Коллектив Авторов - Цифровой журнал «Компьютерра» № 188

Олег Нечай

Опубликовано 26 августа 2013

Потребление электроэнергии в мире неуклонно нарастает: по прогнозам, в ближайшее десятилетие его объёмы удвоятся. Главная причина такого впечатляющего роста — стремительное развитие информационно-коммуникационной инфраструктуры, включающей в себя интернет, многочисленные сети передачи данных, «серверные фермы» и огромное число персональных гаджетов, работающих с ними.

Между тем у этого крупнейшего потребителя электричества в самом ближайшем будущем может появиться не менее мощный конкурент: набирает популярность идея о переводе практически всех современных видов транспорта с углеводородов на электроэнергию. Несмотря на то что электричество уже очень давно активно используется в некоторых видах транспорта, применение солнечной энергии для его выработки способно изменить наше представление о привычных машинах до неузнаваемости. Вот лишь несколько примеров, причём далеко не самых фантастических.

Железнодорожный — старейший из видов наземного транспорта, по возрасту далеко опережающий автомобильный: появление первых рельсовых вагонеток с лошадиной упряжкой относят к рубежу XVII–XVIII веков, в то время как первые автомобили с паровой тягой начали выпускаться лишь во второй половине восемнадцатого, а настоящие автомобили в современном понимании были построены Даймлером и Бенцом только во второй половине позапрошлого столетия.

Считается, что первый в мире локомотив на паровой тяге был создан в 1804 году английским изобретателем Ричардом Тревитиком, а собранная в 1808 году машина уже использовалась в качестве аттракциона на специально построенной кольцевой дороге в пригороде Лондона, где она соревновалась по скорости с лошадью.

Но время шло, и железнодорожная техника совершенствовалась одновременно с развитием технологий. И, как ни странно, современные поезда намного больше похожи на детские игрушечные электромодели, чем на своих чадящих предшественников. И это факт: практически все они уже работают на электричестве.

Электрички и поезда метро — лишь самый банальный пример. «Сапсан», способный достигать скорости 350 км/с, — это тоже электропоезд, питающийся от установленной над путями внешней контактной сети. Даже в тепловозах и газотурбовозах дизельный и газотурбинный двигатели используются для выработки энергии, которая необходима для работы электродвигателей.

Но почему бы не пойти ещё дальше и не применить для получения электроэнергии солнечные батареи? Площади крыш среднестатического поезда хватает для установки такого количества современных тонкоплёночных лёгких батарей, которых достаточно для полностью автономной эксплуатации всего состава а тем более для движения в гибридном режиме.

При этом небольшие модули весом около 250 кг и мощностью по 20 кВт могут быть без каких-либо принципиальных модификаций распределены по вагонам таким образом, чтобы можно было накапливать энергию, достаточную для автономной работы. А вместо баков для дизельного топлива можно просто установить аккумуляторные батареи. Всё это требует минимальных изменений технического плана (поскольку все современные поезда уже управляются с использованием компьютеров) и не нуждается ровным счётом ни в каких модификациях инфраструктуры. Взамен мы получаем радикальное снижение расхода топлива и, разумеется, меньший вред окружающей среде.

Конечно, существуют и намного более футуристические и безумные концепции — например, Hyperloop («Гиперпетля») американского инженера и предпринимателя Илона Маска, известного как основателя платёжной системы PayPal и фирмы Tesla Motors, производящей электрические суперкары. Проект предполагает строительство чего-то вроде «человеческой пневмопочты» — скоростного трубопровода, размещённого на эстакадах, в котором бы курсировали капсулы на 28 человек, поддерживаемые на расстоянии 2 см от стенок труб за счёт разреженного воздуха (около 100 Па). Капсулы должны приводиться в движение при помощи магнитного поля, а питание статоров в трубопроводе будет осуществляться за счёт расположенных над системой солнечных батарей.

По расчётам Маска, такие капсулы смогут разгоняться до сверхзвуковой скорости более 1 100 км/ч, потребляя при этом всего 100 кВт электроэнергии. При этом расстояние от Лос-Анжелеса до Сан-Франциско, составляющее около 550 км, капсула сможет преодолевать всего примерно за 30 минут — то есть более чем вдвое быстрее самолёта. Интервалы между отправкой капсул предполагается сделать минимальными — от 2 минут до 30 секунд в «часы пик».

