Получение энергии из морских волн только в перспективе

Энергия волн может потенциально равняться и даже превосходить, при соответствующих условиях, энергию ветра в море, если принять во внимание, что волны можно считать концентрированной формой энергии ветра, способной преодолевать большие расстояния с минимальными потерями

Для сокращения выбросов парниковых газов ясно, что возобновляемые источники энергии будут играть ключевую роль. Согласно Глобальному отчету 2016 года о состоянии возобновляемых источников энергии, потребление ископаемого топлива во всем мире составляет примерно 78,3% от совокупного потребления, за которым следуют возобновляемые источники энергии (19,2%), из которых на традиционную биомассу приходится 8,9%, а на современные возобновляемые источники - 10,3%, с преобладанием энергии солнца и ветра.

Разрыв между потреблением ископаемого топлива и рынком возобновляемой энергии может быть ликвидирован в ближайшем будущем. Во всем мире энергогенерация от возобновляемых источников в период с 2004 по 2013 год (без учета гидроэнергетики) увеличилась с 85 до около 560 ГВт. Лидером в этом секторе стала ветроэнергетика, где рост составил с 48 до 318 ГВт, за которой следует фотоэлектрический сектор - с 2,6 до 139 ГВт. Это было обусловлено рядом факторов, включая программы государственной поддержки, действующей в различных странах.

Морские энергетические технологии находятся на ранней стадии развития, особенно в области использования энергии волн. Извлечение волновой энергия зависит от особых условий окружающей среды и включает равные по значимости энергетические компоненты:

- Использование потенциальной энергии, когда вода вынуждена противостоять силе гравитации впадин и гребней волны;

- Использование кинетической энергии, когда рассматривается скорость (интенсивность) колебания воды.

Чтобы их использовать, необходимо спроектировать структуру, которая может эффективно захватывать и собирать энергию, передаваемую волнами. Еще одним ключевым фактором является то, что система должна выдерживать морскую среду, в частности, штормовые явления, при которых мощность волны значительно увеличивается. Одним из способов преобразования энергии волны в электрическую может быть использование электрогенератора, соединенного (на морском дне или на береговой линии) с движущимися частями этой системы. В последние десятилетия были внедрены плавучие конструкции, которые могут быть развернуты в открытом море. Системы могут быть спроектированы и нацелены на использование как потенциальной, так и кинетической энергии, поочереди или одновременно.

Вопросы извлечения энергии океана можно рассматривать по многим направлениям: энергия волн, приливные и океанические течения, использование океанической тепловой энергии, градиента солености воды, морской биомассы и подводной геотермальной энергии. Удачным примером использования морской среды служит морская ветроэнергетика.

В настоящее время на европейском рынке ветроэнергетики существует около 80 производств, связанных с использованием морских энергетических ресурсов, которые разделены между 10 европейскими странами, способными вырабатывать в общей сложности 12,6 ГВт электроэнергии. В соответствии с текущими тенденциями дается оценка, основанная на статистических данных за 2016 год, что к 2020 году общая энергогенерация достигнет уровня 24,6 ГВт.

Энергия волн может потенциально равняться и даже превосходить, при соответствующих условиях, энергию ветра в море, если принять во внимание, что волны можно считать концентрированной формой энергии ветра, способной преодолевать большие расстояния с минимальными потерями. Существует две категории волн:

- морские ветровые волны, генерируемые локально;

- зыби - волны, генерируемые удаленными ветрами.

Морская зыбь более важна для производства энергии из волн, поскольку ее энергетическая плотность более постоянна. Мировой потенциал энергогенерации, использующей морские волновые ресурсы, составляет 29500 ТВт·ч / год, из которого в настоящее время эффективно извлекается лишь небольшая часть вблизи береговых линий океанов, островов или полузакрытых бассейнов, сосредоточенных в благоприятных для этого областях.

Эти области характеризуются наилучшим балансом между потенциалом энергии волны и другими факторами, такими как расстояние до берега, глубина воды и инвестиционные затраты. В последние годы были разработаны различные наземные и морские системы, в том числе Айла (Шотландия) и завод Пико Айленд (Португалия).

Большинство систем все еще находятся на ранней стадии разработки (мелкомасштабные системы), и только несколько генераторов проходят испытания в морской среде (морские испытания). Эти тесты предназначены для оценки эффективности систем с точки зрения выработки электроэнергии и вопросов выживания.

Поскольку крупномасштабных волновых ферм до сих пор в мире нет, трудно предсказать будущее этой отрасли, хотя возможности использования энергии океана расширяются по мере развития технологий. В случае успешного развития волновых технологий на европейском волновом рынке, морская энергогенерация может составить 188 ГВт (10%) потребностей Европы в электроэнергии к 2050 году.

Однако, на это можно надеяться только в случае успешных разработок и ввода в эксплуатацию новых систем генерации энергии из волн, запланированных на 2022–2040 годы. Исследования и разработки текущих проектов позволили получить знания о том, как сократить расходы на будущие волновые технологии.

Источник:

Eugen Rusu, Florin Onea, Обзор технологий извлечения энергии волн, Чистая энергия, том 2, выпуск 1, июнь 2018 г., страницы 10–19, https://doi.org/10.1093/ce/zky003