Развитие мировой энергетики в последние годы ориентируется на все более новые, экологически чистые технологии, в основе которых лежат возобновляемые источники энергии. Одним из данных источников является экологически чистая энергия морских волн. В природе данная энергия представлена в более сконцентрированном виде (показатели энергии в среднем за год на один метр волнового фронта Черного моря, например, составляют 40 кВт, Северного моря – 90 кВт).

Научно-производственная компания г. Киева «Крок-1» (официальный поставщик услуг по ремонту технологического оборудования, используемого на атомных электростанциях Украины) разработала, соорудила и испытала конструкцию совершенно новой волновой электростанции.

Волновые электростанции (ВЭС) используются для преобразования энергии волн морской толщи в электроэнергию в условиях открытого моря. Этой энергией обеспечивают береговые и автономные объекты (буровые платформы, островные поселения, гостиничные комплексы, плавающие средства, разные производства и т.д.).

ВЭС устанавливают в определенном порядке вдоль побережья, при этом они служат защитой от волн для сооружений береговой линии.

Перспективы Змеиного острова

Авторы показали возможность осуществления проекта на примере Змеиного острова, находящегося на юго-западе Черного моря, удаленного на 20 миль от устья Дуная и на 80 миль от Одессы (остров имеет площадь 20,5 гектара).

Проект в первую очередь предусматривает строительство пилотного модуля волновой электростанции в акватории острова. Мощность данного модуля 500 кВт с дальнейшим возведением многомодульной ВЭС мощностью в 2-3 МВт для снабжения энергией инфраструктуры острова, которая развивается, и его защиты от разрушения.

В будущем планируется строительство ВЭС разной мощности для обеспечения работы действующих объектов в прибрежной полосе и на континентальном шельфе.

Волновая электростанция устанавливается на таком расстоянии от берега, чтобы глубина в месте установки достигала 25 метров и более. Станция соединяется с потребителем энергии посредством электрического кабеля. Управление ВЭС осуществляется с береговой подстанции

Для сооружения электростанции данного вида не требуется отводить землю, а береговая подстанция расположена на территории объекта потребления энергии. ВЭС не оказывают негативного действия на окружающую среду и позволяют получать дешевую электрическую энергию, которая является экологически чистой.

Энергетический потенциал

Маленькая площадь острова Змеиный дает возможность предположить, что при небольшом удалении от береговой линии (200-300 метров) ВЭС будет функционировать в условиях открытого моря.

Оценить энергетический потенциал акватории предварительно можно на основании информации российской системы Единая государственная система информационных данных об обстановке в мировом океане (ЕСИМО). В атласе «Климат Черного моря» можно найти сведения о климате конкретной морской среды. Они выполнены на базе данных гидрометеорологических наблюдений, которые накопились за многолетний период.

Эти данные вводились в качестве исходных в «Программу расчета параметров элемента поглощения энергии волновой электростанции, учитывая энергетические параметры морских волн», созданную сотрудниками НПФ «Крок-1» и Национального авиационного университета Украины.

На базе проведенных расчетов авторы определили оптимальные параметры ВЭС для акватории Черного моря с точки зрения эффективного использования:

Ширина – 120 метров;

Длина – 60 метров;

Радиус рабочего элемента составляет 2 метра;

Установленная мощность – 2000 кВт;

Число рабочих элементов – 16.

Для данной электростанции коэффициент использования установочной мощности в среднем за год составит около 0,5. Она не просто даст недорогую электроэнергию, но и будет способствовать защите берега от разрушающего действия волн.

Утка Солтера

Сегодня в волновых электростанциях для преобразования энергии волн используются преобразователи, отслеживающие профиль волны, применяющие колебания водного столба, а также подводные устройства.

К преобразователям, которые отслеживают профиль воды, прежде всего, относится изобретение профессора Эдинбургского университета Стефана Солтера, получившее в его честь название – «утка Солтера» («Колеблющее крыло» - это техническое название проекта).

Рабочей конструкцией здесь является поплавок (или «утка»), профиль которого рассчитан согласно законам гидродинамики. В проекте шотландского изобретателя предусмотрен монтаж множества крупных поплавков, укрепленных последовательно на общем валу. Поплавки под действием волн приходят в движение и возвращаются в первоначальное положение под силой своего веса. При этом в действие приводятся насосы внутри вала, который заполнен водой, подготовленной специально. Через систему труб разного диаметра формируется разность давления, которая приводит в движение турбины, находящиеся между поплавками, а также те, которые подняты над морской поверхностью. Образующая электроэнергия передается по подводному кабелю. Для максимально результативного распределения нагрузок на валу нужно устанавливать 20-30 поплавков.

Солтер первоначально разработал макет узкополосного устройства по частоте. В волновом бассейне оно поглощало практически 90% падающей энергии. Самые первые испытания, в условиях похожих на морские, были проведены на озере Лох-Несс в мае 1977 года. 50-метровая гирлянда, состоящая из 20-метровых «уток», масса которых в сумме составляла 16 тонн, была спущена на воду, и ее испытания проводились в течение четырех месяцев при разных волновых условиях. В декабре того же года данная модель, составившая 1/10 предполагаемой величины океанского преобразователя, была снова спущена на воду и выработала первый ток. На продолжение трех месяцев зимы модель первой английской волновой электростанции действовала с КПД примерно 50%.

Следующие разработки Солтера были нацелены на то, чтобы создать устройство, способное противостоять ударам максимальных волн и сформировать заякоренную гирлянду преобразователей в форме гибкой линии. Предполагалось нить из «уток» длинной в несколько километров установить в районе, где волнение наиболее интенсивно, западнее Гебридских островов. Мощность данной станции должна была равняться около 100 МВт.

Значительные недостатки «уток Солтера»:

Необходимость передачи медленного движения колебательной формы на привод генератора;

Необходимость снятия мощности с устройства большой протяженности, плавающего на значительной глубине;

Вследствие повышенной чувствительности системы к направлению волн необходимо отслеживать изменение их направления для получения достаточного КПД преобразования;

Большие нагрузки от ударов максимальных волн;

Сложность при монтаже и сборке из-за сложной формы «утки».