Подпись: Продолжение дискуссии
                                     

В.Барский

Прогулка по «фабрике холода[1]»

Открывая второй раунд дискуссии, отметим, что автор увлекательной энергетической идеи считает наши замечания хотя и правильными, но настолько второстепенными, что и тратить на них время не желает, а использует дискуссионную трибуну для дальнейшего  развития своей концепции. Далее  выдержки из  ответа С.Хайтуна  выделены курсивом, полужирным шрифтом и цветом, который некоторыми броузерами может не поддерживаться.

«Все замечания рецензентов относятся к второстепенным деталям. Написать рецензию размером в добрую половину критикуемой статьи, не затронув существа изложенной в ней концепции[2],– большое искусство».

Видимо зря рецензенты учились у Энгельса (по «Антидюрингу»), у Белинского и Добролюбова, не жалевших бумаги, чтобы  донести свои взгляды и отразить достоинства и слабости прочитанных работ.  В рецензии мы, упомянув, что «в статье наряду с верными содержится множество  спорных утверждений», показали некорректное  использование законов гидро- и термодинамики и  неработоспособность  конкретной «фабрики холода». Обе  группы наших замечаний, относящиеся к теории и практической возможности реального существования «фабрик холода», выявляют огрехи знания  нашим оппонентом сути описываемых явлений. Явлений, которые,  по мнению С.Д.Хайтуна, должны были лечь в основу  ретермальной энергетической революции. Должны лечь без особой теории, и без ответа  на наши «мелочные» уколы.

«Я полагаю, также, что весь этот терминологический спор имеет разве что исторический смысл, а главное во всём этом – реальны или нет “фабрики холода”. Мы видим, что реальны».

Но и до попадания в «историю» с этой дискуссией, нам бы было странно не заметить океаны рассеянной в природе энергии и давних попыток  их практического использования. Оба рецензента были участниками рабочей группы Госдумы по подготовке закона об альтернативной энергетике. И были крайне заинтересованы в том, чтобы больше использовались щедрые дары солнца:  гелиоэнергетика,  ветроэнергетика, приливные и волновые электростанции, тепловые насосы, биогенераторы (китайский опыт широкого применения), использование биомассы (бразильский опыт),  малая гидроэнергетика (норвежский опыт).  Как и термальная энергетика и,  наконец,  энергосбережение как альтернатива  экстенсивной энергетики.

Поэтому о том, что установки по использованию рассеянной энергии успешно эксплуатируются и не один век, мы знаем.  И понимаем, писать о том, что такие установки работают, банально. Нам известны и причины их ограниченного применения. Иначе бы и не стали  затевать диспут. Речь же в нашей рецензии шла не об отрицании возможности использования рассеянной энергии,  а о конкретной неработоспособной конструкции, поскольку изобретатели «фабрики» допустили ошибки, а наш оппонент их не заметил, а, наоборот, «усилил», придал им «теоретическое обоснование». А теория то его проста,  надо  лишь знать закон сохранения энергии.  И всё! 

Не пройдем мимо и другого  легко опровергаемого утверждения.

«Такое понимание второго начала (термодинамики. БВГ) базируется на том бесспорном факте, что потребление энергии живыми организмами и человеком связано с рассеянием ее большей части в виде тепла. Если мы считаем, что рост энтропии означает нарастание беспорядка, воплощением которого является тепловое (хаотическое) движение молекул, то обязаны сделать вывод и о нарастании общего количества теплового беспорядка».

