Дэвид Росс - Энергия волн

• Название: Энергия волн
• Автор: Дэвид Росс
• Жанр: Техническая литература

В книге увлекательно рассказывается об актуальной проблеме — получении и использовании энергии морских волн, о том, как зародились исследования в этой области, о первых проектах применения энергии волн, совершенствовании их в ходе технического прогресса.

---

Так, в 1839 г. капитан Роберт Фицрой докладывал о виденной им в Атлантике волне высотой 18 м, а экипаж американского судна «Рампапо» утверждал, что в Тихом океане в 1933 г. наблюдалась волна высотой 34 м. Можно было бы счесть это фантазией, но не сегодня. В наши дни существует достоверное свидетельство о волне высотой 27 м, снесшей буровую вышку на острове Ванкувер в Тихом океане, а в 1971 г. волна высотой 26 м была зарегистрирована кораблем погоды в Северной Атлантике. Таким образом, то, что видели старые морские волки, подтверждается современной наукой. Внешние впечатления не всегда ошибочны.

С другой стороны, м-р Дрэйпер позволил себе усомниться в почтенном мифе. Могут возникнуть, он утверждает, «искаженные» волны, существующие короткое время как результат сложения большого числа волновых компонент. Они редко бывают изолированными и обычно представляют собой одну огромную волну, сопровождаемую несколькими меньшими волнами, вытянутыми на расстояние сотни футов, «следующими послушно друг за другом упорядоченной цепочкой по озеру Лох-Несс, прежде чем исчезнуть при попадании в противофазу (или ныряя за пищей, если вы предпочитаете такую интерпретацию)». И он добавляет как добросовестный ученый: «Следует заметить, что такое правдоподобное объяснение не может считаться доказательством того, что лохнесское чудовище является лишь плодом воображения последователей этой версии».

Когда в 1971 г. он писал это, то еще не мог знать, что через 7 лет появится проект, позволяющий с помощью самой современной техники проводить испытания волноэнергетических конструкций в озере Лох-Несс с побочной перспективой обнаружения чудовища, если оно действительно там существует.

Глава 3. Назад — к водяному колесу

Волновая энергетика означает в определенном смысле, что мы возвращаемся к водяному колесу. Мы оказываемся, таким образом, в ирреальной обстановке отголосков шума, сопровождавшего появление гидроэнергетики, шума, в котором звучали «религиозные» возражения и протесты против использования водяного пара. Можно провести параллель с концом XVIII в., когда паровая машина Джеймса Уатта выдавала энергию мощностью только 11 кВт, а текстильной фабрике требовалось 190 кВт. В то время была нужна немалая проницательность, чтобы понять, что основным источником энергии станет пар, одержав победу над водой. Водяная мельница была самой ранней формой механизации труда, освободившей животных и рабов от однообразной механической работы и крестьян от перемалывания зерна вручную. Гидроэнергетика жила в сознании поколений. Она неохотно освободила место пару, но и сегодня вода в гидроэлектростанциях представляет основной источник электроэнергии.

К 1086 г. — во времена «Книги судного дня»[17] — в Британии было 5624 действующие мельницы, почти все — водяные, обслуживающие двухмиллионное население, т.е. одна мельница приходилась на 400 человек. Затем начался прогресс. Пар был пленен, и его притягательная сила оказалась непреодолимой. Но стало ли это прогрессом?

М-р Давид Брайсвэйт, архитектор и издатель, суммирует ситуацию в своем введении к «Ветряным и водяным мельницам» Джона Рейнольдса. «Если верно то, что открытие новых источников энергии составляет основу развития цивилизации и скорость прогресса определяется изменением количества энергии, приходящейся на человека, то вытеснение энергии воды и ветра энергией пара следует безусловно приветствовать. Но неопровержимый факт состоит в том, что использование сил огня и пара для моторов и турбин будет расточительством и невообразимо загрязнит нашу атмосферу». Заметим, что м-р Брайсвэйт не считает наше ископаемое топливо достойным упоминания. Он писал это в 1930 г., до наступления энергетического кризиса.

Великое обещание волновой энергетики состоит в том, что впервые после изобретения водяного колеса появилась возможность осознать концепцию, именуемую прогрессом, не проливая слезы по поводу ее побочных нежелательных эффектов. Все экологические последствия, насколько это известно сегодня, в нашем случае благоприятны и проблемы, связанные с ними, разрешимы. Вопросы ставятся так: могут ли волны когда-нибудь стать основным источником энергии? Какой тип или типы устройств предпочтительней? Каковы социальные последствия? И наконец, говоря о том, что почти всегда замалчивается, является ли морально приемлемым безнаказанное использование природных ресурсов? Последний аргумент выражает современное преломление взглядов древних римлян на гидроэнергию — «религиозный» аргумент, вновь сегодня появившийся и отягощенный коллективным чувством вины. Попросту говоря, в этом чувствуется заковыка.

