Билл Гросс делится великими идеями по поиску новых источников энергии

Когда мне исполнилось 15, я впервые заинтересовался солнечной энергией. Моя семья только переехала из Форт Лии, Нью Джерси в Калифорнию. и мы переехали из снежных мест туда, где очень жарко, и где много газовых магистралей. В 1973 году было введено лимитирование на использование газа. Энергетический кризис был на пике.

Я начал читать журнал Popular Science и серьезно заитересовался потенциалом солнечной энергии, чтобы попытаться решить этот кризис. Я только начал изучать тригонометрию в школе, узнал про параболу и как можно сконцентрировать лучи света в одну точку. Это меня вдохновило. И я почувствовал, что есть потенциал построить что-то, что бы концентрировало свет.

Поэтому я основал компанию, которую назвал Solar Devices. И это была компания, где я строил параболы, я выбрал мастерскую, я помню, как я приходил в эту жестяницкую мастерскую и создавал параболы и двигатели Стирлинга. И я строил этот двигатель Стирлинга на токарном станке, и приходили все эти байкеры, мотоциклисты, чтобы спросить: "Ты строишь бонг, да?" И я отвечал: "Да нет же, это двигатель Стирлинга, серьёзно!" Но они мне не верили.

Я продал черчежи этого двигателя и сферической антенны на заднюю обложку журнала Popular Science, по 4 доллара за чертеж. И я зарабтал достаточно денег, чтобы заплатить за первый год учебы в Калифорнийском технологическом институте. Я очень радовался, что смог попасть в Калтех.

И я продолжал заниматься бизнесом в течение первого года обучения в Калтехе. Но потом, на втором году учебы в Калтехе, они начали ставить оценки. Весь первый год они ставили "зачет" и "незачет", но на втором году они начали ставить оценки. И я не смог совмещать это с бизнесом и все закончилось 25-летним "отпуском". Моя мечта была преобразовывать солнечную энергию при эффективных затратах, но пришлось брать этот большой перерыв. Сначала была курсовая работа в Калтехе.

Потом, когда я закончил Калтех, вышел персональный компьютер IBM, и я подсел на компьютер IBM в 1981. А затем в 1983 году вышел Lotus 1-2-3, и я был полностью сражен Lotus 1-2-3. Я стал использовать 1-2-3 в своём бизнесе, начал писать аддоны для него, написал естественно-языковой интерфейс для 1-2-3. Я создал компанию по образовательным программам сразу после того, как я присоединился к Lotus. И потом я создал Idealab, чтобы я мог иметь крышу, под которой можно было бы создавать несколько компании.

Потом, гораздо гораздо позже -- в 2000, совсем недавно, начался новый калифорнийский энерго-кризис -- это то, что могло бы стать очень большим энергетическим кризисом. И я пытался понять, есть ли что-нибудь, что мы могли бы построить, и на чем можно было бы заработать, пытаясь дать людям запасную энергию, если, конечно, кризис действительно наступит. И я стал думать, как бы мы могли построить систему на батареях, которая бы дала людям 5 часов, 10 часов, или даже весь день, или 3 дня запасной энергии.

Я рад, что вы уже услышали сегодня, что батареи являются ненадежными источниками энергии -- так как имеют недостаточно емкости по сравнению с топливом. Гораздо больше можно энергии сохранить в топливе, чем в батареях. Пришлось бы заполнить одноместный гараж всего лишь, чтобы получить для себя энергии на 4 часа. И я сделал вывод после изучения всех возможных технологий, что мы можем выпустить для хранения энергии маховики, другий тип батарей, с помощью которых сохранять энергию было не типично.

А что по поводу получения энергии? Может быть, мы могли бы производить энергию. Я подумал, может ли солнечная энегрия быть привлекательной. Уже прошло 25 лет с тех пор, как я этим занимаюсь, дайте повернем назад и посмотрим, что же происходило с солнечными элементами за это время. Цена упала с 10 долларов за ватт до 4 или 5 долларов за ватт, где и стабилизировалась. А надо, чтобы она упала гораздо ниже, чтобы стать рентабельной.

