Она была в воде, когда прозвучало прозрение. Конечно, Аннет фон Жуан всегда была в воде, плавая в озерах и бассейнах, когда росла в Сиэтле, и соревновалась в свободном фристайле на соревнованиях в старших классах и колледжах. В ее подвале есть бассейн для упражнений, где она и ее муж (бывший олимпийский пловец из Португалии) и их трое детей провели много времени ... плавая.
Из этой истории
[×] ЗАКРЫТЬ
Посмотрите, как прототип буя энергии волны поднимается и опускается на поверхности воды, когда исследователи из Университета штата Орегон изучают его эффективность.
Видео: Развертывание энергетического буя
Но в декабре 1995 года она занималась серфингом на Гавайях во время каникул. Она только начала работать доцентом кафедры электротехники в Университете штата Орегон. Ей было 26 лет, и она хотела что-то изменить - найти или улучшить полезный источник энергии, предпочтительно тот, который не был дефицитным, мимолетным, непредсказуемым или грязным. Солнце садилось. Ветер умирал. Она качалась в волнах.
«Когда солнце садилось, оно ударило меня: я мог кататься на волнах весь день и всю ночь, весь год», - говорит фон Жуан. «Волновая сила всегда здесь. Она никогда не останавливается. Я начал думать, что должен быть способ использовать всю энергию океанского волнения практичным и эффективным способом, ответственным образом».
Сегодня фон Жуан является одной из движущих сил в быстро растущей области волновой энергии, а также его ведущим сторонником. Каждому, кто будет слушать, она объяснит, что в отличие от энергии ветра и солнца, волновая энергия всегда доступна. Даже когда океан кажется спокойным, зыби перемещают воду вверх и вниз достаточно для выработки электричества. И аппарат для выработки киловатт энергии из волны может быть намного меньше, чем то, что необходимо для использования киловатт от ветра или солнца, потому что вода плотная, а энергия, которую она передает, концентрируется.
Вся эта энергия также, конечно, разрушительна, и на протяжении десятилетий задача заключалась в том, чтобы создать устройство, способное противостоять гигантским волнам и штормовым ветрам, не говоря уже о едких соленых водах, морских водорослях, плавающих обломках и любопытных морских млекопитающих. И устройство также должно быть эффективным и требовать минимального обслуживания.
Тем не менее, очарование неотразимо. Машина, которая может использовать неисчерпаемый, не загрязняющий окружающую среду источник энергии и использоваться в достаточном количестве для производства значительного количества электроэнергии - это будет подвиг на века.
Инженеры создали десятки машин, называемых преобразователями энергии волн, и протестировали некоторые из них в небольших масштабах. В Соединенных Штатах волны могут обеспечить примерно 6, 5 процента сегодняшних потребностей в электроэнергии, говорит Роджер Бедард из Исследовательского института по энергетике, аналитического центра в Пало-Альто, штат Калифорния. Это эквивалент энергии в 150 миллионах баррелей нефти - примерно того же количества энергии, которое вырабатывается всеми американскими гидроэлектростанциями в совокупности - достаточно для питания 23 миллионов типичных американских домов. Самые сильные волны возникают на западном побережье из-за сильных глобальных ветров с запада на восток, поэтому Великобритания, Португалия и западное побережье Соединенных Штатов являются одними из тех мест, где развивается волновая энергия.
Помимо плавания, другой страстью фон Жуана в детстве было изучение того, как все работает. Началось с небольшой техники. Будильник сломался. Она открутила спину, закрепила механизм и снова сложила его. Ей было около 8 лет. «Это было так волнительно для меня», - говорит она. Она перешла к калькуляторам, а затем к компьютеру, который она купила за деньги с ее бумажного маршрута. Однажды она ждала, когда ее родители покинут дом, чтобы она могла разобрать телевизор и собрать его, прежде чем они вернутся. (Фон Жуанн предупреждает детей, чтобы они не делали так, как она: «есть компонент высокого напряжения».)
