Дэвид Росс - Энергия волн

Японское изобретение предложено профессором Иошио Масуда, в прошлом морским офицером. Это плавающая перевернутая, полностью открытая снизу канистра с двумя отверстиями наверху. Волны, двигаясь внутри канистры, попеременно всасывают и выталкивают заключенный в ней воздух; воздушный поток приводит в движение воздушную турбину, вращающую генератор электроэнергии. Любой инженер скажет вам, что трудно предвидеть проблемы, которые возникают при значительном увеличении размера устройств; но надавите на этого инженера, и он согласится с тем, что непредсказуемые проблемы оказываются разрешимыми. Месяцами я просматривал материалы, показывающие, чего можно ожидать от моделей в лабораторных условиях и на открытой воде; в них очень проницательно разбирались возможности реальной жизни волновых генераторов в открытом море. И вот — сделан шаг от теории к практике.

Какова эффективность устройства? Я отвечу: вряд ли это имеет значение. Если быть точнее, можно сказать, что для энергопитания навигационных буев устройство очень эффективно. Согласно м-ру Эрнсту Хэмфри, ответственному за инженерные исследования в Тринити-Хаус, три японских буя заряжают шесть двухвольтовых батарей, которые получают электричество почти непрерывно, а при их полной зарядке цепь питания размыкается. Батареи обычного размера дают суммарное напряжение 12 В, они похожи на автомобильную батарею, которая может запускать мотор, усиливать действие калорифера, очищать ветровое стекло и обеспечивать освещение. Буй Масуды, кроме 60-ваттной лампочки, может иметь регулирующее устройство, включающее огни лишь в отсутствие солнца.

Эволюция конструкции осциллирующего водного столба (проект Масуды).

Тринити-Хаус имеет образцы, работающие в Ирландском море уже 3 года, и около 300 штук, функционирующих в Тихом океане. Испытания показали, что срок жизни батареи обычно составляет около трех лет — на 50% больше, чем срок жизни автомобильных батарей. Чтобы повысить надежность, Тринити-Хаус планирует смену огней каждые 20 месяцев.

Буи, изготовленные в Англии, приспосабливаются под установку на них импортных генераторов. В Японии используется антикоррозийный алюминиевый сплав. Инженер-информатор службы средств навигации сказал мне: «Мы будем первыми, кто положит в основу конструкции пластмассы».

Разве не насмешка над нашей робостью, отсутствием уверенности в себе то, что наш вклад в техническую революцию, в создание нового источника энергии выражается в… применении пластмасс?

Японцев считают великими изобретателями. Они переняли все наши лучшие идеи, наладили массовое производство лучших образцов и на основе дешевого труда наводнили ими мировой рынок. Сейчас мы начинаем сознавать, что Япония вносит значительный вклад в волновую энергетику. Она больше, чем мы, нуждается в топливе, поскольку практически не имеет естественных ресурсов, а по причинам, восходящим к Хиросиме и Нагасаки, там не проявляют энтузиазма к ядерной энергии. Все же обстоятельства заставляют их развивать свою ядерную энергетику, и сегодня Япония является второй страной в мире в этом отношении, обойдя Британию, со своими 14 действующими ядерными электростанциями, еще 12, которые вступят в строй в ближайшие четыре года, и еще шестью, которые планируются. Япония вынуждена либо двигаться по этому пути, либо искать другой энергетический источник: она стоит перед необходимостью выбора.

Японский каталог буев вводит в особый мир. Речь идет о выработке 30 Вт на волнах высотой 40 см и периодом 3 с. Это очень непродуктивное море по сравнению с Северным морем и Атлантикой, где пятнадцатиметровые волны — привычное явление. Дело в том, что буи, как правило, используются в защищенных водах, в частности, в узких проливах. К тому же японцы подчеркивают, что их буи могут функционировать в штилевом море. Буи качаются на волнах. Они крепятся длинной цепью и поэтому могут подниматься вместе с приливом.

Энергию, захватываемую буем Масуды, можно грубо оценить на основании различий в движении волн и буя. Представим открытую снизу канистру, прыгающую на волнах как поплавок, объем воздуха внутри ее меняется незначительно, и его поток будет слаб для вращения воздушной турбины. В другом предельном случае, когда канистра закреплена, относительное волновое движение будет максимальным. Давление на закрепленную канистру в бурном море будет огромным и волны либо расплющат ее, либо сорвут с якоря. Это схематичные крайние ситуации. Где-то между ними лежит оптимальный вариант[32].

