Глава 8. УТКА, НЕ ЖЕЛАЮЩАЯ УЛЕЧЬСЯ

Герой этой истории - Стефан Солтер. Он хороший человек, а хорошего человека, как говаривали даже в добрые старые времена, найти нелегко. Когда я года два назад, соприкоснувшись с идеей волновой энергетики, впервые попал в его лабораторию в Эдинбургском университете, он сразу понял, что имеет дело с профаном. Он изрыгнул несколько математических формул, бросил саркастический взгляд и, всучив пачку документов, оставил меня на попечение своего помощника Дэвида Джеффри, который был терпимее. Никто не мог бы обвинить Солтера в терпимости. Это высокий, худощавый человек, напряженно переживающий и, по Луи Арагону, страдающий в поисках абсолюта. Зигмунд Фрейд определял такое состояние как фанатизм. Солтеру оно требовалось. Человек, не обладающий такой смесью воображения и решительности, не смог бы проявить выказанной им стойкости. В одном документе в апреле 1976 г. он характеризует суть дела превосходной фразой, значение которой до сих пор недостаточно осознано иными экспертами, оценивающими проект: «Эффективность не имеет значения, когда за волны платят боги”. Эти слова следует начертать на стенах штаб-квартиры Центрального электроэнергетического управления.

Он обладает чувством юмора. Описывая свою первую попытку получения волновой энергии, он говорит, что напрашивающееся устройство походило на смывной бочок с поплавком, прыгающим вверх-вниз. Оно захватывало около 15 % доступной энергии. Затем установка подводных поршней повысила эту цифру до 60 %. Некоторые следующие усовершенствования оказались неэффективными, ибо допускали отражение волн. В конце концов он нашел конструкцию утки, которая забирала до 90 % энергии. С этого все началось.

Его критики многочисленны. Как сказал м-р Гудвин (см. гл. 5), Солтер склонен оставлять в дураках людей, технические средства которых превышают его собственные, а это „производит на них впечатление, но не делает из них друзей". Солтер наделал себе врагов.

Мне, например, сказали, что его рекомендуют как „доктора”, хотя он не защищал диссертации. Дело в том, что одна газета ошиблась, а другие - повторили ошибку. Многие газетчики рассердились, узнав, что какой-то усердный осел, просмотрев газетные вырезки, сделал „исправление" в их тексте, чтобы не обидеть ученого. Газета есть газета. В ней трудно подчистить помарку. Но Солтер не реагирует на такие вещи.

Мне говорили также, что он всего лишь любитель, без академического образования. „Он начал как подмастерье и воспользовался оборудованием Эдинбургского университета”, - сказал один из его критиков. Другой заметил, что он воспользовался обстоятельствами, имея доступ в университетские лаборатории и привлекая студентов к работе бесплатно во время перерыва на ленч. Чтобы разобраться во всем, мне, очевидно, стоило съездить еще раз в Эдинбург.

Я позвонил м-ру Солтеру, и на этот раз реакция его была иной. «А, - сказал, он, - вы написали статью в „Сэнди экспресс”. Приятно увидеть в газете что-то точное». После этого мы нашли общий язык.

Он действительно начал подмастерьем - с британского Ховеркрафта в фирме Коккереля на острове Уайт, „Я начинал с самого дна, - сказал он, - обучаясь пользоваться напильником, и в конце концов узнал не меньше, чем в Кембридже”. Там он получил диплом физика и первоклассную математическую подготовку, что позволило ему стать профессиональным инженером (это, между прочим, существенная трудность при подготовке специалистов. Обычно выпускники-инженеры имеют нулевой математический уровень, что ограничивает их возможности в любой области техники).

Эдинбургский опытный волновой басейн.

Некоторые колкости по поводу образования Солтера основаны на недоразумении: по окончании Кембриджа он получил ученую степень бакалавра искусств и затем магистра искусств, что позволяет предположить, будто он занимался английской литературой.

Он окружил себя командой энтузиастов в возрасте от 17 до 34 лет. Один из них, Глен Келлер, американец, который изучал инженерную океанологию в Массачусетском технологическом институте. Когда Солтер сделал там доклад, Келлер попросил подключить его к эдинбургскому проекту после окончания института, через год написал Солтеру и был принят на работу. Солтер настаивал на соблюдении формальностей. Он не вербует рекрутов, а нуждается в людях, которые хотят работать с ним.

