Күн энергиясы жайында

Жоспар
Кіріспе

1. Күн энергиясын ТЕХНИКАДА пайдалану
2. Күн электр станциясы
3. Оңтүстік аудандарда күн энергиясын пайдалану мүмкіндіктері
4. Күн энергиясын космоста пайдалану
5. Күн энергиясын пайдаланудың болашақ межелері

Оқырман Күннің миллиардтаған жылдар бойы өмір сүріп келе жатып, оның қойнаулары 14 млн К температурадан артыққа неге қызбайды деп сұрайтыны анық. Қызу көбейген сайын ядроның кулондық кедергісін бұзып өтетін жоғарғы энергиясы бар бөлшектердің саны сол бөлшектердің орташа энергиясынан әлдеқайда тезірек көбеймей ме? Ядролық реакцияның қалай өтуіне жауапты да осылардың өзі емес пе және энергия бөлінуінің температураға өте тәуелді болуына әсер ететін де осылар: протон-протонды реакцияда температураның пропорционалды 5-ші дәрежесінде, көміртегі — азот циклында температураның 15-ші дәрежесінде. Аса қызу жылулық ядролық реакциялардың қатты жүруіне әсер еткен кезде ондағы қызу онан әрі ұлғайып, реакциялар күшейген үстіне күшейіп кетпейтіні несі?
Мәселе мынада, күн койнауларындағы заттар (күндегі барлық заттар сияқты) белгілі газ заңдарына бағынады. Бұл жөнінде Күн қойнауларындағы жағдайды сипаттаған мерзімде қысқаша тоқталып өтпекпіз. Газ зандарына тән ортақ қасиетті Клапейрон теңдеуі сппаттай алады, онда құрамында п бөлшек бар газдың қысымы Р, көлемі V және температурасы Т: рV = пкТ, бұндағы к= 1,380662•10-16 эрг/К— Больцманның тұрақтысы.
Күн қойнауындағы кез келген аймақ немесе қатпарлар гидростатикалық теңдікте болатынын біз жақсы білеміз: жоғары қатпарлардың салмағын ішкі қойнаулардағы газдардың серіппелілігі мен жарық қысымы көтеріп тұрады. Егер белгілі бір аймақтағы температура әлдебір себептерден жоғарылап кетсе, онда ядролық реакциялар да жиірек өткен болар еді. Алайда температураның жоғарылауы дегеніміз бөлшектердің жылулық қозғалысының жылдамдығы мен импульстерінің өсуі яғни газдың серіппелілігі ұлғайды деген сөз. Бірақ та күннің сыртқы қабаттарының салмағы өзгермегендіктен, белгілі бір аймақтағы газдың массасының көлемі ұлғаяды да, оның серіппелілігі бұрынғы қалпында қала береді, сондықтан да олардың арасындағы механикалық тепе-теңдік жойылмайды. Газ массасының көлемі ұлғаюы (тағы да Клапейрон теңдеуі бойынша) ондағы температураның төмен түсуіне, ядролық реакциялардың баяулауына, сөйтіп бүрынғы тұрақты жағдайдың қайта орнығуьша әкеледі. Газ заңдары Күн қойнауындағы температураның және басқа да параметрлердің тұрақты болып тұруын қамтамасыз етеді.

Пән: Экология, Қоршаған ортаны қорғау
Жұмыс түрі: Материал
Тегін: Антиплагиат
Көлемі: 26 бет
Таңдаулыға:

Осының бәрі Күндегі ядролық реакциялардың өте баяу өтіп жатқанының
себептерінің бірі. Протондар мен ядролардың түйісулерінің бәрі де олардың
бірігіп кетуіне әкеп соқпайды - энергия жетпейді.
Оқырман Күннің миллиардтаған жылдар бойы өмір сүріп келе жатып, оның
қойнаулары 14 млн К температурадан артыққа неге қызбайды деп сұрайтыны
анық. Қызу көбейген сайын ядроның кулондық кедергісін бұзып өтетін жоғарғы
энергиясы бар бөлшектердің саны сол бөлшектердің орташа энергиясынан
әлдеқайда тезірек көбеймей ме? Ядролық реакцияның қалай өтуіне жауапты да
осылардың өзі емес пе және энергия бөлінуінің температураға өте тәуелді
болуына әсер ететін де осылар: протон-протонды реакцияда температураның
пропорционалды 5-ші дәрежесінде, көміртегі — азот циклында температураның
15-ші дәрежесінде. Аса қызу жылулық ядролық реакциялардың қатты жүруіне
әсер еткен кезде ондағы қызу онан әрі ұлғайып, реакциялар күшейген үстіне
күшейіп кетпейтіні несі?
