Преобразование энергии морских волн в электричество — одно из перспективных направлений "зеленой" энергетики. Но волновые электростанции (ВЭС) встречаются гораздо реже ветряных или солнечных. Для эффективной работы ВЭС требуются волны определенной высоты и интенсивности, что не везде возможно. У берегов внутренних морей волны слишком низкие, как и разница уровней воды при приливах-отливах. ВЭС, работающие в отдалении от берегов, где возможны высокие штормовые волны — массивные сооружения сложной конструкции. Они генерируют электричество прямо в море и подают его на берег через проходящие по дну силовые линии. Для установки такой станции нужно бетонировать подводный фундамент, устанавливать генератор в герметичную камеру, проводить исследование дна и прокладку кабеля. Все это очень дорого и требует привлечения особого оборудования и специалистов.
Рейки, муфты, поплавки
Это на ракушка, а вал роторного компрессора, позволяющий ему эффективно работать на сверхмалых оборотах
Фото: Vert Labs
Инженеры из компании Vert Labs, резидента Сколкова, предложили проект ВЭС, вырабатывающей в отдалении от берега сжатый воздух, из которого уже на берегу производится электроэнергия. Несущая конструкция состоит из поплавков, объединенных в шестиугольник подвижными рейками. На каждом поплавке — всего их семь, шесть по углам и один в центре — по роторному компрессору, соединенному с рейками через обгонные муфты. Когда волны качают поплавки, рейки двигаются в вертикальной плоскости. От реек на обгонные муфты передается крутящий момент. Каждая муфта вращает вал компрессора, компрессор сжимает атмосферный воздух. Схема компрессора — ноу-хау Vert Labs, он разработан так, чтобы сжимать воздух даже при одном-двух оборотах в минуту, ведь на низких волнах можно получить только такую скорость вращения. Компрессоры подают сжатый воздух в пневматический шланг, который тянется до берега. На берегу электрогенератор превращает энергию сжатого воздуха в электрическую. Потери энергии при передаче не более 1,4% на 1 км. Пневматический шланг намного легче медного кабеля, потому его можно подвесить на поплавках. Это проще и дешевле, чем прокладка силовой линии по дну. К тому же конструкция экологически безвредна.
"Для сравнения, распространенная сегодня система Power Buoy 150 номинальной мощностью 150кВт, разработанная компанией Ocean Power Technologies, занимает на поверхности моря 47,5м2. То есть с 1м2 она снимает 3150 Вт мощности. Но она требует высоты волны не менее 1,5 м, чтобы начать генерировать энергию, а на номинальную мощность (150 кВт) выходит только при высоких штормовых волнах от 5 м. Во внутренних морях, таких как Средиземное, Балтийское, Внутреннее (Япония), Карибское, значительное время высота волн ниже 1,5 м. Например, в Ирландском море среднегодовая высота волны около 1 м. Наша разработка снимает с 1 м2 всего 34,5 Вт, но уже при высоте волны 0,6 м — то есть может использоваться практически повсеместно. За счет дешевизны полимерных модулей мы можем охватывать практически любую площадь, в отличие от наших конкурентов со сложными генераторами, которые изготовлены из металла. Одна шестиугольная ячейка имеет диаметр 7,2 м и вырабатывает 2.3 кВт при высоте волны 0,6 м. 432 ячейки, объединенные в сеть, дадут при той же волне 1 МВт. Занимаемая площадь будет зависеть от конфигурации сети — если сеть будет иметь форму кольца, то займет 0,9 км2, а если объединить ячейки в цепь, то всего 0,029 км2. Стоимость такой сети $3,2 млн. Стоимость комплекса Power Buoy, вырабатывающего 1 мВт, составляет $3,9 млн", — говорит главный инженер Vert Labs Евгений Табота.
Так будет выглядеть волновая электростанция компании Vert Labs
Не мешает судам, помогает рыбакам
"Волновая сеть" (ВС) будет располагаться в 1 км от берега, так как на мелководье волны захлестываются, что вызывает ударные нагрузки (глубина в месте установки ВС должна быть больше половины длины волны). На таком расстоянии ВС не помешает хождению судов вдоль берега. "Что касается движения судов в море, то там наши станции будут занимать ничтожно малую площадь относительно общей площади морской поверхности. Мы сможем выстраивать любые фигуры, в том числе коридоры для прохода судов. Пневматический трубопровод пролегает на достаточной глубине, поэтому тоже не будет мешать", — сообщает Евгений Табота.
Размещение ВС и ее техобслуживание будет производиться исключительно с поверхности моря. Для фиксации ячеек будут использовать грибовидные якоря. Это литые свинцовые полусферы со сквозными отверстиями, предотвращающими образование под якорем воздушной подушки. Их используют с середины XIX века для прочного, длительного удерживания, к примеру, плавучих маяков на любых донных ландшафтах в условиях сильных ветров и течений. Таким образом, ячейки могут спускаться на воду с обычного рыболовецкого судна, оснащенного стрелой от 7 м. "В Европе и Японии остро стоит проблема безработицы в приморских регионах — внедрив нашу систему, мы дадим людям дополнительные рабочие места. Для производства электричества в море можно будет привлекать рыбаков, а не дорогих инженеров или подводных сварщиков. Рыбаки смогут на своих судах ставить или чинить наши станции — все необходимые работы можно будет выполнить с помощью гаечного ключа и крана. Все это сделает морское электричество дешевой альтернативой ветрякам и солнечным батареям", — отмечает генеральный директор Vert Labs, Олег Дмитриев.
Российский проект — не для России
В России нет четкого плана перехода на "зеленую" энергетику, поэтому разработчики из Vert Labs считают, что не смогут внедрить здесь свое изобретение. Они планируют, что ВС будет устанавливаться в первую очередь на побережьях Европы, затем США и Японии. ВС уже заинтересовались инвесторы, по итогам конкурса Cleantech Connect она вошла в топ-30 европейских разработок в области "зеленой" энергетики. "В ЕС, США и Японии поставлены четкие цели по переходу на альтернативные источники энергии. Например, Великобритания должна перевести 15% генерации на "зеленые" технологии к 2020 году. Страны ОЭСР только в установку ветрогенераторов инвестируют около $52 млрд ежегодно. Рынок "зеленой энергетики" переживает настоящий бум, он очень похож на рынок интернет-проектов в 90-х годах. Идет технологическая революция, и одновременно открываются огромные возможности для бизнеса. Так что мы "встали на волну", как говорят серферы", — заявил Олег Дмитриев.