Пустыня как она есть

Наши соседи — узбекские физики и инженеры, — давно работающие над использованием солнечного тепла, создали передвижную гелиоустановку с пятиметровым зеркальным концентратором. В фокусе его находится электродинамический преобразователь, который дает энергию электрогенератору мощностью 500 ватт, а он питает электричеством осветительную сеть на 5–10 лампочек или насос водоподъемника, который может с глубины 20 метров за час поднять три тонны воды.

Французские инженеры, используя систему из большого числа зеркальных концентраторов, построили солнечную электростанцию мощностью в 65 киловатт, а в скором времени обещают ввести в строй аналогичную систему значительно большей мощности — на 3,5 тысячи киловатт. Такая станция, работающая в пустыне, сможет снабдить электричеством сельскохозяйственный поселок с населением в несколько сот жителей, имеющий собственный опреснитель воды.

Использование солнечной энергии ни в коем случае не ограничивается преобразованием ее в электричество. Создано немало простых и полезных устройств, в которых работает столь ценная солнечная продукция, как тепло. Например, небольшая солнечная кухня. В фокусе зеркала здесь могут закрепляться разнообразные насадки — кастрюли, сковородки, приспособления для популярных национальных кушаний. Установка позволяет за час вскипятить шесть литров воды, что особенно важно для пастухов в пустыне: они всегда мечтают о том, чтобы утолить жажду не холодной водой, а горячим зеленым чаем. Есть солнечная установка для сушки табака, овощей, фруктов. Или солнечный облучатель семян — установлено, что семена хлопчатника, прогретые импульсами сконцентрированного солнечного света, дают более высокие урожаи.

Используют солнечное тепло и для обеззараживания сточных вод — их для этого сильно нагревают, и за день установка площадью шесть квадратных метров дезинфицирует 10 кубометров воды. Важную работу выполняет Солнце, помогая строителям, создающим железобетонные конструкции. В Кашкадарьинской области на одном из комбинатов работает солнечная камера для пропаривания больших железобетонных панелей. Освещаемая солнцем поверхность камеры равна 100 метрам, температура в ней доходит до 80 градусов. Массивные панели приобретают необходимую прочность за двое суток, тогда как при естественной выдержке на воздухе потребовался бы целый месяц. А поскольку нагрев бетона осуществляется даровым солнечным теплом, себестоимость железобетонных изделий получается в два-три раза ниже, чем при прогревании его в печах, работающих на мазуте.

Все шире применяют солнечные подогреватели воды, они позволяют создать в домах колхозников или в чабанских жилищах, расположенных далеко в глубине пустынь, систему горячего водоснабжения. Такую же, как в комфортабельных городских квартирах, но только бесплатную, не требующую расхода топлива. Основная деталь водонагревателя, как и многих других солнечных машин, это теплообменник — плоский деревянный или металлический ящик, заполненный черным материалом с высокой теплоемкостью, внутри которого проходят трубки с водой. Такой горячий ящик — это, кстати, термин, узаконенный гелиотехникой, — доводит температуру воды до 60–70 градусов и за день собирает свыше 10 тысяч килоджоулей солнечной энергии с каждого квадратного метра своей поверхности. То есть средняя тепловая мощность каждого метра горячего ящика составляет примерно 300 ватт. Таким образом горячий ящик размером с обеденный стол за год может сэкономить 200 килограммов угля.

Одна из центральных проблем, с решением которой связаны возможные масштабы использования солнечного тепла, — это аккумулирование, накопление энергии. Использование таких установок, как солнечная кухня, находится в прямой зависимости от самого Солнца: как только оно зашло, кухня не работает. И вот появляется в водонагревательной установке солидных размеров бак для накапливания горячей воды, типичный тепловой аккумулятор.

Но тут же одновременно встают и типичные проблемы аккумулирования энергии — емкость бака должна быть достаточно большой, утечка тепла минимальной. К тому же выясняется, что хранить энергию в виде тепла не очень удобно: что ни делай, а нагретое тело остывает и постепенно все энергетические накопления сами собой исчезают.

