Бил Грос споделя страхотни идеи за откриване на нова енергия

Когато бях 15-годишен, за пръв път се заинтересувах от слънчевата енергия. Семейството ми се беше преместило от Форт Лий, Ню Джърси, в Калифорния и се преместихме от снега на място с много горещина и газопроводи. През 1973-а имаше дажби за газ. Енергийната криза беше в пълен размах.

Започах да чета списание "Популярна наука" и наистина се развълнувах от потенциала на слънчевата енергия, за да се опитам да разреша тази криза. Тъкмо бях учил тригонометрия в гимназията - бях учил за параболата и как тя може да концентрира лъчи светлина в един-единствен фокус. Това силно ме развълнува. Наистина усетих, че би имало потенциал да се построи нещо, което да може да концентрира светлина

Затова основах фирма, наречена "Слънчеви съоръжения". В тази фирма изграждах параболи. Настаних се в една железария и си спомням как влязох в железарията и се захванах с параболи и стирлингови мотори. Правех един стирлингов мотор на струга и всички рокери - мотоциклетисти - дойдоха и казаха: "Правиш лула за трева, нали?" А аз отвърнах: "Не, това е стирлингов мотор. Наистина." Но те не ми повярваха.

Продадох плановете за този мотор и за тази чиния по за четири долара - бяха публикувани в списание "Популярна наука". Спечелих достатъчно пари, за да платя за първата си година в Калифорнийския технологичен институт (Калтех). Наистина бе много вълнуващо за мен да попадна в Калтех.

През първата си година в Калтех продължих с бизнеса. А после, през втората година в Калтех, започна оценяването. Цялата първа година беше взел-невзел, но втората година бях оценяван. Не успявах да смогвам с бизнеса и в крайна сметка прекъснах за 25 години. Мечтата ми беше да преработвам слънчевата енергия на много практична стойност, но после направих това голямо прекъсване. Първо - курсовите работи в Калтех.

После, щом завърших Калтех, излезе персоналният компютър на IBM, и през 1981-а се пристрастих към персоналния компютър на IBM. После, през 1983-а, излезе Lotus 1-2-3 и бях напълно отнесен от Lotus 1-2-3. Започнах да работя в своя бизнес с 1-2-3, да пиша разширения за 1-2-3, написах естествен езиков интерфейс за 1-2-3. Основах фирма за образователен софтуер, след като се присъединих към Lotus, а после основах Idealab, за да имам покрив, под който да създавам множество фирми впоследствие.

После, много по-късно - през 2000 г., съвсем наскоро, новата калифорнийска енергийна криза - или онова, което претендираше да е голяма енергийна криза - идваше. Опитвах се да проумея дали има някакъв начин да изградим нещо, което да превърне това в капитал и да се опитам да осигуря резервна енергия за хората, в слуай че тази енергийна криза наистина дойде. Започнах да проучвам как можем да изградим резервни системи от батерии, които да могат да дават на хората резервна енергия за пет часа, 10 часа, може би дори за цял ден или за три дни.

Радвам се, че чухте по-рано днес - батериите са невероятна енергия -- лишени плътност в сравнение с горивото. Толкова много повече енергия може да се съхранява с гориво, отколкото с батерии. Трябва да напълните цялото пространство за паркиране в един гараж, само за да получите резерв от батерии за четири часа. И заключих, след като проучих всички други технологии, че може да използваме за запасяването с енергия - маховици, батерии с различни формули - това просто не е практичен начин за съхранение на енергия.

Ами ако добиваме енергия? Може би можем да добиваме енергия. Опитах се да преценя - може би слънчевата енергия е станала привлекателна. Бяха минали 25 години, откакто се занимавах с това - да се върна и да видя какво е станало със слънчевите клетки. Цената беше спаднала от 10 долара за ват до около пет долара за ват, но се беше стабилизирала. А наистина трябваше да стане много по-ниска от това, за да има ценова ефективност.

