Makani

Makani — это проект по разработке воздушных ветроэнергетических установок (ВВЭУ) в виде привязного планера, способного вырабатывать электроэнергию за счёт полёта по круговой траектории в сильных ветровых потоках на высоте. Проект был запущен компанией Makani Power (основана в 2006 году), а в 2013 году поглощён корпорацией Google (позже — Alphabet Inc.), после чего развивался в рамках её подразделения X (ранее Google X). В 2020 году проект был закрыт в связи с техническими и экономическими трудностями, не достигнув стадии коммерческой эксплуатации.

История

Основание и ранние годы

Компания Makani Power была основана в 2006 году группой инженеров и предпринимателей, включая Коринну Хардинг и Дона Монтроуза. Идея заключалась в использовании воздушных змеев или планеров для генерации энергии на высотах, где ветры более сильные и стабильные, чем у поверхности Земли. Первоначально проект финансировался за счёт венчурных инвестиций, в том от Google.org — благотворительного подразделения Google.

В 2008 году Makani Power получила грант от Министерства энергетики США на разработку прототипа. К 2010 году компания создала первый работоспособный планер с размахом крыла 8 метров, способный вырабатывать до 10 кВт электроэнергии в контролируемых условиях.

Поглощение Google и развитие

В мае 2013 года Google объявила о приобретении Makani Power. Сумма сделки не разглашалась, но, по оценкам аналитиков, составила около 15–20 миллионов долларов. После поглощения проект вошёл в состав лаборатории Google X (ныне X Development), занимающейся «дерзкими» технологическими проектами. В рамках Google X команда Makani получила доступ к значительным ресурсам и инженерному опыту.

В 2015 году был представлен прототип M600 — планер с размахом крыла 28,5 метров, оснащённый восемью электродвигателями-генераторами. Планер работал в паре с наземной станцией, к которой крепился тросом. Полёт происходил по круговой траектории, перпендикулярной направлению ветра, что позволяло лопастям (на концах крыла) вращаться и вырабатывать электричество. Мощность M600 оценивалась в 600 кВт — этого было достаточно для обеспечения энергией около 300 домов в США.

Закрытие проекта

Несмотря на технические успехи, к 2020 году проект столкнулся с рядом проблем. Во-первых, сложность и стоимость эксплуатации воздушных установок оказались выше, чем у традиционных ветрогенераторов. Во-вторых, возникли трудности с сертификацией и безопасностью: планер мог упасть при отказе системы управления или при сильных порывах ветра. В-третьих, конкуренция со стороны быстро дешевеющих наземных и морских ветряков сделала технологию Makani экономически невыгодной.

В феврале 2020 года Alphabet Inc. объявила о закрытии проекта Makani. Часть сотрудников была переведена в другие подразделения, а технология и наработки были переданы для открытого доступа. В 2021 году Makani выпустила открытые исходные коды и документацию, чтобы другие компании могли продолжить разработки.

Устройство и принцип работы

Конструкция планера

Основным элементом Makani был планер, напоминающий небольшой самолёт с размахом крыла от 8 до 28 метров в зависимости от прототипа. Крыло имело профиль, оптимизированный для полёта на большой высоте (от 200 до 600 метров). На концах крыла располагались восемь электродвигателей-генераторов, которые при вращении от набегающего потока воздуха вырабатывали электричество.

Планер был соединён с наземной станцией тросом, который выполнял две функции: передавал электричество на землю и удерживал планер в заданной траектории. Трос изготавливался из высокопрочного синтетического волокна (например, Dyneema) с вплетёнными медными жилами для передачи тока.

Принцип генерации

Планер взлетал вертикально с помощью собственных двигателей, потребляя энергию от наземной станции. На высоте около 200–300 метров он переходил в режим полёта по круговой траектории, перпендикулярной направлению ветра. При этом набегающий поток воздуха вращал лопасти, которые были частью двигателей-генераторов. Вращение преобразовывалось в электричество, которое по тросу передавалось на землю.

Система управления планером была полностью автоматизирована: бортовой компьютер отслеживал ветер, высоту, положение и корректировал траекторию. При снижении ветра или для посадки планер переходил в режим планирования и садился на специальную платформу на наземной станции.

Наземная станция

Наземная станция представляла собой мобильную платформу, на которой размещались лебёдка для троса, инверторы для преобразования постоянного тока в переменный, а также система управления и аккумуляторы для взлёта. Станция могла быть установлена на суше или на плавучей платформе для использования в море.

Преимущества и недостатки

Преимущества

• Высокий коэффициент использования установленной мощности (КИУМ): на высоте 200–600 м ветры дуют более стабильно и сильно, чем у земли, что позволяет генерировать энергию до 60–80% времени (против 30–40% для наземных ветряков).
• Меньший расход материалов: планер и трос требовали меньше стали и бетона, чем башня традиционного ветрогенератора. По оценкам Makani, воздушная установка могла быть на 90% легче наземного аналога той же мощности.
• Мобильность: наземная станция могла быть перемещена на новое место, что упрощало развёртывание в удалённых районах или на море.
• Низкий уровень шума: планер летел на высоте, где шум почти не слышен на земле.

Недостатки

• Сложность управления: автоматизированная система должна была работать в условиях переменного ветра, турбулентности и погодных явлений (грозы, обледенение). Отказ системы мог привести к падению планера.
• Безопасность: существовал риск обрыва троса или столкновения с птицами, самолётами. Для коммерческого использования требовалась сертификация и создание зон, свободных от полётов.
• Экономическая неэффективность: стоимость эксплуатации (обслуживание, ремонт, замена троса) оказалась выше, чем у традиционных ветряков. Кроме того, планер требовал квалифицированного персонала для запуска и контроля.
• Ограничения по высоте: планер не мог работать вблизи аэропортов, военных зон или заповедников.

Применение и перспективы

Проект Makani так и не вышел на стадию коммерческого применения. Однако его наработки повлияли на развитие воздушной ветроэнергетики в целом. После закрытия проекта несколько стартапов (например, Ampyx Power, SkySails) продолжили разработки в этом направлении, используя открытые данные Makani.

В России воздушная ветроэнергетика не получила широкого распространения. Основные исследования в этой области ведутся в Институте проблем механики РАН и в некоторых вузах (МФТИ, МГТУ им. Баумана). Однако коммерческих проектов, аналогичных Makani, на 2025 год не реализовано.

Критика

Проект Makani подвергался критике со стороны специалистов по возобновляемой энергии. Основные претензии касались:

• Чрезмерной сложности: для работы требовалась сложная система управления, которая была дороже и менее надёжна, чем простой ветрогенератор.
• Недооценки рисков: падение планера (даже редкое) могло привести к серьёзным последствиям, включая гибель людей или повреждение имущества.
• Экономической необоснованности: несмотря на потенциально более высокий КИУМ, затраты на эксплуатацию и обслуживание делали технологию нерентабельной по сравнению с солнечными панелями и наземными ветряками, цены на которые резко упали в 2010-е годы.

Источники

• Makani Power: The story of Google’s wind energy kite project (The Verge, 2020)
• Makani M600: Airborne Wind Turbine (Alphabet X, 2019)
• Airborne Wind Energy: An Overview of the Technological Approaches (Renewable and Sustainable Energy Reviews, 2018)
• Отчёт Министерства энергетики США по воздушной ветроэнергетике (DOE, 2016)
• Статья «Воздушная ветроэнергетика: состояние и перспективы» (журнал «Энергия», 2021)