Энергия морских волн

Недавно при онлайнобсуждении очередного направления альтернативной энергетики мой коллега коснулся вопроса использования энергии волн морей и океанов. Он так и сказал: «Вы о многих источниках пишите, поинтересуйтесь среднегодовой высотой морских волн. Волна 3 м несет мощность 90 кВт на 1 м берега».

Ваш покорный слуга родился и вырос на Азовском море. Не понаслышке знаю, что оно бывает спокойным и штормовым. Не раз ощущал силу волн на себе и видел, как волны разрушают строения и причалы. Думаю, вполне разумно было бы наряду с устройствами, преобразующими энергию солнца и ветра в электроэнергию, использовать для этих целей и энергию морских волн. Тем более, что Украина имеет прибрежную зону Азовского и Черного моря.

Не мудрствуя лукаво, нашел организацию, профессионально занимающейся этим направлением и хочу с наиболее интересной информацией в сжатом виде ознакомить своего читателя.

Энергия волн

Сила волн на поверхности морей и океанов, как и любая другая энергия, может использоваться для полезной работы, в том числе для обеспечения работы электростанций. По мнению экспертов, волны Мирового океана могут удовлетворить от 20% энергетических потребностей человечества.

Волновая энергетика представляется исследователям не менее серьёзным направлением альтернативной энергетики. По самым смелым оценкам, волны генерируют порядка 2 ТВт энергии, что в два раза превосходит совокупный объём выработки энергии во всём мире в настоящее время. Привлекательность использования волн заключается в первую очередь в их высокой удельной мощности, которая по своему уровню превышает показатели солнечной и ветровой энергетики. В условиях десятиметровой высоты волн удельная мощность достигает 2 МВт на погонный метр.

Технически использование энергии волн возможно только в прибрежных зонах, где мощность составляет максимум 75–80 кВт на, а средняя высота волн — до двух метров. (Коллега был прав, и есть ответ по средней высоте волн. Авт.) Впрочем, такой уровень наблюдается в большей части Мирового океана в спокойных погодных условиях. Усреднённый показатель удельной мощности волн в Северном полушарии составляет в пределах 25 кВт на метр. Регионы, наиболее потенциально пригодные для запуска волновых электростанций — это территории с побережьем большой протяжённости и наличием стабильных сильных ветров.

Принципы работы волновых станций

Выработка энергии из волн морей и океанов осуществляется специальными волновыми электростанциями, которые располагаются в акваториях. Кроме генерации электроэнергии, при задействовании дополнительного оборудования волновые станции могут выполнять и другую полезную работу, в том числе выработку тепла, пресной воды, кислорода, водорода и других химических веществ из морской воды при помощи процессов электролиза, а также осуществлять производство сжатого воздуха.

Работа станций выполняется благодаря воздействию волн на их рабочие тела, в роли которых могут выступать, в зависимости от конкретного проекта, поплавки, лопасти турбин, маятники, трубы, волноприёмники или волноотбойники. Движения волн в конечном итоге трансформируются во вращение генераторов при помощи силовых преобразователей — воздушных и гидравлических турбин, цепных и зубчатых передач или же водяных колёс. Полученная в результате воздействия волн механическая энергия превращается в электрическую, после чего транспортируется потребителям через морской кабель на побережье.

Волны могут использоваться для получения энергии на станциях, работающих по принципу «колеблющегося тела». Рабочие тела станций представляют собой буи, секции которых объединены в один конвертер. Между секциями устанавливаются гидравлические поршни, которые под воздействием вертикальных колебаний волн через специальные двигатели вращают генератор. Применяется преобразование не только энергии колебаний волн, но и изменения их профиля при использовании принципа «поверхностного качения». В качестве рабочих тел устанавливаются поплавки. В конструкциях станций типа «утка Соллера» несколько десятков поплавков монтируются на общий вал.

Волновые установки поплавкового типа «плот Коккереля» и «морской змей» несмотря на громоздкость конструкций и сложности с закреплением оборудования станций в определённых точках, являются наиболее популярными и демонстрируют КПД в пределах 80%. Есть и другие типы станций «осциллирующий водяной столб», «пульсирующий водяной столб Массуды», «искусственный атолл» и другие. Ограничимся пока только перечислением. 

Действующие и будущие проекты

Попытки воплотить в жизнь идеи использования энергию морских волн предпринимались ещё до двадцатого века. Но настоящий интерес к волновой энергетике возродился уже в семидесятые годы двадцатого века, после того, как в мире разразился нефтяной кризис. В Норвегии в 1985 году появились сразу две волновых электростанции, вырабатывающие энергию в промышленных масштабах. Мощность первой первоначально составляла 500 кВт и была наращена до 850 кВт. Конструкция предусматривала генерирующую установку пневматического типа. Вторая станция мощностью 450 кВт работает по принципу «атолла» с использованием энергии набегающей волны на поверхность конусообразного типа.

