Текст книги "Энергия волн"
Автор книги: Дэвид Росс
Жанр:
Технические науки
сообщить о нарушении
Текущая страница: 7 (всего у книги 9 страниц)
Глава 7. Корабль со сломанной кормой
Сэр Кристофер Коккерель уже внес свой вклад в словарь: он является изобретателем Ховеркрафта. Внешне он может служить тем типом провинциала, который ненавидит государственную службу и обожает частную инициативу. Однако он первый дал толчок самой революционной идее в области волновой энергетики. Он первый заговорил о том, что новое направление необходимо связывать с широкой программой обеспечения занятости в судостроительной промышленности и использования там общественных фондов. Письмо, посланное им в «Таймс», осталось практически незамеченным: никто из влиятельных фигур в этой области не обратил на него внимания. Оно было опубликовано 21 декабря 1976 г., когда инженеры и ученые слишком заняты приобретением рождественских подарков, чтобы внимательно просматривать газеты. Он писал: «Мы имеем небольшую, застывшую и заброшенную программу развития некоторых новых источников энергии, рассчитанную на тридцатилетний период; между тем мы ежедневно слышим, что рабочим кораблестроительной промышленности, строителям нефтяных сооружений и электростанций не хватает работы. Разве это не служит достаточным основанием для того, чтобы, создав широкую программу развития солнечных, ветровых и волновых энергетических установок, скорее возродить к жизни эти отрасли, спасти людей от нищеты и непродуктивных затрат, вызванных безработицей? Вспомните изумительную всесокрушающую программу «Спитфайр»[26]26
["«Спитфайр» – истребитель времен второй мировой войны
[Закрыть]. Это могло бы возродиться снова, если мы этого захотим. „В делах людских бывает прилив, влекущий их к счастью”».
О публицистическом таланте Солтера не приходится упоминать, но сэр Кристофер и сам мог упустить свой прилив, выбрав время для статьи столь неудачно; он, однако, отыгрался, спустив на воду энергетическое устройство значительных размеров. 19 апреля 1978 г. он установил в Соленте модель плота в масштабе 1/10, которая с тех пор выдает электроэнергию мощностью 1 кВт от волн, длина которых примерно в 10 раз меньше длины волн открытого моря. Полномасштабный генератор длиной около 100 м давал бы устойчиво 2 МВт, а цепочка плотов протяженностью 15 миль составила бы эквивалент электростанции мощностью 500 МВт.
Сэр Кристофер, приняв меня в своем доме в Саутгемптоне, рассказал, что побудило его заинтересоваться волнами. Волны представляли угрозу для Ховеркрафта, в процессе поисков пути, который бы уменьшил неприятности, он осознал их мощь. Бросая в воду камни и наблюдая расходящиеся круги, он размышлял, как получить энергию от волн, сходящихся к точечному объекту. И додумался до сооружения, которое, как он сказал, «должно напоминать корабль со сломанной кормой. Кораблестроители проектируют суда, чтобы такого не случилось. Мы же оттолкнулись от противоположной идеи».
Сооружение, известное как плот Коккереля, представляет шарнирную цепочку понтонов. Для удобства все зовут ее «плот». Первоначально полагалось, что отдельный модульный плот составят семь понтонов. Брайен Каунт, специалист по инженерным расчетам в Марчвудской лаборатории Электроэнергетического управления, сумел показать теоретически, что связка из меньшего числа понтонов будет эффективнее. В настоящее время модульный плот составляют три, иногда даже два понтона. Проектная линия из таких модулей может достигать 1000 км.
Плот принимает очертания поверхности моря. Передний понтон свободно движется вверх и вниз, подчиняясь колебаниям волн. Движения второго понтона более ограничены, ибо поверхность воды под ним становится более пологой, после того как большую часть энергии волны перехватит первый понтон. Третий понтон в цепочке вдвое длиннее первых двух и относительно устойчивее. Таким образом, трио движется в различных фазах, что составляет функциональный принцип конструкции[27]27
Более точно, работа плота основана на относительных поворотах смежных понтонов. – Прим. Ред.
