Главная страница ИД «Первого сентября»Главная страница газеты «Первое сентября»Содержание №89/2000

Четвертая тетрадь. Идеи. Судьбы. Времена

Новая профессия вечного двигателя

Вечный двигатель, как известно, изобретают только “чайники”. Но некое подобие перпетуум мобиле – колесо с ничтожно малым трением – в недалеком будущем может стать универсальным хранилищем энергии

В свои восемьдесят лет Джек выглядит как типичный пожилой американец – энергичный, подтянутый, хорошо одетый. Почти полвека назад он начал работать экспертом аэродинамики в известной компании «Локхид» и разработал немало удачных самолетов. И сейчас он никак не может уйти на покой: до сих пор это бурлящий вулкан, радикал, ниспровергатель основ, работающий по пятьдесят часов в неделю над своим новым проектом «Летающее колесо». Он решил совершить революцию в одной из наиболее традиционных областей – отрасли хранения энергии. Примерно то же самое, что изобрести велосипед.
Тема хранения энергии на первый взгляд не слишком увлекательна. Но задумываться о ней пора, поскольку она переходит из старой экономики в новую, при этом острота ее возрастает. Полупроводниковые приборы очень плохо переносят даже незначительное колебание в напряжении питания, поэтому используются запасные источники питания, что дорого.
Автомобилестроители уже не один десяток лет разрабатывают электромобиль и никак не добьются успеха, потому что электрические батареи не могут запасать энергию, достаточную для перемещения на большие расстояния, да и заряжать их долго.
Новую экономику иногда называют «экономика всегда online», ибо она зависит от постоянного энергоснабжения. Неудивительно, что источники бесперебойного питания превращаются из экзотического сопровождения для супердорогих компьютеров в стандартное оборудование любого офиса, а особенно – активно работающего с Интернетом.
Типичный современный источник бесперебойного питания состоит из большого количества кислотно-свинцовых батарей, устройств, которые Томас Альва Эдисон мгновенно узнал бы, если бы перенесся к нам из прошлого века. Эти «пережитки прошлого» выходят из строя в течение нескольких лет, они очень ненадежны, поскольку плохо переносят слишком высокие или слишком низкие температуры. Они ломаются совершенно неожиданно, а после выхода из строя становятся кошмаром для защитников окружающей среды, поскольку содержат и кислоты, и свинец. Тем не менее ожидается, что рынок таких батарей, который сегодня составляет около миллиарда долларов в год, в ближайшие два-три года будет ежегодно увеличиваться на 10 процентов.
Фотография одной из таких батарей висит на стене Джека Биттерли. Он объясняет, что весит она более двухсот килограммов, а работает не более пяти лет. В некоторых энергетических компаниях, не включенных в единые энергосистемы стран, приходится держать по пять – десять тысяч таких батарей. «И это считается торжеством технической мысли», – закатывая глаза, говорит Биттерли.
Он показывает блестящий черный диск толщиной в 7–8 и диаметром в 25 сантиметров с дырой в центре. Диск весит 10 килограммов. Бросаются в глаза его тщательная обработка и очень правильная форма. Изготавливаются такие диски в компании Биттерли, и именно их он считает инструментом революции в накопителях энергии. Еще раз революция колеса. По мнению создателя, именно такие колеса станут источниками бесперебойного энергоснабжения.
Странно звучит: после эры высокотехнологичной электроники опять возвращается механическое колесо. Но это так, Биттерли не одинок в своих разработках, аналогичные колеса появляются по обеим сторонам океана, и одновременно идет формирование рынка. Идея предельно проста: вначале электромотор раскручивает колесо до высокой скорости, и оно крутится в специальной подвеске в вакууме, практически не теряя скорости. Когда надо извлечь из него энергию, к нему подключают электромотор в режиме генератора, и колесо отдает все, что было накоплено. У колеса есть несколько преимуществ перед батареей: возможность запасти в десять раз больше энергии (при одинаковом весе), полная независимость от температуры, возможность быстрой разрядки.