К настоящему времени доля использования станций, работающих на волнах, совсем невелика. По большей части реализация таких проектов носит экспериментальный характер. Тем не менее, волновая энергетика нашла своё применение в сегменте энергообеспечения отдельных автономных объектов, таких как маяки, буи, морское научно-исследовательское оборудование, буровые платформы. К примеру, на волновых генераторах сейчас во всём мире работают около четырёх сотен маяков и буёв. Крупные же электростанции можно пересчитать по пальцам, причём часть из них пока ещё находится в стадии строительства. Познакомимся с некоторыми проектами.

Австралийская компания Oceanlinx по заказу энергетического оператора Diamond Energy и при содействии Australian Renewable Energy Agency построила за $8 млн волновую электростанцию в зоне Порт-Кембла (пригород Вуллонгонга). Станцию запустили в 2005 году. В процессе эксплуатации было принято решение провести модернизацию мощностей и после некоторого перерыва волновые генераторы заработали вновь в 2009 году. Мощность объекта составляет 1 МВт, потребителям же поступает порядка 450 кВт энергии. Генераторы построены по принципу «осциллирующего водяного столба» и работают на сжатом воздухе, вытесняемом из специальных камер под воздействием морских волн. Следующий проект компании — возведение волновой станции мощностью 10 МВт.

В акватории Северного моря, у шотландского побережья Оркнейских островов, заработала волновая станция Oyster мощностью 600 кВт, построенная местной компанией Aquamarine Power. Генератор работает с использованием донного насоса, который под воздействием волнового поплавка закачивает на берег морскую воду. Поступающая вода, в свою очередь, обеспечивает движение лопастей генератора. Станция обеспечивает энергией несколько сотен домохозяйств. В компании обсуждаются планы строительства ещё двух десятков аналогичных станций, что дало бы возможность поставлять электроэнергию ещё 9 тыс. домохозяйствам. Не исключается и вариант установки новых поплавковых насосов, которые будут подавать дополнительный объём морской воды к одному мощному гидрогенератору на побережье.

В 2009 году на побережье британского графства Корнуолл (омывается Ла-Маншем и Кельтским морем) стартовало возведение крупнейшей волновой станции в мире в рамках проекта Wave Hub. Оператором проекта является компания Carnegie Wave Energy (Австралия), которая получила на строительство грант Европейского фонда регионального развития в сумме 9,6 млн. евро для строительства первого мегаваттного генератора. Конструкция генератора предусматривает установку турбин PowerBuoy производства американской компании Ocean Power Technologies. Станция строится по технологии поплавковых рабочих тел. Проектная мощность объекта составит 50 МВт. Предполагается, что запуск станции состоится в 2018 году. Вторая очередь проекта, предусматривающая наращивание мощности выработки, рассчитана на 2020–2021 годы. По неофициальным данным, оператору уже удалось достигнуть мощности станции в 20 МВт.

Демонстрационные проекты

Нидерландская компания Waterstudio реализовала пилотный проект Parthenon, построив подводную стену с электрогенераторами в нью-йоркской гавани на реке Гудзон. Установка не только производит энергию экологически чистым способом, но и выступает в роли защиты прибрежной зоны и местного порта от волнового воздействия. Инновационный волнолом состоит из колонн, по внешнему виду напоминающих греческие, чем и было обусловлено название проекта. Каждая такая колонна представляет собой турбину метрового диаметра, вращающуюся в обе стороны под воздействием речных волн. В настоящее время проект имеет демонстрационный статус.

Проект Parthenon не является единственным американским проектом волновой энергетики, однако как гудзонский генератор, так и остальные станции в этой стране строятся в качестве эксперимента. Эксперты полагают, что строительство и запуск волновых электростанций со временем даст возможность удовлетворить до 28% потребностей страны в энергии. Развитию идей волновых электростанций в США способствуют разработки программ, применяемые в военно-морских силах страны. Согласно ним к 2020 году ВМС должны сократить потребление энергии из традиционных источников на 50% путём перехода на использование технологий альтернативной энергетики. Материалы взяты из источника.

В Украине, НПФ «КРОК-1» разработало типовой проект волновой станции мощностью 2000 кВт для акватории Черного моря, состоящей из четырех модулей по 500 кВт. Практической реализации пока нет, хотя прототип такого оборудования по использованию энергии морских волн ВЭС-10 (10 кВт) был испытан весной 2007 года в Черном море и показал удовлетворительные результаты.

Понравилась статья, поделись с друзьями. Напиши в комментариях свое мнение.