Today: 28 March 2024 RU UA EN
About Contacts

Energy offshore waves Fr ee Approach and dobыchy's perspective

03 March 2014, 13:58

Приливні електростанції (ПЕС) – це дуже перспективний вид гідроелектростанцій, які використовують “дармову” енергію морських хвиль для генерації електроенергії. Але вони мають фундаментальний недолік: вони працюють тільки під час припливу чи відпливу, при чому останній вміють використовувати далеко не всі станції. В результаті цього коефіцієнт використання встановленою потужності (далі – КВВП) для них становить 24-26%, а пік виробітку часто приходиться на нічний час, коли мережеве споживання на мінімумі. Крім того, ПЕС розумно ставити тільки там, де припливи і відпливи особливо високі. Що ще важливіше – поки що такі електростанції можуть працювати тільки у складі великих енергосистем, а в реальному світі забезпечувати енергією потрібно і маленькі острови, і інші ізольовані місця.

Oyster з’єднаний з морським дном, а тому його установка далеко від берега неможлива.
Буї Oyster 2
Одним з варіантів, що намагаються уникнути перерахованих недоліків, є концепт  Oyster 2. Він розробляється британською компанією Aquamarine Power і покликаний використовувати енергію хвиль у прибережній зоні. На перший погляд, це три буї, які встановлюються поблизу від берега, зазвичай на глибині 10-16 метрів, але при цьому з’єднані з намертво закріпленим на дні якорем. При розгойдуванні буїв хвилями важільне з’єднання між ними і дном скорочується, нагнітаючи воду по трубі, яка веде на берег. Труба виходячи на берег подає воду в гідротурбіну, потужність якої становить 2,4 МВт (як у пристойного вітряка). Враховуючи, що кожен буй нараховує 26 метрів у довжину, стає зрозуміло, що це досить матеріалоємна установка. Саме тому, аби перевірити концепцію, в 2009-тому році розробник почав тестування з установки менших масштабів – 315-кіловатних систем, які діють біля Оркнейських  островів (Шотландія) ось уже майже п’ять років, подаючи електроенергію в загальну мережу.
Очевидно, що таке рішення досить громіздке, а установка потребуй ще й величезної баржі. Тим не менш, не звертаючи уваги на вартість в 5 000 – 7 000 доларів за кіловат-годину встановленої потужності, розробники вважають її економічно доцільною. Так, говорять вони, це недешево, однак КВВП електростанцій досить таки високий, адже хвилі у смузі прибою завжди є, а це означає, що генерація на кожен кіловат встановленої потужності значно вище, ніж від фотоелементів в помірному кліматі або ж навіть від вітряка.
Крім того, підмічають в Aquamarine Power, острови, які і є головною ціллю їхньої технології, зараз платять удвічі чи навіть втричі дорожче за кіловат-годину, ніж споживачі великим електромереж. Це є дуже великою проблемою острівних економік, при чому подолати її не вдається навіть на таких немалих архіпелагах, як Гавайський: ніби ж можливості для великих інвестицій там є, а кіловат-годин все одно коштує майже 2 гривні. В таких місцях системи типу Oyster 2 стануть чи не найкращим рішенням, впевнені в компанії.
Одночасно з перевага дана технологія має і два помітних недоліки: місце і механічна міцність. Перша проблема полягає в тому, що далеко не всі узбережжя характерні сильними систематичними хвилями. Друга – чим сильніші хвилі, тим сильніший їх вплив на установку, а тому і вірогідність поломок більша. І хоча сама установка розміщена на березі, з’єднання буя з дном при дуже сильних хвилях може серйозно постраждати, через що потрібен періодичний ремонт дослідних установок. Хоча останнє є процесом не дорогим і досить швидким, виникнення перебоїв в будь-якому випадку не є плюсом для системи автономної цілодобової подачі енергії. Крім того, під час сильних штормів спостерігається пікова генерація енергії, яку, просто кажучи, нікуди дівати. Зараз ця проблема компенсується нерозповсюдженістю технології, але потім доведеться шукати її вирішення (типу великої акумуляторної батареї, яка вже працює у Техасі).

