Время прочтения - 7 мин.
Курс, взятый цивилизованным миром на повсеместное использование возобновляемых источников энергии, приносит плоды. И дело не только в сокращении выбросов углекислого газа. Патентные ведомства получают все новые и новые заявки на регистрацию технологических проектов, основанных на природных ресурсах.
По информации IFI CLAIMS Patent Services, анализирующей данные в сфере интеллектуальной собственности, в минувшем году в США зарегистрировано 11 818 патентов в области ядерной, солнечной, гидро-, ветроэнергетики, а также технологий, способствующих более эффективному сжиганию ископаемого топлива.
Многообещающие технологии
Это направление сегодня заметно отстает от цифровой обработки данных и поиска материалов для создания новых видов электронных устройств, ускорения работы беспроводных сетей связи, медицинских исследований и т. д. Хотя в период с 2002 по 2012 гг. число заявок на изобретения и полезные модели в сфере альтернативной энергетики из года в год увеличивалось впечатляющими темпами. Аналитики связывали прогресс с ростом инвестиций.
Сейчас мы наблюдаем еще один всплеск интереса к технологиям, способствующим переходу на возобновляемые источники. Но одним из главных препятствий для их внедрения является отсутствие испытательной базы для проверки эффективности предложенных моделей. Особенно это актуально для технологии преобразования энергии морских волн, приливов и отливов.
Между тем ученые давно оценили потенциал мирового океана. При средней высоте волны в 2,5 м и частоте 8 с удельный поток энергии составляет 75 кВт/м. Таким образом, оценочно, мировой океан может генерировать практически вдвое больше электроэнергии, чем вырабатывается на планете сейчас.
Впрочем, для создания эффективных механизмов, преобразующих силу волн и приливов в электричество, все еще существует немало препятствий. Главные из них — износ оборудования, эксплуатируемого в агрессивной среде и экстремальных условиях, а также — сложности, связанные с монтажом техники и возможностями передачи электроэнергии на берег.
К тому же выработка зависит от характера волн и имеет непостоянную величину. Тем не менее этот возобновляемый ресурс все больше интересует ученых и практиков, стремящихся поставить его на службу человечеству.
Свидетельством является строительство на Тихоокеанском побережье США Центра испытаний энергии волн открытого океана PacWave South Shoreside. Стоимость объекта — $80 млн. Он разместится на площади более 1,7 тыс. га в зоне отдыха Дрифтвуд-Бич в 11 км от города Ньюпорт (Род-Айленд). Комплекс будет включать четыре стенда для одновременного проведения испытаний до 20 волновых преобразователей энергии (WEC) общей установленной мощностью 20 МВт. Для этого на дне океана на глубине 70–75 метров будут проложены силовые кабели. По ним волновые генераторы смогут передавать энергию на берег.
Инициатором проекта является Университет штата Орегон. Строительной фазе, стартующей в июне этого года, предшествовал беспрецедентный 10-летний процесс утверждения. А завершился он весной — выдачей PacWave лицензии Федеральной комиссии по регулированию энергетики (FERC).
Таким образом, PacWave South Shoreside станет первым в США и одним из немногих в мире исследовательских центров в области морской возобновляемой энергии. Начать его эксплуатацию Университет Орегона планирует уже в 2023 году.
От испытаний — к повсеместному применению
В мире уже давно используется множество навигационных буев, преобразующих силу волн в электричество для собственной подзарядки. Небольшие станции, передающие энергию на берег, появились еще в 1985 году в Норвегии. Но мощные волновые установки, способные занять достойное место в отрасли, — все еще редкость.
Крупнейшим мировым полигоном для практического изучения этого направления является Европейский исследовательский центр морской энергии (EMEC, Великобритания), расположенный на Оркнейских островах.
В 2009 г. на территории EMEC начались испытания волнового генератора «Устрица» (Oyster), разработанного компанией Oyster Wave Energy System. Агрегат представляет собой большой насос, преобразующий силу волн в энергию жидкости в замкнутом гидравлическом контуре. Она передается на берег, где и производится ток. Установка мощностью 2,4 МВт обошлась создателям в $13 млн, но по каким-то причинам так и не использовалась в промышленных целях.
В 2016 в рамках проекта FloTEC, финансируемого ЕС, на площадке EMEC испытали крупнейшую в мире турбину для приливной электростанции Orbital O2 2W. Разработка компании Orbital Marine Power оправдала эту характеристику: за год было произведено 3 ГВт-час энергии — заметно больше, чем генерировали другие волновые установки.
По данным разработчика, при оценке глобальной мощности в 100 ГВт морские приливы могли бы обеспечить электроэнергией 80 млн домохозяйств. Полное развертывание ресурса приведет к инвестициям в оборудование и услуги на сумму более £300 млрд. В Ассоциации Renewable UK считают, что уже в обозримом будущем такие технологии смогут электрифицировать порядка 15 млн домов.
Еще одна крупная волновая электростанция — Agucadoura Wave Farm (Португалия) — использует энергию приливов. Она состоит из трех турбин общей мощностью 2,25 МВт, но тоже эксплуатируется с перебоями.
Несмотря на перспективность и отдельные попытки развития отрасли, пока этот вид возобновляемой энергетики значительно уступает ветровой и солнечной. По данным Ocean Energy Europe, в текущем году в Европе будут задействованы волновые установки мощностью 3,1 МВт. Для остального мира этот показатель составит только 850 кВт, в то время как аналогичные данные для ветроэнергетики достигают 19,5 ГВт.
Впрочем, оптимисты считают, что уже к 2027 инвестиции в эту сферу, по меньшей мере, утроятся. Согласно оценкам Всемирного энергетического совета, к 2050 году рынок морской энергии составит порядка $700 млрд и покроет порядка 10% спроса на электричество.
Энергопотенциал побережья США сейчас оценивается в 2,64 трлн киловатт-часов в год, что эквивалентно 64% общего объема производства электричества в стране в 2019 году. И в этом контексте строительство полигона PacWave в Орегоне является важным шагом для оценки эффективности и отбора проектов, которые в дальнейшем можно интегрировать в реальный сектор экономики.
«Энергия волн — сама по себе многообещающая, но она меняет правила игры, если рассматривать ее как часть диверсифицированного портфеля возобновляемых источников. Когда не светит солнце и не дует ветер, пробел могут заполнить волны. И это повышает отказоустойчивость системы, — считает эксперт Национальной лаборатории Сандиа Министерства энергетики США Келли Рюль.
Как полагает профессор Калифорнийского университета в Беркли Дэн Каммен, одна из уникальных возможностей волновой энергии заключается в том, что ее легче масштабировать для небольших сообществ. В то время как ветровые проекты обычно производят гигаватты, морские устройства могут использоваться в мегаваттном масштабе для снабжения небольших населенных пунктов.
«Если вы собираетесь построить такую станцию в штате Мэн, вы не испортите ландшафт и не повлияете на ловлю омаров. Поэтому существуют реальные возможности для интеграции устройств волновой энергетики в сообщества», — считает Каммен.
Менеджер американской программы морской энергетики Тим Рэмси также уверен в перспективности направления.
«Раньше небольшие солнечные панели применялись в часах, калькуляторах, играх, осветительных приборах. Сейчас на этом же этапе находится волновая и морская энергетика. Мы пытаемся извлечь уроки из небольших возможностей и применить их на более крупном финансовом рынке», — утверждает Рэмси.
Подпишись на наш телеграм канал
только самое важное и интересное
