Не одними приливными электростанциями жива эксплуатация Мирового океана в энергетических целях. Но какой из способов окажется самым практичным?
Приливные электростанции (ПЭС) - это хорошо, что видно хотя бы из полувекового французского и не менее интересного (правда, не такого длительного) корейского опыта. Но у них есть фундаментальные ограничения: они работают только в прилив или отлив (последний, кстати, эксплуатируют далеко не все станции). В итоге КИУМ для них равен 24-26%, а пик выработки часто приходится на ночной минимум сетевого потребления. Другая деталь: ПЭС есть смысл ставить только там, где приливы и отливы особенно высоки. (Богатейшая в этом смысле страна - сами понимаете, какая - в развитии такого вида энергетики не спешит перешагнуть даже 2-мегаваттный рубеж.) Что ещё важнее, ПЭС могут работать только в составе больших энергосистем, а в реальном мире обеспечивать энергией надо и изолированные острова, и прочие места.
Oyster соединён с морским дном, поэтому его установка далеко в открытом море невозможна. (Иллюстрация Aquamarine Power.) Буи Oyster 2Один из концептов, пытающих избежать названных недостатков, - Oyster 2, разрабатываемый британской Aquamarine Power и использующий энергию волн в береговой полосе. На первый взгляд, это три буя, устанавливаемые поблизости от берега, обычно на глубине 10-16 м, но при этом соединённые с намертво заякоренным на дне грузом. При раскачивании буёв волнами рычажное соединение между ними и дном сокращается, нагнетая воду по трубе, ведущей на берег. Труба выходит на береговую полосу и подаёт воду в гидротурбину, имеющую мощность 2,4 МВт - как у приличного ветряка. Учитывая, что каждый буй предполагается длиной в 26 м, ясно, что это довольно материалоёмкая установка. Именно поэтому, чтобы проверить концепцию, в 2009 году разработчик начал с установки менее масштабных 315-киловаттных систем, которые действуют у Оркнейских островов вот уже пять лет, подавая электричество в общую сеть.Очевидно, что это решение довольно громоздко, а установка требует ещё и огромной баржи. Тем не менее, несмотря на стоимость в $5 000-7 000 за киловатт-час установленной мощности, разработчики системы уверены в её экономической целесообразности. Да, говорят они, это недёшево, однако КИУМ электростанций довольно высок, ведь волны в полосе прибоя есть всегда (впрочем, это относится не ко всем побережьям), то есть генерация на каждый киловатт установленной мощности значительно выше, чем от фотоэлементов в умеренном климате или даже от ветряка. Кроме того, замечают в Aquamarine Power, острова, являющиеся главной целью их технологии, сейчас платят вдвое-втрое дороже за киловатт-час, чем потребители в крупных сетях. Это и впрямь крупная проблема островных экономик, причём её не удаётся побороть даже на таких немаленьких архипелагах, как Гавайский: вроде бы возможности для крупных инвестиций в энергетику там есть, а киловатт-час всё равно стоит 7-8 рублей. В таких местах системы наподобие Oyster 2 будут идеальны, уверены в компании.В то же время у технологии есть два заметных невооружённым глазом недостатка. Первый - место. Западная Ирландия, многие участки побережья островов Тихого океана и тому подобные места действительно характерны сильным систематическим волнением у берега. А вот, скажем, на Балтике с береговыми волнами не всегда хорошо. Вторая проблема - механическая прочность. Чем сильнее воздействие волн, тем выше вероятность поломок. И хотя сама турбина вынесена на берег, соединение буя с дном при очень сильном волнении может серьёзно пострадать, что вынуждает компанию периодически ремонтировать свои экспериментальные установки. Нельзя сказать, что это дорого или долго, но возникновение перебоев в любом случае не является плюсом для системы круглосуточного автономного энергоснабжения. Кроме того, в сильные штормы наблюдается пиковая генерация, которую, вообще говоря, некуда девать. Сейчас проблема компенсируется недовнедрённостью технологии, делающей лишь первые шаги, но что будет потом? <Морская змея> Pelamis Wave Power ConverterСовсем другие идеи лежат в основе проектов британской же Pelamis Wave Power. Представители этой компании считают, что полоса сильного прибоя есть не везде, а механические поломки в ней вероятнее, чем в открытом море. Они используют соединённые в цепь (<морская змея>) плавучие полупогружённые цистерны, которые самостоятельно плавают на поверхности, не имея связи с дном, кроме банального якоря. Кстати, даже он необязателен, поскольку установка может использовать плавучий якорь, не требующий контакта с дном.Глубина, на которой работает установка, в идеале должна превышать 50 м, а устанавливают её в 5-10 км от берега, где хорошее волнение. Электричество вырабатывается в силу взаимного колебания отдельных секций, из-за чего гидравлические насосы закачивают воду под давлением внутрь секций. Стандартный Pelamis Wave Power Converter состоит из пяти таких устройств, каждое из которых имеет отдельную турбину, работающую от поступающей воды. С увеличением волнения жёсткость 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, выработка установки не скачкообразна, так как её мгновенная мощность зависит не от высоты волны, а от её крутизны (с ростом волны увеличивается и её длина, так что кривизна в целом меняется не очень сильно).