Проучих всички новости във връзка със слънчевите клетки и се опитвах да търся начини за иновация и по-евтини начини за производство на слънчеви клетки. За да стане това, се случват много нови неща, но по същество процесът изисква огромно количество енергия. Някои хора дори казват, че за изработката на една слънчева клетка е необходима повече енергия, отколкото тя ще излъчи през целия си живот. Надяваме се, че ако успеем да намалим количеството енергия, необходимо за производство на клетките, употребата им ще стане по-практична. Но в момента общо взето трябва да вземеш силикон, да го поставиш в пещ при над 1600 градуса по Фаренхайт за 17 часа, за да произвеждаш клетките. Много хора работят по различни способи с цел да намалят този разход, но аз не мога да допринеса с нищо в тази област. Опитах се да измисля по какъв друг начин можем да се опитаме да произвеждаме слънчево електричество.

И ми хрумна една идея - ами ако съберем слънцето с голям рефлектор - както си мислех още много отдавна, когато бях в гимназията - но може би с модерна технология бихме могли да направим по-евтин, голям колектор, да го концентрираме към малък конвертор, и тогава устройството за конверсия не би трябвало да бъде толкова скъпо, защото е много по-малко, отколкото слънчевите клетки, които трябва да покриват повърхността на цялата област, от която искате да събирате слънце. Сега това изглеждаше практично, защото се бяха появили много нови технологии за 25-те години, откакто последно бях проверявал.

Първо, имаше много нови производствени техники, да не говорим за наистина евтините миниатюрни мотори - безчеткови мотори, сервомотори, степерни мотори, които се използват в принтери, скенери и такива неща. Това е пробив. Разбира се, евтините микропроцесори, а после - едно много важно откритие - генетичните алгоритми.

Ще бъда много кратък по въпроса за генетичните алгоритми. Това е мощен начин за разрешаване на трудни задачи с помощта на естествен подбор. Вземате задача, която не можете да разрешите с чисто математически отговор, построявате еволюционна система, за да имате множество опити за отгатване, добавяте пол - при това вземате половината от едно решение и половината от друго, а после да правите нови мутации - и използвате естествен подбор, за да отстранявате не толкова добрите решения. Обикновено, с генетичен алгоритъм на компютър в днешно време с три-гигахерцов процесор можете да решавате много, много неразрешими преди задачи едва за минути. Опитахме да намерим начин за използване на генетични алгоритми за създаване на нов тип концентратор. Ще ви покажа резултата.

Традиционно концентраторите изглеждат така. Тези форми са параболи. Те вземат всички паралелно влизащи лъчи и ги фокусират на едно-единствено място. Те трябва да проследяват Слънцето, защото трябва да сочат директно към Слънцето. Обикновено имат приемлив ъгъл около един градус, което означава, че ако са отклонени на повече от градус, нито един от слънчевите лъчи няма да попадне във фокуса. Опитахме се да измислим начин да направим колектор без проследяване - колектор, който да събира много повече от един градус светлина, без движещи се части. Създадохме този генетичен алгоритъм, за да изпитаме това, направихме модел в голям размер на рефлектор с много повърхности и нещо изумително се появи - буквално еволюира - от изпитването на милиард цикли, милиард различни опити, с функция за пригодност, която дефинираше как може да се събира най-много светлина, от най-много ъгли, в продължение на един ден, от Слънцето.

Това е формата, която еволюира. Това е непроследяващ колектор с шест подобни на туба рогове и всеки от тях събира светлина по следния начин: ако слънчевата светлина попадне тук, може да отскочи право в центъра, пряко в целта, но ако Слънцето е с отклонение от оста и идва отстрани, може да попадне на две места и да направи два пречупвания. Значи, за директна светлина е нужно само едно пречупване, за отклонена от оста светлина може да трябват две, а за крайно отклонена от оста може да са необходими три. Ефикасността спада при повече пречупвания, защото се губят около 10 процента с всяко пречупване. Но това ни позволи да събираме светлина от плюс-минус 25 градуса ъгъл. В продължение на около два часа и половина от деня можем да събираме с неподвижен компонент.