[Закрыть].
Сэр Кристофер Коккерель
Каждое шарнирное крепление через два длинных шатуна и специальные рычаги соединено с поршнями внутри гидравлических цилиндров. Движение плота заставляет поршни двигаясь вперед и назад перекачивать жидкость в изолированной замкнутой системе. Через невозвратный клапан жидкость попадает в трубопровод. Жидкость перекачивается через четыре патрубка и под низким давлением поступает из резервуара под поршень, а под высоким давлением подается с рабочей стороны поршня в трубу. Протекая по трубе, она попадает на гидравлический мотор. В отличие от гидравлического насоса, более знакомого большинству, который выбрасывает жидкость, гидравлический мотор сам работает под действием потока. Свою энергию он передает генератору, вырабатывающему электричество.
Сэр Кристофер относится к гидроэнергетике без энтузиазма. «Люди, на попечении которых все это окажется, – говорит он, – будут не высококвалифицированными гидравликами в белых костюмах. Поэтому хотелось бы, чтобы система, как и старые паровые двигатели, была простой в эксплуатации. Все, что для них требуется, – это гаечный ключ; что же касается гидравлической системы, то и песчинка может вывести ее из строя. Решает практика. Лучше пользоваться примитивнейшей техникой, если она надежнее».
Сэр Кристофер затрагивает актуальный вопрос. Инстинктивно он за механическую систему и, подобно многим, полагает, что с гидравлическими силовыми установками не все благополучно. Обращаться с ручным тормозом в старинных автомобилях было значительно проще, чем с современной гидравлической системой. В гидравлических устройствах возникает задача борьбы с перегревом. Однако при огромных электрогенераторах, рассматриваемых здесь, использование механических передач сопряжено с большими трудностями.
Требуется нечто вроде охладителей, используемых на плотах, чтобы снимать теплоизбытки в гидравлических передачах. В существующих моделях рабочая жидкость охлаждается в резервуаре, объем которого втрое превышает емкость остальной системы, однако полномасштабный плот потребует значительно большего объема охладителя, что приведет к конструкторским трудностям. Можно попробовать использовать в качестве рабочей жидкости саму морскую воду, по мере нагрева заменяя ее холодной.
Один из технических сотрудников сэра Кристофера, Мишель Урвин, развивает эту идею. «Рабочая жидкость используемая в гидросистемах, подобно тормозной жидкости, много эффективнее воды и поэтому используется в модели. Но в реальной ситуации с полномасштабными генераторами небольшое уменьшение эффективности не будет играть роли. В условиях бурного моря такие менее эффективные системы могут в известном смысле обладать преимуществом».
Сэр Кристофер оставляет открытым вопрос относительно конструктивных особенностей станций. «Мы изучаем, следует ли выносить насосы наверх, – говорит он, – что имеет свои достоинства и недостатки. Следует учесть и условия эксплуатации. Что предпочтительнее: иметь внутреннее помещение вроде машинного отделения на корабле либо вынести насос в надстройку?»
В модели работающие элементы находятся снаружи. Это вынужденная особенность конструкции, поскольку плот слишком мал, чтобы содержать внутреннее «машинное отделение». Весьма вероятно, что, если реальный плот будет иметь закрытое помещение, расположенное частью ниже ватерлинии, условия для эксплуатации и ремонтных работ будут более удобными. Необходимо также иметь вертолеты либо рядом на берегу, либо на палубе плота для эвакуации персонала в случае шторма.
Одна из стоявших ранее проблем кажется сейчас менее неприятной. Это опасение, что в бурном море передний понтон перевернется. Испытания однако показали, что гидравлическая система демпфирует колебания плота, поэтому опрокидывание передних понтонов маловероятно.
