Источник энергии над головой

Выживание человечества в XXI веке зависит от того, как быстро люди ликвидируют недостаток чистой пресной воды, а возобновляемые источники энергии заменят сегодняшние традиционные, вызывающие экологическое и тепловое загрязнение природы.

В начале XX века гениальный изобретатель Никола Тесла написал статью «Энергия воды как идеальное средство использования энергии солнца», в которой высказывалась мысль о том, что использование энергии облаков как одной из частей наиболее мощного земного процесса в природе — круговорота воды — является наиболее перспективным источником возобновляемой энергии. Можно добавить, что и наиболее мощным источником пресной воды.

Круговорот потребляет до четверти всей энергии Солнца, воспринимаемой поверхностью Земли, и его потенциальные  возможности на много порядков превышают энергоресурсы гидро- и ветроэнергетики. Если принять  среднюю высоту облаков, равную 3 км, то каждый килограмм воды, доставленный без потерь на землю, обладает сконцентрированной энергией,  эквивалентной примерно 300 атм, что на несколько порядков превышает  ее концентрацию в гелио-, ветро-, гидро- и приливных источниках, и приближается к концентрации энергии в дизелях или паротурбинных установках. Соответственно снижаются  габариты и стоимость установок, использующих сконцентрированную энергию. Однако только технологии XXI века позволили осуществить предложение Теслы.

Практическое опробование предложения,  разработанного с учетом последних достижений техники, возможно  на небольшой и недорогой пилотной установке малой мощности с использованием выпускаемого сейчас оборудования и материалов.

Установка мощностью 2800 кВт (см. рис.) располагается на кораблетанкере (1) водоизмещением около 1 тыс. т (возможно с электроприводом  винта), находящемся в море, чтобы над ними были облака и он дрейфовал со скоростью их перемещения.  С этого судна к облаку поднимается с помощью трех или более гелиевых привязных аэростатов (2) типа «Ягуар» или «Пума» российской фирмы «РосАэроСистемы» с полезной нагрузкой 1,2—1,7 т конусообразный сборник (3) из промышленной  аэроткани c радиусом основания около 50 м (это примерно  площадь футбольного поля). Круговая форма наружного края сборника обеспечивается прикрепленным  кольцевым баллоном (4), наполненным, например, гелием под небольшим давлением. Тросовая аэростатная обвязка поддерживает  сборник и центральную трубу, воспринимая вертикальные и боковые  усилия. Четвертый аэростат (5) с экологически чистыми мелкодисперсными  реагентами (например сухим льдом) поднимается выше облака. С него по команде с земли  эти вещества разбрасываются в облако, вызывая искусственный ливень. Для пополнения запаса расходуемых  реагентов необязательно спускать этот аэростат — можно использовать  саморазгружающееся подъемное устройство, поднимающееся  по специальному тросу, соединяющее этот аэростат с кораблем. В течение получаса в обычном ливне выпадает до 25 мм осадков. Поэтому объем воды, попадающей в сборник за это время, равен 175 м³. Потенциальная энергия этой воды при высоте расположения облака 3 км равна 1430 кВт•ч. Вода стекает по поверхности сборника и собирается в трубе (6) из аэроткани у вершины конуса. При угле конуса около 60° такой  сборник и прикрепленная трехкилометровая  труба, выполненные из современной аэростатной оболочечной  ткани, будут весить около 700 кг. Вес ткани сборника может

быть уменьшен по сравнению с обычной аэротканью, так как отсутствует  необходимость снижения проницаемости для удержания легко  текучего гелия. Свободно падающая  вода (например, в трубе) вообще ничего не весит, а по ткани сборника она стекает слоем в доли миллиметра. Сила, составляющая некоторую часть от веса воды, действующая  на стенки трубы и сборника,  в основном возникает от сил трения между тканью и водяным потоком. Для уменьшения трения воды о стенки трубы целесообразно  водоотталкивающее покрытие, например фторопластом. Для восприятия тяжести оболочки сборника и других нагрузок можно использовать систему канатов, соединяющих кольцевой баллон, сборник и область  около вершины конуса, аналогичную  обычной обвязке аэростатов. Центральная труба сборника гибко прикреплена к тросу четвертого  аэростата (5). Нижний конец его крепится к кораблю. Небольшие перемещения корабля относительно сборника тянут за собой трос, но возникающие усилия не передаются на гибкую трубу. Также центральный трос, к которому прикреплена труба,  воспринимает боковые ветровые  нагрузки. Под действием силы тяжести жидкость в трубе по мере приближения к поверхности Земли разгоняется до скорости 200 м/с, и поэтому проходной диаметр трубы должен уменьшаться примерно от 200 до 25 мм в соответствии с расходом 350 м³/ч. Безусловно, потери на трение в компактном потоке несравнимо меньше, чем при падении отдельных капель. Из центральной трубы вода направляется в сопло (7) и затем на рабочие лопатки ковшовой гидротурбины (8), расположенной на корабле. При такой концентрации  гидравлической энергии потока у нижнего конца трубы целесообразно  использовать российский  опыт создания высоконапорных высокооборотных гидромашин и высокоэкономичных бесконтактных вентильных генераторов, вырабатывающих постоянный ток. Поэтому диаметр этих машин не превысит 0,5 м. Современные статические устройства могут преобразовать его в переменный ток промышленной частоты, который передается по разматывающемуся кабелю на сушу.

Безусловно, кабель привязывает  энергокорабль к определенному району. Реально сейчас аккумулировать  энергию в виде водорода (экологичного топлива с высокой теплотворной способностью), который получается в результате электролиза имеющейся на борту дистиллированной  воды. Водород можно хранить в сжатом виде в современных металлогидридных или углеродных (из нанотрубок) аккумуляторах. В этом случае корабль, подобно парусным  суднам, без добавочного топлива может двигаться, отслеживая только, чтобы периодически над ним было облако. К тому же на нем всегда будет запас пресной воды. После выработки потенциальных осадков на одном участке облака для продолжения генерирования энергии корабль, не опуская привязных  аэростатов и сборника, может  передвигаться вдоль большого облака или направляться к другому.  Помимо электроэнергии такой энергокорабль получает в трюм за полчаса еще 175 т чистейшей, не загрязненной пылью низких слоев атмосферы пресной воды. Эта вода сама по себе является ценнейшим ресурсом. Известно, что от недостатка  качественной пресной воды уже сейчас страдают около 1 млрд человек и в XXI веке прогнозируются большие войны за перераспределение речных стоков.

Для защиты корабля от атмосферного  электричества тросы содержат токопроводящую часть. Отводимую электрическую энергию также можно полезно использовать.

Преимуществом подобных установок  является то, что для сбора воды и энергии может использоваться не только суша, но и гораздо более обширные акватории Мирового океана. Надо отметить, что водный транспорт — один из самых экономичных  средств доставки, а зоны дождей в океане и прибрежные засушливые  районы, где человечество страдает от недостатка пресной воды, располагаются относительно недалеко. Безусловно, в дождливых местах могут использоваться существенно  более простые и дешевые аналогичные стационарные установки без устройств для вызова дождя и с непосредственным отводом электричества и воды в сеть и коммунальный водопровод.