Мәселе мынада, күн койнауларындағы заттар (күндегі барлық заттар сияқты)
белгілі газ заңдарына бағынады. Бұл жөнінде Күн қойнауларындағы жағдайды
сипаттаған мерзімде қысқаша тоқталып өтпекпіз. Газ зандарына тән ортақ
қасиетті Клапейрон теңдеуі сппаттай алады, онда құрамында п бөлшек бар
газдың қысымы Р, көлемі V және температурасы Т: рV = пкТ, бұндағы к=
1,380662·10-16 эргК— Больцманның тұрақтысы.
Күн қойнауындағы кез келген аймақ немесе қатпарлар гидростатикалық
теңдікте болатынын біз жақсы білеміз: жоғары қатпарлардың салмағын ішкі
қойнаулардағы газдардың серіппелілігі мен жарық қысымы көтеріп тұрады. Егер
белгілі бір аймақтағы температура әлдебір себептерден жоғарылап кетсе, онда
ядролық реакциялар да жиірек өткен болар еді. Алайда температураның
жоғарылауы дегеніміз бөлшектердің жылулық қозғалысының жылдамдығы мен
импульстерінің өсуі яғни газдың серіппелілігі ұлғайды деген сөз. Бірақ та
күннің сыртқы қабаттарының салмағы өзгермегендіктен, белгілі бір аймақтағы
газдың массасының көлемі ұлғаяды да, оның серіппелілігі бұрынғы қалпында
қала береді, сондықтан да олардың арасындағы механикалық тепе-теңдік
жойылмайды. Газ массасының көлемі ұлғаюы (тағы да Клапейрон теңдеуі
бойынша) ондағы температураның төмен түсуіне, ядролық реакциялардың
баяулауына, сөйтіп бүрынғы тұрақты жағдайдың қайта орнығуьша әкеледі. Газ
заңдары Күн қойнауындағы температураның және басқа да параметрлердің
тұрақты болып тұруын қамтамасыз етеді.
Ядролық реакциялардың жылдамдығы температурадан басқа реакцияға қатысқан
бөлшектердің проценттік арасалмағына да байланысты. Бұл жағдай түсінікті
болу үшін өте тез өтетін протон-протонды циклдің екінші бөлігіне назар
аударалық. Күн затында протондар сан жетпес көп, дейтрон пайда болғаннан
кейінгі бірнеше секунд ішінде онымен түйісуге даяр бөлшектердің арасында
кулон барьерін бұзып өтіп, 2Не3 ядросын құрай алатындай энергиясы бар
протон да пайда болады. 2Не3 ядросының өмірі өте ұзақ, концентрациясы тым
аз, сондықтан да арада миллиондаған жылдар өткенде ғана ол қажетті
энергиясы бар серік тауып, онымен біріге алады (олардың әрқайсысының кулон
кедергісі протондар және дейтрондармен салыстырғанда екі есе үлкен).
Протон-протонды реакцияның бірінші бөлігі екі протон түйісіп, дейтрон
құралған кезі — баяу өтеді. Бұл жағдайда олардың бірі өзінен позитрон мен
нейтриноны шығарып жіберіп, нейтронға айналады. Бұл процесс β-ыдырауға
жатады, яғни әлсіз әрекеттестік қатарына жатады. Негізгі бөлшектің немесе
ядроның тыныштық кездегі массасы жаңадан пайда болған бөлшектердің тыныштық
кездегі массасынан көп болған кезде β-ыдырау жеңіл және тез өтеді. Пайда
болған бөлшектердің кинетикалық энергиясы негізгі белшектің артық массасын
өзімен бірге ала кетеді. Бұған мысал ретінде нейтронның (массасы 1,008665
м.а.б.) антинейтриноны шығарып жіберіп протон (массасы 1,007276 м.а.б.) мен
электронға (массасы 0,000549 м.а.б.) β-ыдырауын келтіруге болады. Ядроға
бірікпеген нейтрондар қалыпты жағдайда табиғатта кездеспейді, өйткені
жоғарыда көрсетілгендей олар тез ыдырап кетеді (нейтронның жартылай ыдырау
мерзімі 12,8 мин), Протонның нейтронға айналатын кері процесі қалыпты
жағдайларда өтпейді: протон өзінің бостандық жағдайында мәңгі-бақи өмір
сүре береді. Ал Күнде бұл құбылыс еріксіз өтеді, өйткені ол екі протонның
энергиясы аз системаға айналуына байланысты.