Корабль со сломанной кормой. Плот Коккереля в Соленте, масштаб 1/10.
Для плота и других плавучих конструкций основной проблемой является их заякорение. Солентская модель удерживается на месте четырьмя гибкими связями. Здесь якорное раскрепление требует большей эластичности, чем на глубоком море, ибо на глубинах 8-10 м приливная волна, достигая 3 м, относительно велика. В открытом море эта проблема менее серьезна. Пятидесятиметровые канаты прикрепляются к бетонному 136-килограммовому блоку, который колеблется на поверхности моря. Бетонный блок крепится десятиметровой цепью к якорю, весящему 180 кг. Такая система удерживает плот на месте; различие в колебании отдельных его элементов используется для выработки электроэнергии.
М-р Урвин говорит, что первоначально планировалось установить плот в 50 км от берега, где волнение более соответствует такой конструкции. На мелководье, говорит он, высота волн возрастает, а длина их уменьшается. Плот эффективнее всего, когда его длина близка к длине волны. Поэтому инженерам больше нравятся стометровые волны, период которых около 8 с, а высота 10-12 м. На таких волнах эффективность плота достигает 100%, не считая потери 10% на генерацию и передачу электроэнергии.
На более длинных волнах эффективность плота уменьшается, но количество энергии на выходе может сохраняться. В случае, когда волны очень длинные, энергия не вырабатывается, ибо тогда все три понтона представляют собой единый поплавок и приводы в шарнирных сцеплениях неподвижны, но это бывает крайне редко.
Проблема выживания конструкции в открытом море является в данном случае, как и для всех волновых генераторов, главной. М-р Джим Плате, один из старших инженеров проекта, излагает вопрос так: «Среднее море оплачивает счета. Экстремальное море их предъявляет. Если бы нашлось море с невысокой средней интенсивностью волнения и с еще более низким значением экстремальной интенсивности, проект мог бы стать дешевле». Он считает, что если море приносит более 50 кВт/м, основной проблемой становится надежность устройств, ибо в этом случае оказывается затруднительным воспринимать и перерабатывать энергию гигантских волн. В открытом море за Гебридами возможны ситуации, когда средняя суточная мощность составит 1000 кВт, а средняя в минуту – до 10000 кВт. Никто не возьмется за разработку устройств, противостоящих таким гигантским волнам.
Одно из преимуществ плота заключается в том, что он позволяет большим волнам перекатываться через себя – в этом отношении он похож на Кон-Тики, не имевшего надводного борта. Ни одно другое сооружение не обладает такой особенностью, за исключением, в некоторой степени, утки. Полной противоположностью является Гис-выпрямитель, который функционально приспособлен к прибрежным условиям окраинных морей: конструкция стоит на твердом основании и испытывает воздействие волн, деформированных под влиянием пологого морского дна. У таких волн меньшая длина и большая высота. Команда Коккереля сравнивает Гис-выпрямитель с многоэтажным домом, возвышающимся над водой, тогда как линия плотов более напоминает растянутый район разбросанных одноэтажных зданий.
Так может выглядеть плот Коккереля.
По мере изучения проектов становится все очевиднее, что каждому типу устройств отвечает свое местоположение в море. Утка Солтера должна, по-видимому, встречать бурные волны за Гебридами, плот Коккереля может функционировать в средней части моря, Гис-выпрямитель – стоять в прибрежной зоне и воспринимать притихшие, менее продуктивные волны, а осциллирующий столб, размер которого можно варьировать – от небольшой навигационной установки до гигантского сооружения массой 20 000 т, – представит собой конструкцию, приспособленную к различным условиям.