Важным достоинством Hyperloop Илон Маск считает не только скорость, но и дешевизну: на строительство первой линии достаточно 6–7 миллиардов долларов, что примерно в 10 раз дешевле традиционной железной дороги. По мнению экспертов, чисто технически проект вполне реализуем, за исключением ряда конструктивных и, самое главное, бюрократических нюансов.

(«Компьютерра» и «Компьюлента» писали и о других деталях этого проекта.)

Мореплаванием человечество занимается с незапамятных времён — когда ещё не было никаких дорог, по водному пространству можно было перемещаться намного быстрее, чем по суше. Сегодня морской путь — основной способ дальней крупнооптовой доставки товаров в самые разные уголки света. Суда нередко ходят по морям неделями, подставляя палубы, заполненные контейнерами, под палящее солнце. Так что же мешает использовать в изобилии доступную в море солнечную энергию?

Контейнеры для морских перевозок — идеальная модульная конструкция: они служат годами без каких-то повреждений, а установка на каждый из них даже самых маломощных тонких солнечных батарей позволит в сумме получить внушительную мощность. Портовые краны буквально собирают целые городки из контейнеров, как из кубиков, поэтому встроенная система батарей должна быть полностью самоорганизующейся и не требующей каких-либо настроек.

Конечно, вряд ли получаемой таким образом электроэнергии хватит для приведение в движение самих грузовых судов, но её совершенно точно будет достаточно для освещения, связи и каких-то служебных электросетей. Кроме того, возможно и превращение силовых установок таких кораблей в гибридные, а поскольку грузоперевозки — это чрезвычайно конкурентный бизнес, даже небольшая экономия может стать важнейшим преимуществом.

Попав с судна в порт, морские контейнеры затем развозятся по местам назначения на грузовиках. Гибридные тяжёлые грузовики и даже пассажирские автобусы существуют уже достаточно давно, но почему бы не пойти дальше и не воспользоваться солнечной энергией? Тем более что контейнеры с уже установленными батареями могут заметно упростить задачу.

Дизельные двигатели используются в тяжёлых автомашинах благодаря их высокому крутящему моменту, а что может обеспечить непревзойдённый момент при минимальных потерях, как не электродвигатель?! Дополнительный электродвигатель никак не отразится на управлении автомобилем: машина просто будет потреблять меньше топлива и обладать повышенной мощностью. Площади обычной фуры вполне достаточно для размещения солнечных батарей, способных обеспечивать энергией такой электродвигатель.

Имеет смысл и установка аккумуляторных батарей на сам тягач: они будут накапливать энергию, получаемую от прицепа или размещённых на нём контейнеров. В итоге такая машина сможет, например, бесшумно подъезжать к месту разгрузки и уезжать с него, а также маневрировать в местах, где нежелателен шум мощного дизеля. Решение, которое можно реализовать уже сегодня.

Наверное, многие удивятся тому, что уже существуют самолёты, полностью работающие на электроэнергии, которая получена от солнечных батарей. И хотя пока у нас нет технической возможности строить батареи такой мощности, достаточной для питания реактивных авиационных двигателей, уже сейчас можно воспользоваться старыми добрыми винтовыми двигателями и обширной площадью корпуса для установки солнечных батарей и аккумуляторов. Поэтому, скорее всего, первые пассажирские самолёты такого типа будут непропорционально большими, тихоходными и почти бесшумными.

Тем не менее вот живой пример такой конструкции — Solar Impulse одноимённой швейцарской компании, причём сегодня построен уже второй вариант этого самолёта, а первый ещё в 2010 году совершил успешный беспосадочный полёт в течение 26 часов. Размах крыльев первой модификации составлял 63 метра, что сравнимо с габаритами «Аэробуса» A340, вторая модель стала ещё больше. При этом масса аппарата — всего 1 600 кг, расчётная скорость не превышает 70 км/ч, а скорость взлёта — 35 км/с. На крыльях самолёта установлено почти 12 тысяч солнечных батарей, около 400 кг ионно-литиевых аккумуляторов для электропитания в ночное время и четыре двигателя.