Установка Pelamis Wave Energy Converter при потужності 1 МВт сягає в довжину 180 метрів.
«Морська змія» Pelamis Wave Power Converter
Зовсім інакші ідеї лежать в основі проектів також британської Pelamis Wave Power. Її представники вважають, що смуга сильного прибою є не скрізь, а механічні поломки в ній імовірніші, ніж у відкритому морі. Тому суть їх установки полягає в іншому: вони використовують з’єднані в ланцюг («морська змія») плавучі напівзанурені цистерни, які самостійно плавають на поверхні, не маючи зв’язку з дном, крім банального якоря. До речі, навіть він необов’язковий, оскільки установка може використовувати плавучий якір, який не потребує контакту з дном.
Глибина, на якій працює установка, в ідеалі повинна перевищувати 50 метрів, а встановлюють її на відстані 5-10 кілометрів від берега, де завжди хороші хвилі. Електрика виробляється в силу взаємного коливання окремих секцій, через що гідравлічні насоси закачують воду під тиском всередину секцій. Стандартний Pelamis Wave Power Converter складається з п’яти таких пристроїв, кожен з яких має окрему турбіну, яка працює від води, що поступає. Із збільшенням хвиль жорсткість з’єднання секцій «змії» автоматично коригується, і генерація електрики змінюється з більшою плавністю, ніж сила хвиль. Незважаючи на те, що хвилі в морі часто змінюють висоту сильніше, ніж в смузі прибою, вироблення установкою енергії не стрибкоподібне, так як її миттєва потужність залежить не від висоти хвилі, а від її крутизни ( зі зростанням хвилі збільшується і її довжина, так що кривизна в цілому змінюється не дуже сильно).
Компанія вже створила кілька експериментальних установок потужністю 750 кВт і пару більших – на 1 МВт, показавши їх високою живучість. Щоб протистояти хвилям заввишки до 30 м (заявлений безпечний максимум), «змія» самопозиціонується по напрямку хвиль, що виключає бічні удари. Якщо хвиля обрушується прямо над зануреними ланками «змії», то остання ніби робить занурення під неї без серйозних ушкоджень. Незважаючи на високу живучість, передбачено швидке (15 хвилинне) згортання плавучого або звичайного якоря «змії» і буксирування останньої в док. Коефіцієнт використання встановленої потужності системи дорівнює, залежно від характеру моря, 25-40% – тобто він у декілька разів більше, ніж для фотоелементів, і навіть трохи вище середнього для світової енергетики.
Зараз Pelamis Wave Power розробляє остаточну мегаватну версію своєї установки і планує на 2017 створення першої великої електростанції потужністю 10 МВт. До речі, такий гігант, як E. ON, і менша за розмірами ScottishPower Renewables вже мають по одному пристрою Pelamis, проводячи їх довгострокові випробування. У найближчі роки вони збираються побудувати кілька хвильових електростанцій на цій основі, із загальною потужністю більше 50 МВт.
Це починання виглядає дуже перспективно, хоча не можна не помітити, що поки не цілком зрозуміла остаточна ціна кіловат-години встановленої потужності. Окрім іншого, причина в тому, що кожна група установок вимагає під’єднання до материка підводним кабелем, і через різну віддаленість від берега і кількість установок в групі цей компонент може різко змінюватися. Зрозуміло, що чим більше «морських змій» у кожній хвильовій фермі, тим нижче питома вартість, але до початку масового розгортання таких систем зробити коректну оцінку досить складно.
Водотоннажність 1-мегаватної системи дорівнює 1350 тон, довжина – до 180 метрів, а діаметр – 4 метри. З такими розмірами, очевидно, що вартість виробленої енергії буде залежати ще й від масовості виробництва подібної системи.

«Чарівний килим» обіцяє витягувати з одного метра прибережного каліфорнійського дна стільки ж енергії, скільки фотоелементи отримують з 64 м² тамтешньої суші.

Copyright (c) ES Ukrtechinform 2017