Возможно, не случаен тот факт, что сэр Коккерель оказался первым человеком, получившим электричество от британских волн. В этом инженере есть пиратская жилка. Он первым отправился повидаться с м-ром Гудвином в министерство энергетики – это было «до того, как поднялись цены на нефть, и затея выглядела не жизнеспособной». Но он стал действовать, вложив в дело собственные средства. Сэр Кристофер посетил Британскую ховеркрафтскую корпорацию и там скрепя сердце согласились на постройку лабораторной модели. Затем он заинтересовал некоторых друзей из строительной фирмы «Клиффорд и К°», около Саутгемптона. Столь необычно была основана компания, названная «Волноэнергетика».
Он говорит отрывисто: «Каков фондовый капитал Центрального электроэнергетического управления? 30 000 миллионов фунтов или добавьте к этому еще один нуль. Денег так много, что можно реально двигаться вперед и установить не одну такую штуковину. Мы не ограничиваем покупательную способность на автомобили и телевизоры. Нельзя допустить, чтобы это осталось частной инициативой. Не существует художественной школы, состоящей из одного художника (сэр Кристофер – попечитель Национальной портретной галереи и обеспокоен тем, что не предпринимаются достаточные меры для ограничения развития живописи).
Волновая энергетика имеет особое преимущество: она не требует постоянной стандартизации. Железнодорожная система, например, устанавливает шаблон намертво. Волноэнергетические устройства могут составлять модифицированную последовательность в рамках одной идеи. Поскольку конструкция может совершенствоваться, варианты будут меняться снова и снова. Можно заменить первоначальный вариант, скажем, на конструкцию №7. Это восхитительная черта проекта.
Мы знаем, что процесс производства можно наладить. Вопрос в том, будет ли он надежен? Во сколько обойдется содержание? Ответы предположительны. Устройства не статичны. Они живут в дьявольской среде. Сведения об их надежности недостаточны. Взгляните на современную технику. Конструкторы должны иметь четыре прицельных выстрела, прежде чем получить шанс поразить цель в металле. У них должна быть возможность сделать ошибку. Подумайте о коррозии, истираемости материала, штормах, содержании установок, вспомогательной системе и пр. Мы будем совершать ошибки. Они всегда совершаются. Нужно разрешить прицельный огонь!
Было бы фатальным свести проект к работе одной группы над одним типом конструкции, т.е. рационализировать работы, как выражаются эксперты-бухгалтера. Это было бы неверно. Ни одна приличная идея не родится лишь от одной схемы. Но государственные служащие так наивны. Эти ребята не любят ставить кляксы на своих бумагах. И вообще безопаснее не высовывать нос слишком далеко. Я борюсь не с ними. Положение вещей само по себе порождает определенные следствия, не благоприятные для новых проектов».
Он сделал исключение для Руководящего комитета по волновой энергетике в Харуэлле и его технических консультативных групп.
«В Харуэлле чувствуешь себя как дома. Они хотят, чтобы работа делалась хорошо и обходилась по возможности дешевле. Они побывали в положении антрепризы и знают, что неопределенность стоит денег. Мой опыт с ортодоксальными учреждениями свидетельствует в пользу Харуэлла.
Сегодня в мире еще есть ископаемое топливо – это все равно что в кладовке у м-с Тэтчер достаточно бакалеи, которой она может распоряжаться по своему усмотрению. Когда топливо кончится, будет поздно оправдываться отсутствием ассигнований. Использовать нашу нефть для выработки электроэнергии – ужасно. Мы проматываем богатства страны. Тот, кто живет на свой капитал, – простофиля. И не имеет значения, насколько правильны предсказания относительно отрезка времени, имеющегося в нашем распоряжении. Когда время истечет, мы обанкротимся».
И затем, обратившись ко мне со старомодной учтивостью, он спросил: «Когда начнется топливный кризис, не будем ли мы так затянуты в ЕЭС[28]28
ЕЭС – Европейское экономическое сообщество. – Прим. пер
[Закрыть], что они потребуют половину нашей добычи нефти? Они уже достигли того, что отбирают половину нашей рыболовной добычи…»
Великолепный, очаровательный старый джентльмен с образом мыслей молодого радикала.