Японцы не рассматривают эффективность навигационного устройства, ибо оно должно давать энергию лишь для лампочки 60 Вт. Но если волновая энергия претендует на видную роль в национальном масштабе, то эффективность приобретает значение. И здесь проявляется основное различие в подходе Японии и Англии. Япония напористо движется вперед, как делала это в последней войне, но на этот раз с лучшими намерениями, проявляя прагматический подход — то, что всегда воспринималось как британская прерогатива.

Японцы научились использовать волны для средств обеспечения навигации и наблюдений, а в настоящее время работают над 500-тонным кораблем, названным «Каймей», мощность которого будет от 1,3 до 2,2 МВт, т. е. в 100 раз больше, чем у наших самых честолюбивых проектов. На семилетнюю программу выделено 39,5 миллиона долларов (около 22 миллионов фунтов). Английское правительство ассигновало на четыре проекта 2,5 миллиона фунтов в апреле 1977 г. и 2,9 миллиона в июне 1978 г. — «капля» в море, как назвал это один комментатор, к тому же программа подлежит ежегодному обсуждению, поэтому долгосрочное планирование невозможно.

Длина «Каймея» 80 м, ширина 12 м. В корпусе его имеются 22 отверстия — по числу камер с воздушными турбинами. На каждые две камеры будет установлена одна турбина — деталь, свидетельствующая, что японцы стремятся упростить проект. Можно было бы с помощью устройства по типу самолетного пропеллера, улучшить турбину. Мы вполне могли бы изготовить конструкцию, совершеннее японской, но упустили лидерство.

В каком смысле совершеннее? В Англии принято считать высшей мерой эффективность. Центральное электроэнергетическое управление, Национальная инженерная лаборатория (которая развила и усовершенствовала японский проект), министерство энергетики, специалисты в области атомной энергии — все они одержимы идеей эффективности. Она стала инженерным термином и количественной оценкой. Для инженера это понятие заключает соотношение, с одной стороны, между стоимостью изготовления устройства, его содержания, эксплуатации, ремонта, стоимостью рабочей силы и запасных частей, а с другой — количеством вырабатываемой волновой энергии в киловаттах на метр с учетом потерь на переработку и передачу. Чтобы подбить итог, надо ввести всю эту информацию в знаменитое британское изобретение — вычислительную машину. Предполагается, что итог выражает мудрость. Единственное отсутствующее слагаемое — это здравый смысл.

В отношении буя Масуды эффективность не является главной характеристикой. Ее даже уменьшают, чтобы уберечь батареи от перегрузки. Но если энергопродукция призвана обеспечивать электросеть страны, вопрос эффективности, очевидно, важен. В этом случае желательно получить всю мощность, на которую способно соответствующее оборудование. Существует, однако, одно соображение, в свете которого надлежит усвоить совершенно новый взгляд на вещи. Количество энергии, которую можно получить вдоль берегов Великобритании, как в случае с буем Масуды, превышает наши потребности. Даже если 120 ГВт для «океанской линии» генераторов снизить до самой пессимистической оценки, 12 ГВт, останется независимая возможность устанавливать параллельные линии генераторов, отстоящие на 160 или 80 км. Впервые со времени свершения промышленной революции возникла ситуация, в которой заложен простор для движения.

Начальные затраты на строительство могут рассматриваться и, на мой взгляд, должны рассматриваться как пункт программы финансирования общественных работ, обеспечивающих полезную занятость в кризисный период. Стоимость содержания генераторов при этом сравнительно со стоимостью содержания и эксплуатации угольных шахт будет невысокой.

Достоинства и недостатки устройств различного типа обсуждались на разных уровнях. Изготовление осциллирующего столба и Гис-выпрямителя потребует много бетона, тогда как на утку и плот уйдет много стали, производство которой обходится дороже. Один ведущий специалист указывает также на то, что осциллирующий столб будет заметнее реагировать на нерегулярность волнения, чем утка или плот. Он аргументирует это следующим образом: «К недостаткам плота и утки относится передача энергии с большими давлениями и невысокой скоростью потока жидкости в приводе. Но энергия волн может вращать воздушную турбину со скоростью 1200 об/мин. На сооружении любого типа скорость вращения турбины согласуется с параметрами набегающих волн. Если инерция устройства велика, то она будет меньше реагировать на нерегулярность волн. Зато, чем выше нагрузки и чем ниже скорость, тем большая турбина требуется и тем, следовательно, она будет дороже. Выгоднее будет сглаживать неравномерность выдачи энергии, вырабатываемой осциллирующим столбом».