СПОСОБЫ ГЕНЕРИРОВАНИЯ ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ, ОТЛИЧНЫЕ ОТ УЖЕ ОСВОЕННЫХ
Наряду с хорошо изученными схемами тепловых и гидроэлектрических станций существуют и такие новые пути производства электроэнергии, которые еще чрезвычайно мало изучены и практически совсем не освоены. Примерами являются использование явлений пироэлектричества (т. е. появления электрического заряда в кристалле при его нагревании) и пьезоэлектричества (получение электрической энергии прямо, в результате давления на твердое тело, минуя промежуточные этапы превращения энергии). Последнее явление сейчас уже освоено техникой, во-первых, для измерительных целей, во-вторых, для генерации звуковых волн. Но его использование непосредственно для получения электрического тока в энергетике пока мало разработано. Поэтому мы не коснемся этих способов. Напротив, мы остановимся на тех путях, которые более или менее разработаны технически или, по крайней мере, позволяют судить о перспективах их использования.
ЭЛЕКТРОСТАТИЧЕСКИЙ ГЕНЕРАТОР
Рис. 4. Схема электростатического ленточного генератора.
В настоящее время существует множество типов электростатических генераторов. Во всех этих генераторах пространственное разделение зарядов различных знаков осуществляется посредством механической тяги, которая играет здесь роль сторонней э. д. с. Это особенно ясно на примере ленточного генератора (рис. 4), где лента Л, непрерывно движущаяся на двух валиках, заряжается зарядом одного знака, обычно с острия1 С1 питаемого от какого-либо вспомогательного источника В (на рис. острие положительно). Лента несет этот заряд по направлению к коллектору, которым служит шар большого радиуса А. Здесь отчетливо видно, что положительные заряды движутся вместе с лентой против электрического поля, создаваемого зарядами шара А, и это движение осуществляется тягой ведущих валиков. Пройдя внутрь шарового коллектора, заряды снимаются с ленты посредством острия1 С2 и переходят на внешнюю поверхность шара. Таким образом, на шаре собирается положительный заряд, который может зарядить эту систему до достаточно высоких напряжений.
Уже сейчас построены электростатические генераторы, позволяющие получать постоянную разность потенциалов порядка 5 млн. в относительно земли. Между двумя такими шарами можно получить разность потенциалов порядка 10 млн. в. Однако максимальный ток таких генераторов не превышает долей миллиампера.
Примерно так же устроен и пылеструйный генератор, в котором роль участков ленты играют частички пыли, переносимые потоком газа и несущие на себе электрические заряды одного знака.
1 С острия С2 на ленту «стекает» отрицательный заряд, нейтрализующий заряд ленты; остающийся на острие свободный положительный заряд уходит на внешнюю поверхность шара-
Рис. 5. Электростатический генератор с вращающимися цилиндрами.
В пароструйном генераторе, внешне сильно отличном от двух предыдущих типов, по существу происходит нечто аналогичное. Роль ленты, несущей заряды, здесь играет поток пара. Роль э. д. с. в обоих последних типах генераторов играет разность давлений, приводящая газ в движение.
В жидкостном генераторе капли жидкости разбрызгиваются и вместе с тем, заряжаются, проходя под давлением через сито, к которому приложено электрическое напряжение от источника возбуждения. Под действием силы тяжести заряженные капли падают в коллектор, при этом они движутся против поля зарядов, уже собранных в коллекторе. Роль э. д. с. здесь играет сила тяжести. Капли отдают свой заряд коллектору, изолированному от источника струи; таким образом, получают постоянное напряжение.
Существуют более отработанные конструкции электростатических генераторов. К ним относится генератор с вращающимися цилиндрами (рис. 5). Он представляет собой такой же генератор с твердым носителем заряда, как и ленточный генератор, но только лента заменена вращающимися цилиндрами. Для повышения допустимого напряжения вся система цилиндров и коллекторов помещена в атмосфере сжатого газа. Такой генератор позволяет получать мощность в несколько киловатт при сравнительно небольших размерах устройства. Таким образом, мы видим, что электростатические генераторы различных типов позволяют получать сравнительно высокое напряжение, исчисляемое в десятках и сотнях тысяч и даже в миллионах вольт. Но токи наиболее мощных электростатических генераторов измеряются миллиамперами. Поэтому и мощность, вырабатываемая этими генераторами, невелика и не превышает нескольких киловатт. Отсюда ясно, что здесь пока еще не идет речь о генерации мощности в промышленном масштабе. И это не случайно—не потому, что конструкция неудачна, а вследствие принципа действия этих генераторов. Здесь приходится перевозить заряд одного знака на движущемся транспортере (твердом, жидком или газообразном)., Такой нескомпенсированный электрический заряд одного знака создает вокруг себя сильное электрическое поле. Перевозить заряд большой плотности невозможно, так как это приводит к возникновению очень сильных электрических полей, вызывающих электрические пробои окружающего газа и тех твердых изоляторов, которые поддерживают и направляют движение носителя заряда. Поэтому пока не будут найдены диэлектрики (изоляционные вещества), которые намного, по крайней мере в 10 раз, превосходят по своей электрической прочности диэлектрики, применяемые до сих пор, нельзя намного увеличить мощность таких генераторов.
Электростатические генераторы, как хорошие источники высокого постоянного напряжения, нашли применение в исследовательской лабораторной практике, например в ядерных лабораториях для ускорения элементарных частиц, а также в целом ряде специальных технологических процессов, где требуется повышенное постоянное напряжение, например в пылеулавливании, в окраске путем пульверизации и т. д. Для генерации же электроэнергии в большом масштабе этот путь пока перспектив не имеет.