Глава 8. Утка, не желающая улечься
Герой этой истории – Стефан Солтер. Он хороший человек, а хорошего человека, как говаривали даже в добрые старые времена, найти нелегко. Когда я года два назад, соприкоснувшись с идеей волновой энергетики, впервые попал в его лабораторию в Эдинбургском университете, он сразу понял, что имеет дело с профаном. Он изрыгнул несколько математических формул, бросил саркастический взгляд и, всучив пачку документов, оставил меня на попечение своего помощника Дэвида Джеффри, который был терпимее. Никто не мог бы обвинить Солтера в терпимости. Это высокий, худощавый человек, напряженно переживающий и, по Луи Арагону, страдающий в поисках абсолюта. Зигмунд Фрейд определял такое состояние как фанатизм. Солтеру оно требовалось. Человек, не обладающий такой смесью воображения и решительности, не смог бы проявить выказанной им стойкости. В одном документе в апреле 1976 г. он характеризует суть дела превосходной фразой, значение которой до сих пор недостаточно осознано иными экспертами, оценивающими проект: «Эффективность не имеет значения, когда за волны платят боги». Эти слова следует начертать на стенах штаб-квартиры Центрального электроэнергетического управления.
Он обладает чувством юмора. Описывая свою первую попытку получения волновой энергии, он говорит, что напрашивающееся устройство походило на смывной бочок с поплавком, прыгающим вверх-вниз. Оно захватывало около 15% доступной энергии. Затем установка подводных поршней повысила эту цифру до 60%. Некоторые следующие усовершенствования оказались неэффективными, ибо допускали отражение волн. В конце концов он нашел конструкцию утки, которая забирала до 90% энергии. С этого все началось.
Его критики многочисленны. Как сказал м-р Гудвин (см. гл. 5), Солтер склонен оставлять в дураках людей, технические средства которых превышают его собственные, а это «производит на них впечатление, но не делает из них друзей». Солтер наделал себе врагов.
Мне, например, сказали, что его рекомендуют как «доктора», хотя он не защищал диссертации. Дело в том, что одна газета ошиблась, а другие – повторили ошибку. Многие газетчики рассердились, узнав, что какой-то усердный осел, просмотрев газетные вырезки, сделал «исправление» в их тексте, чтобы не обидеть ученого. Газета есть газета. В ней трудно подчистить помарку. Но Солтер не реагирует на такие вещи.
Мне говорили также, что он всего лишь любитель, без академического образования. «Он начал как подмастерье и воспользовался оборудованием Эдинбургского университета», – сказал один из его критиков. Другой заметил, что он воспользовался обстоятельствами, имея доступ в университетские лаборатории и привлекая студентов к работе бесплатно во время перерыва на ленч. Чтобы разобраться во всем, мне, очевидно, стоило съездить еще раз в Эдинбург.
Я позвонил м-ру Солтеру, и на этот раз реакция его была иной. «А, – сказал, он, – вы написали статью в «Сэнди экспресс». Приятно увидеть в газете что-то точное». После этого мы нашли общий язык.
Он действительно начал подмастерьем – с британского Ховеркрафта в фирме Коккереля на острове Уайт, «Я начинал с самого дна, – сказал он, – обучаясь пользоваться напильником, и в конце концов узнал не меньше, чем в Кембридже». Там он получил диплом физика и первоклассную математическую подготовку, что позволило ему стать профессиональным инженером (это, между прочим, существенная трудность при подготовке специалистов. Обычно выпускники-инженеры имеют нулевой математический уровень, что ограничивает их возможности в любой области техники).
Эдинбургский опытный волновой бассейн.
Некоторые колкости по поводу образования Солтера основаны на недоразумении: по окончании Кембриджа он получил ученую степень бакалавра искусств и затем магистра искусств, что позволяет предположить, будто он занимался английской литературой.