Когда ее братья, старше восьми и десяти лет, приехали домой на каникулы, она изучила их учебники по технике. (Старшая сестра преследовала бизнес-степень.) «Чтение их подтвердило, что это то, чем я хочу заниматься», - вспоминает она.
Она изучала электротехнику в качестве бакалавра в Университете Южного Иллинойса и в качестве доктора в Техасском университете A & M. Она часто была одной из немногих женщин в классе. «Я никогда не видела себя женщиной-инженером», - говорит она. «Я видел себя инженером, пытающимся сделать мир лучше».
В Университете штата Орегон она рассказала о своем прозванном волнении Алане Уоллесе, профессоре электротехники, который поделился своим очарованием силой океана. «Мы начали говорить, что должен быть способ использовать эту энергию», - вспоминает она. Они изучили преобразователи энергии волны, которые тогда производили, и искали многовековые патенты на хитрости для извлечения энергии из волн. Некоторые напоминали ветряные мельницы, клетки для животных или корабельные винты. Современный выглядел как огромный кит. У всех гаджетов была одна общая проблема: они были слишком сложными.
Возьмем, к примеру, устройство под названием Pelamis Attenuator, которое недавно было развернуто в течение четырех месяцев у побережья Португалии компанией Pelamis Wave Power. Это похоже на 500-футовую красную змею. Когда волны движутся по своей длине, машина наклоняется вверх и вниз. Изгиб нагнетает гидравлическую жидкость через двигатель, который вырабатывает электричество. Такие сложные машины пронизаны клапанами, фильтрами, трубками, шлангами, муфтами, подшипниками, переключателями, датчиками, счетчиками и датчиками. Промежуточные этапы снижают эффективность, и если один компонент ломается, все устройство начинает капать.
Проанализировав это, фон Жуанн говорит: «Я знал, что нам нужен более простой дизайн».
Лаборатория фон Джуанна названа в память об Уоллесе, который умер в 2006 году, но Фонд энергетических систем и возобновляемых источников энергии Уоллеса (WESRF) известен как «Мы занимаемся серфингом». Лаборатория, окрашенная в глубокие голубые и серые тона и несущие росписи вьющихся волн, стала исследовательским центром и испытательным полигоном для таких инновационных продуктов, как полностью электрический военный корабль, судно на воздушной подушке и гибридный двигатель Ford Escape. В одном углу находится высокий буй, напоминающий огромную медную батарею. Рядом с ним еще один буй, похожий на две беговые лыжи с проволокой, натянутой между ними. Проекты были одними из самых ранних фон Жуана. «Прорывы почти всегда рождаются из неудач», - говорит она.
Ее прорыв состоял в том, чтобы придумать устройство, которое имеет только два основных компонента. В самых последних прототипах толстый виток медной проволоки находится внутри первого компонента, который прикреплен к морскому дну. Второй компонент - это магнит, прикрепленный к поплавку, который свободно перемещается вверх и вниз с волнами. Когда магнит поднимается волнами, его магнитное поле движется вдоль неподвижной катушки медного провода. Это движение вызывает ток в проводе - электричество. Это так просто.
К началу 2005 года фон Жуан разработал один из своих прототипов и хотел проверить, является ли он водонепроницаемым. Она вытащила преобразователь энергии волны в свой подвал, в трубу, которая циркулирует в воде, чтобы она могла плавать на месте. Ее дочь Сидней, которой тогда было 6 лет, сидела на прототипе, так же, как тюлень мог цепляться за настоящий буй. Это плавало.
Затем она позвонила в близлежащий волновой бассейн, куда люди ходят играть в симулированные волны.
"Вы сдаете в аренду свой бассейн?" она сказала.
"Для скольких людей?" спросил служитель.
«Не так много людей - один волновой энергетический буй».
Парк подарил ей два ранних утра. Фон Жуан поставил на якорь машину с десятью 45-фунтовыми гирями от оздоровительного клуба. Он хорошо показывал себя в игривых волнах, подпрыгивая, не опускаясь.
Затем началось настоящее испытание на одном из самых длинных волновых симуляторов в Северной Америке.
