Энергия волн

Глава 1. Как все начиналось

Стиль французского оригинала данного текста отражает величественность проекта: «La mobilite et l’inegalite successive des vagues, apres s’etre eleves come des montagnes…» Эти слова написаны 12 июля 1799 г. отцом и сыном Жерар из Парижа, подавшими первый в мире патент на проект использования энергии волн. Судьба проекта неизвестна. Идея заключалась в том, чтобы построить гигантский рычаг с точкой опоры на берегу и «телом» корабля на конце рычага, находящемся в море. Когда тело поднимается и опускается «на большую или меньшую высоту, соответствующую амплитуде волны», береговое плечо рычага, двигающееся вверх-вниз, можно было бы присоединить к помпам, к колесу с бадьями на спицах и пр. или непосредственно к мельницам, сукновальным машинам, кузнечным молотам, пилам и пр.» Приложение содержало серию красиво выполненных чертежей, изображающих плавающее судно вроде понтона или плоскодонки. Это было изобретение, аналогичное проекту составного плота, над которым сэр Кристофер Коккерель работает сегодня в Соленте.

Патент был обнаружен и переведен на английский Алленом Е. Хидденом, инженером Королевского университета в Белфасте, разработавшим новый очень перспективный тип турбины, Идея изобретения принадлежит профессору А.А. Уэллсу, члену Королевского общества, и турбина названа его именем. Мастерски сделанный перевод свидетельствует о том, что инженеры и ученые — образованные люди и даже знают иностранные языки, тогда как бакалавры искусств, кажется, иногда почти гордятся тем, что никто из них не знает, отчего крутится колесо.

Жерары не исчезли бесследно. Можно отыскать ссылки на турбину, носящую их имя, которая использовалась для усовершенствования водяной мельницы. Но должно было пройти немало времени, прежде чем инженерная техника и научный взгляд на природу волн приблизились к тому, чтобы считать волновую энергетику практической возможностью.

Это случилось спустя 174 года, тягостной зимой 1973, когда м-с Маргарет Солтер повернулась к мужу и сказала: «Хватит валяться и жалеть себя. Почему бы тебе не найти выход из энергетического кризиса?» У Стефана Солтера, инженера из Эдинбургского университета, был грипп. Арабо-Израильская война довела нефтяной кризис до критической стадии, и все сознавали, что энергия окажется весьма дорогостоящей и, возможно, дефицитной. Арабы могли бойкотировать Запад, они могли бы во всяком случае взвинтить цены и создать хаос в нашей экономике. И как это часто бывает, именно рост цен привлек к проблеме пристальное общественное внимание. Когда цена на бензин с 30 пенсов за галлон приблизилась к прогнозируемой — один фунт, до всех внезапно дошло, что дело обстоит скверно. Кризис представлял что-то большее, чем пророчества думвотчера[3] о близком конце.

Обсуждение того, насколько реален затяжной кризис, можно вести, пока не погаснет свет. Большинство футурологов обожает графики, которые экстраполируют современную тенденцию на весьма отдаленное будущее. Им не требуется, чтобы их понимали буквально. Мы знаем, что демографы не в состоянии обосновать строительство школ или предсказать рождаемость хотя бы на пять лет вперед и склонны переносить показатели последних лет на неопределенное будущее. Мы знаем, что планировщики городов могут предлагать за большие деньги людям покинуть городские центры, потому что те становятся перенаселенными, а через несколько лет призывать людей вернуться обратно. Мы знаем, что казначейство систематически ошибается в расчетах. И мы должны принять во внимание, что прогнозы расхода топлива чаще основываются на убеждении, что рост потребления будет поддерживаться сам собой на уровне 3,5%.

Но допустим, что прогнозы в любом из аспектов, который вам предпочтительней, окажутся явно ошибочными. Тогда все еще будет неопровержимым факт, что расходуется ископаемое топливо такими темпами, которые не могут неограниченно долго сохраняться. Даже если рост потребления заморозится, даже если страны третьего мира не будут промышленно развиваться, в мире в один прекрасный день не окажется нефти, угля, газа и урана. И атмосфера по мере отработки этого топлива будет загрязняться. Это обрекает десятки тысяч людей на нечеловеческие условия добычи угля под землей. Весьма вероятно, что, если такой процесс будет продолжаться, энергия станет дорогой и дефицитной. Нехватка ее будет угрожать всему — от развлекательного автовождения до работы шахтных трансмиссий. В лучшем случае придется нормировать использование энергии, в худшем — нестись вперед без оглядки и предоставить внукам разбираться в последствиях.

Почти нет сомнений, что общество предпочло бы самый легкий путь — пусть будущее само заботится о себе, — если бы выбор определялся только предостережениями. К счастью, рост цен действует отрезвляюще, делая кризис реальностью.

