В фойе дома висит обгоревшая, пожелтевшая копия древней конституции Норт Дамплинг, почти дословно совпадающая с Конституцией США. На острове есть собственная валюта, называемая — как иначе? Хотя деньги и конституция могут быть иронией, последнее начинание Камена совсем не то: Северный Дамплинг становится первой в мире энергонезависимой страной.

Камен отключился от электросети в октябре прошлого года, когда Береговая охрана США, управляющая маяком на острове Камен, сообщила ему, что отключила питание подводного кабеля, питающего его остров. Вместо этого Гвардия будет питать маяк солнечными панелями, и для остальной части острова останется мало электроэнергии. Поэтому Камен сделал то, что сделал бы любой уважающий себя инженер-мультимиллионер. Он ушел из сети.

Термин «вне сети» чаще используется в отношении седовласых хиппи или встревоженных милиционеров, чем в отношении знаменитых изобретателей. Но Камен полон решимости использовать свою империю North Dumpling, чтобы показать, что нулевая чистая энергия не только возможна сейчас, но и будет очень привлекательной в будущем. Он решил жить за счет возобновляемых источников энергии на острове: ветряной турбины и трех огромных массивов солнечных батарей, а также усиленной версии двигателя Стирлинга Камена. Все это дает пиковую генерирующую мощность чуть менее 25 киловатт. Чтобы координировать различные источники, Камен разработал интеллектуальную систему, которая знает, вплоть до отдельной солнечной панели или источника света, сколько энергии производится и потребляется на острове, и на основе этой информации согласовывает отношения между ними в реальном времени. время. Именно эту систему он контролирует и контролирует из своего командного центра в подвале.

Остров светодиодов: использование нити накала не допускается. Фото: Кевин Кули

У Камена есть много способов минимизировать потребление энергии, но большой прорыв — это освещение острова. С помощью своего друга Фрица Моргана, главного технического директора Philips Color Kinetics в Берлингтоне, штат Массачусетс, Камен заменил все лампочки и светильники на своем острове на светодиоды. Этот выключатель сократил мощность, необходимую для освещения его логова, на 50-70 процентов.

Срок службы светодиодов примерно в 30 раз больше, чем у ламп накаливания, и в три-четыре раза больше, чем у компактных люминесцентных ламп. И они великолепны. Они окрашивают остров в цвета, которые переливаются через радугу (и их можно настроить на ритм дискотеки, но это уже другая история). Столь же ошеломляющим является инженерное чудо системы, которое позволяет Кеймену контролировать каждую цепь своей островной империи из любой точки мира.

Камен пролетает на на вертолете между Норт Дамплинг и его главной резиденцией, величественным домом в Манчестере, штат Нью-Хэмпшир, рядом с его научно-исследовательской корпорацией Deka, расположенной в ряду отремонтированных заводских зданий. Если вы не можете добраться до острова с Каменом на его вертолете, то вы садитесь на лодку и отправляетесь в 20-минутную поездку от верфи Ноанк, недалеко от Мистика, штат Коннектикут. Лодка причаливает к северо-восточному краю острова, сделанному 1,2 гектара ландшафта и гладкой гальки, у древнего пирса из выбеленного серым деревом Новой Англии, который ведет к эллингу. В нескольких шагах от эллинга, на каменистом берегу, выходящем на восток, стоит домик смотрителя, возле стеллажа с иссиня-черными солнечными батареями. На травянистом холме и к западу находится величественный главный дом, обшитый черепицей, обветренный, асимметричный колониальный, который обернут вокруг возвышающегося над ним маяка.

Четыре массива солнечных батарей на острове имеют общую пиковую мощность 12,2 кВт. Ветряная турбина мощностью 10 кВт, похожая на мультяшную ракету, сделанная Bergey Windpower Co., расположена на решетчатой ​​башне на высоте 25 метров над островом. Двигатель Стирлинга в подвале может дать еще 2 кВт, если это необходимо.