Это утверждение ошибочно. Ведь большую часть - примерно 99,9% всей биомассы живых организмов биосферы - составляют растения [5]. А температура  растений ниже  в силу транспирации листьев (например, в зной мы ищем прохладу в лесу) или совпадает с температурой окружающей среды, в частности, зимой. И о низших растениях - водорослях нет оснований утверждать, что они отдают воде свое тепло, поскольку их температура не отличается от температуры воды. Напомним  хорошо известное: растения,  поглощая  солнечную энергию,  производят в процессе фотосинтеза органические вещества, переходящие после опада листьев или  гибели растений в перегной,  лесную подстилку, торф, сапропель, каменный уголь, сланцы, детрит или другие вещества.  Часть биомассы, поедаемой  растительноядными животными и микроорганизмами,  дает им энергию для жизни, для движения и работы, которая  частично идет на формирование и регенерацию тканей и жировых прослоек, а частично переходит в рассеиваемое тепло. Но это никак «не большая часть», поскольку биомасса консументов почти на три порядка ниже, чем биомасса растений!

 При ответе на наше замечание о неработоспособности  фабрики холода автор вскользь признал,  «…что воздух (и вода тоже. БВГ) ускоряется давлением, однако, - и это здесь ключевой момент - совершаемая им работа, PΔV, не является формой энергии…Уравнение (3) отличается от (1) на слагаемое gρz, связанное с движением потока в поле тяжести Земли. Очень часто, однако, когда, скажем, поток движется горизонтально, этот член опускают».

Это действительно «ключевой момент» ошибки оппонента, поскольку он не учитывает необходимость поддержания градиента давления z.. Речь идет о важном параметре, который автор  статьи ни разу не назвал. Это все равно, что отбросить такой энергетический фактор, как перепад давлений между верхним и нижним бьефами  в створе гидроэлектростанции. Именно благодаря перепаду давления производится работа по вращению турбины, вырабатывающей электроэнергию. И перепад надо поддерживать! А если в каскаде ГЭС выше расположенная станция  захочет поднять уровень воды  в своем водохранилище,  то ниже расположенные ГЭС  снизят выработку энергии на величину, пропорциональную изменению напора.

Но и  в городских квартирах  вода по трубам движется независимо от их ориентации по отношению к горизонтали, движется   под давлением. И именно член gρz определяет  основную часть энергии потока воды и на ГЭС, и на кухне.  Здесь g - ускорение свободного падения, ρ - плотность воды, z - давление, или напор в заданной точке сети. Если все краны закрыты, пьезометрическое давление на всех этажах  одно и то же. Чем больше льется воды, тем ниже напор. Но это уже общеизвестно. Жаль, что об этом приходится писать, хотя, как жилец высокого этажа, часто не могу налить воды.

Что же касается работы сил давления, то от первых паровозов (пароходов) до современных  тепловых  и атомных электростанций эти силы исправно служат для выработки энергии.

И с пресловутыми пружинками та же банальная картина. Автор пишет:

«Когда все успокоится, пружинки окажутся сжатыми. Откуда взялась их потенциальная энергия? За счет кинетической энергии, источником которой является тепловая энергия воздуха, который на соответствующую величину остынет». 

Чуть далее автор пишет об этом же, но  уже без упоминания кинетической энергии

«Никакое уточнение описания не отменит того простого факта, что потенциальная энергия сжатых пружинок появляется в нашем мысленном эксперименте за счет тепловой энергии газа».

Еще раз напомним, автор ранее признал,  что воздух ускоряется давлением. Но это вынужденное признание разрушает всю его теорию, поэтому об этой «мелочи» сразу же забыл. На самом деле, в рассматриваемых случаях кинетическая энергия возникает за счет потенциальной энергии, подобно тому, как падающий шарик приобретает энергию за счет уменьшения высоты своего положения, за счет своей потенциальной энергии.

Согласно логике автора, температура воды в ванной должна быть выше, чем  температура  струи из крана. Ведь кинетическая энергия переходит в тепловую. И раз скорость струи упала до нуля, то  кинетическая энергия вся перешла в  тепло. И струя из смывного бачка должна быть холоднее, чем в бачке.  Но ведь абсурдность  этих утверждений проверить с помощью термометра намного проще, нежели заочно убеждать  знатных и анонимных физиков в «теоретически и экспериментально доказанной» автором возможности  «фабрик холода». 