Он окружил себя командой энтузиастов в возрасте от 17 до 34 лет. Один из них, Глен Келлер, американец, который изучал инженерную океанологию в Массачусетском технологическом институте. Когда Солтер сделал там доклад, Келлер попросил подключить его к эдинбургскому проекту после окончания института, через год написал Солтеру и был принят на работу. Солтер настаивал на соблюдении формальностей. Он не вербует рекрутов, а нуждается в людях, которые хотят работать с ним.
Как-то он заметил, что его идеальный сотрудник должен быть специалистом в физике, электронике, кораблестроении, сопротивлении материалов, биологии (по моллюскам), программировании, метеорологии, экономике и в сфере общественных отношений. В последней области Солтер сам обнаружил несомненный талант. Он создал коллектив энтузиастов. Его секретарь мисс Джейн Ричмонд увлечена проектом как любой инженер, и даже по дороге в столовую, когда вся группа идет на ленч, работа не прерывается.
Последним их достижением было создание опытового бассейна из стекла и бетона 30x12 м. Последняя гайка была закручена к рождеству, что было рождественским подарком Солтеру (и его жене). Модель стоила 100000 фунтов и вмещала 100 000 галлонов воды – фунт за галлон, как раз столько, сколько скоро будет стоить нефть, если мы не увеличим свои энергетические ресурсы.
Модель является наиболее совершенной из всех ныне существующих, созданных для изучения энергии волн[29]29
Опытовые бассейны, в которых могут воспроизводиться различные режимы волнения, в настоящее время есть во многих крупных гидродинамических лабораториях, связанных с исследованием мореходных качеств судов. Нерегулярное трехмерное волнение создается пластинчатыми волнопродукторами. Высота волн при этом до 0,4 м. Размеры бассейнов составляют десятки и сотни метров. – Прим. ред.
[Закрыть]. Говорилось, что такую модель будет невозможно создать. Вдоль одной стороны бассейна расположено 89 волнопродукторов – желтых лопастей – каждый с собственным пультом управления, разработанным м-ром Джеффри. По команде оператора лопасти могут выдвигаться вперед с различной силой. Над каждой лопастью установлены коммутационные щиты и каждый содержит 14 различных схем управления со своими сопротивлениями и конденсаторами. Сложная электронная схема щита напоминает устройство радиоприемника, стереоусилителя либо телевизора. Управление каждой волной требует индивидуальной схемы. Это значит, что 1246 различных схем собрано и соединено в единую систему умелыми руками м-ра Джеффри и семнадцатилетнего студента Яна Янга, на что ушло два месяца безостановочного преданного труда.
Результат вызывает восхищение. Вообразите, оператор нажимает серию кнопок либо накладывает на пульт заготовленный шаблон, чтобы задействовать определенную комбинацию кнопок, оставив остальные нетронутыми,– и медленно движущиеся в водоеме волны с интервалом несколько секунд воспроизводят волнение при разгоне 160 км и скорости ветра 30 узлов. В обычном бассейне волны, достигнув противоположной стенки, отражаются от нее (так было бы и со звуковыми волнами). В реальных условиях волны оканчивают свою жизнь, обрушиваясь на берег, и отдают ему энергию. Очевидно, в мо дели следовало воспроизвести естественный берег; его сделали из густого частокола двухметровых стальных столбов, вроде той щетки, которой моют тарелки. Приходящие волны теряются в этом стальном лесу, оставляя свою энергию. Здесь стоит гул от волновой бомбардировки и потому линия уток в масштабе 1/150 производит поразительное действие: отделяет «штормовую» зону от неподвижной полоски воды – эффект, который Солтер демонстрировал ранее в небольшом лотке.