Слънчевите клетки обаче събират светлина в продължение на четири часа и половина. В един средностатистически ден една слънчева клетка - защото Слънцето се движи по небето, слънчевата клетка спада със синусоидна функция на КПД при ъглите с отклонение от оста. Тя събира средно около четири и половина часа слънчева светлина дневно. Така че дори това, макар и да беше страхотно да няма подвижни части - можехме да постигаме високи температури - не бе достатъчно. Трябваше да бием слънчевите клетки. Затова се захванахме с една друга идея.

Търсехме начин да разбием една парабола на отделни венчелистчета, които да проследяват. Тук виждате 12 отделни венчелистчета, всяко от които може да се контролира с индивидуални микропроцесори, които биха стрували едва един долар. Сега може да купите двумегахерцов микропроцесор за един долар. Може да купите и степерни мотори, които практически никога не се износват, защото нямат четки, за един долар. Можем да контролираме всички тези 12 венчелистчета за под 50 долара, а това ни позволява да не се налага повече да местим фокуса, а само да местим венчелистчетата. Цялата система би имала много по-нисък профил, а също така бихме могли да събираме слънчева светлина в продължение на шест и половина до седем часа дневно.

След като сме концентрирали слънчева светлина, какво ще сложим в центъра, за да преработваме слънчевата светлина в електричество? Опитахме се да проучим всички различни топлинни двигатели, използвани в историята, за да се опитаме да конвертираме слънчева светлина в електричество, или топлина в електричество. Един от най-великите на всички времена - парната машина на Джеймс Уат от 1788 г., е била огромен, огромен пробив. Всъщност, Джеймс Уат не е изобретил парната машина - просто я е усъвършенствал. Но неговите подобрения били невероятни. Добавил нови водачи за линеарно движение към буталата, добавил кондензатор, за да охлажда парата извън цилиндъра, направил мотора двойнодействащ, за да има двойна мощност. Това били огромни пробиви. Имам предвид всички направени от него подобрения - и е оправдано, че нашата единица за енергия - ват, днес е наречена на негово име. Вгледахме се в тази машина - имаше известен потенциал. Парните машини са опасни и са имали огромно влияния върху света, както знаете - индустриална революция, параходи и локомотиви. Но обикновено е добре да са големи, затова не са подходящи за разпределено генериране на мощност. Но също така са с много високо налягане, затова са опасни.

Друг тип мотор е моторът с горещ въздух. Моторът с горещ въздух също не е бил изобретен от Робърт Стирлинг, но Робърт Стърлинг дошъл през 1816 г. и радикално го подобрил. Този мотор, тъй като... много интересно - работел само с въздух, без пара, е довел до стотици креативни проекти през годините, използващи принципа на стирлинговия мотор.

Но след стирлинговия мотор се появил Ото - той също не е изобретил двигателя с вътрешно горене, а просто го е усъвършенствал. Показал го в Париж през 1867 г., и това било огромно постижение, защото вдигнало плътноста на мощноста на мотора много нагоре. Сега може да получите много повече мощност в много по-малко пространство и това позволило моторът да бъде използван за превозни средства. Щом вече имате мобилност, правите много мотори, защото имате множество устройства, в сравнение с параходите или големите фабрики, където не правите толкова много единици, така че това бил моторът, който в крайна сметка спечелил от масово производство, където всички други мотори не печелели. И тъй като влязъл в масово производство, разходите били намалени, 100 години подобрения, емисиите били намалени, огромна производствена стойност. Строени са стотици милиони мотори с вътрешно горене, в сравнение с хилядите построени стирлингови мотори. А създаваните малки парни машини вече са още по-малко, само големи за големи дейности. И така, след като разгледахме тези три вида, както и 47 други, заключихме, че стирлинговият мотор ще е най-добър за употреба.

Искам да ви обясня накратко как го разгледахме и как работи. Опитахме се да погледнем стирлинговия мотор по нов начин, защото той е практичен - теглото вече нямаше значение за нашето приложение. Моторът с вътрешно горене отпадна, защото теглото имаше значение, тъй като се движиш наоколо. Но ако се опитвате да генерирате слънчева енергия на статично място, теглото няма чак такова значение. Другото, което открихме е, че ефективността не значи толкова много, ако енергийният ти източник е безплатен. Обикновено ефективността е жизненоважна, защото в сравнение с цената на горивото за вашия мотор през живота му стойността на мотора изглежда нищожна. Но ако източникът на гориво е безплатен, тогава единственото, което има значение, е капиталната стойност на мотора. Ако не искате да оптимизирате за ефикасност, искате да оптимизирате за стойност за долар. Чрез този нов обрат, с новия критерий, смятахме, че можем да преразгледаме стирлинговия мотор, а също и да въведем генетични алгоритми.