Как-то он заметил, что его идеальный сотрудник должен быть специалистом в физике, электронике, кораблестроении, сопротивлении материалов, биологии (по моллюскам), программировании, метеорологии, экономике и в сфере общественных отношений. В последней области Солтер сам обнаружил несомненный талант. Он создал коллектив энтузиастов. Его секретарь мисс Джейн Ричмонд увлечена проектом как любой инженер, и даже по дороге в столовую, когда вся группа идет на ленч, работа не прерывается.

Последним их достижением было создание опытового бассейна из стекла и бетона 30X12 м. Последняя гайка была закручена к рождеству, что было рождественским подарком Солтеру (и его жене). Модель стоила 100000 фунтов и вмещала 100 000 галлонов воды - фунт за галлон, как раз столько, сколько скоро будет стоить нефть, если мы не увеличим свои энергетические ресурсы.

Модель является наиболее совершенной из всех ныне существующих, созданных для изучения энергии волн * ( Опытовые бассейны, в которых могут воспроизводиться различные режимы волнения, в настоящее время есть во многих крупных гидродинамических лабораториях, связанных с исследованием мореходных качеств судов. Нерегулярное трехмерное волнение создается пластинчатыми волнопродукторами. Высота волн при этом до 0,4 м. Размеры бассейнов составляют десятки и сотни метров. - Прим. ред.). Говорилось, что такую модель будет невозможно создать. Вдоль одной стороны бассейна расположено 89 волнопродукторов - желтых лопастей - каждый с собственным пультом управления, разработанным м-ром Джеффри. По команде оператора лопасти могут выдвигаться вперед с различной силой. Над каждой лопастью установлены коммутационные щиты и каждый содержит 14 различных схем управления со своими сопротивлениями и конденсаторами. Сложная электронная схема щита напоминает устройство радиоприемника, стереоусилителя либо телевизора. Управление каждой волной требует индивидуальной схемы. Это значит, что 1246 различных схем собрано и соединено в единую систему умелыми руками м-ра Джеффри и семнадцатилетнего студента Яна Янга, на что ушло два месяца безостановочного преданного труда.

Результат вызывает восхищение. Вообразите, оператор нажимает серию кнопок либо накладывает на пульт заготовленный шаблон, чтобы задействовать определенную комбинацию кнопок, оставив остальные нетронутыми,- и медленно движущиеся в водоеме волны с интервалом несколько секунд воспроизводят волнение при разгоне 160 км и скорости ветра 30 узлов. В обычном бассейне волны, достигнув противоположной стенки, отражаются от нее (так было бы и со звуковыми волнами). В реальных условиях волны оканчивают свою жизнь, обрушиваясь на берег, и отдают ему энергию. Очевидно, в мо дели следовало воспроизвести естественный берег; его сделали из густого частокола двухметровых стальных столбов, вроде той щетки, которой моют тарелки. Приходящие волны теряются в этом стальном лесу, оставляя свою энергию. Здесь стоит гул от волновой бомбардировки и потому линия уток в масштабе 1/150 производит поразительное действие: отделяет “штормовую” зону от неподвижной полоски воды - эффект, который Солтер демонстрировал ранее в небольшом лотке.

Однако в реальном море волнение не носит столь регулярного характера. Волны там, движущиеся в различных направлениях и с различным периодом, настигают одна другую под разным углом. Вопрос, на который ответ еще не найден: что произойдет с волноэнергетическими генераторами в бурном море, когда разнообразие импульсов, требующих восприятия и переработки будет буквально бесконечным. И вот здесь-то электроника показывает, на что она способна. Пульт управления, получив инструкции от компьютера, устанавливает определенный режим работы лопастей. За несколько секунд состояние поверхности можно резко изменять от легкой зыби до жестокого шторма. Волны перекрещиваются, разбиваются о „берег”, образуют отдельные горбы, движущиеся в разных направлениях. Группа Солтера утверждает, что можно воспроизвести любой волновой спектр.

