Энергия океана: сможет ли человечество подчинить ее?

Потребление энергии — важный показатель жизненного уровня цивилизации. Реалии современной мировой экономики предъявляют довольно жесткие требования к ученым, работающим в сфере энергообеспечения. И поиск новых источников энергии — одна из актуальнейших проблем, которые пытаются решить энергетики всего мира.

[Установка Ocean Treader]

Установка Ocean Treader
На очереди — вода

Одно из направлений этих поисков — использование мощной энергии морских волн и океанских приливов и отливов. Ведь уже давно теоретически известно, что приливы и отливы потенциально могут стать экономически выгодным, экологически чистым и, что немаловажно, постоянно возобновляемым источником электроэнергии.

Запасы энергии в Мировом океане колоссальны, поскольку моря и океаны занимают две трети земной поверхности. И тепловая внутренняя энергия от разницы температур между поверхностными и донными водами океана, например в 20 градусов, составляет порядка 1026 Дж, а кинетическая энергия океанских приливов — 1018 Дж.

Однако люди пока умеют использовать лишь ничтожные доли этой энергии, да и то ценой больших и медленно окупающихся капиталовложений. Поэтому такая энергетика до сих пор казалась малоперспективной.

Но вот, кажется, дело сдвинулось с мертвой точки. Американская компания ВПК Lockheed Martin Corporation и гонконгская группа Reignwood начинают строительство экспериментальной плавающей установки OTEC (Ocean Thermal Energy Conversion – система преобразования тепловой энергии океана) неподалеку от южного побережья Китая.

Система OTEC использует естественную разницу температур между холодными глубинными и теплыми поверхностными водами для выработки электроэнергии. Ее технология заключается в прокачке теплой морской воды с поверхности океана через теплообменник, в котором испаряется жидкость с низкой температурой кипения (аммиак). Получившийся при этом пар используется для приведения турбин в движение и выработки электро­энергии, а холодная глубинная морская вода применяется для конденсации пара и возврата уже жидкого аммиака в систему для выполнения следующего цикла.

В качестве побочного продукта установка «производит» холодную воду, которую можно использовать для кондиционирования воздуха в зданиях, расположенных на побережье. И, в отличие от установок по выработке ветровой и солнечной энергии, OTEC может функционировать круглосуточно 365 дней в году.

Проектная мощность установки – 10 МВт с возможностью увеличения до 100 МВт, она будет поставлять электроэнергию для крупного курорта, проект которого сейчас также разрабатывается группой Reignwood. Строительство предполагают завершить уже в 2014 году.

Компания Green Ocean Energy Ltd, также занимающаяся разработкой новой техники для использования энергии Мирового океана, изготовила еще два инновационных устройства – Ocean Treader и Wave Treader. Это плавающие в океане, в 1—2 милях от берега, устройства с лопастями, которые, двигаясь вверх-вниз, производят энергию. По проекту каждый агрегат должен вырабатывать приблизительно 500 кВт электроэнергии и транспортировать ее на берег с помощью подводных кабелей. Такого количества энергии хватит для обеспечения электричеством 125 прибрежных домов. А если организовать целую «ферму» из этих устройств, связанных в систему, то можно получить любое необходимое количество энергии.

А вдохновленные небесными пируэтами воздушных змеев инженеры придумали… «подводного змея»! Но резвящегося в родной стихии не для развлечений, а с пользой. Шведско-британская компания Minesto разработала подводную турбину Deep Green, которая может генерировать около 18 тераватт электро­энергии ежегодно посредством использования волновой энергии. Этого электричества хватит на обеспечение энергией 4 миллионов домохозяйств.

Интересно, что эта концепция изначально разработана в качестве ветровой турбины. Но в дальнейшем посчитали, что такая конструкция может быть более полезной, если разместить ее под водой, поскольку вода плотнее воздуха почти в 832 раза. Теперь этот «подводный змей» представляет собой привязанное тросом ко дну 12-метровое крыло, на котором крепятся турбина и генератор. Гидродинамические силы, воздействующие на крыло, определяют скорость и направление течения и заставляют его передвигаться, но не произвольно, а по определенной траектории, похожей на восьмерку, которая задается автоматической системой управления.

Такое уникальное движение «змея» позволяет увеличивать скорость потока воды на турбину в 10 раз. Вырабатываемое электричество передается на берег посредством силового кабеля. Поскольку высокие скорости потока воды в турбине позволяют обойтись без редуктора, а системы крепления не включают в себя массивные фундаменты, необходимые для строительства тяжелых установок в море, подводный комплекс по общей стоимости оказывается весьма привлекательным для масштабного использования.

Мало того, Deep Green может эффективно функционировать даже в районах с малыми скоростями течения и на больших глубинах. Как показали исследования, новая технология позволяет использовать до 40% энергетического потенциала волновой энергии.

Но, оказывается, не только моря и океаны могут быть источником энергии. Мощь течений бурных рек тоже реально обратить на пользу человечеству. Компания Neptune Renewable Energy (NREL) разработала новый генератор приливной энергии Neptune Proteus, который способен стать прорывом в области энергетики приливных течений.

