Энергетика океанских течений - «Новости - Энергетики»

Технологии TISEC (Tidal In-Stream Energy Conversion), позволяющие использовать кинетическую энергию приливно-отливных течений непосредственно в потоке без специальных трудоемких и дорогостоящих сооружений, стали основным драйвером развития изысканий в области энергетики приливных течений на шельфе, реализация коммерческих проектов в которой обеспечивает необходимый задел для использования в будущем энергии разнообразных течений непосредственно в морях и океанах.

Автономные приливные турбины генерируют электроэнергию за счет течения воды так же, как ветровые, использующие для этого потоки воздуха. Но поскольку плотность воды почти в 800 раз выше плотности воздуха, то для получения той же мощности подводным установкам требуется лишь одна десятая от скорости потока воздуха. Это обеспечивает гораздо меньшие габариты приливных агрегатов по сравнению с ветровыми установками той же мощности. Лопасти подводных турбин совершают всего около десяти оборотов в минуту, поэтому отсутствует негативное воздействие на окружающую среду.

Такие подводные энергоблоки мощностью от нескольких мегаватт можно собирать на небольших заводах и верфях, тиражировать большими сериями, легко перево­зить в избранную точку акватории и, главное, быстро устанавливать на любом грунте практически без специальных долговременных изысканий и трудоемких подготовительных работ. Из отдельных блоков достаточно просто и быстро можно составить подводную ферму мощностью в сотни мегаватт, способную надежно работать в самых суровых условиях и под ледовым покровом, а также их достаточно удобно поднимать при профилактике и ремонте или переставлять в другое место. Важно, что для создания энергоустановок приливных течений применяются уже не сложные проекты гидроэнергетического строительства, а отработанные офшорные или океанские подводные и судостроительные технологии.
Еще более 25 лет назад в ИО АН СССР нами были созданы и испытаны в натурных условиях макеты подобных свободнопоточных преобразователей на базе ротора Савониуса и различных вариантов лопастных турбин для автономных буйковых океанских станций малой мощности. Один из вариантов макета был выполнен в виде двух рабочих колес, установленных на вертикальной опорной трубе, закрепленной тросами между поплавком и якорной системой, с возможностью вращения колес в разные стороны, задаваемой ориентацией лопастей. Это удваивало скорость генератора с эффективной магнитной системой, размещенного между турбинами в заполненном маслом, разгруженном от гидростатического давления корпусе вместе с мультипликатором, увеличивающим угловую скорость вращения до требуемой величины в условиях реверсивных течений. К сожалению, в современной России эти разработки так пока и не были востребованы.

Интересно отметить, что несколько лет назад шотландской компанией Nautricity была объявлена инновационной очень похожая на нашу технология подводной турбины CoRMaT мощностью 500 кВт, использующей два ротора с лопастями, вращающимися в разные стороны. Силовой блок этой турбины также расположен в маслозаполненном боксе. Турбина имеет нулевую плавучесть и располагается в толще воды всегда перпендикулярно потоку на глубинах от 8 до 500 м за счет троса, закрепленного якорем на дне.
Первая в мире коммерческая подводная установка энергии приливных течений SeaGen компании MCT, состоящая из двух блоков с диаметром лопастей турбин 16 м, была подключена к энергосистеме Великобритании в 2008 году в акватории Северной Ирландии, где скорости течений достигают 4 м/с. Конструктивно SeaGen состоит из двух турбин с горизонтальной осью вращения лопастей, установленных на продольной балке, закрепленной на вертикальном трубообразном основании, которое обеспечивает возможность подъема турбин для профилактики. Установка SeaGen достигает мощности 1,2 МВт при скорости течения 2,4 м/с и оборотах лопастей до 15 об./мин. На севере Шотландии компания MCT с помощью концерна Siemens, купившего около 90% ее акций, намерена развернуть 66 подобных турбин суммарной мощностью 99 МВт, достаточной для обеспечения 100 тыс. домов. Там имеется множество участков между островами, где приливные течения достигают скорости 4 м/с. Этот район страны называют Саудовской Аравией волновой и приливной энергетики. Здесь развернут первый в мире Европейский центр морской энергетики (EMEC) с полигонами для испытаний коммерческих автономных волновых и приливных технологий. Среди спонсоров и партнеров EMEC крупные корпорации Siemens, ABB, Alstom, Rolls-Royce, Voith и многие другие.
Британская компания Atlantis Resources Co. при финансовой поддержке американского банка Morgan Stanley, имеющего 45% пакета ее акций, создала подводную установку AR1000 мощностью 1 МВт, использующую энергию течений и внешне напоминающую традиционную ветроэнергетическую установку. Энергоблок высотой 23 м и массой 1300 т устанавливается на дне на массивной раме и состоит из двух гидротурбин с диаметром рабочего колеса 18 м, каждая с тремя лопастями. Недавно компания приобрела 100% акций фирмы MeyGen Ltd. и путем публичного размещения части уже своих акций на лондонской бирже на сумму 20 млн фунтов стерлингов решила обеспечить старт крупнейшего в Европе проекта MeyGen, предполагающего создание у побережья Шотландии энергетической подводной фермы суммарной мощностью 86 МВт. Часть электроэнергии планируется подать в сеть уже в 2015 году, а окончательное завершение проекта должно обеспечить общую мощность 398 МВт, достаточную для энергоснабжения 400 тыс. домов. С этой целью на базе турбин AR1000 и HS1000 норвежской Andritz Hydro Hammerfest при поддержке в 10 млн долларов от нового партнера Atlantis – крупнейшего оборонного концерна Lockheed Martin (США) – будет создана подводная турбина AR1500 (Atlantis) мощностью 1,5 МВт. Еще одним инвестором в этом проекте стала крупная норвежская государственная энергетическая компания Statkraft.