Екі протонның массаларының қосындысы — 2,01455 м.а.б., нейтрон мен протон
массаларының қосындысы —2,01594 м.а.б., ал дейтронның массасы
-2,01354м.а.б. Ядролық күштердің (күшті әреқеттестік) жұмысына байланысты
пайда болатын масса ақауы энергетика тіліне аударғанда 2,2 МэВ, нейтрон
массасының протон мен пайда болып жат-қан позитронның массасынан артығының
орнын толтырады, сонымен бірге белгілі бір энергия пайда болуына әсер
етеді. Материяның сақталу заңы бұл жерде бұзылмай тұр, бірақ бұл процестің
ету-етпеуі неғайбыл. Реакцияның өту мерзімі шамамен 1010 жыл. Протон да
дейтрон құрамына кірмес бұрын осы уақыт шамасында өмір сүре алады.
Енді 2-суретке қайта оралайық. Бұдан бұрын айтқанымыздай ядролық
реакциялар кезінде шыққан энергияның негізі гамма-квант түрінде бөлінеді,
оның 4—5%-ін нейтрино алып кетеді. Нейтрино Күннің барлық қабаттарынан
еркін өте алады, оның энергиясы Күннің температурасы мен сәуле шашуына яғни
электромагниттік сәулеленудің қуатына еш әсер етпейді. Күннің ішкі
қойнауларында пайда болған электромагниттік сәулелену нейтриноға керісінше
сыртқа шығар жолда өте қуатты кедергілерге тап болады, өйткені күн
заттарының жарық өткізбеу мүмкіндігі өте жоғары.
Күн заттарының жарық өткізбеуіне бірнеше фактор себеп бола алады.
Біріншіден, еркін электрондарда квант сәулелері шашырап кетеді. Электрондар
ете көп, өйткені Күндегі кең тараған элементтер - сутегі мен гелий-ион
жағдайында, ал басқа элементтердің (мысалға темір) негізгі құрамы
иондалған; оларда электрондардың белгілі бір бөлегі ғана, олардың ең ішкі
қабаттарға орналасқандары ғана сақталған.
Жарық өткізбеудің екінші себебі – еркіндіктен-еркіндікке ауысуға
байланысты. Кванттың сәулеленуі мен жұтылуы электронның энергиясына
байланысты екені белгілі. Мысалға оның атомның бір орбитасынан екінші
орбитасына, басқаша айтқанда бір деңгейден екінші деңгейге ауысуына
байланысты. Алайда атомның ішіндегі электрон сияқты оң зарядты ионның
жанынан өтіп бара жатқан электрон да сәулені жұтып және қайта шығара алады
екен, бұндай кезде бұл бөлшектердің салыстырмалы қозғалысының (соған
байланысты энергиясы да) жылдамдығы да өзгеріске ұшырайды. Квантты жұтып
алған электронның жылдамдығы өседі де, сонан соң басқа ионның қасынан
өткенде баяулап, бойындағы энергияның белгілі бір бөлегін беріп кетуі де
мүмкін.
Жарық өткізбеудің үшінші себебі — протондардың электрондармен
рекомбинациясы және одан кейінгі ионизация. Электрон протонмен түйіскен
кезде оны протон өзіне тартып алса сутегінің бейтарап атомы құралады, осы
кезде квант бөлініп шығады. Рекомбинацияға ұшыраған атом өте аз өмір
сүреді, ол дәл сол жерде квантты жұтады да иондалады, ал электрон тағы да
бөлек қалады. Электронның рекомбинация мен иондалу кезіндегі ауысуының
еркіндіктен-еркіндікке ауысуынан айырмашылығы — бұл ауысу еркіндіктен — бай-
лануға және байланудан-еркіндікке ауысу деп аталады.
Сәуле өткізбеуге ауыр элементтердің иондары да едәуір әсер етеді. Күн
қойнауларының температурасы жағдайында олардың электрондары ядроға жакын
орбиталарда қалады, ал олар жеткілікті түрде жігерлі (қатқыл) кванттарды
жұтып жіберген кезде ядродан бөлініп кете барады, сөйтіп еркіндіктен -
байлануға және байланудан - еркіндікке ауысудың бірнеше түрі пайда болады.
Ауыр элементтердің салыстырмалы түрде өте аз (2%) болғанына қарамастан, Күн
заттарының сәуле өткізбеуінде шешуші роль атқарады.