Всъщност, Робърт Стирлинг не е имал Гордън Мур пред себе си, за да ни осигурява три гигахерца процесорна мощ- И така, взехме същия генетичен алгоритъм, който използвахме по-рано, за да направим онзи концентратор, който не сработи за нас, за да оптимизираме стирлинговия мотор, да определим размерите за неговия проект и всичките му измерения точно по най-оптимален начин, за да получим възможно най-висока мощност за долар, независимо от теглото, независимо от размера, за да получим най-много конверсия на слънчева енергия, защото Слънцето е безплатно.

Това е процесът, който предприехме - ще ви покажа как работи моторът. Най-простият топлинен двигател, или мотор с топъл въздух, на всички времена е този - вземете кутия, стоманена кутия с бутало. Поставете пламък под нея, и буталото се вдига. Свалете я от пламъка и налейте вода в нея, или я оставете да изстине, и буталото слиза надолу. Това е топлинен мотор. Това по същество е най-фундаменталният топлинен мотор, който изобщо може да съществува. Проблемът е, че ефективността е една стотна от един процент, защото нагорещявате целия метал на камерата, а после охлаждате целия метал на камерата всеки път. А получавате мощност само от въздуха, който се нагрява в същото време, но губите цялата енергия за нагряване на метала и охлаждане на метала. На някого хрумна много умна идея - вместо да се нагрява целият цилиндър и да се охлажда целият цилиндър, да се сложи вътре превключвател - малко нещо, което придвижва въздуха напред-назад. Той се движи нагоре и надолу с малко енергия, но сега само премествате въздуха надолу към горещия край и нагоре към студения край, надолу към горещия край и нагоре към студения край. Сега не се налага да редувате нагряване и охлаждане на метала, а просто редувате нагряване и охлаждане на въздуха. Това ви позволява да повишите ефективността от една стотна от процента до около два процента.

А после се появи Робърт Стирлинг с гениална идея - а именно: е, сега още не нагрявам метала с този вид мотор, но все пак пренагрявам целия въздух. Все още нагрявам въздуха всеки път и охлаждам въздуха всеки път. Ами ако сложа термална гъба в средата, в прохода, откъдето въздухът трябва да се движи между горещо и студено? Той поставил фини жици, напукано стъкло и най-различни материали за термалната гъба. Така, когато въздухът бута нагоре, за да отиде от горещия край към студения край, той оставя известна топлина в гъбата. А после, когато въздухът се връща, после като е бил охладен, той отново поема тази топлина. Така използвате повторно енергията пет или шест пъти и това повишава ефективността между 30 и 40 процента. Това е малко познато, но блестящо, гениално изобретение на Робърт Стирлинг, което прави двигателя с горещ въздух от донякъде непрактичен - както открих, когато направих наистина простата версия в гимназията - до много потенциално възможен, щом успееш да повишиш ефективността, може да го проектираш на достатъчно ниска стойност.

Така наистина тръгнахме по пътя да се опитаме да го направим на възможно най-ниска цена. Изградихме огромен математически модел за това как работи един стирлингов мотор. Приложихме генетичния алгоритъм. Получихме резултатите от него за оптималния мотор. Изграждахме мотори - направихме 100 различни мотора през последните две години. Измерихме всеки от тях, нагласяхме повторно модела според измерванията, а после доведохме това до настоящия прототип. Той доведе до много компактен, евтин мотор. Ето как изглежда моторът. Нека ви покажа как изглежда в реалния живот. Това е моторът. Това е просто един малък цилиндър тук долу, който държи генератора вътре и всички връзки, а това е горещият капак - горещият цилиндър най-отгоре - тази част се нагорещява, тази част е хладна, и излиза електричество. Точно обратното също е вярно. Ако вкарате електричество вътре, това ще се нагорещява, а това ще се изстудява и получавате охлаждане. Това е напълно обратим цикъл, много ефективен цикъл и доста просто нещо за изработка.