По прошлогоднему соглашению с китайской компанией DongFang Electric Machinery компания Atlantis намерена провести в 2014 году демонстрационное испытание своей турбины AR1000 на морском полигоне Daishan в Китае, а в дальнейшем намерена совместно с DongFang организовать в Китае производство турбин AR1500 и участвовать в развитии здесь энергетики приливных течений. Еще один крупный проект компания Atlantis пытается развивать в Индии, где совместно с местной компанией GPCL планирует создание в заливе Каче (Гуджарат) подводной энергетической фермы мощностью 250 МВт.
Британская компания Lunar Energy Ltd. создала подводную турбину мощностью 1,2 МВт и разрабатывает новую установку мощностью уже 2,4 МВт. Главными особенностями турбины этой компании являются гидравлический привод генератора, насадка для повышения эффективности в виде трубы Вентури и возможность поднимать из стоящей на дне установки силовой блок для профилактики и ремонта. Турбины Lunar при финансовой поддержке крупного энергетического концерна E.ON были испытаны в 2008 году на морском полигоне EMEC. Компания подписала ряд соглашений о намерениях в Северной Америке, Великобритании, Канаде, Австралии и Китае, а также меморандум с корейскими компаниями Hyundai и Midland о создании у берегов Южной Кореи крупнейшей приливной подводной фермы мощностью 300 МВт и стоимостью около 500 млн фунтов.

На шельфе Франции на глубине 115 м ведется сооружение первой в мире коммерческой подводной энергетической фермы, состоящей из четырех 850-тонных турбин мощностью 2 МВт каждая и диаметром 21,6 м ирландской компании OpenHydro. Проект общей стоимостью 55 млн долларов рассчитан на обеспечение электричеством 4 тыс. домов и выполняется при участии французской военно-судостроительной корпорации DCNS с финансовой помощью государственной энергетической компании EDF. Корпорация DCNS вложила 173 млн долларов, чтобы обеспечить контроль над проектами OpenHydro, который распространяется также на Оркнейские и Нормандские острова Великобритании, побережье Северной Ирландии, канадский залив Фанди, залив Пьюджет-Саунд в США и Индию. В апреле 2014 года компании OpenHydro и Alderney Renewable Energy (ARE) подписали договор о создании в водах острова Олдерни энергетической фермы в 300 MВт, состоящей из 150 подводных турбин и предназначенной обеспечить к 2020 году электроэнергией около 1,5 млн домов. Крупные французские энергетические холдинги Alstom и GDF Suez совместно с корпораций DCNS планируют значительное расширение своей деятельности в области энергетики приливных течений не только во Франции, но и по всему миру.



