ВОЗОБНОВЛЯЕМАЯ ЭНЕРГЕТИКА ОКЕАНСКИХ ТЕЧЕНИЙ
Кандидат технических наук А.А. ГОРЛОВ (Институт океанологии им. П.П. Ширшова РАН)
Мы уже рассказывали на страницах журнала1 о новых, перспективных для мирового судостроения проектах использования различных видов возобновляемой энергетики океана. В настоящей статье и в нескольких последующих более подробно рассматриваются отдельные направления энергетики Мирового океана, одно из которых -энергетика морских приливных течений и различных океанских течений.
"Если бы космонавту удалось надолго "зависнуть" над какой-нибудь точкой планеты, подобно телевизионному спутнику, он увидел бы на экране радиационного регистратора температуры систему океанских течений, напоминающих кровеносную систему гигантского существа. Перед нами как бы ожил фантастический Солярис - разумный океан в космосе, описанный С. Лемом. Сама идея романа могла возникнуть только у землянина, для которого океан - основа и источник жизни"2.
Океанские течения имеют самые различные направления: на север и юг, восток и запад. Некоторые из них описывают траектории, представляющие собой s огромные окружности. Под поверхност-§ ными течениями есть и другие - глубин-г ные. Их направления и скорость тоже I могут быть самыми различными. | Субтропические круговороты, Се-g- верное и Южное пассатные течения, i Гольфстрим и Куросио, Бразильское ® и Восточно-Австралийское течения, 1 течение Западных ветров, Северо-
о _
X
О
m 1 Горлов А.А. Возобновляемая энергетика Ми-| рового океана; Горлов А.А. Возобновляемая ® энергия для океанологических исследований // « Энергия: экономика, техника, экология. 2012. № 12; там же, 2013. № 3. 2 Толмазин Д.М. Океан в движении. Л.: Гидроме-теоиздат. 1976.
Атлантическое и Северо-Тихоокеан-ское течения, Восточно-Гренландское течение, Экваториальное противотечение и Сомалийское течение. Этот далеко не полный список названий основных течений хорошо иллюстрирует глобальный характер циркуляции вод Мирового океана3.
Одно из весьма перспективных направлений возобновляемой энергетики Мирового океана - энергетика приливных течений на шельфе. Реализация коммерческих проектов этого направления обеспечивает, кроме всего прочего, необходимый задел для использования в будущем энергии разнообразных течений непосредственно в морях и океанах.
Океанские приливы обладают огромным энергетическим потенциалом и надёжной предсказуемостью. Большими потенциальными ресурсами приливной энергетики располагают многие страны - Великобритания, Канада, США, Франция, Южная Корея, Япония, Австралия, Чили, Мексика, Панама, Папуа Новая Гвинея, Новая Зеландия, Филиппины. Важно отметить, что такими же значительными ресурсами обладают и все государства содружества БРИК (Бразилия, Россия, Индия и Китай). Но существовавшие до сих пор технологии, связанные с долговременным строительством огромных плотин, по ряду экологических и экономических причин сдерживали реальное применение этого вида энергии океана. В последнее десятилетие за рубежом быстрыми темпами стали развиваться технологии TISEC (Tidal In-Stream Energy Conversion), позволяющие использовать кинетическую энергию
3Горлов А.А. Энергия океана: фантастика и реальность. М.: Знание. 1988.
30
© А.А. Горлов
1 _ 1 Прибрежная ветровая турбина мощностью 2 МВт Г _ Длина лопасти турбины 40 м
1 1
Рис. 1.
Сравнительные размеры оффшорной ветровой и подводной приливной энергоустановок мощностью 2 МВт.
приливно-отливных течений непосредственно в потоке без специальных трудоёмких и дорогостоящих сооружений. Приливные турбины генерируют электроэнергию за счёт течения воды так же, как ветровые, использующие для этого потоки воздуха. Но поскольку плотность воды в 832 раза выше плотности воздуха, для получения той же мощности гидроустановкам достаточна лишь одна десятая от скорости потока воздуха. Благодаря этому требуются гораздо меньшие габариты подводных блоков по сравнению с ветровыми
Рис. 2.
Преобразователи энергии течения: а - ИО РАН;
б - шотландской компании ЫаШпс1у.
установками той же мощности (рис. 1). Лопасти подводных турбин совершают всего около десяти оборотов в минуту, поэтому отсутствует их негативное воздействие на окружающую среду.
Такие подводные энергоблоки, мощностью от нескольких мегаватт, можно собирать на небольших заводах и верфях, тиражировать большими сериями, легко перевозить в избранную точку акватории и, главное, быстро устанавливать на любом грунте практически без специальных долговременных изысканий и трудоёмких подготовительных работ. Из отдельных блоков можно достаточно просто и быстро составить подводную ферму мощностью в сотни мегаватт, способную надёжно работать в самых суровых условиях и под ледовым покровом, а кроме того, их удобно поднимать при профилактике и ремонте или переставлять в другое место. Важно, что для создания энергоустановок приливных течений применяются уже не сложные проекты гидроэнергетического строительства, а отработанные оффшорные или океанские подводные и судостроительные технологии.