Kamen Unplugged: Дин Кеймен сидит в куполе 160-летнего маяка, с которого все началось. Фото: Кевин Кули

Камен развертывает это лоскутное одеяло из источников и генераторов, используя систему, которую он разработал с командой инженеров Teletrol Systems, еще одной его компании, также расположенной в Нью-Гемпшире. Программное обеспечение действует как центральная нервная система, отслеживая нагрузки и управляя различными источниками энергии, чтобы потребление энергии на острове никогда не превышало выработку.

В одном безупречном углу в подвале находится большая консоль из гладкого бледного бамбука — «Возобновляемый!» Kamen Crows — гладкая инкрустация с плоским сенсорным дисплеем. Здесь он может видеть в режиме реального времени, сколько именно энергии производится его возобновляемыми источниками энергии и сколько потребляется каждым отдельным процессом на острове, вплоть до отдельных светодиодных светильников.

Вдоль противоположной стены в поблескивающих серверных стойках тихо жужжит электроника пользовательского управления для системы Teletrol. По сути, система устанавливает приоритеты среди потребителей энергии: в самом верху находятся необходимые функции — освещение используемыми в данный момент светодиодами, нагрев или очистка воды или охлаждение дома. Отопление на самом деле не проблема, потому что остров недоступен в самые холодные дни, когда волнение в окружающих морях может достигать 9метров. Дом охлаждается централизованно с помощью сверхэффективных центральных теплообменников.

После удовлетворения неотложных потребностей система направляет всю дополнительную энергию на батарею батарей. «Таким образом, нам не нужно тратить энергию, генерирующую напряжение, для их зарядки», — говорит Камен.

Парадная столовая сияет мягким желтым светом двух мерцающих канделябров. А мы стоим в соседней комнате, вокруг кухонных прилавков, едим холодные бутерброды на булочках для гамбургеров и запиваем их теплым пивом. Камен рассказывает нам о речи, которую он произнес в качестве основного докладчика на громком мероприятии, организованном базирующейся в Миннеаполисе компанией Medtronic, колоссом в области медицинских устройств. Ожидая за кулисами, пока ведущий церемонии и старший вице-президент Medtronic Стивен Остерле превозносил многочисленные изобретения Бенджамина Франклина: «Я подумал, подождите секунду, я думал, что это я произношу эту речь», — хрипит Камен, его тон постоянно перетягивание каната между едким и приветливым. А затем, когда Кеймена вывели на сцену, чтобы произнести речь, он услышал: «…и именно поэтому мы думаем, что Дин Кеймен — реинкарнация Бенджамина Франклина!»

«Конечно, это все чушь», — говорит Камен. Но затем, подняв брови вместе с указательным пальцем, он исправляется. «Бенджамин Франклин заново изобрел очки как бифокальные. Я также взял то, что существовало всегда, и заново изобрел это». Это будет инвалидная коляска. Версия Камена, iBot, может перепрыгивать через бордюры и поднимать своего пассажира до уровня глаз стоящего человека. Камен также изобрел переносную инсулиновую помпу и протез руки.

После всего этого неудивительно, что Камен обладает некоторым влиянием. Проводя предвыборную кампанию в Нью-Гэмпшире в конце 2007 года, Барак Обама позаботился о том, чтобы отправить в Деку эмиссара. Но Камен говорит, что говорит с политиками только о двух вещах: обеспечении электричества и чистой воды в развивающемся мире и FIRST (За вдохновение и признание науки и техники), разработанной им программе, которая внедряет науку и технологии в начальные, средние и классы средней школы в США. Автомобиль? Роботы. Участники делятся на команды роботостроителей. В течение года они соревнуются в раундах на выбывание, кульминацией которых становится чемпионат, в котором побеждает команда. FIRST придает техническим областям престиж, который когда-то был зарезервирован для легкой атлетики.

ПЕРВЫЕ поклоняются Камену. Они заявляют о своей преданности на досках объявлений, где идентифицируют себя по номерам своей команды («Я в 339!» «Команда 862 представляет!» «Третий год в команде 88!»). Самые преданные распространяют эту любовь даже на мать Камена, которая религиозно посещает эти мероприятия с тех пор, как Камен основал организацию 20 лет назад.