Это приводит к двум результатам: можно видеть, как энергия волн зависит от частоты и как будут работать утки в условиях, соответствующих мощности энергетического потока 500 кВт/м, - „сорт моря, в котором мы хотим выжить”, как определил это м-р Келлер. Группа Солтера планирует установить на общем многозвенном опорном валу связку из 20 - 30 уток, сделанных в масштабе 1/150, и изучить их поведение. Диаметр самого опорного вала при этом лишь 10 см. Масштаб более крупных моделей, испытывавшихся на озере Лох-Несс, 1/15, диаметр вала соответственно 1 м. Диаметр в прототипе утки, как говорилось, будет составлять около 15 м. Добавив мысленно еще бетонный клюв, двигающийся на волнах, как поплавок, можно представить себе вид этой тридцатиметровой конструкции.

Если расчеты оправдаются, на одном опорном валу разместится 20 - 30 уток на некотором расстоянии друг от друга. Длина одной энергетической установки будет, по-видимому, около 1200 м - почти миля,- мощность от 30 до 50 МВт. Глядя на модель и оперируя этими переходными коэффициентами, начинаешь представлять размеры чудовища, о котором идет речь. И уже не трудно понять, что необходима смесь гения и лунатика, чтобы упорно доказывать чиновникам правоту своих слов.

Волна набрасывается на модель утки в масштабе 1/50 и оставляет за ней спокойную воду. Энергия абсорбирована.

Солтер сохранял уверенность и спокойствие во всех перепетиях своей деятельности. Он не пытался обойти трудности и с готовностью признал справедливость критиков, утверждавших, что утку нельзя создавать из „грошовых кусков”, - идея, которая дает определенные преимущества Коккерелю и некоторым другим. Нельзя экспериментировать всего с одной уткой в море, подобно эксперименту с плотом или осциллирующим водным столбом. Утки должны составлять цепочку из 20 - 30 штук, чтобы нагрузки на опорный вал, когда волны падают на различные элементы, осреднялись естественным образом. По этому поводу солтеровская команда выдвигает следующие соображения. Они верят, что устройство будет функционировать даже в самых жестоких морских условиях. Поскольку устройство весьма специализировано, имеются свои трудности в его создании и эксплуатации. Но сконструировано оно так, чтобы уцелеть в любых условиях, ибо его наибольшая часть - подвижна. Лишь опорный вал, связывающий цепочку уток, остается относительно неподвижным, тогда как сами утки подчинены движению моря. С плотом имеет место прямо противоположная ситуация: третий в тройке понтонов вдвое превосходит размерами, каждый из остальных, и именно этот наибольший элемент связки остается неподвижным. Что же касается осциллирующего столба, то все сооружение должно быть неподвижным, чтобы обеспечивать максимальное относительное движение воздушного пузыря. Поэтому следует учитывать, что лишь утки могут выжить за Внешними Гебридами и стать самым эффективным источником энергии, хотя их создание и обслуживание выдвигают собственные задачи, тогда как другие устройства себя лучше чувствуют в более спокойных местах, производя меньше электричества, но зато и обходясь дешевле * (Приведенные соображения о сравнительной прочности различных конструкций носят умозрительный характер. Колебания уток на валу несколько уменьшают вертикальные нагрузки, но не снижают горизонтальных усилий. При высоте волн 10 м величина динамических нагрузок на погонный метр вала может достигать многих десятков тонн. Серьезность проблемы нельзя недооценивать. - Прим. ред.).

Другим достоинством является то, что легче наладить массовое производство уток, чем других устройств. Изготовление утки как элемента конструкции сравнительно экономично. Один осциллирующий столб, скажем, эквивалентен связке из 15 уток (или трем плотам). Огромная башня осциллирующего столба предназначена для вращения одной турбины. Каждая утка приводит в движение 6 - 10 насосов, связанных с турбиной, - и никаких бетонных башен, противостоящих натиску моря.