Еще более 25 лет назад в ИО АН СССР нами были созданы и испытаны в натурных условиях макеты подобных свободнопоточных преобразователей4 на базе ротора Савониуса и различных
4 Горлов А.А. и др. Свободнопоточный преобразователь энергии океанских течений с вертикальной осью. Сб. "Материалы III Всесоюзной конференции по энергетике океана". Ч. 2. ДВО АН СССР. Владивосток, 1991.
вариантов лопастных турбин для автономных буйковых океанологических станций малой мощности, работающих при скоростях потока в диапазоне 0.75 м/с. Испытания проводились на Чёрном море по новой разработанной нами методике буксировки моделей и макетов преобразователей в неподвижной среде с использованием подводного обитаемого аппарата "Осмотр". Такая методика применялась впервые в отечественной и зарубежной практике. Испытания были продолжены в Атлантическом океане с борта НИС "Дмитрий Менделеев" путём крепления за бортом энергобуя с преобразователем течения при дрейфе судна со скоростью до 1.5 м/с. В результате испытаний получены зависимости числа оборотов колёс турбин и напряжения и выходной мощности генераторов от скорости течения.
Один из разработанных вариантов макета был выполнен в виде двух низконапорных рабочих колес, установленных на вертикальной опорной трубе, закреплённой тросами между поплавком и якорной системой, с возможностью вращения колёс в разные стороны, что задавалось ориентацией лопастей. Между турбинами в заполненном маслом разгруженном от гидростатического давления корпусе был размещён генератор с высокоэффективной магнитной системой и мультипликатор, увеличивающий угловую скорость вращения до требуемой величины в условиях реверсивных течений (рис. 2а). К сожалению, эти разработки так пока и не были востребованы в со-14временной России. 8 Интересно отметить, что несколько г лет назад была объявлена инноваци-I онной очень похожая на нашу техноло-| гия подводной турбины CoRMaT мощ-^ ностью 500 кВт шотландской компании | Ыаи^сИу, в которой используются два ® противоположно вращающихся ротора с лопастями, что удваивает скорость | вращения расположенного между ними « генератора с постоянными магнитами.
Силовой блок этой турбины также наЛ ходится в маслозаполненном боксе = (рис. 2б). Турбина имеет нулевую плавучесть и благодаря тросу, закреплённому якорем на дне, располагается в
толще воды всегда перпендикулярно потоку на глубинах от 8 до 500 м, в результате чего обеспечивается максимальный отбор энергии течения.
На судостроительных верфях различных стран уже созданы более десятка демонстрационных установок TISEC мощностью до 2 МВт, часть из которых подключена к местным электросетям. Первая в мире коммерческая подводная установка энергии приливных течений SeaGen компании MCT была построена и подключена к распределительной энергосистеме в Великобритании, а в 2008 г. два таких энергоблока с диаметром лопастей турбин 16 м мощностью 1.2 МВт были установлены в акватории Северной Ирландии, где скорости течений достигают 4 м/с. В северо-восточных водах Шотландии компания MCT намерена с помощью концерна Siemens, купившего в 2010 г. более 10% её акций, развернуть 66 подобных турбин суммарной мощностью 99 МВт, достаточной для обеспечения 100 тыс. домов (рис. 3).
Протяжённость береговой линии Великобритании составляет 30 500 км, что определяет огромный суммарный потенциал приливной энергии. Уже сегодня в стране разрабатывается 27% всех мировых проектов по энергетике приливных течений. Потенциал энергии приливных течений можно оценить приблизительно в 17 ТВт • ч без учёта потенциала приливной энергии порядка 17 ТВт • ч в эстуарии реки Северн: общественность страны в настоящее время решает, какие технологии там использовать - с плотиной или без. В акватории Северной Шотландии наблюдается множество участков между островами, где приливные течения достигают скорости в 4 м/с. Этот район страны называют Саудовской Аравией волновой и приливной энергетики. По данным авторитетной британской компании Renewables UK, весь сектор морской энергетики Великобритании к 2030 г. будет оцениваться примерно в 1 млрд фунт. стерлингов и сможет обеспечивать около 20% потребности страны в электроэнергии. Министерство энергетики DECC выделило 20 млн фунт. стерлингов на развитие морско-
Рис. 3.
Турбины SeaGen в осмотровом (а) и рабочем (б) режимах
го энергетического сектора страны, а компания Crown Estate впервые в мире провела тендер на заключение лизинговых соглашений по промышленным проектам морской энергетики волнения и течений. Планируется к 2020 г. смонтировать на севере Шотландии генерирующие установки мощностью 1.2 ГВт. Уже подписаны соглашения по шести волновым проектам и четырём проектам приливной энергии течений суммарной генерирующей мощностью 450 МВт. Их реализация позволит обеспечить электроэнергией 700 тыс. домов. Всего за последнее десятиле-
тие правительство страны инвестировало более 60 млн фунт. стерлингов в сектор морской энергетики.
На севере Шотландии в районе Оркни развёрнут первый в мире Европейский центр морской энергетики (European Marine Energy C
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.