Первое водяное колесо, известное как персидское колесо, восходит к 200 г. до н.э. Оно работало точно так, как представляет себе это большинство людей сегодня, если вообще себе это представляет. Колесо, помещенное в поток, приводилось в движение текущей водой. С обода колеса свисали бадьи, подобно сиденьям в аттракционе «Большое колесо». Бадьи черпали воду и при подходе к наивысшей точке опорожнялись либо на площадь, подлежащую ирригации, либо в акведук. Прошло еще сто лет, прежде чем в 85 г. до н. э. появилось первое упоминание об использовании колеса в его обычном механическом назначении.

В поэме Антипатра из Фессалоник говорится:

«Девушки, впредь не трудитесь на мельнице, тяжко страдая,
Нимфам велела Церера исполнить всю вашу работу».

Мельницей называлось место, где девушки перетирали зерно между камнями вручную. Первые мельницы, работавшие по принципу пестика и ступки, эволюционировали в примитивные седловые — ручные мельницы; нижний камень имел углубление, а верхний камень, хорошо пригнанный, вращался на нижнем, перетирая зерно. Затем к верхнему камню приделали рукоять и приспособили ослов вращать его, как добрый пес Миро вращал вертел в харчевне «Королева Гуселапа». И наконец, человеческий гений соединил воедино водяное колесо, вращаемое силой природы, и жернов. Человечество получило хлеб и гидрохозяйство.

В нашем распоряжении нет источников, свидетельствующих о реакции девушек Антипатра на техническую революцию, но впоследствии использование водяного колеса в Риме для облегчения труда вызвало заметное смятение. В «Архитектуре» Витрувия имеется ссылка на колесо, причем он упоминает о зубчатой шестерне, что указывает на значительное усовершенствование римлянами первоначальной идеи. Но они не внедрили ее. Одна из причин состояла в том, что рабы, занятые на молотьбе, воспротивились этому, а при обеспеченном рынке рабов никто особенно не был заинтересован в механизации. Другой же причиной, по-видимому, был страх перед вмешательством в естественный порядок в природе.

Джон Рейнольдс в цитированной работе говорит об этом так: «Механизация встретила сильную официальную оппозицию. Было объявлено, что государству будет грозить опасность, если большое количество рабочей силы окажется незанятой». Что касается зубчатых передач, представлявших еще большую угрозу естественному порядку, то римляне, по-видимому, обрели собственное равновесие в использовании их для тех целей, где средства оправдываются результатом, т.е. целей, которые, по выражению м-ра Рейнольдса, «кажутся непонятно легкомысленными, по современным представлениям, такие как управление воротами храмов или театральная техника. Древние смотрели на силы природы с глубоким религиозным благоговением, которое породило тенденцию запрета экспериментов, использующих силу воды. Если каждая река или водопад заселены своими собственными genius loci,[18] то устанавливать водяное колесо в водоемах означало бы заставлять богов служить людям. Однако чисто практические соображения, возможно, в сочетании с растущим цинизмом постепенно сделали водяные мельницы приемлемыми».

Закономерно, что самые первые акты кощунства совершались далеко от Рима, в Британии. «По-видимому, в Хедриэн-Уолле[19], — где местное население, поставляющее рабов, относительно немногочисленно, — испытывались некоторые затруднения в содержании большого гарнизона, — пишет составитель «Индустриальной археологии водяных мельниц и гидроэнергии». — Таким образом, в Хедриэн-Уолле имелся побудительный мотив для развития механизации, экономящей труд, и именно вблизи Хедриэн-Уолла располагались две мельницы, более ранние, чем те, что были обнаружены в Риме».

Когда император Константин принял христианство, рабство было уничтожено и тяжесть обмолота уменьшилась. Вдобавок языческое почитание духов воды прекратилось. Дорога для развития гидроэнергетики оказалась расчищенной.

Римляне первыми осознали преимущества водяного колеса, вращающегося потоком воды, стекающей сверху, когда к напору течения добавляется вес падающей воды. Коэффициент полезного действия выброса водяного колеса, как мы говорим сегодня, может достигать 70-90%, тогда как коэффициент выброса обычного колеса составляет лишь 30%. Стоит остановиться и прикинуть, что потребовалось около 200 лет, прежде чем был осознан эффективный путь использования водяного колеса. Но даже и сегодня большинство людей представляет себе водяное колесо не иначе, как колесо у края старой мельницы в плоском, непроизводительном потоке.