Pelamis, комплексы-преобразователи энергии морских волн

Мировое сообщество должно как можно скорее перейти к эффективным источникам энергии, использование которых не наносило бы вреда окуржающей среде.

Современная наука научилась «приручать» волны.

Оффшорные ресурсы волновой энергии являются одим из самых экологически чистых видов возобновляемой энергии.

Электрический ток производится за счет волновых колебаний от ударов ветра по поверхности воды.

Такие установки создадут новые рабочие места в строительстве, эксплуатации и техническом обслуживании.

Энергия морских волн всегда будет неисчерпаемым ресурсом электронергии, который никогда не будет ограничен в связи с политическими или ценовыми барьерами.

К тому же, выработка энергии в оффшорных зонах не будект облагаться налогом тех или иных стран.

При активном использовании энергия морских волн сыграет важную роль в мировых усилиях по борьбе с изменением климата, уменьшая выбросы CO2  до 2 млрд тонн в год за счет вытеснения органического топлива из мировой структуры энергопотребления.

Примером устройства отлова энергии водной зыби служит уникальное изобретение шотландской компании Pelamis Wave Power, которое получило официально название Pelamis-преобразоваватель энергии волн.

У этой системы появилось несколько неофициальных наименований – «морская змея», «водяной червь», «энергетический вагон».

Pelamis-преобразователь стал итогом пятилетней работы с множеством испытаний в различных водах Англии, Шотландии, Ирландии.

В 2002г. был разработан прототип устройства - система мощностью 750 КВт, 120 м в длину и 3,5 м в диаметре. Он стал первым в мире преобразователем энергии волн, который мог поставлять электроэнергию в единую энергосистему.

В 2006г. прототип был существенно улучшен и дополнен. Ходовые испытания на модернизированной системе проводились вплоть до марта 2007г.

Многолетние исследования позволили сделать вывод, что износоустойчивость «морской змеи» исчисляется 15-тью годами службы.

Первая коммерческая волновая станция была запущена в 5 км от северного побережья Португалии в 2008г.  Она состоит из трех конвертеров мощностью 750 кВт каждый.

Суммарная мощность станции составляет 2,25 МВт, вырабатываемой электроэнергии достаточно для снабжения 1,5 тыс. частных домов на побережье.  

Прежде всего впечатляет экологический эффект от использования «морских змей».

Работа одного модуля конвертеров Pelamis мощностью 750 кВт в течение года позволяет отказаться от сжигания такого количества органического топлива, которое давало бы выброс 2 тыс. тонн вредных парниковых газов ежегодно (это объем выбрасов газовой электростанции с обычным комбинированным циклом).

По подсчетам специалистов, окупаемость такого агрегата составит 20 месяцев, с жизненным циклом выработки примерно 25g/kWhr.  

В зависимости от волнового ресурса, Pelamis-система будет производить в среднем на 25-40% от номинального полного вывода в течение года.

Каждая машина может обеспечивать электроэнергией  в течение года не менее 500 домов.

Потенциал технологии Pelamis огромен.

Подсчитано, что 20 волновых электростанций мощностью по 30 МВт могут обеспечить электроэнергией такой крупный город, как Эдинбург.

В перспективе человечество может обеспечить все прибрежные города от энергии волн. 

Понятней всего структура и строение каждого отдельного Pelamis-преобразователя просматривается при его сравнении с железнодорожным составом, который включает в себя три цилиндрических «вагона», соединенных шарнирами.

Размер преобразователя 120 м длиной и 3,5 м в диаметре.

С полной загрузкой вес системы 750 т. При движении «водяной змеи» по волнам, начинают работать гидравлические барабаны, в которых сосредоточены насосы высокого давления жидкости. 

Именно от них выработанная энергия поступает через гидромоторы в генераторные системы и далее уходит в сеть.

Питание от всех соединений подается вниз к единому кабелю, проложенному по морскому дну, который соединяет систему и подстанцию на берегу.

Таким образом, несколько устройств могут быть соединены вместе, и связанны с берегом с помощью одного кабеля на морском дне.

Воздействие на окружающую среду: 

Оффшорная волновая энергетика считается одним из самых экологически чистых видов производства электроэнергии.

Однако в зависимости от режима законодательного регулирования проекты с применением технологии Pelamis будут подвергаться оценке воздействия на окружающую среду (ОВОС).

Цели таких проверок сводятся к минимизации или смягчению возможных последствий того или иного комплексного энергетического проекта с применением "морских змей".