Сега сглобявате двете неща заедно. Значи, имате мотора - а какво ще стане, ако комбинирате венчелистчетата и мотора в центъра. Венчелистчетата проследяват, а моторът получава концентрираната слънчева светлина, взема тази топлина и я превръща в електричество. Така изглеждаше първият прототип на нашата система заедно с венчелистчетата и мотора в центъра. Това се провежда навън, на Слънцето, и сега искам да ви покажа как изглежда истинското нещо. (Аплодисменти) Благодаря ви.

Това е устройство с 12 венчелистчета. Тези венчелистчета струват по около долар всяко - лека, струйно излята пластмаса, алуминизирана. Механизмът за контрол на всяко венчелистче е тук долу, с микропроцесор на всяко. На мотора има термодвойки - малки сензори, които долавят топлината, когато слънчевата светлина падне върху тях. Всяко венчелистче се наглася отделно, така че да поддържа най-високата температура върху себе си. Щом Слънцето изгрее сутринта, венчелистчетата ще търсят Слъцето, ще го откриват чрез търсене на най-високата температура. След около минута и половина или две минути, след като лъчите падат върху горещия капак, моторът ще загрее достатъчно, за да се стартира, а после моторът ще генерира електричество в продължение на около шест часа и половина дневно - шест и половина до седем часа, докато Слънцето се придвижва през небето.

От основна важност е, че можем да се възползваме от евтините микропроцесори които имаме, и всяко от тези венчелистчета е автономно, всяко от тези венчелистчета разбира къде е Слънцето без настройка от потребителя. Затова няма нужда да указвате на каква ширина и дължина се намирате, няма нужда да указвате под какъв ъгъл е наклонен вашият покрив, няма нужда да указвате каква е ориентацията. За устройството всъщност няма значение. Това, което прави, е да търси най-горещото място, търси отново половин час по-късно, търси отново ден по-късно, търси отново месец по-късно, всъщност открива къде се намирате на Земята, като наблюдава посоката, в която се движи Слънцето, така че няма нужда да въвеждате никакви данни за това.

Начинът, по който работи устройството, е следният: щом Слънцето изгрее, моторът се стартира и получавате мощност. Имаме прав ток и променлив ток, получаваме 12 волта прав ток, така че може да се използва за определени уреди Тук вътре имаме инвертор, така че получавате 117 волта променлив ток, а също получавате и гореща вода. Горещата вода е по желание. Не се налага да използвате горещата вода - тя ще се охлади сама. Но по желание можете да го използвате за загряване на гореща вода, а това повишава ефективността дори още повече, защото част от топлината, която иначе бихте отхвърляли, сега може да използвате като полезна енергия - дали за басейн, или за топла вода.

Нека ви покажа един филм набързо, как изглежда това в действие. Това е първият тест, когато го изнесохме отвън и всяко от венчелистчетата търсеше индивидуално. А онова, което правят, е да стъпват, много грубо отначало, а после много фино, след това. Щом получат температура на термодвойката, сочеща, че са открили Слънцето, после забавят и правят фино търсене, после всички венчелистчета ще се придвижат на позиция, а после моторът ще се стартира.

Върху това работим през последните две години. Много сме развълнувани от напредъка - все още ни предстои много дълъг път. Позволете да ви разкажа малко повече за това. Ето как си представяме, че би било в жилищна инсталация, вероятно ще имате повече от едно устройство на покрива си. Би могло да е на покрива ви, или в задния ви двор, или някъде другаде. Не е задължително да имате достатъчно устройства, за да осигурявате мощност за цялата си къща, просто пестите пари с всяко допълнително, което добавите. Значи, потенциално още използвате мрежата, в този тип приложение, като резервно снабдяване - разбира се, не можете да ги използвате нощем и не можете да ги използвате в облачни дни.

