«Летающие змеи» Windlift: революция в ветроэнергетике?

В Северной Каролине, американском штате, известном как родина авиации, базируется компания, которая занимается выработкой электроэнергии с помощью привязного дрона, совершающего в воздухе фигуры высшего пилотажа. Это кажется вполне закономерным, учитывая богатую историю воздухоплавания этого региона.

По данным за 2023 год, ветроэнергетика обеспечивает около 7,8% мирового производства электроэнергии. Лидерами в этой области являются Дания (58% всей электроэнергии вырабатывается за счет ветра), Уругвай (43%) и Ирландия (35%). Эффективность ветроэнергетики растет, а стоимость, измеряемая по показателю LCoE (усредненная стоимость энергии), снижается благодаря совершенствованию технологий, оптимизации строительства и увеличению мощности генераторов. Однако, согласно отчету Lazard за 2023 год, стоимость ветровой энергии все еще остается относительно высокой: от 24 до 75 долларов США за МВт·ч для наземных ветряных электростанций и от 72 до 140 долларов США за МВт·ч для морских.

Современные ветрогенераторы – это гигантские сооружения, достигающие в высоту 340 метров (1115 футов). Такие установки способны вырабатывать до 26 МВт электроэнергии, что достаточно для обеспечения энергией более 8500 домохозяйств в США. Они обладают высокой устойчивостью к неблагоприятным погодным условиям, включая ураганы.

Компания Windlift, основанная в 2006 году, предлагает инновационный подход к ветроэнергетике. Разработанный компанией летательный аппарат, похожий на воздушного змея размахом крыльев 3,7 метра (12 футов), оснащен генераторами и привязан к земле стальным тросом длиной около 60 метров (200 футов) с силовым кабелем. Устройство взлетает вертикально, как вертолет, затем совершает серию управляемых маневров, постоянно находясь в натянутом состоянии, и описывает в воздухе «восьмерку». Этот метод, известный в авиации как полет с использованием поперечного ветра, позволяет максимизировать подъемную силу и тягу. В случае Windlift он используется для выработки электроэнергии.

Во время маневров небольшая конструкция из углеродного волокна весом 11,3–13,6 кг (25–30 фунтов) испытывает перегрузки до 5 g, что позволяет эффективно использовать вращающиеся роторы для генерации энергии. Вырабатываемая электроэнергия (до 30 кВт·ч) передается на наземную станцию, которая может быть подключена к аккумулятору, жилому дому, городской сети или любому другому потребителю. Этого количества энергии достаточно для удовлетворения суточной потребности среднего домохозяйства в США.

Преимущества такого способа получения энергии перед традиционными ветряными электростанциями заключаются в значительно меньшей стоимости (примерно на 80% дешевле), сокращении расхода материалов на 90–95%, высокой мобильности и возможности обеспечения энергией удаленных районов с минимальными затратами на установку. Пентагон высоко оценивает потенциал Windlift и выделил компании грант в размере 30 миллионов долларов США на исследования и разработки. Министерство обороны США рассчитывает использовать портативные автономные источники энергии для передовых оперативных баз.

В настоящее время Windlift разрабатывает систему мощностью 75 кВт·ч с размахом крыльев 12,2 метра (40 футов) для коммерческого использования. Компания сообщает, что это максимальный размер, обусловленный законом квадрата-куба, который ограничивает эффективность более крупных конструкций и усложняет их транспортировку. Летательный аппарат с размахом крыльев 40 футов помещается в стандартный 40-футовый морской контейнер.

Windlift – не первая компания, использующая воздушное пространство для выработки электроэнергии. В 2016 году проект Makani, поддерживаемый лабораторией Google X Labs Moonshot, стал первым в мире, кто смог генерировать электроэнергию аналогичным способом. Makani был ориентирован на более крупные летательные аппараты, способные вырабатывать до 600 кВт·ч. Google инвестировал в проект 15 миллионов долларов США, а в 2013 году полностью выкупил Makani за нераскрытую сумму. Однако в 2020 году Google закрыл проект, посчитав его слишком рискованным. Возможно, сосредоточившись на портативности и меньшем масштабе, Windlift сможет занять перспективную нишу на рынке ветроэнергетики.