150-тонный генератор, похожий на подводное водяное колесо, на 30% эффективнее, чем существующие конструкции гидроплотин, так как его можно располагать максимально близко к распределительным точкам энергосистемы, он способен обеспечить непрерывную поставку электроэнергии от приливных течений. Генератор разработан для мощных течений в устьях рек, он может генерировать 1000 МВт электроэнергии ежегодно.

Турбина Европейского морского центра по проблемам энергетики (Оркни, Шотландия) Atlantis Resources AK1000, работающая на энергии приливов и отливов, по конструкции довольно проста – всего 2 комплекта лопастей по обе стороны турбины. Весит она 130 тонн и возвышается над поверхностью воды на 74 фута. Мощность — 1 МВт электроэнергии. Этого достаточно для обеспечения электричеством тысячи домохозяйств.

А главное преимущество разработки в том, что турбина оказывает практически нулевое воздействие на окружающую среду, включая морскую флору и фауну, поскольку она вращается с очень медленной скоростью – 6—8 оборотов в минуту.

А последнее достижение научной мысли – генератор, вырабатывающий электричество из энергии океанических волн за счет трения воды о наноструктурированную поверхность. По задумке ученых, новый генератор можно использовать для устройства водных электростанций, разделение зарядов в них будет происходить за счет трения при колебаниях волн. Подобные генераторы, позволяющие разделять заряды за счет трения, называются трибо­электрическими, они уже существуют, но в них до сих пор использовалось трение между твердыми веществами…

Как видим, предложений на «рынке» много. Но на сего­дняшний день только Австралия масштабно использует энергию океанских волн, применяя технологию CETO – с установкой под водой гигантских шаров с поршнями, движущимися в трубах на дне.
А что же Украина?

У нас нет океанов, но есть моря и полноводные реки. Правда, ученые утверждают, что волновые характеристики Черного и Азовского морей имеют довольно небольшой энергетический потенциал волны. Зато береговая линия Крыма имеет протяженность более 1000 км. Поэтому и в Украине есть свои наработки в данной сфере, ими занимается ПАО «Укргидропроект» (Харьков).

Еще в 1990 году в «Укр­гидропроекте» начали исследовательскую работу по волновым энергоустановкам под руководством Владимира Осадчука. Тогда же определили, что при имеющихся волновых характеристиках в наших «спокойных» морях необходимо применять концентраторы волновой энергии и разработать несколько типов энергоустановок в зависимости от волновых характеристик и потребляемой мощности. В «Укргидропроекте» выполнены несколько пионерских разработок:

1. Бестурбинная волновая энергоустановка, вырабатывающая электроэнергию в зависимости от изменения формы поверхности воды;

2. Волновая энергоустановка, имеющая волновую турбину для использования энергии прибрежных волн;

3. Импульсная волновая энергоустановка, где посредством гидроудара волны вода подается на лопасти турбины;

4. Модульная гидростатическая энергоустановка для использования энергии волн, в которой вес волны обеспечивает подачу воды в напорный резервуар для работы гидротурбины;

5. Волновая пневмогидроаккумулирующая электростанция, в которой энергия волн создает запас потенциальной энергии для работы электростанции при отсутствии волнения на акватории;

6. Способы совместной работы погружных электростанций и ветродвигателей (гидроветровых электростанций).

В 2010 году рабочая группа по использованию альтернативных источников энергии «Укргидропроекта» предложила при работе погружных электростанций задействовать энергию ветра. Такая электростанция представляет собой погружную платформу с генератором и гидротурбиной, которая работает за счет гидростатического давления глубины, с откачкой воды насосами с приводом от ветродвигателей. В этом случае обеспечивается постоянный напор на турбину и отпадает необходимость в инверторе для генератора, так как ветровая энергия передается непосредственно насосу. А запас объема в изолированных емкостях обеспечивает прием воды от турбины при непостоянной скорости ветра, гарантируя нормативные параметры вырабатываемой электроэнергии.

В 2011 году специалисты «Укргидропроекта» также предложили идею соединения этих двух видов энергии при одновременной ее передаче на рабочие органы энергоустановки, что приводит к увеличению количества получаемой энергии вдвое. Работа погружных электростанций совместно с ветровыми и волновыми энергоустановками обеспечивает выработку качественной электроэнергии без преобразовательных устройств. Предложенная схема и конструкция позволяют поместить гидроаккумулирующую станцию на берегу и с берега же осуществлять обслуживание волновой энергоустановки.

Мало того, в Крыму уже даже сделаны определенные шаги в освоении волновых энергоустановок, разработана законодательная база. Однако «Укргидропроект» в течение многих лет безуспешно ищет заказчика, который мог бы заняться строительством волновых энергоустановок. Возобновляемая энергетика определена приоритетным направлением инновационного развития АР Крым, и это дает надежду, что инвесторы найдутся, а Украина в данном вопросе будет если не впереди планеты всей, то, по крайней мере, и не в хвосте.




Автор: Елена НЕПОКОРА


Источник:"Украинская техническая газета" 16.12.2013
www.tehnichka.com


.