Бұл процестер энергияның пайда болуына әсер етпегенімен, оның күн
қойнауларынан сыртқа шығуына үлкен кедергі келтіреді. Кванттың Күн
қойнауларындағы еркін жүретін жолының ұзындығы бар болғаны 6см. Бұны былай
түсіндіреміз. Ең әуелде квант Күн радиуысының бойымен сыртқа қарай жылжиды
делік. Бар болғаны 6см жүргеннен кейін, ол шашырауға ұшырайды немесе
жұтылып кетеді де кейін қайта сәулеге айналалы. Алайда сәулеге қайта
айналуында ол кез келген бағытқа қарай жүруі мүмкін. Квант қозғалысының
бағытын өзгертіп алады да, соның нәтижесінде кванттардың диффузиясы Күннің
орталық аймақтарынан оның сыртына қарай өте баяу өтеді. Қандай жағдайда
болса да Күннің ядросында дәл қазір пайда болған энергия шамамен 1млн
жылдан кейін ғана фотосфераға жетіп, әлемдік кеңістікке шыға алады.
Салыстыру үшін келтіре кетелік: бостандықка шығып алған жарық бар болғаны
8 мин 19 с ішінде Жерге жетеді, Күн мен Жердің орташа арақашықтығы 149,6
млн.км (бұл қашықтық Күн радиусынан 215 есе ұзақ).
Сәуленің Күн қойнауларынан сыртқа шығуына осындай қиындықтар кедергі
болғанымен, оның орталық аймақтарынан энергияның сыртқа шығуында сәулелену
шешуші роль атқарады. Бұл жерде жылу өткізгіштік ешқандай роль атқармайды,
ал конвекция тек қана сыртқы қабаттарында, орталықтан 0,85-0,86 Кс
деңгейден бастап пайда болады (бұл жердегі Кс -Күннін радиусы). Бұл
деңгейде температура 500 мың К-ге дейін төмендейді. Күннің орталық
аймақтарында сутегі мен гелийдің барлық атомдары аз ғана уақытқа
рекомбинацияға ұшырап, онан соң қайта иондалып, одан соң үнемі иондалған
қалыпта болады. Ал Күннің сыртқы қабаттарында бейтарап атомдар мол
кездеседі, олардың салыстырмалы саны күннің шеткі қойнауларына жакындаған
сайын көбейе түседі. Бұлар байланудан -еркіндікке және еркіндіктен -
байлануға ауысуды ете көбейтіп жібереді, соның арқасында Күн заттарының
жарық өткізбеу қасиеті күшейе түседі. Күннің ішкі қойнауларынан келіп
жатқан энергия енді электромагниттік сәуле ретінде сыртқа шыға алмайды,
энергия шығарудың жаңа процесі -конвекция пайда болады.
Сыртқы кеңістікке кванттар еркін шыға алатын Күннің сыртқы қабаты
фотосфера деп аталады, Күнді жап-жарық қылып бізге көрсетіп тұрған да осы
фотосфера. Фотосфераның сапалы түсірілген суреттерінен оның кейбір
аймақтары түйіршіктерден — сансыз майда гранулалардан құралатынын көреміз.
Бұл аймақтар 5 минут шамасындай уақыт өте жарық болып кетеді, онан соң
жарқылы азаяды да, соған таяу жерден кайта пайда болады. Бұл
құбылысты — конвективтік тасқындардың фотосфераға шығуы деп түсіну керек
болар, ішкі қойнаулардан көтеріліп жатқан газдың өте ыстық массалары
сыртқа қарай тепкен кезде осындай құбылыс болары анық (ал Күннің ішкі
қабаттары бұрқыл-сарқыл қайнап жатқандай көрінеді).
