ВОЗОБНОВЛЯЕМЫЕ ИСТОЧНИКИ ЭНЕРГИИ

Солнечные пруды

От воды, нагретой солнечным излучением, можно отбирать теп­ловую энергию и преобразовывать её в электрическую по принципу ОТЕС, опи­санному в гл. 4. В некоторых солнечных прудах можно получить удивительно высокие температуры. О таких прудах и пойдет речь дальше.

В мелких прудах с зачерненным дном нижние слои воды, нагреваясь, подни­маются наверх, поскольку в результате нагрева их плотность уменьшается. Этот процесс перемешивания горячих и холодных слоев разрушает температурный градиент в толще воды. В конечном итоге нагретая вода оказывается у повер' - ности водоема, что вызывает повышенное испарение ее с поверхности и огра­ничивает рост температуры.

Снижение тепловых потерь может быть обеспечено с помощью покрытия повеох • ности пруда специальной пленкой или пластиковыми панелями, пропускающими свет. Такое решение иногда применяется в бассейнах (пластиковые крыши).

Однако, если в пруду искусственно создать вертикальный градиент солено­сти (нижние слои должны содержать больше соли, чем верхние, чтобы плот­ность нижних слоев при нагреве поддерживалась более высокой, чем верхнії О. можно воспрепятствовать конвекции, вызванной нагревом нижних слоев пол действием солнечного излучения и таким образом получить температуру в них на уровне 80 °С.

Цикл Карно, реализуемый между двумя температурными уровнями 80 и 20 °С. имеет КПД около 20 %,т. е. можно рассчитывать на достижение реального КПЛ устройства типа ОТЕС на уровне 10 %. Таким образом, создание и использова­ние таких устройств не кажется чем-то нереальным.

Основные трудности данного метода связаны:

1) с перемешиванием воды под действием ветра и других факторов;

2) с появлением мутности воды из-за попадания грязи и роста микрооргани> мов.

Одним из перспективных путей преодоления этих трудностей является со­здание гелевых прудов, в которых вода заменена полимерным гелем, вязкое1"*» которого столь высока, что возникающая конвекция может быть подавлена. Ис­пользуемые гели должны быть:

Г) Прим. ред. В настоящее время по прошествии около 7 лет после начала проект австралийс­кой солнечной башни все еще находится на стадии технико-экономического обоснования. Бо подробную информацию о проекте можно найти на сайте http://www. ertviromission. com. au

1) достаточно прозрачными для солнечного излучения;

2) устойчивыми к воздействию ультрафиолета;

3) стабильными в области рабочих температур;

4) нерастворимыми в воде;

5) неразлагаемыми микроорганизмами;

6) нетоксичными;

7) менее плотными, чем солевой раствор;

8) недорогими.

Разработкой гелевых прудов активно занимаются специалисты Университета Нью Мексико в Альбукерке.

Для поддержания чистоты поверхности пруда сверху на гель наливается тон­кий слой воды, который помогает удалять грязь и мусор.

ПРИЛОЖЕНИЕ А Измерение времени

Длительность часа

Мало кто задумывается над тем, какова реальная длительность часа и чем она определяется.

Во времена Древнего Рима час определяли как 1/12 часть временного пери­ода между восходом и заходом солнца. Но поскольку этот временной интервал зависит от времени года, то получалось, что летом он был больше, чем зимой.

На широте Рима (около 42° с. ш.) один такой час в конце декабря был равен приблизительно 44,7 современной минуты, а в середине июня — 75,3 минуты. Это непостоянство в длительности часа было основной проблемой для изгото­вителей часов того времени, которые должны были изобретать сложные меха­низмы для изменения длительности часа в течение года.

В значительной мере непостоянство длительности часа было устранено, ког­да его стали определять как 1/24 интервала между двумя следующими один за лругим полуднями, т. е. между двумя послеповательными пересечениями сол­нцем локального меридиана. При таком подходе также имеет место изменение длительности часа в течение года, хотя оно гораздо меньше, чем у римского часа (объяснения см. в приложении Б этой главы). Очевидным решением дан­ной проблемы является введение и использование среднегодового часа: средней длительности одного солнечного часа за один год. Но эта величина изменяется при изменении астрономических постоянных (эксцентриситета, осей, периге­лия и т. д.), т. е. она не постоянна в течение длительного периода времени. Ко­нечное решение данного вопроса состоит во введении эфемеридного времени с использованием атомных часов.