Так что же, все формулы, помещенные  в статье и ответе на рецензию, приведены не к месту или ошибочны? Просто автор с ними не работал, расчетов не производил, то есть использовал их всуе. Если бы автор подсчитал для конкретных условий, насколько изменяется температура потока  хотя бы на одной из его «фабрик», а она на самом деле будет меняться, но на доли градуса, то увидел бы, что овчинка выделки не стоит. А в его виртуальных изделиях по этой причине все процессы с учетом скорости теплообмена вполне можно считать не адиабатическими, а изотермическими.  

Заметим, что автор статьи  переориентировался  с  ветряных мельниц на  энергию океана.  Этот источник  энергии давно привлекает внимание  ученых и инженеров [1-4]. И  стоит  понять причины его  медленного освоения.

Перепад температур между глубинными холодными и поверхностными теплыми водами обеспечивает огромный источник энергии, оцениваемый 20000-40000 твт, из которого практически можно освоить лишь 4 твт. Плотность потока энергии составляет 570 м вод. ст. Испытываются установки разной мощности. Одна из них - прототип гидротермальной электростанции (ГИТЭС) мощностью 1 мвт - 9 месяцев испытывалась в начале 80-х годов в океане [4]. Это был "Чепачет", один из старых танкеров ВМС США, переоборудованный в плавучую лабораторию.

Эффект ее действия при двадцатиградусном  перепаде температур таков. Она использует 2-3% тепловой энергии. Однако в ходе испытаний не ставилась задача получать энергию, а изучались проблемы, которые должны быть решены до начала эксплуатации подобных установок. А таких проблем немало. Например, важно было выявить оптимальные материалы и конструкции трубопровода холодной воды, теплообменников, отработать методы борьбы с биообрастанием, выявить неблагоприятные экологические последствия этого способа получения энергии.

Принцип работы установки ОТЕК-1 (аббревиатура от английских слов «преобразователи тепловой энергии океана») состоял в следующем: с помощью насоса забирается с поверхности океана теплая вода в циркуляционную систему, состоявшую из 6 с лишним тысяч двухсантиметровых трубок, расположенных в испарителе оболочечного типа. Жидкий аммиак - рабочее тело в замкнутом цикле -распыляется в горячих трубках и испаряется. Образовавшийся пар вращает турбину и вырабатывает электроэнергию (мощностью в 1 мвт). Однако в установке пар, минуя турбину, поступал прямо в конденсатор-холодильник, куда из глубин океана накачивается вода с температурой чуть более 40С. В конденсаторе-холодильнике аммиак вновь превращался в жидкость. При небольшой разнице температур трудно выбрать оптимальные параметры теплообменников. В установке общая длина титановых трубок теплообменника составляла 140 км! Применение дорогого титана диктовалось стремлением увеличить эффективность теплообмена, снизить коррозию и биологическое обрастание. В ходе исследований выявлялась возможность прочистки трубок с помощью шестисот шариков из губчатой резины, проталкиваемых через трубки с помощью насосов. Испытавалась и химическая очистка. Установка "Хлоропак" электролитическим путем выделяла гипохлорид натрия и газообразный водород. Газ удалялся, а раствор хлора вводился в трубки теплообменника.

Благоприятные результаты испытаний, по мнению авторов проекта, позволили экспериментаторам считать, что в теплых водах к концу 80-х годов, возможно, уже будут работать десятки установок типа ОТЕК. Авторы полагали, что простота, экономичность и безопасность установок ОТЭК привлечет к ним большое внимание инженеров.

Действительно вскоре возникла идея не передавать энергию на берег, а строить плавучие заводы. Судно-эавод может плавать с небольшой скоростью (0,5 узла/час) в поисках максимальных перепадов температур. Такой завод проектировался с участием лаборатории прикладной физики Университета Джона Хопкинса. Его назначение - производство аммиака из водорода, получаемого путем электролизами азота  воздуха. По мнению Э.Френсиса - одного из авторов проекта-эавода, ОТЭК сберегут 7% запасов природного газа (США). Аммиак - главный компонент азотных удобрений - может в случае необходимости служить сырьем для производства водорода и азота.