Тағы бір қызық жәйтке назар аударайық. Күннің қойнауларында өтіп жатқан
термоядролық реакциялар негізінде энергия гамма-сәулелер күйінде бөлініп
шығады. Ал фотосферадан шығып жатқан сәулелену энергиясының максимумы кезге
көрінер аймаққа жатады. 0,33-тен 0.40 мкм-ға дейінгі аралықтағы толқындар
күн сәулесі энергиясының 98%-не ие болады, а 0,3мкм-ден қысқа
толқындардың бәрі 1%-тен сәл жоғары энергияны ғана ала келеді. Бұның
себебі – сыртқа шығар жолда кванттар бірнеше рет шағылысып, жұтылып, түрлі-
түрлі өзгерістерге ұшырайды, соның арқасында ол бөлінеді де, сәулесі
жұмсақтайды. Кванттардың бөліну механизмін түсіну үшін сутегі атомының
деңгейлерінің схемасына (5-сурет) назар салайық. Электроны ең төменгі
(негізгі) деңгейде орналасқан атомның иондалуы үшін иондалуы үшін иондану
потенциалынан

5-сурет. Сутегі атомындағы әрекетке ену деңгейінің және олардың
арасындағы Лайман, Бальмер және т. б. серияларының линияларын беретін ауысу
схемасы
(13,6 эВ) энергиясы кем емес квант қажет; толкын-ның тиесілі ұзындығы 91,2
нм-ге тең. Атом жоғарғы энергиялы квантты жұтты делік, бұндай жағдайда
жұмсалған энергияның ішінен 13,6 эВ электронның бөлініп кетуі үшін
жұмсалады, ал қалған бөлігі белінген электронның кинетикалық энергиясына
айналады.
Электрон протонмен кездескен сәтте, оны протон жұтып қоюы мүмкін,
жұтылған кезде электрон төменгі деңгейге өтпеуі мүмкін. Ол кез келген
жоғарғы деңгейде қала береді, сонан соң негізгі деңгейге ауысуы мүмкін.
Иондалу кезінде жұтылған үлкен кванттың орнына, екі немесе одан да көп
майда кванттар шығып кетеді. Бүндай жағдай электронның бірден негізгі
деңгейге орнығуына немесе ортадағы деңгейлердің бәрінен бірдей өтуіне
байланысты, бұл жерде неше түрлі мүмкіндіктер бар.
Фотосферадан күн сәулеленуінің басым көпшілігі (~99,98%) сыртқа шығады.
Оның сыртындағы қабаттар: хромосфера және Күн тәжі де назар аударатыны
ақиқат. Оларға арнайы толығырақ тоқталған жөн. Күн сәулеленуінің жалпы
тасқынында олардың үлесі өте аз болғандықтан бұл жолы біз бұл проблеманы
қарастыра алмаймыз. Сондай-ақ күн активтілігі проблемасына да тоқталмауды
жөн көрдік (бұл туралы осы кітапшаның соңында келтірілген әдебиеттен толық
мағлұмат алуға болады).
КҮН ЭНЕРГИЯСЫН ТЕХНИКАДА ПАЙДАЛАНУ
Күн энергиясын техникада пайдаланудың болашағы екі себептен назар
аударады. Біріншіден, оның қоры өте көп, таусылмайды десе де болады
(қолымыздағы кітапшаның екінші бөлімін еске алайық), екіншіден, күн
энергиясы табиғатқа зиян келтірмейді.
Екінші себепті түсіндіре кетелік. Электростанцияларда, тепловоздар да,
автомашиналарда қолданылатын кәдімгі жылу энергетикалық қондырғылар
қоршаған ортаны, бәрінен бұрын, атмосфераны жанып біткен отын қалдықтарымен
ластайды. Оның ішінде зиянсыз көміртегі газы және су буларымен бірге зиянды
заттар - күкірт ангидриды, азот қышқылы, әртүрлі металдардың қышқылдары
бар. Сондай-ақ атмосфераны шаңға бөктіріп, оның мөлдірлігін азайтатын неше
түрлі қатты бөлшектер де кездеседі.
Москва түбінен алынатын, көмірді жағатын қуаты 1,2 млн кВт ГРЭС күлдің
98%-ін ұстап қалатын күлтұтқышы бола тұра атмосфераға жылына 22 мың тонна
шаңды лақтырып тұрады екен. Бұл - темір жолдағы он состав детен сөз! Күкірт
тотығы бұдан да көп—295 мың тонна, ал азот тотығы — 29 мың тонна. Басқа
жерлердің көмірін немесе мазут жаққан кезде атмосфераға кетіп жатқан зиянды
заттар азаюы не көбеюі мүмкін, бірақ сонда да болса оның көлемі өте
үлкен.
Әрине, атмосфераға шығып жатқан түтіннің ішіндегі барлық зиянды заттарды
ұстап қалатын қондырғылар жасауға да болады. Бірақ жылу арқылы ластау
деген тағы бір қауіп бар.
Қазіргі заманғы жылу электр станцияларының пайдалы жұмыс коэффиценті бар
болғаны 30-40% қана. Отынның жылу шығару мүмкіндігінің 60-70%-і электр
энергиясын өндіруге жұмсалмайды, станциялардың басым көпшілігінде ол жылу
қоршаған ортаға тарап кетеді.