Камен, дружит с Джорджем Бушем-младшим. Буша и активистов по продаже мороженого Бена и Джерри, а также летающих на форсированном вертолете Enstrom 480 (это его собственная конструкция, естественно), называют изобретателем рок-звезды. Но трудно совместить это прозвище с его беззастенчивой чудаковатостью и джинсовой униформой с ног до головы. Нет Сэвил-Роу для Кеймена, хотя он, вероятно, мог позволить себе купить Сэвил-Роу — улицу, а не костюм.

То же отсутствие притворства очевидно и в North Dumpling, которая переживает неловкую фазу этим прохладным майским вечером. Здесь, на кухне, высококлассная бытовая техника из нержавеющей стали, в том числе массивный холодильник с боковым расположением и большая вытяжка, упираются локтями в неряшливую, смутно оливковую мебель. Шкафы недолговечны для этого мира.

На самом деле, весь комплекс North Dumpling находится в процессе полного косметического ремонта. Цель состоит в том, чтобы продемонстрировать освещение, наиболее заметный аспект переосмысления Каменом того, как мы используем энергию.

Освещение настроения: Ночью наружные светодиодные светильники окрашивают остров в угрюмый синий цвет. Фото: Кевин Кули

«Мне нужно лететь с кем-нибудь на материк?» Камен спрашивает вокруг маленькой кухни. Если кому-то нужна была зубная паста или что-то в этом роде, Камен отвозил их в аэропорт Нью-Лондон, штат Коннектикут, на вертолете. Ничего страшного. Налетал более 10 000 часов. Для него это не намного важнее, чем вождение автомобиля.

Никому ничего не нужно.

«Тогда дай пива!» — говорит он Моргану, единственному мужчине на острове с выглаженной рубашкой. Морган, опрятный блондин в накрахмаленной темно-бордовой шотландке и брюках цвета хаки, находится в творческом отпуске от Philips Color Kinetics, пока помогает Камену с проектом. Он, конечно, знает все, что нужно знать о светодиодных системах, потому что все они производятся его компанией. Он перечисляет модели и рейтинги, не переводя духа.

По оценкам Моргана, стоимость всего этого высокотехнологичного освещения составила бы около 100 000 долларов США. Но эта цифра не имеет большого значения, добавляет он, поскольку некоторые из установленных здесь устройств еще даже не поступили в продажу. Морган настаивает на том, что цена резко упадет по мере распространения светодиодных ламп.

Возьмем, к примеру, огни ColorBlast Powercore, освещающие миниатюрную копию Стоунхенджа на острове. (Да, когда Камен купил остров, на нем был небольшой Стоунхендж. Как и в случае с оригиналом, никто не знает, кто его построил.) Огни представляют собой прямоугольные устройства с чередующимися рядами восьми красных, синих и зеленых светодиодов. «Когда загораются разные доли светодиодов, можно создать любой из 16,7 миллионов возможных цветов», — говорит Морган. Они создают аддитивный цвет подобно тому, как экран компьютера использует различные смеси красных, зеленых и синих пикселей. По словам Моргана, светильники стоят около 1000 долларов, включая корпуса с морским рейтингом, которые защищают их от жестоких зимних штормов в Новой Англии. Среднее энергопотребление на North Dumpling составляет около 2500 Вт. При каждом включенном свете на острове, включая главный дом, Стоунхендж, гостевой дом и коттедж смотрителя, общее потребление достигает 5000 Вт.

Stone Washed: миниатюрная копия Стоунхенджа постоянно купается в диско-цветах светодиодных светильников морского класса. Фото: Кевин Кули

Среднее домохозяйство тратит примерно 20 процентов своего энергетического бюджета на освещение. Вот как можно управлять этими 20 процентами, заменив лампы накаливания на светодиоды. Традиционная лампа накаливания мощностью 60 Вт работает около 1500 часов и имеет КПД всего 2,5%, поскольку большую часть своей энергии она тратит в виде тепла. Его показатель яркости составляет около 16 люменов на ватт, что является мерой того, сколько света производит ваша лампа на каждый потребляемый ватт. Компактная люминесцентная лампа или КЛЛ работает намного лучше: лампа мощностью от 13 до 15 Вт имеет КПД около 11 процентов, излучая около 75 лм/Вт. Менее расточительные КЛЛ служат примерно в 10 раз дольше, чем лампы накаливания (чуть менее двух лет).