Но чрез намаляване на употребата на енергия, особено в пикови часове - обикновено, когато сте включили климатика си, или в други такива моменти - това генерира пикова мощност във времето на пикова употреба, и в този смисъл допринася много. Такива са нашите представи за жилищно приложение.

Смятаме също, че има много голям потенциал за енергийни ферми, особено в отдалечени земи, където има много Слънце. Това е наистина добра комбинация от тези два фактора. Оказва се, че по света очевидно има много мощно Слънце, но на специални места, където се оказва относително евтино за поставянето им, а също и на много други места, където има висока мощност на вятъра.

Пример за това е - ето картата на Съединените щати. Общо взето, навсякъде, където не е зелено или синьо, е наистина идеално място, но дори зелените или сините райони са добри - просто не толкова добри като местата, които са червени, оранжеви и жълти. Но горещината около Лас Вегас, Долината на смъртта и онзи район е много, много добра.

А всичко това има значение за периода на изплащане - не значи, че не можете да използвате слънчева енергия - може да използвате слънчева енергя където и да било на Земята. То засяга само периода на изплащане, ако сравнявате с доставяно по мрежата електричество. Но ако нямате доставяно по мрежата електричество, тогава целият въпрос за изплащане става напълно различен. Става дума само за това колко вата получавате за долар и как може да спечелите от това, използвайки тази мощност, за да промените живота си по някакъв начин.

Това е картата на Съединените щати. Това е картата на цялата Земя и отново, виждате огромно струпване в средата, където общо взето е голяма част от населението, има огромни шансове за слънчева енергия. И, разбира се, погледнете Африка. Просто невероятно е какъв е потенциалът за използване на слънчева енергия там и наистина се вълнувам, когато говоря за търсене на начини как да помогнем в това.

В заключение бих казал - моето пътуване ми показа, че може да посетиш повторно стари идеи в нова светлина и понякога идеи, отхвърлени в миналото, могат да имат практическа стойност сега, ако приложиш някаква нова технология или нови обрати. Вярваме, че много се приближаваме до нещо практично и достъпно. Краткосрочната ни цел за това е да постигнем цена, наполовина по-ниска от тази на слънчевите клетки, а по-дългосрочната ни цел е периодът на изплащане да е по-кратък от пет години. А при изплащане за под пет години, това изведнъж става много икономично.

Значи не трябва просто да искате да имате добра нагласа спрямо енергията, за да поискате да имате едно от тези устройства. Просто е смислено икономически. В момента периодът на изплащане за слъчева енергия е между 30 и 50 години. Ако той спадне под пет години, става съвсем ясно, защото интересът да го притежаваш - някой друг ще го финансира вместо вас - а вие можете просто да правите пари, по същество от първия ден. Това е нашата наистина мощна цел, която си поставяме във фирмата.

Две други неща, които научих, бяха много изненадващи за мен - едното беше колко сме нехайни спрямо енергията. Тъкмо бях слязъл от асансьора ей там, и дори само като погледна сцената в момента - там има може би 20 500 вата светлина. На сцената се лее 10 000 вата светлина, една конска сила е 756 вата, в пълна сила. Значи всъщност 15 коня тичат с пълна скорост, само и само да поддържат сцената осветена. Да не говорим за 200-та коня, които вероятно тичат в момента, за да поддържат климатиците работещи. И това е просто изумително - влизаш в асансьора, а там свети.

Разбира се, много съм чувствителен в къщи, когато оставим лампите светнати по погрешка. Но навсякъде около нас има ненаситна употреба на енергия, защото тя е толкова евтина. А е евтина, защото сме субсидирани от енергия, която е била концентрирана от Слънцето. По същество петролът е концентрат от слънчева енергия. Той е бил затискан в продължение на милиард години с много енергия, за да съдържа цялата тази енергия в себе си. А ние нямаме рождено право просто да го прахосваме толкова бързо, както правим, според мен. Би било страхотно, ако можехме да намерим начин да направим употребата си на енергия обновима, при което, докато използваме енергията, я създаваме на същото място, и наистина се надявам да успеем да стигнем дотам.

Благодаря ви много - бяхте страхотна публика. (Аплодисменти)