Сонымен бірге пайдалы энергия да бірнеше рет өзгеріске ұшырағаннан кейін
көпшілігінде қайтадан жылуға айналады: энергияны тұрмыста қолдану,
транспортта үйкелісті жеңу үшін және станоктардың жұмыс істеуі кезінде
жұмсалатын энергия және т. б.
Үлкен қалалардағы, мысалға Москвадағы қысқы температура қала шекарасынан
10—12 км қашықтықтағы температурадан 2-5°-тей неге жылы екенін енді
түсінуге болар. Бүкіл жер шарының масштабында бұндай қосымша жылу оның
жағдайына әзірше онша әсер ете қоймайды, өйткені жер бетіндегі бүкіл
техникалық энергия қондырғылары өндіретін энергия Күннен келіп жететін
энергия қуатының 0,1% -ін ғана бере алады. Алайда энергетика өте жылдам
дамып келеді, әрбір он жыл сайын жер бетіндегі барлық электр станцияларының
қуаты екі есе өсіп отырады. Демек, қазіргі даму қарқыны сақталып отырған
жағдайда енді 50—60 жылдан соң Жердің жасанды жылуы Күннен келетін
қуаттың 3—6%-іне жетеді. Бұның өзі климаттың жылып кетуіне әкеп соғады,
Антарктида мен Гренландиядағы мұздар күрт еріп, мұхиттардың деңгейі
көтеріледі, құрлықтардың көп бөлігі су астына кетеді.
Энергетикалық мақсатта термоядролық синтезді игеру қоршаған ортаның
жылылығын арттырудың қаупін онан әрі көбейте түседі, Жерді жылытудың жаңа
да интенсивті көзі пайда болады.
Күн қондырғылары жалпы энергия қорын шамадан тыс көбейтпейді. Олар арқылы
өндірілген энергия қаншама рет өзгеріске ұшырағанымен, олардың бәрі де жер
шарының күндізгі бөлегіне күннен келіп түсетін 1,7-1014 кВт энергия
есебінен жұмыс істейді. Сондықтан да термоядролық синтезге қарағанда күн
энергиясын игеру жер бетінің тазалығын сақтауға пайдалырақ. Сонымен бірге
күн қондырғылары ешқандай зиянды қалдықтар бөліп шығармайды.
Қазіргі кезде күн энергиясын техникада пайдалану проблемасына айрықша
көңіл бөлінуде: 1981 жылы Нобель сыйлығының лауреаты академик Н. Н.
Семеновтың редакциясымен Күн энергиясын қайта өндіру деген жинақ жарық
көрді. Бұл кітапта АҚШ-та күн энергетикасы жайындағы зерттеулерге бөлініп
отырған қаржы 1971 жылғы 1 миллионнан 1979 жылғы 460 миллионға дейін өскені
айтылған. Және бұл салаға қаржы бөлу мөлшері жылма-жыл өсіп келе жатқан
көрінеді. 2000 жылы Күн қондырғылары АҚШ-тың электр энергиясына
мұқтаждығының 7 процентін өтесе, ал 2020 жылы оның электр энергиясын
өндірудегі үлесі 25%-ке дейін есетіні жоспарланып отыр.
Кейбір елдерде жоғары температура алу үшін күн пештері салынған. Бұл
пештердің жақсы жері-олар алынған өнімді жанармаймен не болмаса электрод
заттарымен ластамайды. Олардың жұмыс істеу принципі өте қарапайым - күн
сәулелері үлкен параболалық айнаның бас фокусының жанындағы кішкене нүктеге
шоғырландырылады, бұл жерде температура 3500-4000 К-ге жетеді. Пиренейде,
Францияның оңтүстігінде жұмыс істеп жатқан, әлемдегі ең ірі Күн пешінің
қуаты 1000 кВт.
Совет Одағында, Ташкент маңында аса тазаг және балқуы өте қиын металдар
өндіретін Солнце атты бірегей металлургиялық комплекс салынып жатыр.
Біздің елімізде гелиоэнергетика проблемасымен көптеген ғылыми мекемелер
айналысады: Г.М.Кржижановский атындағы ғылыми-зерттеу энергетикалық
институты, ток көздерінің ғылыми-зерттеу институты, Ленинградтың А. Ф.
Иоффе атындағы физико-техникалық институты және басқа да бірнеше
институттар. Орта Азия республикаларында да осы проблемамен айналысатын
ғылыми мекемелер бар.
