Теперь должно быть понятно, почему рабочие проекты очень мощных электростанций, использующих бесплатную солнечную энергию, пока не созданы, хотя идеи в этой области существуют и активно обсуждаются. Пока реальными считают средние СЭС мощностью несколько мегаватт (несколько тысяч киловатт) для питания небольшого посёлка, например, курортного или туристического комплекса. Такие станции в порядке эксперимента построены и исследуются в Германии (восемь станций), Испании, США, Португалии, Израиле, Италии, Канаде и других странах. Примечательно, что в числе этих станций несколько башенных — установленные на земле десятки больших металлических зеркал-рефлекторов собирают солнечное излучение и направляют его на вершину башни, где находится светоприёмник. Часто это теплообменник парового котла, который по трубопроводу посылает пар вниз, на землю, в машинный зал, к серийной паровой турбине с электрогенератором привычного переменного тока. Особое внимание сейчас привлекают маломощные солнечные электростанции, в частности, мощностью от 1 до 20 ватт. Они могут использоваться для электропитания небольшого личного дома или нескольких таких домов. Ввиду сравнительно небольшой мощности станции для неё легко сделать аккумуляторный накопитель энергии и применить отработанный серийный инвертор — электронный блок, который превращает постоянный ток в стандартный переменный ток (напряжение 220 вольт, частота 50 герц), на который рассчитаны все наши электроприборы — от рядовой электролампочки до компьютера или холодильника. Особо большой подарок, который получили создатели небольших световых электростанций (их даже неудобно называть электростанциями, всё оборудование занимает небольшой уголок в гараже), — это плёночные фотоэлементы. У них к.п.д. немного меньше, чем у кремниевых, но и цена во много раз ниже. Кроме того, светочувствительную плёнку можно легко разметить на любой поверхности, например на стенах и крыше дома. Уже и создатели крупных станций включают в свои проекты тонкоплёночные фотоэлементы.
ВК-211. Электрические сигналы делят на две группы. Первая — аналоговые сигналы, они как бы копируют исходный сигнал иной природы, например звук, создают его электрический аналог (копию). Цифровые сигналы — это тоже электрическое описание «чего-либо», например звука, но уже с помощью кода. Каждому значению «чего-либо» присвоен определённый код, например, из знаков 0 и 1. И тогда вместо копии «чего-либо» передаётся электрический поток знаков 1 и 0, описывающих эту реальность.
Р-89. УПАКОВАННОЕ В ТРУБКИ ТОПЛИВО ДЛЯ ЯДЕРНОГО РЕАКТОРА ПРИХОДИТ С ЗАВОДСКИХ КОНВЕЙЕРОВ. Первая в мире атомная электростанция мощностью 5 МВт (1 мегаватт = 1000 киловатт) была построена в Калужской области вблизи города Обнинск и начала работать в июне 1954 года. А через полвека в мире было уже около 440 крупных атомных электростанций с общей мощностью 374 ГВт (1 гигаватт = 1000 МВт = 1000 000 кВт), то есть в 75 000 раз больше, чем у первой станции. Новые станции производили в США 830 кВт-часов электроэнергии в год, во Франции — 440, в Японии — 260, в России — 160, в Южной Корее — 142, в Германии — 140. Столь быстрое продвижение атомной электроэнергетики прежде всего, видимо, объясняется тем, что с самого начала для неё были тщательно продуманы и стандартизованы инженерные решения, оптимальные для большой индустрии. Возьмём, к примеру, столь сложные процессы, как загрузка в реактор изотопов урана или плутония, отдающих энергию при их распаде, и в конце рабочего цикла разгрузка реактора. Эти проблемы достаточно просто решены с помощью тепловыделяющих элементов, которые так и называются ТВЭЛ — тепловыделяющий элемент. Он представляет собой достаточно длинную тонкую металлическую трубку — её диаметр около сантиметра, длина 3 м 83 см, а длина всего ТВЭЛа на 7 миллиметров больше. Основное место в трубке занимает прижатый пружиной столб герметичных металлических таблеток, его длина 3 м 53 см. В таблетках, в зависимости от типа реактора, находится уран, плутоний или их определённые соединения с другими элементами. Конструкция ТВЭЛов рассчитана на изготовление в заводских условиях, в основном на автоматических линиях, как говорится, без прикосновения человеческой руки. Точно так же на самой станции роботы устанавливают ТВЭЛы и снимают их по окончании цикла не менее чем через несколько месяцев. О том, насколько удачной оказалась принятая в своё время система подачи топлива в реактор, говорит, в частности, то, что российская компания «ТВЭЛ» поставляет топливо для 80 крупных реакторов, что составляет 17 % мирового рынка.
Ну и, наконец, о самом оптимистичном явлении в непростом деле превращения бесплатного света в работающее электричество. Не просто появились, а стали уже рядовым явлением микромощные потребители электрической энергии, для питания которых вполне хватает того, что даёт прямоугольная пластинка из четырёх фотоэлементов общим размером 28 на 8 миллиметров. Эта световая «электростанция» даже в не слишком светлой комнате превращает попавший к ней свет в электричество, которого вполне достаточно для нормальной работы электронного калькулятора или небольшого радиоприёмника. Это символ, который напоминает: пропадающая пока энергия солнечного света ещё поработает в электрическом цехе мировой технологии.
