Как могут измениться солнечная и ветряная энергетика

Космическая солнечная энергетика и дроны-ветряки — многообещающие проекты по замене нефти и газа.

Людям свойственно задумываться о будущем: представлять себе, как изменится их собственная жизнь и наш мир в целом через десятилетия и столетия. Обычно в своих предположениях мы отталкиваемся от того, что для нас актуально сейчас — чаще всего, от проблем современности. Например, от тех, что связаны с исчерпаемостью нефти и газа — основных на сегодня источников энергии.

Поиском альтернативных источников среди прочих занимается группа немецких ученых, выступавших на 34-м конгрессе хакеров Chaos Communication Congress. Они рассказали о том, каким видят идеальный источник энергии — он должен:

• существовать как можно дольше;
• не вредить природе;
• быть доступен всегда и везде;
• приносить экономическую выгоду при разработке с помощью уже имеющихся технологий.

Аня Кофельдт (Anja Kohfeldt) и Штефан Юнк (Stefan Junk) предполагают, что будущее за солнечными станциями на околоземной орбите, а их коллега Кристоф Сиг (Kristoph Sieg) уверен, что сегодняшние электростанции рано или поздно заменят беспилотники, собирающие энергию ветра. Давайте вслед за ними посмотрим на перспективы этих видов энергии.

Первая альтернатива, о которой говорили на конгрессе, — солнечная энергия, но не совсем та, которой пользуются уже не один год: ученые предлагают вынести солнечные батареи за пределы нашей планеты, на низкую орбиту. Это разом решит массу проблем, которые сейчас мешают использовать Солнце на полную: в космосе не бывает облачно, электростанцию можно поместить над любой точкой земного шара (а значит, не придется создавать инфраструктуру для передачи энергии с места на место на Земле) и выбрать ее положение так, чтобы она могла работать круглосуточно. А передавать энергию на поверхность можно будет с помощью микроволнового луча.

Правда, у этой системы есть и недостатки. Во-первых, огромные затраты на запуск — по предварительным подсчетам, строительство и вывод на орбиту обойдутся в десятки миллиардов (!) долларов. Во-вторых, придется постоянно корректировать ее орбиту, чтобы компенсировать притяжение Луны и другие воздействия, а это хлопотно и тоже недешево.

А самое сложное — это передача энергии: чтобы сформировать микроволновый луч и передать его на Землю, нужно поместить в космосе огромную, примерно километровую антенну, а на земле — приемник еще больше, целых пять километров в диаметре. При этом ошибка в наводке луча грозит катастрофой: он легко изжарит все живое на своем пути. Пугающая перспектива — даже если думать только о возможных ошибках в расчетах, а не о том, что кто-то может решить использовать этот луч как оружие…

Несмотря на все недостатки, к перспективе создания подобной электростанции уже присматриваются целых три космических агентства — американское NASA, японское JAXA и китайское CNSA. Исследования ведутся, технологии улучшают — а значит, в будущем все может измениться.

Впрочем, ученые предложили и другую альтернативу нефти, газу и атомной энергии — и она кажется гораздо более реальной. Идея в том, чтобы улучшить ветряные электростанции, используя вместо громоздких и неэстетичных ветряков беспилотные самолеты — дроны, которые будут привязаны тросами к наземной станции.

Если вы обращали внимание на существующие ветряки, то могли заметить, что они нередко стоят без движения. Дело в том, что на высоте типичного стационарного ветряка движение воздушных масс очень нестабильно. Использование беспилотных летательных аппаратов позволит подняться на высоту от 200 метров до километра. А в в той или иной части этого коридора ветра дуют постоянно и повсеместно.

Сам электрогенератор можно установить как на дроне (и вырабатывать электричество от вращения его лопастей), так и на наземной станции (и получать энергию за счет того, что под действием ветра дрон будет постепенно вытягивать трос). Получается источник энергии, близкий к идеалу: он доступен всегда и везде, не вредит природе, и для его эксплуатации не нужно дорогостоящих разработок.

Первые проекты подобных электростанций предлагали еще в 1970-х. Однако задача автоматического управления таким непредсказуемым процессом, как полет по сложной траектории на сравнительно небольших высотах, требует серьезных вычислительных мощностей. Компьютеры, которые обладают нужной мощностью и в то же время достаточно компактны для небольших летательных аппаратов, появились только в последние годы.

Теперь же идея развивается стремительно: программное обеспечение для беспилотников разработали на базе открытой платформы и выложили в Интернет, чтобы его — как и конструкцию самих дронов — могло проверить в деле и доработать как можно больше людей. Если у вас есть силы, время и желание разбираться в вопросе, вы можете пополнить число испытателей. Прочитать подробнее можно здесь — правда, на английском.

Есть, и немало! Наверняка о многих вы уже слышали: геотермальная энергия, энергия приливов, разные виды биологического топлива. Всем этим сейчас успешно занимаются группы специалистов и любителей по всему миру, но идеальной замены традиционному топливу пока не нашли — у каждого варианта есть как достоинства, так и недостатки.

Может быть, уже лет через двадцать-тридцать на смену дымящим ТЭС придут парящие над крышами дроны, а может быть, панорамы городов изменятся совсем в другую сторону. Если вам нравится размышлять о будущем нашей планеты, обязательно загляните на наш сайт «Земля 2050». Здесь можно почитать и посмотреть предсказания самых разных людей — специалистов, футурологов и просто пользователей Интернета — и высказать свое мнение. Вдруг именно ваш прогноз сбудется?

14.03.2018