Визуальное воздействие:    

Pelamis машины находятся на 50% под водой, поэтому над ватерлинией может возвышаться около 2 м установки.

Морские змеи оснащены мигающими желтыми огнями (вспышка с интервалом в 5 сек) в начале и в конце машины. Эти огни видны на расстоянии 2 морские мили в ночное время.

Воздействие на прибрежные места обитания:

Эксплуатация машин Pelamis приведет к уменьшению волновой активности в зоне осуществления проекта.

Pelamis спроектированы таким образом, что не оказывают значительное влияние на прибрежную окружающую среду. К такому выводы пришли ученые после анализа поведения морских волн до и после установки морских змей.  

Флора и фануа прибрежной полосы всегда подвержена штормовому воздействию, на фоне которого волновая энергетика имеет самый незначительный эффект влияния на окуржающую среду.   

Влияние среды обитания на морском дне:

Компоненты швартования системы Pelamis (цепи, тросы и якоря) разработаны таким образом, что имеют минимальную зону воздействия на жизнедеятельность местных видов флоры и фауны. 

В случае премещения системы в другое место, все швартовые механизмы и якоря можно будет удалить с морских глубин без особого труда. При демонтаже якорных систем произойдут локальные нарушения осадочного слоя, который будет восстановлен уже через несколько дней.

Швартовые системы могут стать привлекательными для обитания некоторых морских животных (например, ежи и крабы на дне моря и рыбы в толще воды), поэтому при желании заинтересованных сторон швартовые компоненты могут быть оставлены на месте для поддержки образовавшихся экосистем.             

Воздействие на рыб:

Рыбы собираются вокруг объектов, поднимающихся с морского дна, будь то рифы или искусственные сооружения.

Pelamis и ее швартовые системы будут привлекать косяки рыб, и, таким образом, коренное население видов рыб может возрасти. Предполагается, что волновая энергетика не будет иметь негативное воздействие на самих рыб.          

Воздействие на птиц и береговых птиц:

В локальной зоне Pelamis проекта из-за увеличения числа рыб, возможно, возрастет количество береговых ныряющих птиц из-за улучшений условий прокормки.

"Морские змеи" будет хорошей площадкой для отдыха местных птиц и мигрирующих стай.

Pelamis не является большим структурным объектом, поэтому не мешает низкому надводному полету птиц, а также не может рассматриваться как значительное локальное препятствие для ныряния птиц под воду за прокормкой.

Все вращательные механизмы системы плотно герметизированы, они не смогут привести к негативным последствиям для местного населения птиц.

Воздействия на морских млекопитающих:

Благодаря полной герметичности системы и отсутствию винтов Pelamis безопасны для морских млекопитающих.

Швартовые троссы и электрические кабели системы являются стандартным морским оборудованием и вряд ли представляют серьезные навигационные проблемы, так как радиус изгиба и натяжения кабелей таков, что запутывание морских млекопитающих является исключительно маловероятным событием.

Воздействие на судоходство:

Так же, как рифы и мелководья установки Pelamis представляют опасность для судоходства.

Необходимы дополнительные исследования и меры предосторожности для уменьшения риска как для "морских змей", так и для судоходства.

Однако есть много возможностей для уменьшения риска столкновений, которые используются в Pelamis проектах. Это сигнальные буи, яркая окраска систем, специальное освещение, уведомление мореплавателей, схемы разметки, местные портовые информационные предупреждения пассивных и активных радиолокационных систем.

Шумовой эффект:

Оперативное движение внутри машин Pelamis является сравнительно медленным и производит относительно низкий уровень шума.

Спиннинг двигателей и генераторов (около 1500rpm), с производимым шумом на уровне примерно до 70-80dB (1М в воздухе) позволяет морской жизни акклиматизироваться к новым шумовым условиям.

В идеале Pelamis-преобразователи следует располагать в 5-10 км от берега, чтобы подводный кабель не был слишком длинным, на глубине 50-60 м.

С учетом этих параметров в дальнейшем планируется создавать волновые фермы для промышленного производства электроэнергии.

Монтажные работы по установке Pelamis-преобразователя зависят от состава и типа морского дна.

Дно должно быть тщательно исследовано на предмет препятствий для прокладки кабельной системы и его защиты.

Важно продумать маршрутизацию морских кабелей и их соединение на дне, систему подключения к подстанции на берегу, строительство этой подстанции и дальнейшее соединение с общей электросетью.

До того, как Pelamis-системы устанавливаются на месте, необходимо подготовить всю сеть и весь район к эксплуатации.

Также необходимо подготовить систему пограничных знаков, в роли которых, обычно, выступают стандартные буи.