ЗА МОРЕМ ТЕЛУШКА – ПОЛУШКА, ДА РУБЛЬ ПЕРЕВОЗ

Компанией «РусГидро» была подготовлена и Правительством РФ утверждена программа первого этапа реализации проектов приливных электростанций (ПЭС), которая подразумевает создание в Баренцевом море Северной ПЭС мощностью 24 МВт и на базе полученного при этом опыта строительство Мезенской ПЭС на Белом море мощностью 8 ГВт. В отдаленном будущем планируется создание в Охотском море Тугурской ПЭС мощностью 3,5 ГВт и, возможно, Пенжинской ПЭС еще большей мощности. Эти проекты предполагают сооружение в море протяженных плотин. Но при этом скорости течений в Охотском море достигают 2,5 м/с, значительные течения наблюдаются рядом с побережьями Баренцева моря, Сахалина и Камчатки. Самых высоких скоростей – до 4 м/с – течения достигают в горле Белого моря и в 26 проливах между Курильскими островами.

Три года назад мы обращались в «РусГидро» к директору по инновациям Михаилу Козлову с просьбой поддержать работы ИОРАН по созданию автономных подводных преобразователей энергии течений, но нам ответили, что такие технологии компании не нужны и приоритетны собственные проекты. Однако в мае 2014 года на сайте «РусГидро» появилось сообщение о подписании меморандума о сотрудничестве с компанией Atlantis для проведения совместных работ и исследований в… Австралии.

Отрадно, что «РусГидро» заинтересовалось технологиями использования энергии приливных течений. Непонятно только, почему в период, когда Россия взяла наконец курс на импортозамещение, это нужно делать в далекой Австралии на морском полигоне британско-американской компании в Сан-Ремо, а не у себя в России на базе предлагаемых к разработке подобных отечественных технологий? К тому же российская ортогональная турбина, которую специалисты «РусГидро» планируют повезти за рубеж, предназначена для установки в теле плотины, а не автономно, да и сама эта турбина уже прошла натурные испытания на Малой Мезенской ПЭС. Дирекция компании Atlantis на том же сайте объясняет все очень просто: «Этот меморандум о взаимопонимании, подписанный после нашего недавно анонсированного сотрудничества с китайской компанией DongFang, является дальнейшей проверкой лидирующих позиций Atlantis на формирующемся рынке приливной электроэнергии. В дополнение к портфелю проектов, которые Atlantis начал в последние годы, мы планируем играть активную роль в двух открывающихся высокопотенциальных приливных энергетических рынках – в Китае и Западной Австралии». Можно предположить, что также и на рынке России с помощью инвестпрограмм «РусГидро».
Анализ глобального рынка энергетики приливных течений показывает, что ведущие компании при поддержке крупных судостроительных, военно-промышленных, энергетических и финансовых корпораций ведут очень активную работу по экспорту своих технологий в различные страны мира и расширению там своего геополитического влияния.
В сегодняшних условиях острого дефицита финансирования инвестиционных программ очевидна необходимость серьезного пересмотра проектов развития приливной энергетики в России с привлечением независимых экспертов для оценки экономической и экологической эффективности различных технологий. Целесообразно также оценить перспективы научно-технической кооперации в этой области со странами БРИК. Возможно, что при использовании автономных подводных турбин во всех планируемых местах Баренцева, Белого и Охотского морей будет получена необходимая суммарная установленная мощность при гораздо меньших временных и финансовых затратах, чем от реализации проектов с плотинами в створах. Кроме того, отсутствие необходимости привязки к конкретным створам, выбранным в результате длительных разнообразных изысканий, позволит постепенно устанавливать сети распределенных подводных турбин дополнительной мощности и в других различных местах этих морей, в том числе и подо льдом. Это позволит обеспечить быструю окупаемость инвестпрограмм за счет договоров на поставку мощности с многочисленными отдельными потребителями, расположенными вдоль побережья. Такой подход может стать ключевым для развития инфраструктуры и нефтегазового комплекса Арктического и Дальневосточного регионов, особенно после недавнего возвращения по решению ООН статуса Охотского моря в качестве полностью российского.

Александр Горлов,
руководитель проекта «Энергетика океана» Института океанологии им П.П. Ширшова РАН