Рассматривались и другие возможности использования энергии океана, в частности, создание плавучих заводов для выплавки никеля, молибдена и алюминия. Фирмы «Локхид», ТРВ, «Си солар пауэр инж» и др. полагали, что в ближайшие годы плавучие заводы будут производить сжиженный водород, кислород, хлор и метанол [3]. Большие расстояния между местом получения и потребителями энергии позволили рассматривать тепловую энергию океана как перспективный источник покрытия энергетических потребностей развивающихся стран, расположенных в зоне широт +20  -200 от экватора [2].

Однако оптимизм создателей  первых установок по использованию тепловой энергии океана оказался неоправданным. И за два прошедших десятилетия  океан не стал значимым источником энергии. Причины тому уже назывались: коррозия, обрастание и засорение теплообменников, удаленность от потребителей,  дорогие материалы. Серьезную угрозу для плавучих заводов представляют тайфуны. Это не только натиск стихии на конструкции, но и мощная мешалка, под действием которой слои теплой и холодной воды смешиваются, лишая завод источника питания [2] .  Заметим, что со временем эти факторы не станут менее значимыми.

Сказаное не означает  полного отказа от  «заморской телушки»,  цена которой отнюдь не полушка.   Но  знание  реальных обстоятельств  лишает идею «фабрик холода» в глазах рецензентов    привлекательности в ближайшие десятилетия.

Следующее замечание мы не относим к себе, так как  не являемся ни профессиональными физиками, ни психиатрами, да и автор в ходе дискссии на время о нас позабыл, переключившись на физиков. 

«Физики берут на себя функции психиатров, что само по себе, конечно, очень мило, но не по их специальности. Не всё, однако, так печально. Автор, как ему хочется думать, умственно здоров, а не совсем в порядке был, на наш взгляд, Вильгельм Оствальд, который некорректным образом ввел понятие вечного двигателя 2-го рода». (Это о знаменитом немецком физико-химике! БВГ).


«С одной стороны, им (физикам. БВГ) твердо известно, что вечный двигатель 2-го рода невозможен. С другой стороны, такие электростанции действительно существуют, и они на самом деле потребляют рассеянное в океане тепло».


И, если «недалекие физики» об этом не знают, то теперь после «безошибочного теоретического обоснования» С.Д.Хайтуна будут знать и не будут столь тверды в своих заблуждениях!  Однако приведенное выше описание одной из таких электростанций  показывает, что по принципу действия она не отличается от обычных парогазовых установок. Просто вместо воды используется используется иное рабочее тело - жидкий аммиак. И никакого вечного двигателя!      

Дискуссию стоило бы продолжать, если бы  обе спорящие стороны придерживались правила:  или отвечать на аргумент контраргументом,  или признать обсуждаемый фрагмент статьи или рецензии ошибочным.  Но поскольку  это правило не соблюдается, дальнейшая дискуссия     выходит за рамки научной и вряд ли целесообразно ее продолжать. .

 

Литература

1.К.Л.Болу. Человек укрощает океан. М . «Наука». 1979.

2.Н.В.Вершинский. Энергия океана.  М.»Наука» 1986.

3.А.Голдин. Океаны энергии. М. «Знание», 1983.

4.В.Зарич. Энергетические ресурсы мира. Курьер ЮНЕСКО.1981, август.

5. Н.Ф.Реймерс. Природопользование. «Мысль». М.1990.

 



[1] Начало дискуссии см. www.ihst.ru/~biosphere

/Mag_1

[2] Как-то не вяжется с  фразой «За пылким неприятием рецензентами нашей (Хайтуна) концепции…».