Совсем другая энергетика

В испытательном зале ВНИИ электрификации сельского хозяйства есть уголок, который ничем не напомнит постороннему ни о науке, ни о проблемах сельского хозяйства. Скорее, он похож на детскую площадку: игрушечный поезд мчится по железной дороге, бассейн с рыбками пересекает маленький катер, а под потолком кружит самолет с электромоторчиком. Если же поинтересоваться, почему эти игрушки, а точнее – действующие модели транспортных средств – движутся, то тут и начнется серьезная наука. Во всяком случае, мало кто в мире сегодня может это объяснить.

 

Мечтать не вредно

Этот катер обходится без аккумуляторов или батареек, потому что энергию он берет прямо из воды. И рыбок, которые в ней плавают, ничуть не беспокоит, что вода под током. Собственно, и плавают-то они здесь исключительно для того, чтобы продемонстрировать экологическую безопасность нового способа передачи энергии на движущийся объект. Между тем, любой электрик легко докажет, что основания для беспокойства есть: если сунуть в ванну электропровод, то, скорее всего, это плохо кончится,  потому что в обычных цепях используют активный ток, а в однопроводных – реактивный. Кто не понимает разницы, тому от экспериментов лучше воздержаться. Да и инженеру-электрику, изучавшему традиционный курс электротехники, трудно поверить, что существует совсем другая электротехника, где не обязательно иметь замкнутую цепь из двух проводников. Ток может течь по однопроводной линии, как вода по трубе. В разных участках цепи он может иметь любые значения, но это не мешает системе исправно работать. Причем металлический провод вполне могут заменить и земля, и вода и даже лазерный луч. В общем, полный абсурд.

Для радиоинженера ситуация более понятна: ведь примерно так и работает лучевая антенна, передавая энергию на расстояние. Но поскольку у электриков и специалистов по радиосвязи разные задачи, то они редко беседуют друг с другом на профессиональные темы. А вот в этом институте как раз и произошел такой междисциплинарный контакт. И хоть газета не годится для описания технических подробностей, рассказать о том, что получилось, можно.

В этом испытательном зале отрабатывается технология бесконтактной передачи электроэнергии по однопроводной линии на транспорт — автомобили и катера, троллейбусы и электрички… И радиоуправляемый автомобиль носится здесь по треку именно потому, что под полотном дороги проложен провод, или, как тут выражаются, резонансная однопроводная система питания.

В недалеком будущем эта разработка обернется для водителей новыми возможностями. Скажем, едет автомобиль по трассе Москва – Петербург, а под дорожным полотном проложена такая питающая система. В машине же кроме двигателя внутреннего сгорания есть и электромотор с аккумулятором, который заряжается во время езды. Надо свернуть с трассы – не беда, заряда хватит на сотню километров. А если исчерпаете и этот ресурс, то достаточно щелкнуть переключателем — и езжайте себе дальше на привычном бензине.

За такое и пешеходы скажут спасибо. Представьте, что трасса проходит через зеленый город, и нет в нем ни выхлопных газов, ни  смога…

А на селе ученым  в будущем видится такая жизнь: по земле движутся роботы-автоматы, управляемые компьютерами со спутниковой навигацией. Они обрабатывают землю, ухаживают за растениями, убирают урожай. Сегодня это кажется очередным сном небезызвестной мечтательницы Веры Павловны, но в институте уверены, что именно так можно решить сразу три проблемы: энергосбережения, снижения вредных выбросов и автоматизации сельского труда.

 

Когда легче сделать, чем убедить

В институте уже  действуют макеты транспорта будущего, и это уже не мечты. Вот, например, железная дорога, где вдоль полотна проложен провод, которому не нужны опорные столбы. Да и на дешевом кабеле тоже можно серьезно сэкономить.

Ну, а при чем тут самолет, который кружит над лабораторией? Ему-то даже один провод ни к чему, тот самый, что одним концом опущен в бассейн, а другим подключен к мотору. Мне объясняют: для кордовых моделей эта идея вполне подходит. Но и с настоящим самолетом проблем не будет, на него энергию можно передавать, например, по лазерному лучу. Правда, пока это возможность чисто теоретическая, потому что лазера в институте нет.

Самолет, конечно, подождет, сейчас надо заинтересовать инвесторов хотя бы автомобилем. Те с теорией не спорят, но рассуждают так: мол, сначала запустите хотя бы маленькую модель — и мы поверим. И вот модель действует. Теперь ученых просят сделать что-нибудь побольше. Что ж, пожалуйста, вот вам четырехколесный детский электромотоцикл, который тоже берет энергию прямо из-под колес. Убедит ли?

Да что там инвесторы…

— Многие ученые коллеги не могут себе представить передачу электричества без проводов и не верят даже собственным глазам, — говорит директор института, академик РАСХН Дмитрий Семенович Стребков. — Чтобы изменить мышление, требуются поколения…

Есть в институте, однако, еще один аргумент для скептиков – не игрушечная, а вполне серьезная техника в виде мощного трансформатора, кабель от которого идет на улицу. Путь его недолог, до противоположной стены, где стоит другой трансформатор, принимающий. Рядом с ним —  гирлянды мощных электроламп, и все вместе это образует однопроводную линию передачи мощностью 20 киловатт. По мнению разработчиков, это очень удобно для труднодоступных районов: расстояние передачи неограниченно, а кабель гораздо дешевле обычного. К тому же, в такой системе не бывает коротких замыканий, потери малы, а украсть энергию очень трудно.

Впрочем, аргументы скептиков неисчерпаемы: что такое 20 киловатт? Вот когда сделаете хотя бы один мегаватт…

 

Задача для потомков

Идея беспроводной передачи энергии не нова, впервые ее предложил сербский ученый  Никола Тесла более ста лет назад. В 1901 году он получил первый патент аппарата, передающего электросигналы на расстояние. Высокочастотную однопроводниковую линию Тесла рассматривал как альтернативу эдисоновской идее использования постоянного тока. Конкуренция сторонников передачи энергии на постоянном токе с приверженцами переменного продолжается до сих пор, но все это – в рамках традиционных представлений. И вот в институте экспериментально показали, что однопроводниковая линия с высокочастотным резонансным трансформатором может передавать энергию на любой частоте, в том числе и нулевой. Это открывает возможности для создания сверхдальних кабельных линий. Так будет решена одна из важнейших проблем энергетики – надежность электроснабжения.

Тесла предвидел развитие электротехники и энергетики на много лет вперед. Он передавал электроэнергию на десятки километров, используя землю в качестве проводника. Испытывал катер, управляемый через воду, изобрел асинхронный двигатель, многофазный ток и многое другое. Он говорил: «Что касается передачи энергии через пространство – это проект, который я считаю абсолютно успешным… Эффективность передачи может быть 97 процентов  и практически нет потерь». А вот что писал американский журнал «Тайм» в 1934 году: «На прошлой неделе доктор Тесла объявил комбинацию из четырех изобретений, которые сделают войну бессмысленной. Смертоносные лучи будут поражать армию противника, сбивая самолеты на дистанции 250 миль».

Ученый умер в 1943 году в американской гостинице. Его научные работы, где были материалы о технологиях беспроводной передачи энергии, тут же пропали. Исследователи до сих пор ломают головы, как ему удавалось передавать энергию не только без проводов, но и без помощи лазеров, которых тогда не существовало…

В этом году исполняется 150 лет со дня рождения Тесла. Некоторые его идеи уже поняты и реализованы, другие же по-прежнему указывают направление поиска. Во всяком случае, в институте уверены, что в нынешнем веке энергетика будет совсем другой.

Евгений Крушельницкий