Я изучил все новые изобретения, которые случались в отношении солнечных элементов, я пытался найти что-то инновационное, чтобы сделать солнечные элементы более дешевыми. Много нового происходит, чтобы приближает нас к этой цели, но фундаментально сам процесс по-прежнему требует очень большого количества энегрии. Некоторые даже говорят, что больше энергии уходит на создание солнечного элемента, чем он сможет дать за все годы его эксплуатации. Надеюсь, если мы сможем уменьшить потребление энергии для создании этих элементов, тогда они станут более практичным. Но прямо сейчас, вы скорее всего возьмете кремний, поместите его в печку с температурой 1600 градусов по фаренгейту на 17 часов, чтобы создать эти элементы. Много кто сейчас работает, чтобы уменьшить эти цифры, но я лично не сделал никакого вклада в эту область. Итак, я пробовал найти другой способ, который мог бы сделать солнечную энергию выгодной.

И вот пришла идея, что если мы будем концентрировать солнечные лучи большим отражателем, также, как я думал тогда, когда ходил в школу -- но возможно используя уже современные техноголии, нам удастся сделать большой, более дешевый, отражатель, который бы собирал солнечные лучи на маленький конвертер, а сам конвертер не должен быть таким дорогим, так как он будет намного меньше, чем солнечные элементы, которые должны покрывать всю поверхность, с которой вы хотите собирать энергию. Сейчас это выглядит реальным благадоря новым технологиям, которые появились за последние 25 лет с того момента, как я стал изучать эту тему.

Во-первых, появилось много новых технологий производства, не говоря уже о маниатюрных по-настоящему дешевых двигателях -- это бесщёточные двигатели, серводвигатели, шаговые двигатели, которые сейчас используются в принтерах, сканерах и других подобных устройствах. А это уже прорыв. Ну и, конечно же, недорогие микропроцессоры, и самый важный прорыв -- генетические алгоритмы.

Немного расскажу про генетические алгоритмы. Это мощный способ решения сложных задач с использованием механизма естественного отбора. Вы берете задачу, которую не можете решить чисто математически, вы строите эволюционную систему для перебора множества решений, добавляете половую разновидность, вы берете половину одного решения и половину другого, а затем создаете новые мутации, и с помощью естественного отбора вы отбрасываете не очень хорошие решения. Обычно с помощью генетического алгоритма за один компьютерный день на 3 Ггц процессоре вы можете решить много-много ранее сложно решаемых задач всего за несколько минут. Мы пробывыли с помощью генетических алгоритмов создать новый тип концентратора. И я покажу сейчас, что у нас из этого получилось.

Обычно, концентраторы выглядят вот так. Они имеют параболическую форму. Они собирают все параллельно входящие лучи и фокусируют их в одном месте. Они должны следовать положению солнца, потому что они должны быть направлены прямо на солнце. Обычно, угол восприятия составляет около одного градуса, что означает, что если градус больше 1, ни один из солнечных лучей не попадет в фокус. Поэтому мы пытались изобрести неотслеживающий коллектор, коллектор, который бы собирал больше, чем свет в одном градусе, с неподвижным частями. И мы создали генетический алгоритм, чтобы решить эту задачу, мы создали в XL модель многоповерхностного отражателя, и мы получили удивительные результаты, буквально эволюционировавшие в процессе прохождения миллиарда циклов, миллиарда разных попыток, с рабочей функцией, которая определила, как ты можешь собрать максимальное количество света под максимальным количеством углов в течение всего дня.

И вот эта форма, которая в итоге получилась. Это неотслеживающий коллектор с шестью трубообразными консолями, и каждая из них собирает свет определенным путем -- если солнечный свет падает прямо сюда, он может отражаться прямо в центр, в фокус напрямую, но если солнце вне оси, и лучи падают сбоку, они могут упасть в два места и отразиться дважды. Так что при прямом свете случается только одно отражение, при внеосевом свете может быть два отражения, а при значительном внеосевом свете может быть три. Ваша эффективность снижается при множественном отражении, потому что вы теряете 10 процентов при каждом отражении. но это позволяет нам собрать свет с плюс или минус 25-процентного угла. Таким образом, неподвижный компонент может собирать энергию в течение двух с половиной часов в день.