В западной части лиственного кампуса Орегонского государственного университета, рядом с научными зданиями из красного кирпича, находится массивный Т-образный стальной сарай в гигантском асфальтированном участке. Несмотря на то, что здание находится в 50 милях от Тихого океана и далеко за пределами досягаемости приливных волн, на входе в синий и белый металлический знак написано: «Вход в зону опасности цунами».
Когда фон Жуан впервые принесла буй для испытаний в бетонном канале длиной 342 фута в исследовательской лаборатории по волнам Хинсдейл штата Орегон, «все пошло не так, как планировалось», - со смехом говорит Дэн Кокс, директор предприятия. Фон Жуанн и его коллеги положили буй в канал глубиной 15 футов и ударили по нему волнами двух, трех и четырех футов. Первая пятифутовая волна опрокинула его.
«У нас была проблема с балластом», - смущенно говорит фон Жуан. Она продолжает: «Мы - инженеры-электрики, и нам действительно требовалось больше помощи от инженеров-океанов, но чтобы получить их, нам требовалось больше средств, а чтобы получить больше средств, нам нужно было добиться определенного успеха».
Фон Жуан продолжал совершенствовать свои буи. Небольшая группа наблюдала, как пятиметровая волна направилась к одной из ее последних версий. Когда буй поднялся вместе с волной, на нем зажглась 40-ваттная лампочка, питаемая энергией волн. «Мы все приветствовали», - вспоминает Кокс.
Направьте 20 ветров из штата Орегон к побережью через кедр и ели, следуя по реке Якина. Рядом с устьем реки находится песчаная коса с невысокими постройками, украшенными раковинами устриц и корявыми корягами. Бризы устанавливают фалы от соседней пристани, лязгая по металлическим мачтам. Здесь находится Морской научный центр штата Орегон, посвященный исследованиям морских экосистем и энергии океана.
Джордж Боэллт, морской ученый и директор центра, смотрит из своего кабинета на поле с волнистой морской травой. «То, что мы знаем сейчас, это то, чего мы не знаем», - говорит Боэллт, чьи грязные белокурые кудри напоминают океанские волны. «Энергия океана - это быстро развивающаяся область, и у исследователей окружающей среды много вопросов».
Например, буи поглощают энергию волн, уменьшая их размер и мощность. Повлият ли усохшие волны на движение песка и течения у берега, что может способствовать эрозии?
Буи, а также силовые кабели, которые будут подключаться к электрической сети на берегу, излучают электромагнитные поля. И швартовые тросы гремели в течениях, как гитарная струна. Могут ли эти помехи запутать китов, акул, дельфинов, лосося, скатов, крабов и других морских животных, которые используют электромагнетизм и звук для кормления, спаривания или навигации?
Будут ли птицы сталкиваться с буями, или черепахи будут запутываться в кабелях?
Будут ли якоря создавать искусственные рифы, которые привлекают рыбу, обычно не встречающуюся в этой среде обитания?
Повлияет ли развертывание, обслуживание и удаление буев на морское дно или иным образом изменится окружающая среда океана?
«Я тоже хочу знать ответы на эти вопросы», - говорит фон Жуан. «Последнее, что я хочу сделать, это навредить океану и его прекрасным созданиям». Чтобы изучить экологические риски и позволить инженерам по волновой энергии проверить свои изобретения, она и ее коллеги из штата Орегон, в том числе Белерт, строят поблизости плавучий испытательный причал. Его планируется открыть в следующем году, а в его центре будет находиться буй, полный инструментов для сбора данных о том, насколько хорошо работают преобразователи энергии волн.
Испытательный причал является частью огромных усилий по перемещению энергии волн из лаборатории на электрическую сеть. Через новый национальный морской центр возобновляемой энергии, финансируемый Департаментом энергетики, исследователи со всей страны смогут усовершенствовать свои изобретения в энергетической лаборатории WESRF, испытать их в волновом потоке Хинсдейла и усовершенствовать их в океане. «Это то, что нам нужно сделать, чтобы полностью исследовать волновую энергию как часть портфеля возобновляемых источников энергии для государства, нации и мира», - говорит фон Жуанн.