<Змея> (Pelamis Wave Energy Converter) при мощности 1 МВт имеет длину 180 м. Чтобы не стать угрозой судоходству, она окрашена кричаще яркие цвета. (Иллюстрация Pelamis Wave Power.) Компания уже создала несколько полуэкспериментальных установок мощностью 750 кВт и пару более крупных - на 1 МВт, показав их высокою живучесть. Чтобы противостоять волнам высотой до 30 м (заявленный безопасный максимум), <змея> самоориентируется по направлению волнения, что исключает боковые удары. Если волна обрушивается прямо над погружёнными звеньями <змеи>, то последняя как бы подныривает под неё без серьёзных повреждений. Несмотря на высокую живучесть, предусмотрено быстрое (15 мин) сворачивание плавучего или обычного якоря <змеи> и буксировка последней в док. Коэффициент использования установленный мощности системы равен, в зависимости от характера моря, 25-40% - то есть он в несколько раз больше, чем для фотоэлементов, и даже чуть выше среднего для мировой энергетики.Сейчас Pelamis Wave Power разрабатывает мегаваттную версию своей установки и планирует на 2017 год создание первой крупной электростанции мощностью 10 МВт. Кстати, такой гигант, как E. ON, и меньшая по размерамScottishPower 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. Кроме прочего, причина в том, что каждая группа установок требует подсоединения к материку подводным кабелем, и от удалённости от берега и количества 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 довольно сложно.Водоизмещение 1-мегаваттной системы равно 1 350 т, длина - до 180 м, а диаметр - 4 м. С такими размерами очевидно, что стоимость вырабатываемой энергии будет зависеть ещё и от массовости производства.
<Волшебный ковёр> обещает извлекать с одного метра прибрежного калифорнийского дна столько же энергии, сколько фотоэлементы получают с 64 м² тамошней суши. (Иллюстрация UCB.) <Волшебный ковёр> Резы АламаНаконец, третий подход, авторства Резы Алама (Reza Alam) из Калифорнийского университета в Беркли (США). Он основывается на эксплуатации волн в прибрежной полосе, однако с самого начала нацелен на полное исключение повреждения системы волнами. Ради этого установку помещают на дно близ берега (до глубин в 18 м), где она под ударами волн колеблется, благо её верхняя часть сделана из полимерного <коврика>. Под ковриком находятся насосы, которые от колебаний нагнетают воду по трубопроводу малого сечения на берег. Там эта вода под давлением может быть использована либо в турбине, либо в установке обратного осмоса для опреснения морской воды.Последнее весьма важно, поскольку в малых энергосистемах спрос на электричество есть не всегда. И тогда невостребованную волновую энергию можно тратить на опреснение или запасать с помощью пневматического аккумулятора. Недавние испытания системы в опытных резервуарах показали, что, несмотря на придонное расположение, так можно извлечь до 90% энергии волн, причём вне зависимости от их высоты и амплитуды: Среди недостатков этой технологии главным пока является отсутствие реальной проверки морем: первая опытная волновая станция такого типа будет построена лишь в 2016 году.В то же время <волшебный ковёр> Резы Алама выглядит довольно здравой альтернативой другим методам использования волновой энергии, не в последнюю очередь благодаря способности к ослаблению волн над собой и, следовательно, неповреждаемости. По словам конструктора, результаты лабораторных экспериментов в условиях усреднённого калифорнийского побережья показали, что 100 м² его <ковра> дадут столько киловатт-часов, сколько 6 400 м² солнечных батарей, расположенных в той же местности. И, разумеется, работает <ковёр> не только днём.