Однако, солнечные элементы собирают свет в течение четырех с половиной часов. В среднестатистический день солнечный элемент -- потому что солнце движется по небу, солнечный элемент снижает свою производительность по синусоидальной функции во внеосевых углах. Он собирает энергию около четырех с половиной усредненных часов во время светового дня. Поэтому, даже притом, что это было просто грандиозно с учетом неподвижности частей -- что мы смогли достичь таких высоких температур - этого было недостаточно. Нам надо было обыграть солнечные элементы. Так мы стали думать над другой идеей.

Мы задумались над способом разбить параболу на отдельные лепестки, которые бы отслеживали движение солнца. Так, то, что вы видите здесь, - это 12 отдельных лепестков, каждый из которых мог бы контролироваться собственным микропроцессором, что стоило бы доллар. Вы можете купить два мегагерцевых микропроцессора сегодня за доллар. И вы можете купить шаговые двигатели, которые практически не изнашиваются, потому что они не имеют щеток, за доллар. Мы можем контролировать все 12 лепестков менее чем за 50 долларов, и это позволило бы нам больше не двигать фокус, а только двигать лепестки. Вся система имела бы меньшую структуру, но, также мы смогли бы собирать солнечный свет от шести с половиной до семи часов в день.

Теперь, когда мы сконцентрировали сонечный свет, что мы собираемся поместить в центр, чтобы конвертировать солнечный свет в электричество? Итак, мы постарались изучить все различные тепловые двигатели, которые использовались в истории, чтобы попробовать конвертировать солнечный свет в электричество, другими, словами тепло в электричество. И одна из лучших во все времена паровая машина Джеймса Ватта 1788 года стала главным, главным прорывом. Джеймс Ватт, фактически, не изобрел паровой двигатель, он только усовершенствовал его. Но, его доработки бесподобны. Он добавил новый механизм передачи движения от поршней, он добавил конденсатор для охлаждения пара от рабочего цилиндра, он изобрел цилиндр двойного действия, что удвоило мощность двигателя. Это его главные достижения. Я имею в виду, все усовершенствования, которые он сделал, заслуживают того, чтобы сегодня единица измерения мощности, ватт, носила его имя. Итак, мы изучили данный двигатель, и в нем был потенциал. Паровые двигатели опасны, и они значительно повлияли на мир, как вы знаете - индустриальная революция, корабли и локомотивы. Но они обычно хороши, когда большие, то есть они не хороши для распределённого производства энергии. И в них очень высокое давление, поэтому они опасны.

Другой тип двигателя - это двигатель горячего воздуха. И двигатель горячего воздуха также не был изобретен Робертом Стирлингом, но именно Роберт Стирлинг сделал успехи в 1816 и радикально улучшил его. Этот двигатель, и именно поэтому он так нам интересен, работает только на воздухе, не на паре, и привел за эти годы к сотням креативным разработкам, которые используют принцип двигателя Стирлинга.

Но после двигателя Стирлинга, пришел Отто, и вновь он не иозбрел двигатель внутреннего сгорания, а только улучшил его. Он показал его в Париже в 1867, и это было главное достижение, потому что повысилась плотность энерговыделения. Сейчас вы можете получить намного больше энергии из намного меньшего пространства, и это позволило использовать двигатель в мобильных устройствах. Итак, однажды добившись мобильности, теперь вы производите много двигателей, потому что у вас много блоков, в отличие от паровых кораблей или больших фабрик, где вы не производите такое количество блоков, так что этот двигатель в итоге выграл от массового производства, в то время как другие двигатели проиграли. В связи с тем, что он вышел на уровень массового производства, его себестоимость уменьшилась, он улучшился за 100 лет, выбросы уменьшились, значительно выросла продуктивность. Сотни миллионов двигателей внутреннего сгорания были выпущены по сравнению с тысячами двигателей Стирлинга. А маленьких паровых двигателей было построено еще меньше, только большие для больших производств. Таким образом, изучив эти три двигателя и 47 оставшихся, мы пришли к выводу, что двигатель Стирлинга подходит для нас лучше всего.

