Тропічні циклони несуть колосальну енергію, але приручити її і направити в мирне русло поки не вдається.
Тропічні циклони приносять суцільні біди. Очікуючи гіршого, метеорологи в усі очі стежать за їхнім зростанням і рухом, а жителі прибережних міст готуються до евакуації. «Величезні руйнування, серйозно пошкоджені будівлі, будови і будинки, дерева вирвані з корінням, рослинність знищена», - описує їх шкала Бофорта. Великі турбіни, що ловлять «чисту» енергію вітру, зупиняють обертання, щоб не зруйнуватися під його натиском. У 2005 році на одній вежі вітрогенератора у Великобританії механізм такого блокування зламався. Непідготовлена зустріч з бурею закінчилася тим, що розкручені до шаленої швидкості деталі вітряка розжарилися і спалахнули.
За тією ж шкалою Бофорта повноцінний ураган починається зі швидкості вітру 30 м/с. Тропічний циклон харчується випаром теплої води і над сушею швидко втрачає силу. Але поки приплив енергії зберігається, вона перетворюється ураганом, як тепловим двигуном, в механічну енергію вітру, в конденсацію водних парів. Сила цього натиску викликає трепет: найбільш пересічний тропічний циклон (радіус 60 км і швидкість 40 м/с), за оцінками американського Національного управління океанічних і атмосферних досліджень (NOAA), несе приблизно 1,5 терават кінетичної енергії. Конденсація води в хмари і краплі дощу забирає близько 600 ТВт - ця цифра на порядки більше всіх поточних потреб людства.
На карті показані траєкторії всіх північноатлантичних ураганів з 1851 по 2012 рік. Точками вказані положення епіцентрів з шестигодинними інтервалами часу. Кольори ліній відповідають рівню потенційного збитку за шкалою ураганів Саффіра - Сімпсона, від світло-жовтого (категорія 1, швидкість вітру 33-42 м/с) до червоного (категорія 5, швидкість вітру понад 70 м/с).
Використовувати енергію конденсації в таких масштабах поки неможливо, але ось силу вітру перетворюють на електрику вже давно і все ширше: тільки в 2016 році в світі було встановлено вітрогенераторів на 54 ГВт. Але навіть на цьому значному тлі енергія середньонького урагану виглядає джерелом майже невичерпним, і думки про те, як би направити її в мирне русло, виникають із завидною регулярністю. Останнім у цьому списку відзначився знаменитий астрофізик Ніл Деграсс Тайсон. Коментуючи руйнування, які принесла серія циклонів, що прокотилися по східному узбережжю Атлантики восени 2017 року, він вигукнув: «Де інженери, де вчені, які при наближенні урагану не стануть квапливо залишати місто, а почнуть роботу над тим, щоб приборкати його енергію?»
Найбільші урагани сучасності
- «Ірма», Північна Атлантика, 2017. 82 м/с
- «Патрисія», Схід Тихого океану, 2015. 96 м/с
- «Тип», Північний схід Тихого океану, 1979. 72 м/с
- «Аллен», Північна Атлантика, 1980. 85 м/с
- «Вінстон», Південь Тихого океану, 2015-2016. 78 м/с
Знесення даху
Втім, є такі вчені. Ще в 2015 році Аріндам Чоудхарі і Андре Треман з Міжнародного університету Флориди запатентували систему AMPS (Aerodynamic Mitigation and Power System), яка повинна одночасно вловлювати енергію ураганного вітру і захищати будівлі від руйнувань. Передбачається, що спіралевидні турбіни, горизонтально укладені по кромках дахів або в трубах для стоку води, зможуть використовувати рух особливо потужних потоків, які піднімаються при зіткненні вітру з нерухомою перешкодою. Такі потоки легко пошкоджують дах при сильному вітрі, але їх можна послабити, заодно перетворивши частину енергії на електрику.
Розробники ще продовжують випробовувати AMPS, хоча і не розраховують, що вона витримає лобове зіткнення з ураганом. Зате при сильних штормах, які раз у раз ведуть до пошкодження інфраструктури і локальних відключень електропостачання, система дасть додатковий захист і дозволить живити «невеликий холодильник, смартфон, ноутбук і кілька ламп». Для вироблення електрики AMPS досить навіть слабкого вітру швидкістю 2-3 м/с, і автори впевнено планують масове виробництво таких установок.
Сила Магнуса
Повноцінним інструментом для лову ураганної енергії цю систему, звичайно, не назвеш. Де безкоштовні «чисті» гігавати і теравати? Де здатність вистояти під найсильнішою бурею? На все це AMPS просто не розрахована. А ось японський інженер і творець стартапу Challenergy Ацуші Шиміцу орієнтується саме на такі умови роботи своїх безлопастних вітрогенераторів. Розроблені ним «вертикальні вітряні турбіни нового покоління» Magnus використовують силу, що виникає при обтіканні їх потоком повітря. Так діє ефект Магнуса: обертове тіло створює навколо себе вихрівий рух, причому з одного боку воно прямує туди ж, куди і обтічний потік, а з іншого - назад. Це призводить до різниці в швидкості вітру і тиску по різні боки турбіни, що утворює силу, спрямовану перпендикулярно потоку вітру.
Вертикальне розташування осі обертання дозволяє генератору Challenergy Magnus працювати при будь-якому напрямку вітру, а використання ефекту Магнуса - і при майже будь-якій його силі.
У вітряку Magnus використовуються три такі вертикальні турбіни, укріплені на рамі у формі трикутної призми. Сила, що виникає в турбіні, обертає її з цілком безпечною швидкістю, а при пікових швидкостях вітру рух ще й підтормажується механічно. Перший метровий прототип, представлений Шиміцу, зібрав масу нагород і дозволив залучити фінансування для наступних кроків. А в 2016 році на узбережжі Окінави встановили вже повнорозмірний триметровий прототип для польових випробувань. Генератор працює і видає електрику, хоча конкретних оцінок його продуктивності і навіть здатності вистояти при справжньому урагані розробники поки не дають.
І навіть поплавки
Зате компанія Ocean Power Technologies розкриває конкретні цифри і навіть успішно "