Однако в реальном море волнение не носит столь регулярного характера. Волны там, движущиеся в различных направлениях и с различным периодом, настигают одна другую под разным углом. Вопрос, на который ответ еще не найден: что произойдет с волноэнергетическими генераторами в бурном море, когда разнообразие импульсов, требующих восприятия и переработки будет буквально бесконечным. И вот здесь-то электроника показывает, на что она способна. Пульт управления, получив инструкции от компьютера, устанавливает определенный режим работы лопастей. За несколько секунд состояние поверхности можно резко изменять от легкой зыби до жестокого шторма. Волны перекрещиваются, разбиваются о «берег», образуют отдельные горбы, движущиеся в разных направлениях. Группа Солтера утверждает, что можно воспроизвести любой волновой спектр.
Это приводит к двум результатам: можно видеть, как энергия волн зависит от частоты и как будут работать утки в условиях, соответствующих мощности энергетического потока 500 кВт/м, – «сорт моря, в котором мы хотим выжить», как определил это м-р Келлер. Группа Солтера планирует установить на общем многозвенном опорном валу связку из 20-30 уток, сделанных в масштабе 1/150, и изучить их поведение. Диаметр самого опорного вала при этом лишь 10 см. Масштаб более крупных моделей, испытывавшихся на озере Лох-Несс, 1/15, диаметр вала соответственно 1 м. Диаметр в прототипе утки, как говорилось, будет составлять около 15 м. Добавив мысленно еще бетонный клюв, двигающийся на волнах, как поплавок, можно представить себе вид этой тридцатиметровой конструкции.
Если расчеты оправдаются, на одном опорном валу разместится 20-30 уток на некотором расстоянии друг от друга. Длина одной энергетической установки будет, по-видимому, около 1200 м – почти миля, – мощность от 30 до 50 МВт. Глядя на модель и оперируя этими переходными коэффициентами, начинаешь представлять размеры чудовища, о котором идет речь. И уже не трудно понять, что необходима смесь гения и лунатика, чтобы упорно доказывать чиновникам правоту своих слов.
Волна набрасывается на модель утки в масштабе 1/50 и оставляет за ней спокойную воду. Энергия абсорбирована.
Солтер сохранял уверенность и спокойствие во всех перипетиях своей деятельности. Он не пытался обойти трудности и с готовностью признал справедливость критиков, утверждавших, что утку нельзя создавать из «грошовых кусков», – идея, которая дает определенные преимущества Коккерелю и некоторым другим. Нельзя экспериментировать всего с одной уткой в море, подобно эксперименту с плотом или осциллирующим водным столбом. Утки должны составлять цепочку из 20-30 штук, чтобы нагрузки на опорный вал, когда волны падают на различные элементы, осреднялись естественным образом. По этому поводу солтеровская команда выдвигает следующие соображения. Они верят, что устройство будет функционировать даже в самых жестоких морских условиях. Поскольку устройство весьма специализировано, имеются свои трудности в его создании и эксплуатации. Но сконструировано оно так, чтобы уцелеть в любых условиях, ибо его наибольшая часть – подвижна. Лишь опорный вал, связывающий цепочку уток, остается относительно неподвижным, тогда как сами утки подчинены движению моря. С плотом имеет место прямо противоположная ситуация: третий в тройке понтонов вдвое превосходит размерами, каждый из остальных, и именно этот наибольший элемент связки остается неподвижным. Что же касается осциллирующего столба, то все сооружение должно быть неподвижным, чтобы обеспечивать максимальное относительное движение воздушного пузыря. Поэтому следует учитывать, что лишь утки могут выжить за Внешними Гебридами и стать самым эффективным источником энергии, хотя их создание и обслуживание выдвигают собственные задачи, тогда как другие устройства себя лучше чувствуют в более спокойных местах, производя меньше электричества, но зато и обходясь дешевле[30]30
Приведенные соображения о сравнительной прочности различных конструкций носят умозрительный характер. Колебания уток на валу несколько уменьшают вертикальные нагрузки, но не снижают горизонтальных усилий. При высоте волн 10 м величина динамических нагрузок на погонный метр вала может достигать многих десятков тонн. Серьезность проблемы нельзя недооценивать. – Прим. ред.