Я хочу объяснить кратко, как мы пришли к такому выводу, и как он работает. Итак, мы постарались взглянуть на двигатель Стирлинга в новом ключе, так как подход утилитарный - вес больше не имел значения для нашего устройства. Двигатель внутреннего сгорания стал популярным, потому что вес имел значение, потому что вы находились в движении. Но если вы собираетесь генерировать солнечную энергию из статичного места, вес не имеет большого значения. Другая вещь, которую мы обнаружили, это то, что эффективность тоже так сильно не важна, если источник энергии бесплатен. Обычно, эффективность - самый важный фактор, потому что стоимость топлива для вашего двигателя уменьшает стоимость двигателя в течение его использования. Но если источник топлива бесплатный, тогда единственный значимый фактор - это первоочередные капитальные расходы на двигатель. То есть вы не хотите оптимизироваться в сторону эффективности, вы хотите оптимизироваться в сторону дополнительной мощности за доллар. Так, используя этот момент с новым критерием, мы подумали, что мы можем пересмотреть взгляды на двигатель Стирлинга, и также разработать генетический алгоритм для него.

По правде говоря, у Роберта Стирлинга не было Гордона Мура, чтобы получить мощность трех Ггц процессора. Итак, мы взяли тот же генетический алгоритм, который использовали ранее для создания концентратора, который в итоге нам не подошел, чтобы оптимизировать двигатель Стирлинга, и подогнать его размеры и все его параметры до точной оптимизации, чтобы добиться наибольшей мощности за доллар, независимо от веса, независимо от размера добиться наибольшей переработки солнечной энергии, потому что солнце бесплатно.

Вот процесс, который мы применили - позвольте показать, как двигатель работает. Наипростейший тепловой двигатель, или двигатель горячего воздуха, во все времена был таким: возьмите коробку, стальную канистру и поршень. Разведите огонь под ним, поршень поднимется. Уберите огонь и налейте сверху воду, или остудите его, поршень опустится. Это и есть тепловой двигатель. В целом, это самый основной тепловой двигатель, который вы когда-либо имели. Проблема в эффективности, которая составляет всего лишь одну сотую процента, потому что вы нагреваете весь металл камеры, а потом каждый раз охлаждаете весь металл камеры. И вы получаете энергию только из воздуха, который нагрет в это время, но вы тратите всю энергию, нагревая и охлаждая металл. Так, кто-то пришел к очень умной идее, что, вместо того, чтобы нагревать и охлаждать весь цилиндр, надо бы поместить внутрь дисплейсер - небольшое устройство, которое двигает воздух вперед-назад. Вы двигаете его вверх и вниз с небольшой энергией, но теперь вы только двигаете воздух вниз к горячему концу и вверх к холодному концу, вниз к горячему и вверх к холодному. В результате, теперь вы поочередно не нагреваете и охлаждаете металл, вы просто поочередно нагреваете и охлаждаете воздух. Это позволяет вам повысить эффективность с сотой доли процента до двух процентов.

А потом Роберт Стирлинг пришел к гениальной идее, которая заключалась в следующем: ОК, я уже не нагреваю металл этого типа двигателя, но я все еще нагреваю вновь и вновь весь воздух. Я все еще нагреваю и охлаждаю воздух каждый раз. А что если я помещу тепловую губку в середину, в проход, где воздух движется между горячим и холодным концами? Итак, он взял провода малого сечения и теснувшее стекло, а также различные виды материалов для разработки тепловой губки. Итак, когда воздух толкают вврех от горячего к холодному концу, он отдает часть тепла в губку. А когда воздух возвращается после охлаждения, он снова забирает это тепло обратно. Так, вы используете энергию пять или шесть раз, что повышает эффективность на 30 - 40 процентов. Это малоизвестное, но блестящее, гениальное изобретение Роберта Стирлинга, которое превращает горячий воздух в двигателе из чего-то непрактичного- то, что я обнаружил, когда строил наипростейшую модель в старшей школе -- в потенциальную возможность, вы сможете повысить эффективность в случае, если вы сможете сконструировать двигатель с низкой себестоимостью.

Так что мы действительно задумались над способами, как снизить стоимость до максимально возможной. Мы построили огромную математическую модель работы двигателя Стирлинга. Мы применили генетический алгоритм. Мы пришли к результату, как оптимизировать двигатель. Мы построили двигатели, мы построили 100 различных двигателей за последние 2 года. Мы измерили каждый, мы доработали модель до тех параметров, которые измерили, и затем пришли к настоящему прототипу. Это очень компактный, недорогой двигатель, а это то, как выглядит наш двигатель. Позвольте показать вам, как он выглядит в реальности. Это - двигатель. Это всего лишь маленький цилиндр, тут внизу, который содержит генератор и все сцепления, а это горячий колпак, горячий цилиндр сверху, эта часть нагревается, а эта часть холодная, а отсюда выходит электричество. Возможен также обратный процесс. Если вы проведете внутрь электричество, это станет горячим, а это охладится, вы получите холодильник. Так что это полностью взаимообратимый цикл, очень эффективный цикл, и довольно простая вещь для демонстрации.