Как будет работать утка? Большая часть устройства будет изготовлена из армированного бетона. Внутри опорного вала диаметром 15 м и длиною около мили располагаются центробежные насосы. Полезная энергия вырабатывается за счет поворотов ныряющей части конструкции - клюва утки - относительно опорного вала. Чем больше повороты опорного вала вслед за уткой, тем меньше доля улавливаемой энергии. Если же вал не будет поддаваться вовсе, он сломается. Как говорит Глен Келлер, „утки пытаются привести в движение вал, когда волны ударяют в них. Если вал достаточно длинный, с большим количеством нанизанных уток, то средний крутящий момент, действующий на него, должен быть небольшим". Это напоминает двух людей равной силы, которые, поставив локти на стойку бара И соединив ладони, стараются уложить руку противника: ладони их неподвижны, среднее усилие равно нулю; но на этом сравнение заканчивается, ибо каждая утка приводит в движение насос внутри вала. Насос выталкивает жидкость, заставляя ее циркулировать в замкнутой системе и вращать турбину, установленную между утками и приподнятую над поверхностью моря для облегчения операций, связанных с ее обслуживанием.

Вся система уток должна соединяться на манер лампочек на рождественской елке, когда перегорание одной из них не выводит всю гирлянду из строя.

В варианте вращения генератора напрямую от уток вращение было бы слишком слабым. Чтобы ускорить движения, потребовался бы пятнадцатиметровый передаточный механизм; надежность его основывалась бы на таких факторах, на которые нежелательно полагаться.

Одним из ключевых допросов, ждущих разрешения, является соединительный опорный вал. Помимо крутящих моментов, связанных с работой центробежных насосов, он будет испытывать разнообразные изгибающие воздействия и удары волн. Если вал будет совершенно жестким, он лопнет, хотя создать его, очевидно, было бы легче. Между звеньями-секциями должны быть шарниры, несмотря на то, что гибкий вал будет особенно уязвим в местах соединений.

М-р Ричард Джеффрис, специалист по гидродинамике, уделяет особое внимание эффективности поглощения энергии при различной степени морского волнения. В еще большей степени этот вопрос занимает исследовательскую группу, работающую над осциллирующим столбом в Национальной инженерной лаборатории. С их точки зрения, получать энергию рациональнее небольшими порциями, но в широком спектре волнения, чем „все 100 %”, сконцентрированные в узком диапазоне волн. Действительно, в случае с осциллирующим столбом можно увеличить эффективность, воспринимая волны различного направления. Но для любой конструкции, какой бы она ни была, необходимы устройства, принимающие и передающие поток энергии настолько непрерывно по спектру волнения, насколько это возможно, пусть даже за счет снижения эффективности.

Точка зрения м-ра Джеффриса по этому вопросу, применительно к уткам, состоит в следующем: „Можно изготовить утку, которая будет очень эффективна в некотором диапазоне периодов волн, но в других случаях она будет бездействовать. (Этот диапазон включает периоды 5-15 с.) Утку можно настроить и на более широкий спектр частот, в ущерб ее оптимальным свойствам на пике. Мы думаем, что предельный уровень мощности, который утка способна воспринять, составляет 100 кВт/м. Но если на нее обрушивается 2 МВт/м, а эффективность ее в таких условиях равна лишь 5 %, то она и здесь воспримет свой максимум - 100 кВт/м.

Дэвид Джеффри, один из сотрудников Солтера, высказывает некоторые замечания об учете особенностей работы конструкции в реальных условиях. Он предполагает на модели изучить гидродинамические явления, вызванные колебаниями самой утки, чтобы затем связать эти колебания с флуктуация-ми в поглощении энергии. Он хотел бы также найти экспериментальные соотношения между движением ныряющей части и геометрией корпуса. Он считает, что ныне принятая пошаговая постепенность прогресса происходит недопустимо медленно. “Единственным основанием для исследований на моделях 1/10 или 1/15 является проверка правильности экстраполяции утверждений, полученных на модели 1/150, - говорит он. Нет причин утверждать, что предсказание поведения полномасштабной модели невозможно. Наша экстраполяция результатов от модели 1/150 к модели 1/15 была точна, и нет оснований сомневаться в правильности дальнейшего прогноза. На модели 1/15 нельзя изучить энергетический аспект, поскольку малые гидравлические системы не относятся к категории устройств, которые можно разместить за шельфом. Они рассчитаны на прием сотен киловатт, и уменьшение размера не сделает их пригодными для приема сотен ватт. Мощность модели 1/15 составляет 0,0003 мощности полномасштабной модели. Три ватта модели 1/15 соответствуют 10 кВт на реальной установке.