У другого бесплатного альтернативного источника энергии для электростанций, у ветра, несмотря на совершенно иную физическую природу и происхождение, те же в основном главные проблемы, что и у солнечного света, пролетевшего 150 миллионов километров от Солнца к Земле. Ветер хотя и не имеет ночного перерыва, но он тоже заметно меняется. И для него тоже нужна память, например аккумуляторы, которые всегда будут выдавать постоянный ток, а ветрогенератор лишь будет их подзаряжать, когда меньше, когда больше, но в среднем нормально, достаточно. Кроме того, ветрогенератору нужен инвертор, чтобы включить этот генератор в общую сеть страны с переменным током, имеющим частоту 50 герц. Инвертор нужен и для того, чтобы постоянное напряжение от аккумуляторов, подзаряжаемых ветрогенератором, превратить в стандартное переменное напряжение (220 вольт, 50 герц) и передать его через местную сеть пользователю. Эти пояснения позволяют вам сделать вывод: ветрогенераторы в основном бывают двух видов. Во-первых, это сравнительно большие и мощные машины, которые, как и другие электростанции, включаются в общенациональную электросеть. И во-вторых, это сравнительно небольшие и совсем небольшие генераторы, которые снабжают электричеством удалённый посёлок или даже отдельный дачный дом.
ВК-212. Настал момент отметить, что есть элементы схемы, у которых график зависимости тока от напряжения — прямая линия, их и называют линейными. И есть элементы, у которых график этой зависимости — ломаная или изогнутая линия, это нелинейные элементы. Линейные элементы нужны в усилителях, через них сигнал должен пройти без искажений. А нелинейные элементы обязательно применяют там, где нужно исказить сигнал, изменить его спектр, получить новые синусоидальные составляющие.
Р-90. УЗАКОНЕННЫЕ КОМПЛЕКТЫ ГЛАВНЫХ ДЕЙСТВУЮЩИХ СИЛ. Ещё один пример продуманной и проверенной системы в атомной энергетике — четыре комплекта теплоносителя и замедлителя нейтронов (А, Б, В, Г). Все они позволяют реактору устойчиво работать и оперативно, в том числе с помощью автоматики, регулировать свой режим.
Примерно две тысячи лет назад человек начал использовать энергию ветра для вращения тяжёлых мельничных жерновов. А 120 лет назад в Дании была построена первая электростанция, где ротор генератора приводился в движение энергией ветра. Несколько десятилетий ветроэнергетика развивалась активно и успешно, а затем наступило затишье, и интерес к ветроагрегатам вновь появился всего лишь 20–30 лет назад. Сейчас некоторые страны далеко продвинулись вперед в этой области — в Дании, например, в 2009 году 20 % всей электроэнергии произвели ветрогенераторы, в Португалии — 16 %, в Ирландии — 14 %, в Испании — 13 %, в Германии — 8 %. Французы планируют к 2020 году построить ветроэлектростанции общей мощностью 25 000 мегаватт, из них на ветрогенераторы, поставленные в прибрежных морских водах, придётся 6000 мегаватт, а это две такие станции, как Богучанская ГЭС. Ещё один альтернативный источник энергии — тепло Земли. Напомним, что мы с вами живём, выращиваем хлеб, строим дома и электростанции на сравнительно тонкой наружной твёрдой оболочке нашей планеты, на так называемой земной коре. Её толщина от 6 (под океанами) до 30–50 километров. Если мысленно двигаться вглубь Земли, то за корой следует сначала твёрдая и горячая, а затем вязкая и очень горячая мантия и, наконец, земное ядро, температура которого, возможно, доходит до 7000 градусов. Центр планеты находится на расстоянии 6371 километра от её поверхности.
В некоторых местах большие внутренние области земной коры прогреваются теплом мантии настолько, что, пробурив скважины глубиной 200–500 метров, можно получить из них горячую воду и даже воду с горячим паром, который в итоге прекрасно работает в сравнительно небольших паровых турбинах. Так, например, на Камчатке, в районе реки Паужетки, из 20 пробуренных разведочных скважин геологи отобрали две, и на них в дальнейшем была построена электростанция с двумя паровыми турбогенераторами по 2,5 мегаватта каждый. Этой мощности вполне хватило для снабжения электричеством окружающих поселений. Энергию Паужетской ГеоТЭС, разумеется, даёт бесплатное подземное тепло, в числе его достоинств и то, что источник этот будет надежно работать долгие годы.
Само появление горячей воды в некоторых холодных районах известно давно, достаточно вспомнить гейзеры, бросающие вверх струю горячей воды в заснеженных районах Камчатки или Исландии. Но вот оказалось, что тепловую энергию для не очень больших электростанций можно найти под землёй и в тех районах, где никто и не думал об этом подземном источнике тепла. Говорят, что в Западной Сибири, где гейзеров никто в глаза не видел, обнаружено огромное подземное море с температурой воды 70–90 градусов. В 2010 году общая мощность электростанций, получающих электричество