Вихрь в качестве возобновляемого источника энергии

Слово «вихрь» ассоциируется с разрушениями, а не с «устойчивым развитием». Но вот, кажется, скоро появится возможность использовать вихрь в качестве возобновляемого источника энергии.

Марк Симпсон и Эри Глезер из Технологического института штата Джорджия в Атланте (США) сконструировали установку под названием Solar Vortex, работа которой основана на том, что у самой поверхности земли воздух теплее, а всего в метре от неё – холоднее. Тёплый воздух поднимается вверх, холодный опускается к земле, а между этими слоями возникают конвекционные потоки, которые образуют небольшие вихри, поднимающие клубы пыли.

Solar Vortex захватывает эти потоки с помощью сети неподвижных лопаток или лопастей, закручивающих их в вихрь, который вращает турбину, установленную в центре сооружения. Для запуска процесса никакой энергии не нужно, лопатки расположены так, что вихрь возникает сам собой. Когда тёплый воздух поднимается вверх, в тот объём, где он находился прежде, устремляются новые воздушные массы, подпитывающие искусственный вихрь.

Перспективнее ветра

Стоимость установки и её техобслуживания гораздо ниже, чем для ветрогенераторов обычного типа – не нужно устанавливать турбину на высокой мачте, чтобы она могла улавливать ветер. Поскольку в течение дня температура почвы меняется медленно, количество вырабатываемой энергии тоже более постоянно, чем при использовании ветряков. Важно отметить, что это справедливо и после захода солнца, в течение ещё нескольких часов, то есть в то самое время, когда домохозяйства потребляют больше всего энергии.

Идея возникла у Глезера, когда он жил в Аризоне. «Он сам наблюдал пылевые вихри, возникающие естественным образом, на себе ощущал их немалую кинетическую энергию и решил придумать способ превращать её в электричество», – говорит Симпсон.

Симпсон же сконструировал и испытал небольшой прототип такого вихрегенератора диаметром 1 метр, который приводит в движение турбину, вырабатывающую несколько ватт электроэнергии лишь с помощью нагревающегося на солнце металлического листа. По мере увеличения диаметра установки быстро растёт и вырабатываемая мощность. По расчётам Симпсона, устроенная по тому же принципу 10-метровая турбина будет выдавать мощность в 50 кВт. Учёные утверждают, что цепочка таких вихревых турбин позволит получать с каждого квадратного километра, который они покрывают, 16 мегаватт (МВт) мощности. Неплохо, если учесть что ветрогенераторы обычного типа позволяют получать лишь 3–6 МВт/км². Согласно проведённому анализу,

электроэнергия, получаемая от солнечного вихря, будет обходиться на 20% дешевле производимой ветряками и на 65% дешевле, чем от солнечных батарей.

Правительственное ведомство США, финансирующее стартап-проекты экологически чистых способов получения энергии, положительно оценило перспективы вихрегенераторов – Агентство передовых исследований в области энергетики (ARPA-E) решило профинансировать широкомасштабные испытания таких установок. В июле Симпсон должен представить статью, подробно описывающую ход и результаты испытаний на организованной Американским обществом инженеров-механиков (ASME) Международной конференции по экологичным способам получения энергии в Миннеаполисе (США). При условии поддержки от ARPA-E Симпсон и Глезер рассчитывают за два года изготовить действующий прототип мощностью 50 кВт. В июле же будут испытываться модели меньшей мощности.

С точки зрения Нилтона Ренно, занимающегося исследованиями в области термодинамики в Мичиганском университете (США), научное обоснование функционирования вихрегенераторов вполне надёжно. «Однажды начавшись, вихрь будет поддерживать себя сам», – говорит он.

Стивен Чу, ушедший в отставку министр энергетики США, тоже проявил интерес к установке. Недавно он коротко общался с авторами идеи на конференции ARPA-E в Вашингтоне. «Для начала мы бы хотели установить группу таких генераторов на небольшом участке, – сказал Симпсон. – Тогда мы могли бы реально вырабатывать с их помощью электроэнергию и часть её продавать потребителям, чтобы убедить людей, что наша система перспективна».