Здесь, возможно, будут полезны разъяснения. Соотношение между масштабами моделей не влечет соответствующей пропорциональности их различных характеристик. Например, перейти от модели, выполненной в масштабе 1/10, к полномасштабной модели можно лишь, увеличив в 10 раз ее размеры в каждом измерении; модель размерами 2X2X2 м перейдет в модель размерами 20X20X20 м, и сравнению подлежит не величина 1 : 10, а 8 : 8000. С энергией происходит нечто аналогичное. Рассуждения м-ра Джеффри затрагивает закулисную сторону дискуссий по предмету. * (При соблюдении определенных правил моделирования мощность, принимаемая сооружением от волн, при переходе от модели к натуре будет возрастать в ?3,5 раз, где ? - отношение линейных размеров сооружения и модели. Для масштаба 1 : 10 коэффициент пересчета равен 3150, а для 1 : 15 - 10700. Однако для рассматриваемых сооружений практически невозможно промоделировать потери мощности в механических, гидравлических и электрических системах. - Прим. ред.).

Проект испытаний на озере Лох-Несс вышел не из Эдинбургского университета, а из Ланкастерского политехнического института в Ковентри. Эти два учебных заведения недолюбливают друг друга. К тому же политехник настроен критически к Национальной инженерной лаборатории, обеспечивающей энергетическую сторону испытаний. Где-то кто-то ослеплен, как сказал бы Теннисон. И как говорил президент Кеннеди, поражение - лишает родителей. К настоящему времени лохнесские испытания выбились из графика на полгода и опорный вал сломан. Эдинбург может сказать, что Ланкастеру не следовало бы бахвалиться своими осенними действиями на озере в 1977 г., когда он поставил там цепочку уток. Ланкастер может возразить, что все было бы сделано заранее, до того как испортилась погода и озеро Лох замерзло, если бы инженерная лаборатория удосужилась доставить оборудование своевременно. А лаборатория скажет, что она получила требование на изготовление специального генератора только 29 сентября и выполнила заказ к 1 ноября, что на обычном языке означает: „Мы затратили на это гораздо больше усилий, чем были обязаны”. Зная Национальную лабораторию, я в этом не сомневаюсь. Ее компетентность не подлежит сомнению. Однако в Политехническом институте решили, что генератор требует изменений.

Множество людей спорило о том, кто виноват. Я не намерен вовлекаться в этот водоворот. Я лишь констатирую мнение, существующее в Эдинбурге, что политехник попытался примазаться к успеху. Университет получил дружелюбное предложение подключить разрабатываемую конструкцию утки к аналого-вычислительному устройству, чтобы найти оптимальный вариант конструкции. Потом в Эдинбурге узнали, что их утка модифицирована и модель 1/10 (по оценке Ланкастера) или 1/15 (по оценке Эдинбурга) была изготовлена по ланкастерскому проекту. Она отличалась от утки Солтера, и автор отчетливо видел это. Он сказал, что никогда не одобрял нового варианта и знает о его недостатках. Он сказал мне об этом до того, как вал сломался.

Все же отдел электричества и электроники Ланкастерского института, возглавляемый д-ром Норманом Беллами, убежден, что он внес большой вклад в проект. Сам д-р Беллами, происходящий из шахтерской семьи и начавший трудовую жизнь в подземной шахте, пламенный энтузиаст волновой энергетики, он убежден, что его отдел может принести большую пользу делу. „Вначале я был настроен весьма скептично, - сказал он. - Затем я осознал, что энергия вырабатывается и будет вырабатываться". Он надеется установить на озере Лох-Несс модель в масштабе 1/4 с автоматизированным анализом параметров функционирования модели.