С другой стороны, лампы компактных люминесцентных ламп содержат ртуть, а это означает, что с ними нужно обращаться и утилизировать как опасные отходы. Теперь рассмотрим светодиоды. Лучшие из них могут выдавать колоссальные 150 лм/Вт (от «сырых» чипов, а не от встроенной лампы или системы) и работать с эффективностью около 22 процентов. При обычном использовании это не менее 11 лет без замены лампочки.

Около дюжины стран, включая США, Австралию и Кубу, приняли законы, запрещающие лампы накаливания, большинство из которых вступило в силу к середине 2010-х годов. С экологическими проблемами, вызванными токсичным содержанием КЛЛ, переход на светодиоды неизбежен. В течение 10 лет, считает Камен, почти у всех будут какие-то средства для местного производства электроэнергии. Он считает, что это единственное логичное решение для перегруженной, недостаточно обслуживаемой национальной сети, уязвимой для любого сбоя, будь то ледяная буря или террористическая атака.

Но в родных Соединенных Штатах Камена (или, скорее, в его «соседней стране», как он мне напоминает) светодиоды имеют неоднозначную репутацию, наследие их эволюции. Хотя они потребляют гораздо меньше энергии, чем их аналоги с лампами накаливания, их свет может быть аляповатым и плоским. Они излучают больше, чем освещают.

В компании Philips Морган работает над улучшением качества светодиодного света по сравнению с жестким голубовато-белым светом ранних светодиодных фонариков. «Как заменить их так, чтобы получить все преимущества ламп накаливания, но не иметь проблем?» он рассказывает. «Как спроектировать оптику, чтобы получить одну мягкую тень, а не кучу резких теней?» В результате получился блок с кластером светодиодов внутри, окруженный отражателями. У фонаря даже есть диммер, который приводится в действие микропроцессором в его основании.

Масштабы проблемы можно увидеть в кабинете Камена — любовно обставленном темно-коричневыми книжными полками и лестницей, по которой можно подняться на самую верхнюю полку в комнате с высоким потолком. Кажется, что он купается в сладком теплом свете встроенных ламп накаливания, но на самом деле в этих светильниках используются светодиоды. Говоря языком освещения, их лампы представляют собой новый тип лампы PAR 38 (параболический алюминиевый отражатель). Philips планирует выпустить продукт в следующем году. На самом деле единственная уцелевшая люминесцентная лампа в коридоре рядом с кабинетом Камена представляет собой разительный контраст. Свет в холле тусклый и сернистый. В библиотеке эффект неотличим от ламп накаливания — чистый, яркий и теплый.

Диапазон, иллюстрируемый огнями на острове — диско-люминесценция узоров на Стоунхендже; теплое свечение кабинета; прохладное официальное настроение гостиной; мерцающий уют бара внизу; гипнотическая синева наружного освещения, которая ведет посетителя вверх по византийской тропинке, извивающейся между домами; и эффективное освещение в подвале — вот почему этот остров является идеальной демонстрацией всего, на что способны светодиоды, при таком малом потреблении энергии.

Безусловно, уйти от сети совсем не дешево. Камен установил ветряную турбину в 1992 году, но если сделать то же самое сегодня, ваш мультимиллионер, владеющий островом, скорее всего, обойдется вам в сумму от 41 000 до 57 000 долларов (включая откидную башню, которая необходима для строительства, потому что довольно сложно получить подъемный кран на частный остров площадью 1,2 га). Серия Evergreen Solar ES, которую Камен установил в четырех кластерах на острове, объединяет солнечные панели мощностью 180 и 205 Вт.