Жыл бойында ашық күні көп Қазақстан үшін де гелиоэнергетиканың маңызы
зор екені анық, ал республикамыздың кең көлемі онда кез келген
гелиотехникалық қондырғылардық орналаса беруіне өте қолайлы.
Күн энергиясын пайдаланудың бірнеше қиындықтары бар. Олардың ішінде
екеуінің маңызы зор. Бірінші қиындық мынау - Күн қондырғылары түн кезінде
және ауа райы бұзылған кезде жұмысын доғарады. Екінші қиындық - күн
сәулесі энергиясының Жер бетіндегі тығыздығы онша үлкен емес. Бұны
былай түсіндіреміз. Күннің тұрақты қуаты 137 мВтсм2 екенін және оның
едәуір бөлегін Жер атмосферасы жібермей қоятынын ескерсек, қолайлы
жағдайдың өзінде (Күннің тас төбеде тұрған кезінде) Жер бетінің-күн
сәулесіне перпендикулярлы 1м2 көлеміне бар болғаны I кВт-тан сәл астам
энергия келіп түседі. Алайда I кВтм2 дегеніміз — бұл қазіргі заманғы бу
қазандарының трубаларының ішкі қабырғасы арқылы жүретін жылу тасқынынан
шамамен 500 есе аз деген сөз. Күн энергиясынан жетерліктей қуат алу үшін
үлкен көлемдегі аудандарға келіп түсетін Күн сәулесін бір жерге
шоғырландыру қажеттігі туды. Бұл жұмыс техникалық орындалу жағынан ете
күрделі және шаруашылыққа пайдаланып отырған үлкен территорияларды тек осы
салаға ғана пайдалану деген сөз.
Бірінші қиындықты жеңу үшін Күн электр стйцияларымен бірге қуатты
энергиялық аккумуляторларды қоса салып, қоса пайдалану керек. Бұл мақсатта
гидравликалық қондырғыны пайдаланған абзал. Бұл қондырғы бірінен-бірі биік
деңгейге ор-аласқан екі үлкен су қоймасы. Күн электр қондырғысы бар
қуатымен жұмыс істеп жатқан кезде оның өндіріп жатқан энергиясының бір
белегі төмендегі бассейннің суын жоғарғы бассейнге көтеруге жұмсалады.
Түнде немесе аспан жүзін бұлт басқан кезде жоғарыдағы су төменгі бассейнге
ағып, жолай электрогенератордың турбинасын айналдырып электр энергия
өндіреді. Осындай гидроаккумуляциялық станция Москва облысының Загорск
қаласының маңынан салынды. Бірақ бұл станция Күн станциясымен бірге жұмыс
істемейді, ол кәдімгі энергия жүйесіне күш түскен кезде, соны жеңілейту
үшін қолданылып келеді. Тағы бір пайдалы бағыт бар. Комплексті Күн-жылу
станцияларын салу. Бұлардың жұмысына төменде арнайы тоқталмақпыз.
Екінші қиындыққа келсек, Күн станциялары салынатын жерлердің көлемімен
бұған дейін салынған энергиялық құрылыстардың қаншама жерді рәсуа
қылғанымен салыстыралық.
Обь өзенінен салынған Новосибирь ГЭС-інің жоспарлы куаты 400 мың кВт,
ол жылына 1,7-109 кВт сағат электр энергиясын өндіреді. Күн станциясында
осындай жылдык куат алу үшін Новосибирск ендігінде 9 км2 жерді иемдену
керек. Ал Обь теңізінің келемі 1070 км2. Бұл екі цифрдың айырмашылығын
түсіндіріп жату артық болар! В. И. Ленин атындағы Волга ГЭС-і (қуаты 2,1
млн кВт) салынған кезде пайда болған Куйбышев су қоймасының көлемі 6450
км2, ал Волгоград (XXII партсъезд атындағы ГЭС, қуаты 2,3 млн кВт) су
қоймасының көлемі — 3117 км2. Сонымен бірге бұл су қоймаларының астында
көптеген қара топырақты құнарлы жерлер, кей жағдайларда тұтас поселкалар
қалып жатады, ал Күн электр станциялары жыл бойында күн көбірек ашық
болатын және адамдар аз қоныстанған шөл және шөлейт жерлерге салынады.
Жылу электр станциялары онша кеп орын алмайды, бірақ бұларға кіретін
жолдар, шлак үйетін жерлер, сондай-ақ көмір өндіретін шахталар, олардың
территориясы — осының бәрін қосқанда бұндай станциялардың да біраз жер алып
жатқаны белгілі болады.
