Энергия морских волн: о подходах ее добычи и их перспективность
Приливные электростанции (ПЭС ) - это очень перспективный вид гидроэлектростанций , которые используют " дармовой " энергии морских волн для генерации электроэнергии. Но они имеют фундаментальный недостаток : они работают только во время прилива или отлива, причем последний умеют использовать далеко не все станции. В результате этого коэффициент использования установленной мощности ( далее - КИУМ) для них составляет 24-26 % , а пик выработки часто приходится на ночное время , когда сетевое потребления на минимуме . Кроме того , ПЭС разумно ставить только там , где приливы и отливы особенно высоки. Что еще важнее - пока такие электростанции могут работать только в составе крупных энергосистем , а в реальном мире обеспечивать энергией нужно и маленькие острова , и другие изолированные места.
Oyster соединен с морским дном , а потому его установка далеко от берега невозможна.
Буи Oyster 2
Одним из вариантов , пытающихся избежать перечисленных недостатков , является концепт Oyster 2 . Он разрабатывается британской компанией Aquamarine Power и призван использовать энергию волн в прибрежной зоне. На первый взгляд , это три буи , которые устанавливаются вблизи от берега , обычно на глубине 10-16 метров , но при этом соединены с намертво закрепленным на дне якорем. При раскачивании буев волнами рычажное соединение между ними и дном сокращается , нагнетая воду по трубе , которая ведет на берег. Труба выходя на берег подает воду в гидротурбину , мощность которой составляет 2,4 МВт (как в приличного ветряка ) . Учитывая , что каждый буй насчитывает 26 метров в длину , становится понятно , что это довольно материалоемких установка . Именно поэтому , чтобы проверить концепцию , в 2009 - том году разработчик начал тестирование по установке меньших масштабов - 315- киловаттных систем , действующих у Оркнейских островов (Шотландия ) вот уже почти пять лет , подавая электроэнергию в общую сеть.
Очевидно , что такое решение достаточно громоздкое , а установка требует еще и огромной баржи . Тем не менее , не обращая внимания на стоимость в 5000 - 7000 долларов за киловатт- час установленной мощности , разработчики считают ее экономически целесообразной . Так , говорят они , это недешево , однако КИУМ электростанций довольно высокий , ведь волны в полосе прибоя всегда , а это означает , что генерация на каждый киловатт установленной мощности значительно выше , чем от фотоэлементов в умеренном климате или даже от ветряка .
Кроме того , подмечают в Aquamarine Power , острова , которые и являются главной целью их технологии , сейчас платят вдвое или даже втрое дороже киловатт - час , чем потребители большим электросетей. Это очень большой проблемой островных экономик , причем преодолеть ее не удается даже на таких немалых архипелагах , как Гавайский : вроде бы возможности для крупных инвестиций там есть , а киловатт - часов все равно стоит почти 2 гривны . В таких местах системы типа Oyster 2 станут едва ли не лучшим решением , уверены в компании.
Одновременно с преимущество данная технология имеет и два заметных недостатка: место и механическая прочность . Первая проблема заключается в том , что далеко не все побережья характерны сильными систематическими волнами. Вторая - чем сильнее волны , тем сильнее их влияние на установку , а потому и вероятность поломок больше. И хотя сама установка размещена на берегу , соединения буя с дном при очень сильных волнах может серьезно пострадать , из-за чего нужен периодический ремонт исследовательских установок. Хотя последнее является процессом не дорогим и достаточно быстрым , возникновения перебоев в любом случае не является плюсом для системы автономной круглосуточной подачи энергии. Кроме того , во время сильных штормов наблюдается пиковая генерация энергии , которую, попросту говоря , некуда девать. Сейчас эта проблема компенсируется нераспространение технологии , но потом придется искать ее решения ( типа большой аккумуляторной батареи , которая уже работает в Техасе ) .
Установка Pelamis Wave Energy Converter при мощности 1 МВт достигает в длину 180 метров.
« Морская змея » Pelamis Wave Power Converter
Совсем иные идеи лежат в основе проектов также британской Pelamis Wave Power . Ее представители считают , что полоса сильного прибоя есть не везде , а механические поломки в ней достоверные , чем в открытом море. Поэтому суть их установки заключается в другом: они используют соединены в цепь ( « морская змея » ) плавучие полупогруженные цистерны , самостоятельно плавают на поверхности , не имея связи с дном , кроме банального якоря. Кстати , даже он необязателен , поскольку установка может использовать плавучий якорь , который не требует контакта с дном.
Глубина , на которой работает установка , в идеале должна превышать 50 метров , а устанавливают ее на расстоянии 5-10 километров от берега , где всегда хорошие волны. Электричество вырабатывается в силе взаимного колебания отдельных секций , из-за чего гидравлические насосы закачивают воду под давлением внутрь секций. Стандартный Pelamis Wave Power Converter состоит из пяти устройств , каждый из которых имеет отдельную турбину , которая работает от воды , поступающей . С увеличением волн жесткость соединения секций « змеи» автоматически корректируется , и генерация электричества меняется с большей плавностью , чем сила волн. Несмотря на то , что волны в море часто меняют высоту сильнее , чем в полосе прибоя , выработки установкой энергии не скачкообразное , так как ее мгновенная мощность зависит не от высоты волны , а от ее крутизны ( с ростом волны увеличивается и ее длина , так что кривизна в целом меняется не очень сильно).
Компания уже создала несколько экспериментальных установок мощностью 750 кВт и пару больших - на 1 МВт , показав их высокой живучесть. Чтобы противостоять волнам высотой до 30 м (заявленный безопасный максимум ) , «змея» самоориентирующуюся по направлению волн, исключает боковые удары. Если волна обрушивается прямо над погруженными звеньями «змеи » , то последняя бы делает погружения под нее без серьезных повреждений. Несмотря на высокую живучесть , предусмотрено быстрое ( 15 минутное ) свертывание плавучего или обычного якоря «змеи » и буксировки последней в док. Коэффициент использования установленной мощности системы равна , в зависимости от характера моря , 25-40 % - то есть он в несколько раз больше , чем для фотоэлементов , и даже немного выше среднего для мировой энергетики.
Сейчас Pelamis Wave Power разрабатывает окончательную мегаваттную версию своей установки и планирует 2017 создание первой крупной электростанции мощностью 10 МВт . Кстати , такой гигант , как E. ON , и меньше по размерам ScottishPower Renewables уже имеют по одному устройству Pelamis , проводя их долгосрочные испытания. В ближайшие годы они собираются построить несколько волновых электростанций на этой основе , с общей мощностью более 50 МВт .
Это начинание выглядит очень перспективно , хотя нельзя не заметить , что пока не вполне ясна окончательная цена киловатт - часа установленной мощности. Помимо прочего , причина в том , что каждая группа установок требует подключения к материку подводным кабелем , и из-за разной удаленности от берега и количество установок в группе этот компонент может резко меняться. Понятно , что чем больше «морских змей » в каждой волновой ферме , тем ниже удельная стоимость , но до начала массового развертывания таких систем сделать корректную оценку достаточно сложно.
Водоизмещение 1- мегаваттной системы равна 1350 тонн , длина - до 180 метров , а диаметр - 4 метра. С такими размерами , очевидно , что стоимость производимой энергии будет зависеть еще и от массовости производства подобной системы .
« Волшебный ковер » обещает извлечь из одного метра прибрежного калифорнийского дна столько же энергии , сколько фотоэлементы получают с 64 м ² тамошней суши.