Следует учитывать, что каждая машина требует своего собственного индивидуального швартования и пространственного ограничения, состоящего из основных причалов и специальных ограничительных дорожек, как в бассейнах.

Основой швартовки является заякоренность, которая состоит из ряда привязок, подключенных к центральной точке.

Система полностью управляются с помощью компьютерной навигации, также возможно спутниковое управление.

Всемирный энергетический совет оценил рыночный потенциал волновой энергии в 2000 млрд кВт\ч в год при капитальных затратах более чем 500 млрд евро.

Эта программа конкурентноспособна и эквивалентна существующим рынкам, где продается энергия атомных и гидроэлектростанций.

Расходы на волновую энергетику ниже, чем на солнечную или ветровую, а технология более гибкая.

Мобильность Pelamis-системы позволяет с легкостью ее перемещать.

Потенциал волновой энергии огромен.

Выработка электроэнергии стабильна, а потери минимальны.

Волновая энергия может стать одной из недорогих дорогих и стабильных генераций, при условии, что размещение на рынке позволит сокращать расходы за счет нового тарифного плана, государственных субсидий и процесса обучения.  

Прежде чем приступить к подготовке проекта Pelamis, необходимо учесть влияющие на его реализацию факторы: 

• необходима государственная поддержка, нормативно-правовое обеспечение и согласование лицензий;
• необходимы предварительные исследования мест для будущих ферм с анализом возможностей волнового ресурса, оценки средней высоты волны, среднего периода волны, климатических особенностей региона, силы и длительности штормов, течений, подводных рифов, сезонных колебаний волновой активности, экстремальных погодных условий и отдельных явлений, возможностей логистики, удаленность электросетей и т.д.;
• многие из исследований необходимо проделать с использованием спутникого наблюдения и исторических метеорологических исследований волновой активности данного места;
• необходимо учесть наличие погодных окон с относительно спокойной волновой активностью для проведения ремонтно-технических работ по осмотру систем;
• необходимо учитывать сроки на проектирование и исследования, которые составляют не менее 2-х лет;
• необходимо построить цифровые модели будущей станции в конкретных условиях и на основе этих моделей сделать экспериментальные физические макеты и протестировать их в реально-воссозданных, но уменьшенных условиях.

Одним из важных моментов в развитии технологии Pelamis  станет удешевление системы, что увеличит ее доступность в связи с переходом на возобновляемые источники энергии.

Это касается и снижения стоимости энергии, производимой «морскими змеями».

Специалисты полагают, что волновые энергетические проекты с использованием Pelamis станут одним из наименее затратных направлений коммерческой «зеленой» энергетики, особенно в том случае, если стоимость обычных традиционных ресурсов будет расти.

Естественно, будет продолжена дальнейшая работа по улучшению технологических свойств «морской змеи». В частности, предусмотрено дальнейшее развитие системы для максимального улавливания энергии волн.

Также для развития проекта необходимо учитывать государственную поддержку и нормативно-правовое обеспечение.

Согласно проведенным исследованиям, хорошие перспективы для развития волновой энергетики есть на побережье Ирландии,  Франции, Испании, Португалии и Норвегии, а также на Тихоокеанском берегу Северной и Южной Америки, Южной Африки, Австралии и Новой Зеландии.

Здесь от волновой активности можно получить свыше 15 кВт энергии на м2.

Потенциал использования Pelamis в российских акваториях не исследовался.

Шотландская компания Pelamis Wave Power (г. Эдинбург) - единственный производитель, ей же принадлежит патент на данную технологию.  

Концерн АВВ (производит генераторы для «морских змей»).

Первая коммерческая волновая станция была запущена в 2008г. в 5 км от северного побережья Португалии.  Она состоит из трех конвертеров мощностью 750 кВт каждый.

Суммарная мощность станции составляет 2,25 МВт, вырабатываемой электроэнергии достаточно для снабжения 1,5 тыс. частных домов на побережье.

Сейчас идет подготовка к реализации второй фазы проекта Pelamis в Португалии.

Это строительство электростанции мощностью 22,5 МВт, которой будет достаточно для электроснабжения 15 тыс. домов.

Станция займет около 1 км2 площади океана и сократит общемировые выбросы CO2 на 60 тыс. тонн.

Также будут реализованы еще два проекта Pelamis - один в Шотландии по заказу компании ScottishPower (станция мощностью 3 МВт) и один - в Англии (компания Е-on, 5 МВт).

www.pelamiswave.com/

Копирайтер: Прохорова Оксана