты. Сложить туннель из бетонных или древесностружечных плит с необходимой облицовкой – не проблема. Некоторые трудности представляет защита входа воздухозаборника от снежных заносов. Но это не такая уж сложная задача, к ней надо только приложить инженерную мысль. А вот что требует действительно неординарного решения – это размещаемые внутри туннеля ветроэлектростанции. Применение традиционных ветростанций с вращающимся преобразователем кинетической энергии потока в механическое движение неэффективно как в силу низкой производительности самих преобразователей, так и из-за возникающих при их вращении вредных аэродинамических факторов, приводящих при взаимодействии со стенками туннеля к большой потере мощности.
Выход из положения – использование ветроэлектростанций с линейным колебательным рабочим движением преобразователя (ВЭСК). Он не вращается и поэтому свободен от вредных аэродинамических явлений и не подвержен влиянию близкого соседства стенок туннеля. Производство ВЭСК возможно на любом механическом заводе, не требует дефицитных материалов и комплектующих. Благодаря простой конструкции будет несложен и ремонт.
Реально аэростатическая электростанция может выглядеть, например, так. Труба высотой 50 метров, туннель длиной 350 метров, площади сечений трубы и туннеля – 10 м2. Мощность – 20 МВт, годовая производительность – 175 200 000 КВт/час. Конечно, можно строить станции и большей, и меньшей мощности – все зависит от потребности. Постоянного обслуживания не требуется, достаточно иметь пульт автоматизированного контроля. Ни шума, ни вредных выбросов в атмосферу, ни грязных бочек вокруг поселка.
Экономия средств за счет снижения объема завоза солярки и угля огромная. Наличие большого количества дешевой электроэнергии позволит решить проблему выращивания на месте необходимых людям овощей и организовать молочное животноводство. В поселке можно разбить зимний сад с бассейном, солярием, сауной, игровыми площадками. Безработные члены семей военнослужащих получат хорошую работу. Дополнительную лепту в экономию средств внесет труба: на ней можно разместить антенны различного назначения, световые маяки, громкоговорители, прожекторы для освещения поселка, праздничные гирлянды на радость детям. Ей можно придать красивый внешний вид, и она станет архитектурным украшением территории и ориентиром для заблудившихся в тундре.
Размещение специальной аэроэлектростанции вблизи аэродрома позволит держать взлетно-посадочную полосу и рулежные дорожки постоянно свободными от снега и сухими. Это достижимо за счет прокладки под их покрытием нагревательных элементов. Большого расхода электроэнергии не потребуется – достаточно держать покрытие в пределах минимальных плюсовых температур. Подобный опыт имеют и Москва, и некоторые скандинавские города. Понятно, что за счет этого повысится боеготовность авиационной части и возможность воздушного сообщения с материком.
Предпосылки для решения проблемы экономичного снабжения арктических поселков экологически чистой электроэнергией есть. Дело за реализацией.
Валерий Савостьянов, кандидат технических наук, ведущий научный сотрудник ФГУП НПЦАП им. академика Н. А. Пилюгина
Опубликовано в выпуске № 38 (604) за 7 октября 2015 года