С переходом Камен смог сократить энергопотребление освещения с 7500 Вт до примерно 3000, т. е. почти на две трети. «Схем, связанных с освещением, больше, чем всех остальных приборов в доме вместе взятых, — говорит Камен. «Если каждая лампа накаливания потребляет в 5 или 10 раз больше энергии, чем светодиод, подумайте об общей экономии энергии».

Фото: Кевин Кули

Двигатель Стирлинга — это резервный генератор на острове, конструкция 193-летней давности, которую Дин Камен доработал для своих нужд.

Конечно, , чтобы в полной мере воспользоваться потенциальной экономией светодиодов, домовладелец, как и Камен, должен иметь контроллер здания Teletrol для управления светодиодами. Эти системы начинаются с нескольких тысяч долларов и идут дальше. Контроллер невероятно гранулирован. Нажимая на несколько экранов на дисплее в подвале, Камен в конце концов доходит до графика выработки энергии за день. Разноцветные линии представляют различные поступающие источники: черная линия отслеживает изменения интенсивности солнечного излучения, а парная красная линия точно его затеняет, представляя ток, подаваемый на аккумуляторные батареи острова через преобразователи заряда. Ветряная турбина отображается в виде зеленой линии под дрожащими красными и черными линиями, и она набрала всего 10 кВтч, о чем свидетельствует мягкое синее море снаружи. Напротив, хотя сейчас только четверть пятого, солнечные панели уже произвели в общей сложности 35,97 кВтч.

Красная и черная линии колеблются в нуле в ночные часы, немного сползают на рассвете, затем круто поднимаются вверх около 7 часов утра. Они висят высоко на графике в течение нескольких часов, а затем, в час дня, точки, начинают содрогаться через серию провалов и подъемов. «Это облака, проплывающие над головой», — отмечает Камен.

Но что происходит, когда на острове нет ни солнца, ни ветра? Именно тогда в дело вступает двигатель Стирлинга Камена. Переосмысление Каменом конструкции 193-летней давности примерно в два раза меньше холодильника, и его задача состоит в том, чтобы преобразовывать тепловую энергию в работу.

Двигатель Стирлинга содержит герметичный цилиндр, один конец которого горячий, а другой холодный, со скользящим поршнем, который перемещает газ вперед и назад. На горячей стороне газ расширяется и давит на поршень; на прохладной стороне он сжимается. В отличие от бензинового или дизельного двигателя, Стирлинг Камена представляет собой устройство внешнего сгорания. Топливо, которое нагревает газ внутри двигателя, никогда не касается самого двигателя. В отличие от автомобильных двигателей с искровым зажиганием или с воспламенением от сжатия, Stirling не требует, чтобы топливо смешивалось с воздухом в определенном соотношении. Он может работать практически на любом жидком или газообразном топливе, включая дизельное топливо, метан, бензин или оливковое масло. Есть коровий навоз? Это тоже сработает [см. боковую онлайн-панель «Электричество из коровьих шлепков»]. Конструкция идеальна в теории, преобразуя топливо в тепло и тепловую энергию в механическую энергию, но остается одна проблема: машина вырабатывает электричество с КПД всего 20 процентов. Остальное тратится впустую в виде тепла.

Но Камен говорит, что концепция «отработанного тепла» меняется в зависимости от контекста. Зимой это тепло может быть отведено в дом, сушилку для белья и систему водоснабжения острова. «Думайте об этом как о печи, которая также производит электричество», — объясняет Камен. По его словам, используйте тепло Стирлинга, пока он вырабатывает электричество, и вы получите эффективность, чертовски близкую к 100 процентам.

Его собственная машина обычно производит 1 киловатт электроэнергии, что достаточно для питания 128 светодиодных ламп, каждая из которых эквивалентна лампе накаливания мощностью 60 Вт. Двигатель стоит в дальнем углу подвала. На данный момент он неактивен, потому что солнечные панели генерируют постоянный входящий поток мощностью 2 кВт.