Астрономия и хронология являются древнейшими науками, унаследовавшими древнейшие знания и древнюю терминологию. Примером тому является разби­ение часа на минуты и секунды.

В использовавшейся в Вавилоне шестидесятиричной системе час делился на части, которые назывались минутами (pars minutaprima). Минуты, в свою очередь делились на более мелкие части: секунды {pars minuta secunda). Секунда являет­ся официальной единицей измерения времени в системе СИ. Она представляет собой 1/86 400 часть средних солнечных суток.

Все временные величины, полученные путем расчета по приблизительным формулам, в этой книге соотносятся со средним солнечным временем и могут отличаться от реального солнечного времени на ± 15 мин.

Временные зоны

Среднее локальное солнечное время не очень удобно для измере­ний и каждодневного использования, поскольку оно зависит от долготы точки измерения. Оно изменяется на 1 ч приблизительно через каждые 15° долготи. Введение временных зон (1 ч или 15° по параллели) позволяет нам преодолен, эту трудность. На границах каждой временной зоны время отличается ровно на 1 ч. Центр первой временной зоны находится на нулевом меридиане (Гринвич­ский меридиан), а время в этой зоне называется временем по Гринвичу (астро­номы называют это время универсальным временем, UT). Во временных зонах время называется поясным, или стандартным временем, и определяется как paj - ница между ним и временем по Гринвичу.

Смещение времени

Реальное солнечное время? trae на каждой заданной долготе L мо­жет быть найдено по уравнению:

(29)

где ftrue и /|оса, выражены в часах и минутах, a? offset — только в минутах,

Пример

Чему равно реальное солнечное время 20 февраля в местечке Пало Альто (125° з. д.), когда локальное солнечное время там равно 12:00?

EOT для 20 февраля (по рис. 10.11) составляет +14 мин. Разница между временной зоной, в которой находится Пало Альто, и Гринвичем составляет 8 ч. Поэтому

'offset = 14 — 4 (—125) + 60 (—8) = 34 мин, (31)

'true = 12h: 00m +34™ = 12h : 34m (A — часы, m — минуты). (32)

Календарь

Существует несколько периодических астрономических харак­теристик, которые служат для измерения времени. Для определения суток и их частей (часов, минут и секунд) используется движение солнца по небосводу. Кроме того, для измерений используются еще фазы луны, которые повторяются с периодичностью (приблизительно) 28 дней и определяют введение месяцев и недель С полным оборотом земли вокруг солнца связано понятие года и его сезонов.

К сожалению, количество суток в году и в месяцах меняется, что вызывает определенные трудности с определением текущей даты. Если бы каждый месяц состоял ровно из четырех недель (28 дней), то гол. состоящий из 12 мес, имел бы ровно 336 дней и определение текущей даты не вызывало бы абсолютно ни­каких трудностей. Однако месяц чаше всего длится более 28 дней, а год — при­близительно 364 дня. Трудность в данном случае состоит еще и в том, что год невозможно разделить на целые четверти. Поэтому оптимальным решением яв­ляется разделение года на 12 мес.

В древнеримском календаре первый месяц назывался мартиусом, что соот­ветствует современному марту. Пятый месяц имел название квинтилис (от лат. пятый), шестой — секстилис. седьмой — сетпембер и т. д. Со 153 г. до н. э. пер­вым месяцем стал считаться январь, при этом сентябрь стал девятым месяцем.

Точная дата равноденствия может быть достаточно легко определена, и мож­но было бы установить, что весеннее равноденствие приходится на одну и ту же тату (скажем, 21 марта). Однако для соблюдения этого правила время от времени к длительности года нужно было бы прибавлять дополнительный день. Древние римляне пренебрегали этим дополнительным днем, не изменяя длительности года, что продолжалось до тех пор, пока несоответствие между датой и сезоном не стало существенным.

