Между тем у этого крупнейшего потребителя электричества в самом ближайшем будущем может появиться не менее мощный конкурент: набирает популярность идея о переводе практически всех современных видов транспорта с углеводородов на электроэнергию. Несмотря на то что электричество уже очень давно активно используется в некоторых видах транспорта, применение солнечной энергии для его выработки способно изменить наше представление о привычных машинах до неузнаваемости. Вот лишь несколько примеров, причём далеко не самых фантастических.
1. Железные дороги
Железнодорожный — старейший из видов наземного транспорта, по возрасту далеко опережающий автомобильный: появление первых рельсовых вагонеток с лошадиной упряжкой относят к рубежу XVII–XVIII веков, в то время как первые автомобили с паровой тягой начали выпускаться лишь во второй половине восемнадцатого, а настоящие автомобили в современном понимании были построены Даймлером и Бенцом только во второй половине позапрошлого столетия.
Считается, что первый в мире локомотив на паровой тяге был создан в 1804 году английским изобретателем Ричардом Тревитиком, а собранная в 1808 году машина уже использовалась в качестве аттракциона на специально построенной кольцевой дороге в пригороде Лондона, где она соревновалась по скорости с лошадью.
Но время шло, и железнодорожная техника совершенствовалась одновременно с развитием технологий. И, как ни странно, современные поезда намного больше похожи на детские игрушечные электромодели, чем на своих чадящих предшественников. И это факт: практически все они уже работают на электричестве.
Электрички и поезда метро — лишь самый банальный пример. «Сапсан», способный достигать скорости 350 км/с, — это тоже электропоезд, питающийся от установленной над путями внешней контактной сети. Даже в тепловозах и газотурбовозах дизельный и газотурбинный двигатели используются для выработки энергии, которая необходима для работы электродвигателей.
Но почему бы не пойти ещё дальше и не применить для получения электроэнергии солнечные батареи? Площади крыш среднестатического поезда хватает для установки такого количества современных тонкоплёночных лёгких батарей, которых достаточно для полностью автономной эксплуатации всего состава а тем более для движения в гибридном режиме.
При этом небольшие модули весом около 250 кг и мощностью по 20 кВт могут быть без каких-либо принципиальных модификаций распределены по вагонам таким образом, чтобы можно было накапливать энергию, достаточную для автономной работы. А вместо баков для дизельного топлива можно просто установить аккумуляторные батареи. Всё это требует минимальных изменений технического плана (поскольку все современные поезда уже управляются с использованием компьютеров) и не нуждается ровным счётом ни в каких модификациях инфраструктуры. Взамен мы получаем радикальное снижение расхода топлива и, разумеется, меньший вред окружающей среде.
Конечно, существуют и намного более футуристические и безумные концепции — например, Hyperloop («Гиперпетля») американского инженера и предпринимателя Илона Маска, известного как основателя платёжной системы PayPal и фирмы Tesla Motors, производящей электрические суперкары. Проект предполагает строительство чего-то вроде «человеческой пневмопочты» — скоростного трубопровода, размещённого на эстакадах, в котором бы курсировали капсулы на 28 человек, поддерживаемые на расстоянии 2 см от стенок труб за счёт разреженного воздуха (около 100 Па). Капсулы должны приводиться в движение при помощи магнитного поля, а питание статоров в трубопроводе будет осуществляться за счёт расположенных над системой солнечных батарей.
По расчётам Маска, такие капсулы смогут разгоняться до сверхзвуковой скорости более 1 100 км/ч, потребляя при этом всего 100 кВт электроэнергии. При этом расстояние от Лос-Анжелеса до Сан-Франциско, составляющее около 550 км, капсула сможет преодолевать всего примерно за 30 минут — то есть более чем вдвое быстрее самолёта. Интервалы между отправкой капсул предполагается сделать минимальными — от 2 минут до 30 секунд в «часы пик».
Важным достоинством Hyperloop Илон Маск считает не только скорость, но и дешевизну: на строительство первой линии достаточно 6–7 миллиардов долларов, что примерно в 10 раз дешевле традиционной железной дороги. По мнению экспертов, чисто технически проект вполне реализуем, за исключением ряда конструктивных и, самое главное, бюрократических нюансов.
2. Мореплавание
Мореплаванием человечество занимается с незапамятных времён — когда ещё не было никаких дорог, по водному пространству можно было перемещаться намного быстрее, чем по суше. Сегодня морской путь — основной способ дальней крупнооптовой доставки товаров в самые разные уголки света. Суда нередко ходят по морям неделями, подставляя палубы, заполненные контейнерами, под палящее солнце. Так что же мешает использовать в изобилии доступную в море солнечную энергию?
Контейнеры для морских перевозок — идеальная модульная конструкция: они служат годами без каких-то повреждений, а установка на каждый из них даже самых маломощных тонких солнечных батарей позволит в сумме получить внушительную мощность. Портовые краны буквально собирают целые городки из контейнеров, как из кубиков, поэтому встроенная система батарей должна быть полностью самоорганизующейся и не требующей каких-либо настроек.
Конечно, вряд ли получаемой таким образом электроэнергии хватит для приведение в движение самих грузовых судов, но её совершенно точно будет достаточно для освещения, связи и каких-то служебных электросетей. Кроме того, возможно и превращение силовых установок таких кораблей в гибридные, а поскольку грузоперевозки — это чрезвычайно конкурентный бизнес, даже небольшая экономия может стать важнейшим преимуществом.