Важно понять значение последствий. Не будь сознания ситуации, главным образом в правительстве, поддерживаемого также общим ощущением беспокойства, случайное замечание м-с Солтер, если она действительно его сделала, не имело бы положительных последствий. Утки Солтера, если бы их когда-нибудь изобрели, пополнили бы длинный список изобретений, представленных в бюро патентов Лондона или столицы другой страны, и этим все было бы исчерпано.

Но из-за цен на нефть в 1973 г. предложение м-с Солтер по своей значительности может войти в историю, как стал историческим тот день, когда около 200 лет назад Джеймс Уатт, подметив, надо думать, что сила пара поднимает крышку чайника, принялся изобретать паровую машину. Конечно, нет уверенности, что было именно так. Авторитеты считают, что это один из тех исторических анекдотов, истинность которых неудостоверяема, подобно тому (оставаясь в рамках темы), как нет согласия в вопросе, действительно ли король Кнуд[4] верил, что волны должны ему повиноваться. Но несомненно, что м-с Солтер является матерью современных конструкций в волновой энергетике. Она — психолог, также из Эдинбургского университета, и правильно оценила реакцию мужа. Он не взорвался от бешенства, баюкая свою болезнь. Вместо этого он пораскинул мозгами и начал работать. Его жена, как впоследствии поведал он сам с оттенком сердитого юмора, выказала «черствое равнодушие» к его жалкому состоянию. «То, что она хотела, — сказал мне м-р Солтер в своей лаборатории, — было чем-то таким, что должно обеспечить обильное поступление необходимой энергии, должно быть чистым и безопасным, вырабатываться зимой в Шотландии и пребывать вовеки». И сухо добавил: «Для инженера хорошо, когда требования к проекту ясно определены». Может быть, еще лучше отметить, что начиная с того дня м-р Солтер и другие инженеры, работающие в этой области, успешно делают как раз то, что потребовала достойная леди.

Скажем яснее: мы можем оказаться на пороге новой промышленной революции, обязанной получению необходимой энергии от непрекращающегося движения волн.

Это не новая идея. С тех пор как мсье Жерар с сыном опубликовали свой проект, в одной только Англии было зарегистрировано около трех с половиной сотен аналогичных патентов.

Большая часть их, подобно схеме Жераров, базировалась на идеях, которые тогда, а многие и сейчас, были нереализуемы. Но все они внушались картиной, которую каждый мог видеть и прочувствовать. Каждый, кому приходилось стоять на палубе корабля, на пирсе или на берегу, не мог не восхищаться растрачиваемой мощью безостановочно, в бесцельном яростном возбуждении накатывающихся и обрушивающихся волн. Все с детства знают, что до паровой машины водяное колесо было основным источником энергии. Логично заключить, что водяное колесо, погруженное в океан, сможет выполнять такую же работу. Есть, однако, загвоздка: видимость поступательного движения волн обманчива, волны имеют специфический характер, который в деталях рассмотрим позже. Движение волн не похоже на поток, стекающий со склона холма в мельничный лоток и вращающий жернова. Так ведет себя лишь прилив, но с ним — свои трудности. В Англии есть только одно место, действительно привлекательное для возведения приливной плотины, и это — Северн. К недостаткам использования приливов относятся огромные затраты на капитальное строительство. Достоинство же волновой энергетики в том, что ее можно создать на модульном базисе из «грошовых кусков». А это не следует сбрасывать со счетов.

Я не хочу касаться приливной энергии, использование которой подходит другим странам более, чем нам. Равным образом солнечная энергия может быть главным энергетическим источником в странах, где больше солнца, но и в Англии она принесет пользу, если ее использовать, скажем, для подогрева воды в частных домах. Ветровая энергия предпочтительнее в странах вроде Канады, где на много миль простираются необитаемые возвышенности, но было бы ошибкой думать, что получение такой энергии когда-нибудь оправдается в британской среде: очаровательная идея насаждения ветряных мельниц в сельской местности не имеет энергетической значимости. Ветровая энергия может, как и солнечная, осветить отдельные фермы, но, если бы мы вздумали использовать ветер как основной источник энергии, понадобились бы громадные, очень шумные аэрогенераторы с горизонтальными крыльями, простертыми над нашим очаровательным пейзажем. Специалисты, полагавшиеся на ветровую энергию, думают сейчас, задним числом, высунуть свои аэрогенераторы из моря. Они пропустили свой автобус — волновая энергия уже получила поддержку правительства. Теперь уже трудно понять, зачем нужно, выходя в море, ставить там громоздкие установки для получения энергии ветра, если волны как раз и представляют собой концентрированную форму ветровой энергии.