С течением времени эта ошибка становилась все более заметной. Понтифекс Максимус (известный строитель мостов в Древнем Риме) объявил о введении дополнительного месяца (mensis intercalaris), названного Mercedenius, поместив его где-то в конце февраля. Этот месяц влиял на общую сумму дней в году. Для корректировки календаря в 46 г. до н. э. Юлий Цезарь ввел длительность года, равную 445 дням (было прибавлено три дополнительных месяца для согласования календаря с солнечным годом). Кроме того, он постановил, что в дальнейше'- длительность года будет равна 365 дням, и поскольку для сохранения ровного счета каждый год должен был иметь еще дополнительную четверть дня, то каж­дые 4 года принятая длительность года увеличивалась на один день.

Одновременно с этим нововведением Цезарь переименовал месяц квинтилис в свою честь, назвав его июлем (July). Не остался в стороне и его племяннш, Октавиан (Август), в честь которого был переименован секстилис. Оба этих ме­сяца получили по 31 дню.

Эти поправки, введенные Цезарем, работали, однако, не идеально, поскольк> длительность года не равна точно 365,25 дням. В марте 1582 г. Григорий XIII ввег используемый и по сей день григорианский календарь. В ряде европейских стран этот календарь был принят сразу, другие перешли на него позже. Так, Англия, всегда являвшаяся очень консервативной страной, ввела у себя григорианскии календарь только 2 сентября 1752 г. Следующий после принятия календаря лень стал 14 сентября. Россия перешла на григорианский календарь только 1 фев­раля 1918 г., поэтому Октябрьская революция по настоящему летоисчислению произошла в ноябре.

Юлианский день

При астрономических расчетах очень удобно использовать гораз­до более простой способ определения даты. Можно установить заданную дат с помощью непрерывных вычислений, стартовавших в прошлом при полном игні>- рировании таких понятий, как год, месяц и неделя. С помощью такой системь вычисления можно найти астрономическую юлианскую дату. Примем некоторую точку отсчета в этой глобальной системе так, что дню с номером 2 400 ООО бо. соответствовать 16 ноября 1858 г. традиционного летоисчисления. Тогда след ющий день по григорианской системе (17 ноября 1858 г.) будет соответствовать юлианскому 2400001-му дню. Нужно отметить, что в юлианской системе новы! день начинается в полдень.

Чтобы определить номер ДНЯ ПО юлианской системе, соответствующий ДаНН'Гь - му дню в григорианской системе, достаточно посчитать количество дней межд# 16 ноября 1958 г. и заданным днем, а затем прибавить (отнять) это количесп к 2400000. Но это легче сказать, чем сделать. В действительности определить количество дней между двумя заданными днями достаточно трудоемкая зал<_. Для этих целей мы можем посоветовать пользоваться алгоритмом, приведенные на сайте http:/Avebexhibits. org/calendars/calendar-christian. html:

JD = d + INT ((153m + 2)/5) + 365y + INT (у/A) - INT (>/100) + INT (y/4 00) - 32 045»

Здесь у — год (четыре цифры), т — номер месяца, d — текущий день.

Заметим, что ни в юлианском, ни в григорианском календаре нет нулевого года. За 31 декабря до н. э. сразу следует 1 января 1 г. н. э. Если вы хотите оп­ределить лень в юлианской системе, соответствующий дате до н. э., то в при­веденную ранее формулу следует подставить отрицательный номер года. Так, например, для определения 10 г. до н. э. в формулу надо подставить -9.

Если вы имеете дело с историческими датами, то вы должны понимать, что в большинстве случаев они чаще всего даются по юлианскому календарю, даже если относятся ко времени, предшествующему введению юлианского календа­ря (45 г. до н. э.). Такое использование календаря для выражения чисел, пред­шествующих его основанию называется, антисипацией, или пролепсисом (anticipation or prolepsis). Отметим, что не следует путать такие понятия, как юлианский день и юлианский календарь, поскольку они были введены двумя разными Юлиями.

Для получения большей информации о юлианском дне и об алгоритмах пе­ревода юлианского дня в григорианский или юлианский календарь обратитесь к сайту, указанному выше.