Система Телетрол осуществляет жесткую диктатуру над всеми этими процессами. Если есть какая-то избыточная мощность, система использует ее для питания огромного банка нестандартных батарей, выстилающих всю стену подвала, 24 больших красных пластиковых контейнера, которые напоминают канистры с бензином. Эти батареи весят 144 кг каждая, стоят от 1285 до 2000 долларов за штуку, и их химический состав необходимо периодически проверять с помощью ареометра.

Они действительно перезаряжаются. Это свинцово-кислотные батареи, оптимизированные для так называемого цикла глубокой разрядки, что означает, что их заряд может многократно и существенно разряжаться на 80 или 85 процентов. Напротив, большинство химических элементов аккумуляторов обычно допускают регулярное истощение не более чем на 5–10 процентов. Аккумуляторы были произведены компанией Surrette Battery Co. со штаб-квартирой в Спрингхилле, Новая Южная Каролина, Канада, и Салеме, Массачусетс, которая специализируется на элементах, оптимизированных для зарядки от солнечной и ветровой энергии. На каждый аккумулятор предоставляется 10-летняя гарантия.

«Время от времени мы понимаем, что нам придется полагаться на эти батареи, чтобы управлять всем островом, — говорит Камен. Они могут непрерывно питать остров в течение трех дней в том маловероятном случае, если все источники энергии одновременно отключатся.

Дисплей Teletrol показывает состояние заряда аккумуляторов в течение ночи, незначительно снижаясь, так как минимальные базовые процессы падают в их заряде. Синяя линия, отображающая уровень заряда батарей, постепенно поднималась в течение дня по мере того, как они заполнялись избыточной мощностью солнечных батарей.

После того, как батареи полностью заряжены, вода в водонагревателе горячая, свет выключен, а поступающая энергия не потребляется, система достаточно интеллектуальна, чтобы осмотреть дом и спросить себя, достаточно ли очищено вода. Под островом огромные накопительные резервуары заполнены морской водой, очищенной до медицинского уровня на парокомпрессионных дистилляторах Камена, два из которых находятся в подвале. Внутри их четырехфутовых шкафов со стеклянными панелями змеятся витки того, что выглядит как садовый шланг, обернутый вокруг сложной техники.

Камен называет свое изобретение Рогаткой и отказывается обсуждать ее конструкцию. Он утверждает, что он может получать абсолютно чистую воду из любого влажного материала, даже неочищенных сточных вод или токсичных отходов. «Это в 40 раз эффективнее стандарта», — говорит Камен. «Цель состоит в том, чтобы производить около 1000 литров воды в день, используя меньше энергии, чем ручной фен». Он позволяет себе легкую улыбку.

Энергия ветра: ветряная турбина Берджи Дина Камена вырабатывает пиковую мощность 10 киловатт в порывистые дни. Фото: Кевин Кули

Безусловно, в системе есть некоторые недостатки, которые необходимо сгладить, прежде чем ее можно будет выставить напоказ для мировой прессы. Ранее в тот же день, когда мы впервые встречаемся с Кейменом, он хочет показать мне, как работает его система. Он взволнованно вытаскивает свой ноутбук, и мы садимся в травянистой тени хвостовой балки его вертолета, пока он пытается показать мне удаленную версию контроллера дисплея на основе ноутбука на бамбуковой консоли в подвале. Единственная проблема в том, что беспроводная сеть Пельмени не работает. Камен ковыряется в клавиатуре около получаса, пока я пытаюсь найти место на экране, не закрытое отпечатками пальцев.

Вскоре, однако, система управления North Dumpling работает. Система будет делать две вещи. Это позволит Кеймену войти в систему, когда он уходит с работы в Деке в Нью-Гэмпшире, чтобы разбудить спящий дом, осветить и нагреть дом и воду в соответствии с его спецификациями к его прибытию. Но что еще более важно, система позволит людям во всем мире заглянуть во внутренние дела Дамплонианской Империи. Виртуальные посетители со всего мира смогут в режиме реального времени отслеживать, сколько энергии производит и потребляет остров. «Вы сможете увидеть, потребляем мы или производим энергию, — говорит он, — и куда она направляется в любой момент».