Энергия волн

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]. 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].

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], 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.