Арнаулы әдебиетте мынандай цифрлар келтіріледі. Қырымдағы
экспериментальды күн электр станциясы бір МВт электр энергиясын өндіру
үшін 3 га жерді иемденеді. ГЭС-тердің жанындағы су қоймаларының бүкіл ел
бойынша бұндай көрсеткіші 169 гаМВт. Егер жылу станцияларына арналған
көмір шахталардан алынса, онда бұндай көрсеткіш 0,7 гаМВт. Ал қазір көп
жерлерде көмірді жер бетінен ашық тәсілмен алуға көшті, бұндай кезде әрбір
МВт электр энергиясын өндіру үшін 3,3 га жер рәсуа болады. Міне, осы
цифрларды салыстыра келіп, Күн электр станциялары көп жер алады деген
сөздердің орынсыз екеніне көзіміз жетеді.
Гелиоэнергетикада төрт бағыт қарастырылуда: 1. Күн энергиясын бу
турбиналары айналдыратын электрогенераторлардың көмегімен электр
энергиясына айналдыру — кәдімгі жылу электр станциялары осылай жұмыс
істейді. Бу турбиналары мен генераторлары қазіргі кезде әбден
жетілдірілген, енді бу қазанының барынша өнімді жұмыс істеуі үшін
және будың температурасы мен қысымын үлғайту үшін күн сәулелерінің қуатты
концентраторын жасау проблемасы алдымызда тұр. Концентратор
дегеніміз өздеріне түскен сәулені биік жерге орналасқан бу қазанына
жіберіп тұратын жүздеген жазық айна (гелиостат). Бір үлкен ойыс айнаның
орнына жүздеген жазық айна қолдану және қазанды биік жерге орналастыру
біршама техникалық пайда келтіргені сөзсіз; барлық кон струкция қарапайым
болып келеді, ал жекелеген энергетикалық блоктардың қуаты жедел өседі
(жүздеген мың киловатқа). Бұндай конструкцияны салу идеясын совет
инженерлері ұсынды және біз жоғарыда айтып өткен Қырым эксперименталды күн
станциясы осы тәсілмен жоспарланды. Қазір бұл станция салынып бітіп, іске
қосылды. Күн сәулесі үнемі қазанға бағытталып тұру үшін гелиостаттар да
әрдайым Күнге қарап қозғалып түру қажет. Бұл жұмысты ЭВМ басқаратын арнаулы
система атқарады.
Жоғарыда айтып өткеніміздей, Күн және жылу электр станцияларын қатар
салудың да болашағы зор. Бұл комплекстің схемасы өте қарапайым. Күн
қыздырып тұрған казан мен кәдімгі бу қазаны бір турбина мен генераторды
айналдыру үшін бу өндіреді. Жылу қазанының бу өндіруі тәуліктегі уақыт
пен ауа райының жағдайына байланысты өзгеріп отырады. Күн ашық кезде
және талма түс кезінде ол жұмыс істемейді десе де болады, ертеңгісін мен
кешкісін ол бар қуатының жартысын ғана жұмсайды, ал түнде және аспан
жүзін бұлт басқан кезде бар күшімен жұмыс істейді. Бұл станцияда екеуіне
ортақ бір ғана турбина мен бір ғана генератордың істеуі екі жерде екі
бөлек станция салуға қарағанда үнемді болып келетінін көрсетеді.
2. Күн энергиясын пайдаланудың екінші жолы — күн энергиясын
фотоэлектрикалык жолмен басқа түрге айналдыру. Электр энергиясын өндіру
үшін фотоэлементтерді практикада пайдалану 1958 жылы басталды. Осы жылы
советтік Спутник —3 және американдық Авангард—1 жер серіктерінде
кремнийлік күн батареялары пайдаланылды. Осы кезден бастап дәл осындай
қондырғылар космос аппараттарының (соның ішінде адам басқаратын орбиталық
станциялардың да) негізгі электроэнергия көзі болып келеді.
Қазіргі кезде ен, үздік лабораторлық кремний фотоэлементтердін.
пайдалы жұмыс коэффициенті 18% шамасында, ал кремнийдің монокристалынан
жасалған қондырғылардың пайдалы коэффициенті 22—26%-ке дейін өседі.
Галлий арсениді сияқты басқа да ... жалғасы

Сіз бұл жұмысты біздің қосымшамыз арқылы толығымен тегін көре аласыз.