Боелерт и другие говорят, что, даже если волновая энергия оказывает некоторые локальные воздействия на окружающую среду, она, вероятно, будет гораздо менее вредной, чем электростанции, работающие на угле и нефти. «Последствия продолжения закачивания углерода в атмосферу могут быть намного хуже для морской флоры и фауны, чем буи, качающиеся на волнах», - говорит он. «Мы хотим, чтобы энергия океана работала».
Фон Жуанн недавно отбуксировала свой лучший буй - ее 11-й прототип - через залив Якина и в полутора милях от берега. Буй, напоминающий гигантскую желтую летающую тарелку с чёрной трубкой, торчащей посередине, был поставлен на якорь в 140 футах воды. В течение пяти дней она поднималась и падала от зыби и генерировала около 10 киловатт энергии. В ближайшие два-три года Columbia Power Technologies, компания по возобновляемым источникам энергии, которая поддержала исследования фон Жуана, планирует установить буй, вырабатывающий от 100 до 500 киловатт электроэнергии на испытательном причале у побережья Орегона.
«Несколько лет назад, - говорит Кокс о фон Жуане, - она работала над небольшим бюджетом. Теперь у нее за плечами правительство, и компании стучатся в ее двери. Это невероятно быстрое продвижение, которое предвещает будущее волновой энергии». "
Еще одно из изобретений фон Жуана, первое в своем роде, - это машина, которая тестирует преобразователи энергии волны без необходимости их увлажнения. Прототип буя закреплен внутри металлической каретки, которая имитирует движение океанских волн вверх и вниз. Электрооборудование контролирует мощность, которую генерирует буй. Испытательный стенд похож на лифтовую машину посреди ее лаборатории.
Исследователям волновой энергии из других учреждений будет предложено использовать испытательный стенд фон Жуана, но на данный момент в нем находится один из ее собственных буев-преобразователей энергии. Студент, сидящий за соседним компьютером, приказывает устройству симулировать волны высотой 1 метр, движущиеся 0, 6 метра в секунду с 6-секундными интервалами между пиками волн.
«Это маленькая летняя волна», - говорит фон Жуан.
Машина гудит, кренится и вздрагивает, как в парке развлечений.
Когда буй движется вверх и вниз, датчик регистрирует производимый им сок. Игла движется. Один киловатт, два, потом три.
«Этого достаточно для питания двух домов», - говорит фон Жуан.
Элизабет Раш - журналист из Портленда, штат Орегон, автор книги «Охотник за планетами» и других научных книг для детей.
Электрическая волна . В «преобразователе энергии волны» фон Жуана катушки внутри закрепленной колонны окружены магнитом, прикрепленным к поплавку. Волны перемещают поплавок вверх и вниз, а электромагнитное взаимодействие генерирует ток. (5W Инфографика) 
После нескольких лет экспериментов в лабораториях, бассейнах с волнами и даже в ее подвале инженер Аннетт фон Жуан провела испытания опытных образцов конвертера в океане (кран поднял буй в воду у Орегона в 2007 году). (Аннет фон Жуан) 
Аннет фон Жуанн стоит в океане вдоль Орегонского пляжа Рок Оттер, недалеко от того места, где она экспериментирует с буями энергии волн. (Предоставлено Аннет фон Жуан) 
Лодка буксирует прототип волнового энергетического буя в море. (Аннет фон Жуан) 
Присмотритесь к одному из прототипов буя. Желтая часть буя плавает вдоль поверхности воды. (Аннет фон Жуан) 
Свет, сияющий на вершине буя, показывает, что электричество течет через буй. (Аннет фон Жуан) 
В лаборатории фон Жуана недавнее изобретение имитирует волновое действие, позволяя исследователям проектировать буи без пробега (тестирование устройства с волновой энергией без поплавка). (Брайан Смейл) 
Фон Жуанн говорит: «У нас был многообещающий вклад, что [эта технология] - это путь». (Брайан Смейл)