Естественно, чем больше удастся запасти в колесе энергии, тем привлекательнее оно будет. Для этого колеса надо делать более тяжелыми и заставлять их вращаться быстрее, поскольку энергия пропорциональна массе и квадрату скорости вращения. Наращивать скорость выгоднее, но с ростом скорости нарастают и проблемы: с такой же скоростью нарастают и центробежные силы, разрывающие колесо.
Это действительно сложная проблема. В каждом автомобиле есть подобное колесо, но оно крутится со скоростью всего пять тысяч оборотов в минуту. Биттерли хочет раскручивать свои колеса в двадцать раз быстрее, что порождает в четыреста раз более мощные центробежные силы. Колесо может начать разрушаться, разбрасывая осколки со скоростью в тысячи километров в час. Пока тестовые образцы Биттерли крутятся со скоростью 60 тысяч оборотов в минуту.
А начиналось все лет тридцать назад, когда известный американский физик Ричард Пост написал статью для известного популярного журнала «Сайнтифик Америкэн» о том, что новые материалы и системы управления могут полностью революционизировать идею накопления энергии в крутящихся колесах. Он предложил изготавливать колеса из углеродных волокон, которые прочнее стали, и использовать магнитные подвески, чтобы полностью устранить трение. Тогда эти идеи реализовать было нельзя.
Биттерли всегда отличала предпринимательская жилка. На паях с приятелем он приобрел лицензию на использование идей Поста, которые тот предусмотрительно запатентовал. В 1975 году родилась компания «Летающее колесо».
Сначала Биттерли пытался поставить свои колеса на автомобиль. Проект окончился неудачей.
«Летающее колесо» возродилось лишь в 1993 году при помощи известнейшего американского актера Кэвина Костнера («Телохранитель», «Танцы с волками»), который серьезно озабочен охраной окружающей среды и активно поддерживает проекты альтернативных источников энергии. «Я как будто вытянул счастливый билет в лотерею», – вспоминает Биттерли.
В 1994 году идея была предложена аэрокосмической промышленности, и ею там заинтересовались, поскольку активно развивался проект международной космической станции. Сегодня в фирме Биттерли трудятся шестнадцать человек, финансирует ее исключительно Кэвин Костнер. Космическое будущее для колес было выбрано их родителем отнюдь не случайно: если колесо сможет успешно, надежно и безопасно работать в сложнейших условиях космической станции, то уж на Земле ему найдется множество применений. На космической станции должно быть несколько тонн никель-водородных батарей. Биттерли предлагает заменить их на 192 колеса, которые меньше весят, а работают дольше. Пока американское Национальное агентство космических исследований НАСА выделило Биттерли три миллиона долларов на разработку и создание модели колеса. Первые тесты на орбите намечены на 2005 год.
Главная проблема – безопасность колеса, поскольку его поломка на орбите может иметь катастрофические последствия для всей станции. Поэтому сейчас особенно интенсивно обсуждаются и исследуются проблемы поломок. Эксперты говорят, что разрыв углеродного колеса существенно менее опасен, чем стального.
А вот другая компания, занимающаяся летающими колесами, «Beacon Power», пошла иным путем: она стала делать более тяжелые колеса. Размещать их планируется под землей и использовать в качестве резервного питания для телефонных кабелей и беспроводных сетей. И это уже не фантазии: работающие колеса тестируются в компаниях «Bell Atlantic», «Century Communications» и «Telcordia Technologies». Энергокомпания из Сан-Диего уже заказала два колеса, а сто более мелких будут обеспечивать резервное питание для телефонов в пятнадцати тысячах домов в Мексике, поскольку из-за жаркого климата батареи работают там очень плохо.
Первый прототип колеса «Beacon» был поставлен в небольшую компанию кабельного телевидения в Небраске, руководитель которой, Билл Бауэр, является большим поклонником нового метода. По его мнению, в США есть рынок для десяти – двадцати тысяч таких колес и новый метод хранения энергии может стать самым эффективным в наступившем столетии.

А.Семенов

Ваше мнение

Мы будем благодарны, если Вы найдете время высказать свое мнение о данной статье, свое впечатление от нее. Спасибо.

"Первое сентября"



Рейтинг@Mail.ru