Группа Солтера относится холодно ко всей концепции повторного моделирования. Они полагают, что результаты, полученные в их необычном бассейне на модели 1/150, являются достаточными для суждений о работе полномасштабной установки. „Единственным основанием для строительства модели 1/10 была проверка корректности экстраполяции модели 1/150”,- так комментировал с горечью один из сотрудников Солтера вклад Ланкастера. В Эдинбурге предпочитают уже сегодня направить основные усилия на испытание отдельных элементов полномасштабного устройства.

В настоящее время социолог охарактеризовал бы возникшие конфликты, как выражение „созидательного напряжения”. Они будут оставаться созидательными, пока дело движется вперед. Проблемы такого типа будут расти по мере развития проекта и Руководящий комитет по волновой энергетике, распределяющий финансирование, должен находить пути к тому, чтобы различные научные центры, работающие по одинаковой программе, проявляли взаимную терпимость. Одна из трудностей заключается в разбросанности институтов. Огромный генератор, сделанный в НИЛе, дважды проделал путь от Восточного Килбрайта вблизи Глазго до Ковентри прежде, чем попал на Лох-Несс. Было бы проще отправить его туда через Эдинбург - в конце концов и Эдинбургский университет имеет вычислительные машины... Одним из больших преимуществ проекта Коккереля является компактность локализации исполнителей. „Волноэнергетика", британская корпорация „Ховер-крафт”, „Клиффорд и К°”, собственный дом Коккереля, Марчвудские лаборатории Центрального электроэнергетического управления - все они дислоцированы около Саутгемптона и находятся в постоянном контакте. Это делает жизнь и прогресс легче.

Руководящему комитету скоро предстоит решать, продолжать ли благожелательный надзор над различными учреждениями издалека или же лучше отступить назад, распределив средства между основными центрами, и предоставить дело на их собственный контроль и усмотрение. Это станет основным вопросом, когда придется распоряжаться не 5,4 миллионов фунтов, а сотнями и тысячами миллионов.

Инцидент, по-видимому, потеряет значение в ближайшем будущем, и нет оснований полагать, что престиж солтеровской утки пострадает, при условии что министерство энергетики и Харуэлл сделают правильные выводы. Эти выводы отразятся на следующей стадии развития, на том, сколько денег будет отпущено и как они будут распределены.

Последнее замечание относится к утке в основном варианте. Солтер сказал мне, что он планирует строительство полномасштабных элементов вывода энергии и соединительной части опорного вала. Он не проталкивает немедленную установку цепочки уток, но если национальная политика потребует этого, если сфере энергетики будет угрожать что-нибудь опасное, он готов выполнить такую работу за 30 миллионов фунтов. Установка цепочки будет эквивалентом электростанции мощностью 30 МВт. Она может начаться без замедления, если район Персидского залива и Саудовская Аравия будут вовлечены в ядерный конфликт.

Каков потенциал волновой энергетики? Солтер считает возможным удовлетворение 30 % наших электроэнергетических потребностей. При всем уважении к нему, эта цифра высосана из пальца и имеет не больше смысла, чем 3 % - оценка, приводимая некоторыми специалистами из Электроэнергетического управления. Можно, если возникнет потребность, повторять линии установок вновь и вновь. Осторожные эксперты считают, что расстояние между линиями должно быть не меньше 80 км и что при сокращенной длине разгона продуктивность установок значительно снижается. Но страна все равно от этого выиграет, ибо „эффективность не имеет значения, если за волны платят боги”.

Я задал ему важнейший вопрос с точки зрения будущего: „Может ли энергия от волн стать устойчивым источником снабжения? Он ответил, что верит в это, что это может быть реализовано, если устройства разместятся в различных морях. Учитывая особенности Солтера, такой ответ представляет исключительную важность.

Правительству предстоит в скором времени решать, отпустить ли Солтеру миллион фунтов на его „ломтик утки" или же принять действительно благодетельное решение и выделить 30 миллионов - небольшую сумму в общем энергетическом бюджете - и предоставить работу верфям, где будет создана цепочка уток, эквивалент 30 МВт станции. Есть и превосходное место для этого на северном побережье Шотландии, в районе Даунрея, где стоит атомная электростанция, линии электропередачи которой можно использовать. Так подошли бы к делу в Японии. Найдется ли в Уайтхолле кто-нибудь, мыслящий столь же широко?