3. Автомобильные грузоперевозки
Попав с судна в порт, морские контейнеры затем развозятся по местам назначения на грузовиках. Гибридные тяжёлые грузовики и даже пассажирские автобусы существуют уже достаточно давно, но почему бы не пойти дальше и не воспользоваться солнечной энергией? Тем более что контейнеры с уже установленными батареями могут заметно упростить задачу.
Дизельные двигатели используются в тяжёлых автомашинах благодаря их высокому крутящему моменту, а что может обеспечить непревзойдённый момент при минимальных потерях, как не электродвигатель?! Дополнительный электродвигатель никак не отразится на управлении автомобилем: машина просто будет потреблять меньше топлива и обладать повышенной мощностью. Площади обычной фуры вполне достаточно для размещения солнечных батарей, способных обеспечивать энергией такой электродвигатель.
Имеет смысл и установка аккумуляторных батарей на сам тягач: они будут накапливать энергию, получаемую от прицепа или размещённых на нём контейнеров. В итоге такая машина сможет, например, бесшумно подъезжать к месту разгрузки и уезжать с него, а также маневрировать в местах, где нежелателен шум мощного дизеля. Решение, которое можно реализовать уже сегодня.
4. Авиатранспорт
Наверное, многие удивятся тому, что уже существуют самолёты, полностью работающие на электроэнергии, которая получена от солнечных батарей. И хотя пока у нас нет технической возможности строить батареи такой мощности, достаточной для питания реактивных авиационных двигателей, уже сейчас можно воспользоваться старыми добрыми винтовыми двигателями и обширной площадью корпуса для установки солнечных батарей и аккумуляторов. Поэтому, скорее всего, первые пассажирские самолёты такого типа будут непропорционально большими, тихоходными и почти бесшумными.
Тем не менее вот живой пример такой конструкции — Solar Impulse одноимённой швейцарской компании, причём сегодня построен уже второй вариант этого самолёта, а первый ещё в 2010 году совершил успешный беспосадочный полёт в течение 26 часов. Размах крыльев первой модификации составлял 63 метра, что сравнимо с габаритами «Аэробуса» A340, вторая модель стала ещё больше. При этом масса аппарата — всего 1 600 кг, расчётная скорость не превышает 70 км/ч, а скорость взлёта — 35 км/с. На крыльях самолёта установлено почти 12 тысяч солнечных батарей, около 400 кг ионно-литиевых аккумуляторов для электропитания в ночное время и четыре двигателя.
Полётные испытания второго варианта, получившего швейцарский регистрационный знак HB-SIB, запланированы на 2014 год, а первый совершил в 2012 году межконтинентальный 19-часовой перелёт из европейского Мадрида в Африку, в Марокко. Весной 2013 года этот же самолёт в два захода по 19-25 часов перелетел с Западного на Восточное побережье США.
В Solar Impulse заявляют, что это всего лишь демонстрация возможностей, и они не планируют выпускать коммерческие модели, но уже сейчас можно придумать способы использования подобных аппаратов — например, в качестве экскурсионного самолёта: поскольку он летает медленно и на небольшой высоте (до 12 тысяч метров), с его борта можно прекрасно рассмотреть любую местность.
5. Личный транспорт
Электромобили давно никто не считает чудом техники: гибрид Toyota Prius, особенно «любимый» британцами из телепередачи Top Gear, выпускается уже более полутора десятилетий, а полностью электрические Nissan LEAF и Mitsubishi i MiEV — не менее трёх лет. Уже упоминавшийся Илон Маск, помимо выпуска электромобиля Tesla, владеет компанией SolarCity, которая предлагает частным и корпоративным клиентам законченные решения по электропитанию от солнечных батарей — от разработки до установки и обслуживания. Специально для своих электромобилей Маск строит на территории США многочисленные бесплатные (!) «электрозаправочные станции», где электричество вырабатывается за счёт солнечных батарей. Согласитесь, какая красивая идея: больше никаких чеков за бензин и никаких счетов за электроэнергию!
Конечно, это не идеальное решение проблемы, но КПД современных солнечных батарей ещё слишком низок, чтобы их можно было полноценно использовать для питания небольших электромобилей. Зато они очень даже пригодятся в таком лёгком транспорте, как велосипеды или скутеры. Для них не требуются ни мощный двигатель, ни внушительный запас аккумуляторов, при этом электродвигатель удобен при езде в городском цикле и абсолютно безопасен для атмосферы.
Цены на простые китайские электробайки начинаются примерно со 140 долларов, а на детские — и вовсе с 40 долларов при оптовых закупках. Оснащение их солнечными батареями обойдётся не менее дёшево.
Есть и гораздо более дорогие спортбайки, питающиеся от аккумуляторов, — например, 160-сильный Mission Electric по $32 500 за базовую модель или 54-сильный Brammo Empluse R за $18 999. Для подзарядки таких мотоциклов потребуется намного больше солнечных батарей, и их размещение вызывает массу вопросов: выверенный спортивный дизайн просто не даёт возможности их установить.
В этом случае больше подойдёт решение, которое придумали в BMW: всем покупателям её электромобиля BMW i3 за небольшую сумму предлагается установить на крышу гаража или навеса набор солнечных батарей с оборудованием, предназначенным именно для зарядки этой машины.
Сегодня значительная часть электроэнергии в мире (около 40%) вырабатывается на станциях из каменного угля, между тем с ростом энергопотребления за счёт неуклонного расширения информационно-коммуникационной инфраструктуры неизбежно возникновение ограничений на её использование. Так что перевод самых разных видов транспорта на солнечную энергию может оказаться не только экологичным и экономичным, но и жизненно важным решением. И, к счастью, первые шаги в этом направлении уже сделаны.