Как же работают волны? Хорошее описание дал Уолтон Ботт, инженер-консультант агентства Кроуна, выполнивший обширное исследование о получении волновой энергии в районе Маврикия. В адресе, направленном Королевскому обществу, сказано: «Видимый эффект можно усмотреть в движении плавающей бутылки или мяча, которые при прохождении волны совершают круговое движение и возвращаются приблизительно в первоначальное положение. Я никогда не мог найти подходящую механическую аналогию, но, возможно, разглаживание складки на ковре от центра к краю у стенки ближе всего напоминает движение волны: складка движется по ковру, но каждая ворсинка остается на своем месте».

Стефан Солтер в лаборатории Эдинбургского университета

Почти очевидно, что к проблеме захвата такой энергии не могли приступить с оптимизмом до последнего времени. Попробуйте разгладить тяжелый ковер, и вы уловите суть задачи. Но это только начало. Потратив собственную энергию на выравнивание ковра, вы должны подумать, как получить ее назад и превратить в электричество. Перед вами стоит задача создания устройств размером с гигантский нефтеналивной танкер и соединения их так, чтобы они вбирали и перерабатывали энергию моря; позаботиться, чтобы их не снесло и не сломало. Они должны быть прочными и гибкими.

Для этого требуются деньги. Кто вложил бы их в такое предприятие до нефтяного кризиса? Общество вполне устраивает, что танкеры перевозят нефть на тысячи миль, терпят время от времени катастрофы и загрязняют море и берега. Оно допускает, чтобы люди проводили свою рабочую жизнь в темноте и опасности, разрабатывая угольные пласты на глубине нескольких тысяч футов под землей. Оно допускает использование капитала для самоуничтожения, использование ископаемого топлива для производства электричества.

Сэр Кристофер Коккерель, изобретатель Ховеркрафта, — еще один инженер, вовлеченный в проект. Он признает с замешательством, что пользуется нефтепродуктами для центрального отопления в своем доме. И добавляет: «Использование нефти для производства электричества — ужасно. Тот, кто живет на свой капитал, — простофиля». Печально, что позиция некоторых специалистов остается нейтральной. Известный ученый, тесно связанный с верхушкой лейбористской партии, заметил мне, что гуманистические традиции, в которых он воспитан, сейчас тускнеют. Он получил научное воспитание в те времена, когда вера в технические возможности являлась стандартом. Любая задача была разрешима. Все в мире — познаваемо. Наука владела отмычкой к дверям будущего.

Затем произошла осечка. Послевоенное поколение отвернулось от науки, и инженеры начали верить, что загрязнение среды, безработица и бедность являются естественным следствием развивающегося промышленного общества.

Они не только предсказывают катастрофу, если мы по-прежнему будем полагаться на ископаемое топливо, но, иногда создается впечатление, хотели бы вернуться к условиям, существовавшим до индустриальной революции, к идеалам Ганди, к патриархальному деревенскому быту. Они склонны пренебречь эффективностью альтернативных источников энергии, предоставляя им функции освещения и обогрева частных жилищ. Создается впечатление, что они испытывают чувство вины во всех случаях, когда машина выполняет работу, для которой прежде требовались мускулы.

Конечно, жизнь была бы приятней, если бы рев самолетов, автомобильный шум и фабричные трубы не беспокоили нас. Но еще в большей степени она окажется некомфортной, особенно для тех, кто попытался бы заменить машины ручным трудом. Этого, однако, не случится.

Мы обладаем сегодня достаточно развитой техникой, гарантирующей существование с помощью шестерен, рычагов, турбин и искусственных источников энергии. Проблема, которую нужно решить, заключается в том, чтобы получать эту энергию, не используя остатков ископаемого топлива с вытекающими из этого последствиями для потомков. Лучший путь — электрификация, но без того, чтобы выкапывать уголь и сжигать его, без того, чтобы истощать залежи нефти. Проблема заключается в том, чтобы существование продолжалось в критериях цивилизованного или, по меньшей мере, организованного общества, без загрязнения среды, общества с шансами на будущее.

Мой любимый думвотчер путешествует повсюду на велосипеде. Он возвращался домой, взбираясь по крутому склону холма, и мальчишки начали издеваться над ним. «Слезай и толкай», — кричали они. Мрачно крутя педали, он достиг вершины холма… и прибыл домой с разрывом связок. Операцию сделали в электрифицированном госпитале, со станцией, работающей на твердом топливе, которое мой друг требовал не расходовать.

Волны представляют собой лучший источник энергии. Волны пребудут вовеки. Они неустанно, безостановочно будут набрасываться на берег, на молы и волноломы и, если мы распорядимся ресурсами правильно, — на генераторы волновой энергии, которые смогут принять и трансформировать их ярость на благо всем нам.