[Закрыть].
Другим достоинством является то, что легче наладить массовое производство уток, чем других устройств. Изготовление утки как элемента конструкции сравнительно экономично. Один осциллирующий столб, скажем, эквивалентен связке из 15 уток (или трем плотам). Огромная башня осциллирующего столба предназначена для вращения одной турбины. Каждая утка приводит в движение 6-10 насосов, связанных с турбиной, – и никаких бетонных башен, противостоящих натиску моря.
Как будет работать утка? Большая часть устройства будет изготовлена из армированного бетона. Внутри опорного вала диаметром 15 м и длиною около мили располагаются центробежные насосы. Полезная энергия вырабатывается за счет поворотов ныряющей части конструкции – клюва утки – относительно опорного вала. Чем больше повороты опорного вала вслед за уткой, тем меньше доля улавливаемой энергии. Если же вал не будет поддаваться вовсе, он сломается. Как говорит Глен Келлер, «утки пытаются привести в движение вал, когда волны ударяют в них. Если вал достаточно длинный, с большим количеством нанизанных уток, то средний крутящий момент, действующий на него, должен быть небольшим». Это напоминает двух людей равной силы, которые, поставив локти на стойку бара и соединив ладони, стараются уложить руку противника: ладони их неподвижны, среднее усилие равно нулю; но на этом сравнение заканчивается, ибо каждая утка приводит в движение насос внутри вала. Насос выталкивает жидкость, заставляя ее циркулировать в замкнутой системе и вращать турбину, установленную между утками и приподнятую над поверхностью моря для облегчения операций, связанных с ее обслуживанием.
Вся система уток должна соединяться на манер лампочек на рождественской елке, когда перегорание одной из них не выводит всю гирлянду из строя.
В варианте вращения генератора напрямую от уток вращение было бы слишком слабым. Чтобы ускорить движения, потребовался бы пятнадцатиметровый передаточный механизм; надежность его основывалась бы на таких факторах, на которые нежелательно полагаться.
Одним из ключевых допросов, ждущих разрешения, является соединительный опорный вал. Помимо крутящих моментов, связанных с работой центробежных насосов, он будет испытывать разнообразные изгибающие воздействия и удары волн. Если вал будет совершенно жестким, он лопнет, хотя создать его, очевидно, было бы легче. Между звеньями-секциями должны быть шарниры, несмотря на то, что гибкий вал будет особенно уязвим в местах соединений.
М-р Ричард Джеффрис, специалист по гидродинамике, уделяет особое внимание эффективности поглощения энергии при различной степени морского волнения. В еще большей степени этот вопрос занимает исследовательскую группу, работающую над осциллирующим столбом в Национальной инженерной лаборатории. С их точки зрения, получать энергию рациональнее небольшими порциями, но в широком спектре волнения, чем «все 100%», сконцентрированные в узком диапазоне волн. Действительно, в случае с осциллирующим столбом можно увеличить эффективность, воспринимая волны различного направления. Но для любой конструкции, какой бы она ни была, необходимы устройства, принимающие и передающие поток энергии настолько непрерывно по спектру волнения, насколько это возможно, пусть даже за счет снижения эффективности.
Точка зрения м-ра Джеффриса по этому вопросу, применительно к уткам, состоит в следующем: «Можно изготовить утку, которая будет очень эффективна в некотором диапазоне периодов волн, но в других случаях она будет бездействовать. (Этот диапазон включает периоды 5-15 с.) Утку можно настроить и на более широкий спектр частот, в ущерб ее оптимальным свойствам на пике. Мы думаем, что предельный уровень мощности, который утка способна воспринять, составляет 100 кВт/м. Но если на нее обрушивается 2 МВт/м, а эффективность ее в таких условиях равна лишь 5%, то она и здесь воспримет свой максимум – 100 кВт/м.»
