Парящие ветряки способны без особого труда обеспечить планету энергией

Очевидно, нужно искать новые методы — к примеру, давно обещанную эксплуатацию высотных ветров, о которых «КЛ» уже сообщала. В качестве технической основы высотных турбин предлагались и планеры, и кайты, и БПЛА самолётного типа на привязи, и (самые перспективные!) аэростаты, не требующие для парения дополнительных энергозатрат. Сектор переживает настоящий бум, хотя это пока всё больше стартапы. Более 20 компаний разрабатывают прототипы таких устройств; они зарегистрировали около 100 патентов в одних только США, и дело уверенно идёт к коммерциализации.

Но какое будущее у этого рынка? Много ли ветра там, наверху, на высотах от 300 до 3 000 м?

Кристина Арчер (Cristina Archer) из Делавэрского университета (США), вооружившись новой информацией о распределении высотных ветров, попыталась составить список регионов с максимальной скоростью воздушных потоков в диапазоне высот 300–3 000 м. «Таких территорий... довольно много, и располагаются они во множестве районов мира, — сообщает г-жа Арчер. — Это был сюрприз, этого мы не ожидали».

Напомним: ещё недавно общая тенденция была совсем иной. Сначала множество проектантов нацелились на стратосферные ветры, на высотах вплоть до 20 км. Однако расчёты показали, что вес кабеля, удерживающих тросов и прочего будет слишком большим, а в случае серьезных бурь в нижних слоях атмосферы установки придётся спускать, а затем — с большими затратами — поднимать снова. К тому же, согласно исследованиям атмосферных течений, потенциал у таких проектов есть лишь в ограниченном количестве регионов. Напротив, маловысотные турбины требуют в 20–30 раз меньше по весу кабелей и тросов, и их легко спускать (и затем вновь поднимать) при приближении экстремальных ураганов.

Кристина Арчер со товарищи использовала метрологические данные ежечасных замеров ветров по всей Земле, собранных Национальным центром атмосферных исследований США за 1985–2005 годы. Их интересовали высоты ниже 3 км, а в качестве «рентабельного» они брали ветер быстрее 10 м/с. Поскольку выработка ветряка зависит от куба скорости ветра, то 10 м/с дают примерно вдвое больше выработки в единицу времени, чем 8 м/с, считающиеся выгодными для наземных ветряков.

По итогам исследований оказалось, что ветер такой силы дул в ряде регионов планеты не менее 15% всего времени на протяжении любого из рассмотренных 240 месяцев. То есть весьма и весьма регулярно.

Что важно, эта замечательная ситуация характерна для четверти поверхности планеты. В частности, как сообщает исследовательница, таких мест полно над американскими великими равнинами, приэкваториальными ячейками Хадли и побережьем Сомали в районе Африканского Рога.

Даже исключив из расчётов приполярные и океанические районы (ибо удалены от мест скоплений людских масс), авторы работы обнаружили, что общая мощность летающих ветряных турбин при средней плотности их размещения даст 7,5 млрд киловатт — втрое больше средней цифры мгновенной мощности земной энергетики. Даже при коэффициенте использования установленной мощности в 35% (а для высотных ветров это вполне реально) ветряки в диапазоне от 300 до 3 000 м способны обеспечить электричеством всё человечество, начиная, разумеется, с той четверти планеты, что ближе всего к экватору или большим безлесным равнинам.

Как подчёркивает г-жа Арчер, она специально закладывала плотность размещения летающих ветряков небольшой, чтобы исключить вариант глобального торможения ветров такими установками. Однако для получения точной оценки возможного влияния «парящей ветроэнергетики» она уже готовится к исследованию обратной связи «ветряки — скорость ветра», равно как и других сторон такой эксплуатации нижних слоёв тропосферы.

Отчёт об исследовании опубликован в журнале Renewable Energy.