Существует ли предельная высота, на которой можно смонтировать ветротурбину? И нужны ли ей в принципе опоры, установленные на земной поверхности? В качестве бонуса — еще четыре идеи из сферы возобновляемых источников энергии, расширяющие горизонты развития инноваций.
В январе текущего года Китай официально объявил об открытии самого высокогорного в мире парка ветрогенераторов. Он размещен в Тибетском автономном районе на высоте 4600 метров над уровнем моря, занимает территорию 140 000 кв.м и включает в себя 25 турбин. Совокупная мощность ветропарка составляет 100 МВт, и в перспективе он рассчитан на обеспечение электроэнергией жителей близлежащего города Нагчу с населением свыше 200 000 человек. Однако для реализации этого проекта необходимо преодолеть такие затруднения, как пониженный КПД из-за разреженного атмосферного воздуха и повышенный износ, вызванный эксплуатацией в неблагоприятных условиях. От того, насколько успешно удастся воплотить этот проект, зависит реализация подобных схем в других высокогорных районах Китая в будущем и — в потенциале — радикальное изменение энергоснабжения отдаленных территорий страны. (Согласно отчетам, по состоянию на 2023 год КНР на пять лет опережает график по достижению амбициозной цели — вырабатывать 1200 ГВт «зеленой» энергии к 2030 году.)
Стремление Китая обуздать «высотную энергию» выражается в создании еще одной конструкции, похожей на ведущую в небо лестницу зонтичного типа из сцепленных воздушных змеев в форме парашютов. Установка предназначена для улавливания мощных потоков ветра высоко в атмосфере. Сначала аэростаты поднимаются на высоту 500 метров при помощи наполненного гелием воздушного шара, после чего полностью раскрываются под воздействием ветра. Компания China Energy Engineering Group заявляет, что объем установленных мощностей составляет 2 x 2,4 МВт, при этом энергия вырабатывается с использованием ветров, дующих в диапазоне высот от 500 м до 3000 м над землей.
За последние несколько десятилетий концепция обуздания мощных ветров в струйных воздушных течениях была представлена в большом количестве проектов, а энтузиазм переживал периоды взлетов и падений. От незатейливых воздушных змеев, вырабатывающих энергию по мере того, как ветер увлекает их в небеса, после чего удерживающий змея трос наматывается обратно на катушку, до парящих на большой высоте «платформ-носителей воздушного базирования», на которых размещены турбины.
Десять лет назад использование ветров, дующих в высоких слоях атмосферы, рассматривалось как перспективный источник возобновляемой энергии. Согласно оценкам исследования, проведенного в Стэнфордском университете, количество энергии в воздушных потоках превышает энергетические потребности нашей цивилизации в 100 раз. Потенциал просто огромный.
Но при всем воодушевлении от грандиозных перспектив этого вида энергетики — и несмотря на оказанную Google поддержку проекта Makani по использованию ветрогенераторов воздушного базирования (вплоть до его сворачивания в 2020 году) — препятствия неизменно оказывались труднопреодолимыми. Изготовление троса достаточно прочного, чтобы удерживать воздушного змея, но при этом не слишком громоздкого, чтобы выработка энергии не стала чрезмерно обременительной, — это лишь одно из затруднений.
Так какие же еще идеи в благородном семействе возобновляемой энергетики готовы скрестить клинки в битве с жестокой реальностью? Или, по крайней мере, добраться до стадии пробных испытаний… Присмотритесь к этой четверке.
- Идея использования технологии солнечной башни с восходящим воздушным потоком для генерации энергии основана на одном из самых ранних изобретений человечества — возможно, не снискавшем даже малой толики заслуженной славы. Скромная дымовая труба. Разместите такую трубу в пустыне и смонтируйте вокруг нее конструкцию по типу большой теплицы — и солнечное тепло станет нагревать нижние слои воздуха внутри конструкции, в результате чего разогретый воздух устремится вверх по трубе. Если правильно подобрать температуру и параметры воздушного потока, тяга будет достаточно мощной, чтобы приводить в движение турбину, установленную в верхней части трубы. Данная идея успешно воплощена на уровне прототипов, однако все еще борется за возможность реализации в виде крупномасштабного проекта. Начальные затраты на строительство могут оказаться слишком высокими, а эффективность преобразования энергии — низкой. И это прискорбно, ведь преимуществом подобной технологии является неприхотливость к техническому обслуживанию, немаловажная для отдаленных регионов, и относительная простота материалов для изготовления.
- Солнечные панели над водными каналами. Простая технология, которая пользуется большим успехом и в настоящий момент осваивается в Калифорнии. Навес из солнечных панелей поверх водораспределительных каналов не только вырабатывает электроэнергию, но и снижает объем испарений с поверхности воды. Исследования Калифорнийского университета показали, что если накрыть таким навесом все водные каналы штата общей протяженностью 4000 миль (что само по себе задача не из легких), это приведет к экономии 65 млрд галлонов воды в год, а также повысит эффективность панелей, так они будут относительно прохладными.
- Осцилляционные водяные колонны. Идея использования энергии морских волн не нова, но в этом случае мы имеем дело с несложной конструкцией и возможностью применять небольшие и простые в изготовлении установки, чтобы обеспечить электроэнергией население прибрежных районов. Вместо того, чтобы пытаться напрямую обуздать движение волн для получения энергии, осцилляционные водяные колонны используют колебания воды, чтобы направлять воздух вверх и вниз по бетонной колонне, приводя турбину в движение. Подобную конструкцию проще изготовить, у нее меньше движущихся деталей, и она успешно прошла испытания в условиях мелководья в акватории острова Кинг-Айлэнд (Австралия), где снабжала электричеством местных потребителей.
- И наконец — ваша собственная, персональная АЭС. Не будем торопить события, но воспользуемся возможностью, чтобы вспомнить шведского изобретателя Ричарда Хандла (Richard Handl), который стал знаменит (или печально прославился) благодаря попытке построить миниатюрный ядерный реактор на собственной кухне. Он собирал небольшие порции трития, бериллия, урана и прочих радиоактивных элементов из различных источников (к примеру, необходимый ему радий он соскребал с люминесцентных стрелок настенных и наручных часов) и спекал их на собственной плите. После одного происшествия (или.. если сказать помягче… небольшого взрыва) он, будучи ответственным гражданином, не придумал ничего лучшего, чем проконсультироваться у властей, соответствуют ли его эксперименты букве закона. Неудивительно, что ответ был отрицательным. В итоге Хандл был оштрафован за нарушение Закона о радиационной безопасности. Тем не менее, следует отдать должное его креативности. Особенно с учетом того, что большую часть необходимых материалов он приобрел на онлайн-аукционе eBay.