Море волнуется раз: есть ли будущее у волновой энергетики?
Энергию волн для получения электричества человечество использует десятки лет, но массовую популярность волновая энергетика так и не получила. Тем не менее, ученые со всего мира работают над тем, чтобы неисчерпаемый ресурс морских и океанских волн делал жизнь людей светлее. Где такие проекты уже работают — читайте в материале «Моей энергии».
Волновая электростанция — устройство, которое преобразует энергию волн в электричество. Волны поднимают и опускают условный поплавок (он может весить тонны), а генератор преобразует механическую энергию волн в электрическую. Интересно, что для создания такой ЭС не нужно ни редкоземельных материалов, ни токсичных компонентов, которые после использования загрязняют природу. По удельной мощности потенциал волновой генерации в разы превосходит возможности солнечной и ветровой энергетики — достаточно вспомнить, что три четверти земной поверхности покрыто водой.
«Укротить» океан человечество пытается уже десятки лет. Интерес к волнам, как и к зеленой энергетике, вырос после нефтяного кризиса 70-х, когда мир стал искать альтернативные источники энергии. Однако нестабильность работы, невысокий КПД и сложность обслуживания как правило ставили крест на таких проектах.
Так или иначе, в наши дни волновая энергетика переживает ренессанс, ведь бал правят ВИЭ. Несмотря на все минусы волновых электроустановок и возможное шумовое загрязнение океана, инженеры не теряют надежды и продолжают эксперименты со стихией. Связывает проекты один принцип: чем больше волны — тем выше производительность установки.
Особенно популярны волновые станции, которые используют так называемый поплавковый метод. Так, недавно первое в мире устройство ISWEC — инерционный преобразователь энергии морских волн — было установлено у побережья острова Пантеллерия в Италии. Технология, разработанная компанией Wave for Energy, может производить до 40 мегаватт электроэнергии в год. Конечно, это в десятки раз меньше, чем генерирует средняя российская ТЭЦ, но в случае с ветроустановкой этого объема хватает, чтобы обеспечить электричеством около 40 тыс. семей (домов) в год. Устройство работает, используя естественное движение волн для генерации энергии. Оно закреплено на морском дне, и по мере прохождения волн двигается вверх и вниз, как поплавок. Так в действие приводится генератор, который и производит электрический ток.
Впрочем, итальянцы лукавят, называя свое детище первым. В 2022 году похожая установка была запущена в работу в Шотландии. Преобразователь волновой энергии получил эффектное название «Волны Архимеда». 50-тонное устройство специалисты также закрепили на дне. Оно оказалось менее восприимчивым к экстремальной погоде, чем испытанные ранее прототипы. Преобразователь зафиксировал среднюю мощность более 10 кВт и максимальную на уровне более 80 кВт во время умеренных волн. Планируется, что такой подводный «буй» высотой 7 м и диаметром 4 м сможет работать даже во время 10-балльного шторма. Конечно, пока речь не идет о том, чтобы чистую энергию волн получали рядовые жители, но такая установка могла бы обеспечить электричеством отдаленные буровые установки на нефтяных месторождениях в море, а также помочь исследованиям ученых-океанографов.
Есть и другой принцип: например, когда энергия волн «собирается» не с подводных глубин, а прямо с поверхности. Технология компании SWEL под названием Waveline Magnet выглядит как длинная цепь связанных друг с другом пластиковых поплавков. Двигаясь вверх-вниз, они перемещают встроенные внутри рычаги. Так энергия собирается внутри генератора, расположенного в каждом таком поплавке.
Принципиально другой тестовый образец волнового генератора работает в Тасмании. Проект WaveSwell Uniwave по размерам напоминает катер. Волна входит в специальную бетонную камеру, сжимая там воздух и выпуская его через выпускной клапан. Когда она проходит, внутри образуется мощный вакуум, который всасывает воздух обратно через турбину, за счет чего и вырабатывается электричество. Это турбинный принцип, похожий на работу ветрогенератора, только гораздо более мощный за счет силы волн.
Сегодня работающие проекты в области волновой энергетики можно пересчитать по пальцам. Первая в мире волновая электростанция была открыта в районе Агусадора в Португалии, на расстоянии 5 км от берега, в 2008 году. Мощность электростанции составляет 2,25 МВт, этого должно было хватить для обеспечения чистой электроэнергией примерно 1600 домов. Правда, после вывоза установки в открытое море вскоре она перестала работать из-за технических сбоев. Сейчас исследователи занимаются перезапуском морской волновой фермы.
В России волновая энергетика существует пока на уровне стартапа. Проект Ocean RusEnergy из Екатеринбурга с «мегапоплавком» получил бизнес-премию «Стартап года» еще в 2014-м, а мобильная волновая электростанция от Уральского федерального университета некоторое время проходила испытания на острове в Приморье. Особого успеха, видимо, эти проекты так и не добились, и их финансирование закрыли.
Помимо шумового загрязнения океана, к волновым установкам масса вопросов: что будут делать обитатели океана, если такая махина на поверхности воды, сопоставимая с нефтяными платформами, помешает всплыть им на поверхность? Как транспортировать установки в открытое море, а главное, как их обслуживать?
Тем не менее, ученые уверены, что именно волны могут дать нам безлимитную, чистую и дешевую энергию. По данным крупнейшего в мире инвестиционного банка Lazard, это даже выгоднее, чем газ и уголь, атомная и геотермальная энергия. Кстати, такие ЭС благодаря своей способности «гасить» волны могли бы сделать море спокойнее в портах и гаванях, у опор мостов, предотвращая их разрушение. В нашей стране такая генерация могла бы решить проблему обеспечения энергией жителей отдаленных районов.