Так, сейчас вы совместите обе вещи вместе. У вас есть двигатель, теперь, что же будет, если вы совместите лепестки-панели и двигатель в центре. Панели двигаются, а двигатель концентрирует солнечный свет, берет тепло и превращает его в электричество. Вот так выглядил первый прототип нашей системы вместе с лепестками и двигателем в центре. Это был выход на солнце, а сейчас я вам хочу показать, как выглядет настоящая модель. (Аплодисменты) Спасибо!

Эта модель с 12 лепестками-панелями. Каждая панель стоит около доллара -- легкая по весу, обработанный пластик, покрытый алюминием. Механизм контроля каждой панели вот тут, внизу, с микропроцессором на каждой. Так же есть термокапсулы на двигателе - маленькие сенсоры, которые фиксируют тепло, когда солнце попадает на них. Каждая панель отрегулирована таким образом, чтобы сохранять наивысшую температуру на ней. Когда солнце выходит утром, панели ищут солнце, находя его по наивысшей температуре. Около минуты с половиной, или две минуты, после того, как лучи ударяют по тепловому колпаку, двигатель достаточно нагревается, чтобы начать работать, а потом двигатель будет генерировать электричество в течение шести с половиной часов в день, от шести с половиной до семи часов, в течение которых солце пересекает небо.

Важная деталь, которая дает нам преимущество, это то, что у нас есть недорогие микропроцессоры, и что каждая панель автономна, и что каждая из этих панелей вычисляет, где солнце, без настройки пользователя. Так что вам не надо говорить широту и долготу, на которых вы находитесь, вам не надо говорить, каков угол наклона вашей крыши, вам не надо говорить расположение. Это не имеет значения. Они сами находят самое горячее место, затем снова ищут его через полчаса, и снова ищут его через день, и снова ищут его через месяц. Они, практически, вычесляют, где именно на Земле вы живете, отслеживая движение солнца, так что вам не надо вводить данные об этом.

Способ работы аппарата такой, когда солнце всходит, двигатель начинает работать, и вы получаете энергию оттуда. У нас есть устройство переменного тока (АС) и постоянного тока (DC), выдает 12 Вольт постоянного тока, которые могут быть использованы для определенных устройств. У нас есть инвертер, чтобы получить 117 Вольт переменного тока, а также вы получаете горячую воду. Горячая вода по выбору. Если вы не используете горячую воду, она остывает. Но вы можете использовать опцию нагрева горячей воды, что повышает эффективность еще больше, потому что некоторое тепло, которые вы обычно не используете, теперь вы сможете использовать как полезную энергию, для бассейна или горячей воды.

Позвольте показать вам короткое кино, как это выглядит в работе. Так, это первый тест, который мы проводили снаружи, и каждая из панелей ищет индивидуально. А то, что они делают - это шаг, очень шероховато сначала, а затем очень гладко. Как только они получают температуру, считывая информацию с термокапсулы и определяя, что солнце нашлось, тогда они замедляются и проводят более тонкую настройку, затем все панели занимают позицию, и двигатель начинает работать.

Итак, мы работаем над этим два последних года. Мы с нетерпением ждали продвижения, и нам предстоит еще долгий путь, и позвольте рассказать вам немного об этом. Вот так мы видим установку нашей солнечной батареи в жилых домах, вы, возможно, захотите расположить несколько батарей на вашей крыше. Она может быть на вашей крыше, на заднем дворе или где-либо еще. Вам не надо иметь столько устройств, чтобы обеспечить энергией весь дом, вы просто экономите деньги с каждой дополнительной станцией. Так, вы все еще продолжате использовать электрические сети, в данном случае, тогда батарея будет дополнительным источником -- конечно, вы же не можете ее использовать ночью, вы не сможете использовать ее в облачные дни.