Там, где солнечное излучение используется не непосредственно, а сначала превращается в электричество, там проблема накопления энергии решается сравнительно просто. В установку вводится обычный электрический аккумулятор. Когда солнце есть, он подзаряжается, когда солнца нет, аккумулятор сам отдает электроэнергию потребителям — водоподъемнику или опреснителю воды. Такая же система используется и в электроснабжении космических аппаратов, так что по своему принципу пустынная солнечная электроэнергетика ничуть не отличается от космической.

Наряду с электрическими аккумуляторами в гелиотехнике широко применяются и другие системы аккумулирования энергии. А кроме того, некоторые области использования солнечного тепла и света сами по себе, по самой своей сути обеспечивают накопление энергии. На большом институтском поле продолговатые и низкие стеклянные панели, очень напоминающие парники. Это экспериментальные солнечные опреснители воды, которые в Институте солнечной энергии исследуются и улучшаются, в то время как их «предки» уже много лет работают в пустыне.

В совхозе «Бахарден» урочища Овез-Ших в Центральных Каракумах стоит прижавшееся к пескам стеклянное сооружение размером чуть поменьше стадиона. Это первый в стране бахарденский опреснитель парникового типа, созданный 15 лет назад для водоснабжения далеких пустынных пастбищ. Примерно столько же работает большой парниковый опреснитель в Узбекистане, в совхозе «Шафрикан» Бухарской области. Принцип действия такого опреснителя предельно прост. Залитая в него соленая вода испаряется, освободившиеся от соли водяные пары конденсируются на внутренней стороне покатой стеклянной крыши и стекают в водосборный желоб. Таким образом накапливается полученная пресная вода, столь необходимая жителям пустыни.

Правда, слово «бесплатно» не очень уместно, парниковые опреснители, как и большинство гелиоустановок, в процессе работы не требуют каких-либо расходов, однако нужны немалые первоначальные капиталовложения на строительство парников с бетонированными резервуарами. К тому же производительность Солнца в такой системе не слишком высока — с каждого квадратного метра остекленной поверхности можно получить лишь несколько литров пресной воды в сутки Вот почему в последнее время предпринимаются попытки объединить парниковое опреснение воды с другими, более выгодными процессами. На помощь приходит биология — производство пресной воды очень удачно сочетается с производством растительной пищи в условиях теплиц с управляемым микроклиматом. Опресненная вода частично сразу же направляется на полив растений, которым тоже достается немалая часть солнечного тепла и света. Так что опреснение оказывается бесплатным дополнением к обычному выращиванию овощей или ягод в парниках.

Подобные системы разрабатываются и начинают применяться во многих странах. В Соединенных Штатах Америки в пустынях штата Юта построены теплицы-опреснители площадью два гектара, а в пустыне штата Аризона — четыре гектара. В пустыне Руб-эль-Хали на берегу Персидского залива студентами Аризонского университета создана крупная установка, в которую входит 50 пластмассовых солнечных водонагревателей и 48 теплиц. Здесь получали с каждого гектара за один урожай почти 400 тонн томатов и более 700 тонн огурцов, которые обошлись дешевле, чем привезенные самолетом из соседних стран с мягким климатом.

В Ашхабаде в Институте пустынь и в Институте солнечной энергии проводятся работы по созданию теплиц с круговоротом влаги. В такой теплице, кроме привычных полок с растениями, размещены у самого края стеклянной крыши бетонированные желоба, куда со стекла стекает опресненная вода. Внутрь теплицы по трубам входит только соленая вода. Возможно, такие теплицы-опреснители войдут в широкую практику районов, богатых солеными водами. Но пока нужно тщательно исследовать все процессы, связанные с аккумулированием солнечной энергии как в опресненной воде, так и в самих растениях.