Но, уменьшая использование энергии, особенно в часы пик-- обычно, это когда вы включаете кондиционер, или что-то вроде него, батарея генерирует пиковую энергию в часы пик использования электроэнергии, так что это очень помогает в каком-то смысле. Вот так мы видим установку на жилом доме.

Мы также думаем, что есть большой потенциал для энергетических ферм, особенно в отдаленных местностях, где много солнца. Это очень хорошая комбинация двух факторов. Как оказалось, в мире много мощной солнечной энергии, это очивидно, но в особых местах, где можно сравнительно недорого установить эти устройства, а также во многих других местах, где есть сильный ветер.

Вот, пример этому, карта США. Более-менее все, где нет зеленого и синего, это действительно идеальное место, но даже зеленые и синие пространства хороши, просто не так хороши, как красные, оранжевые и желтые. Но вот горячие места прямо вокруг Лас Вегаса и Долины Смерти, и вот это место, очень - очень хороши.

И все это влияет на период окупаемости проекта, это не означает, что вы не сможете использовать солнечную энергию, вы можете использовать солнечную энергию везде на Земле. Просто это влияет на период окупаемости, если вы сравниваете его с проектом по проводному электричеству. Но если у вас нет сетевого электричества, тогда сам вопрос самоокупаемости стоит совсем по-другому. Это только, сколько ватт вы получаете за доллар, и как вы сможете выиграть от использования этой энергии, чтобы как-то изменить вашу жизнь.

Это карта США. Это карта всей Земли, и, снова, вы можете увидеть, огромную полосу в середине, где расположена большая часть населения, это огромный шанс для солнечной энергии. И, конечно, посмотрите на Африку. Просто невероятно, каким потенциалом станет использование преимуществ солнечной энергии там, и мне очень интересно поговорить о способах, как мы можем помочь этому.

В заключении, я хочу сказать, мое путешествие показало, что вы можете пересмотреть старые идеи в новом свете, и иногда идеи, отвергнутые в прошлом, могут быть полезными сейчас, если вы используете новые технологии и новые подходы. Мы верим, что уже близки к чему-то очень практичному и доступному по средствам. Наша кратковременная цель - стать вдвое дешевле солнечных элементов, и наша долговременная цель - это окупаемость проекта менее, чем за пять лет. И, менее, чем за пять лет окупаемости, все это становится очень экономичным.

Так что вам не надо просто иметь хорошее отношение по поводу энергии, чтобы иметь одну из установок. Это просто имеет экономическую целесообразность. Сейчас, солнечная окупаемость 30 - 50 лет. Если мы ее снизим до пяти лет, тогда она становится почти повсеместной, потому что становится интересно владеть ей -- кто-то финансирует ее за вас, а вы сможете делать деньги, практически, с первого дня. Так что это наша самая главная цель, на которую мы нацелены в компании.

Два других момента, которые я узнал и которые очень удивили меня -- то, как небрежно мы относимся к энергии. Я шел от лифта сюда и заметил здесь, на сцене, прямо сейчас -- что сейчас зажжено где-то 20 500 Ватт света. Около 10,000 Ватт света льется прямо на сцену, одна лошадинная сила - это 756 Ватт, на полную мощность. Так что это больше 15 лошадей, скачущих на полной скорости, чтобы осветить эту сцену. Не упоминая, что 200 лошадей, вероятно, скучут сейчас, чтобы поддержать работу кондиционера. Это просто удивительно, зайдите в лифт и там будет гореть свет.

Конечно, сейчас мне очень некомфортно дома, когда мы по ошибке оставляем включенным свет. Но, везде вокруг нас чрезмерное использование энергии, потому что она такая дешевая. И она дешевая, потому что мы дотируем ее энергией, сконцентрировааной солнцем. Практически, нефть - это концентрат солнечной энергии. Он накапливался миллиарды лет с помощью огромной энергии, чтобы создать всю эту энергию внутри себя. И у нас нет права по рождению вот так просто и быстро использовать ее, я думаю. И было бы здорово, если бы мы нашли возможность сделать использование энергии возобновляемым, это когда мы используем энергию и воссоздаем ее в одном и том же месте, и я очень надеюсь, что мы достигнем этого.

Большое спасибо, вы были отличными слушателями. (Аплодисменты)