Энергия приливов

[Taf]

Лежачая мельница перелопатит морской прилив

26 сентября 2008
membrana.ru


Судя по количеству проектов, в том числе – уже реализованных, приливная энергетика выглядит слабой тенью ветровой. Но скоро ситуация может перевернуться, словно отражение в воде (фото с сайта genitronsviluppo.com).

Когда речь заходит о возобновляемых источниках энергии, солнце и ветер упоминаются намного чаще других типов альтернативных ресурсов. А ведь существуют места, где можно собирать в больших количествах и с минимальными затратами энергию приливов. Например — в Британии. Именно там родился оригинальный проект приливной электростанции.

По некоторым данным, Великобритания располагает 10% всех мировых запасов доступной для извлечения приливной энергии. Воспользоваться этим богатством — соблазнительно. Нужно лишь придумать экономически выгодный вариант приливной электростанции (ПЭС).

Классическая схема — это плотина, разделяющая море и большой водоём за ней (озеро, залив). Прилив заполняет водоём, в отлив вода уходит, и в обоих случаях она крутит турбины, установленные в плотине. Недостаток такого принципа очевиден — большие капитальные затраты и сложное строительство.

Но есть и другой вариант — простые турбины с генераторами, установленные прямо на дне, в месте, где существуют сильные приливные течения. Никаких плотин, только опоры для подводных "мельниц". Всё проще и дешевле. Тут, впрочем, опять начинаются разногласия — какие именно турбины и как устанавливать.


Общий принцип THAWT: набор горизонтальных турбин предполагается установить над дном на нескольких обтекаемых бетонных пилонах, внутри которых разместятся и электрогенераторы (иллюстрация с сайта inhabitat.com).


Три профессора из Оксфорда (Oxford University) – Гай Хоулсби (Guy Houlsby), Малькольм Маккаллок (Malcolm McCulloch) и Мартин Олдфилд (Martin Oldfield) — разработали установку, которая, по их мнению, побьёт конкурентов по соотношению отдачи и затрат. Называется эта система THAWT (Transverse Horizontal Axis Water Turbine), то есть "Поперечная водяная турбина с горизонтальной осью".

Такая конструкция обладает рядом достоинств. В частности её не нужно поворачивать или как-то подстраивать при смене направления течения. Горизонтальный "барабан" с косыми лезвиями будет крутиться в любом случае.

Ещё, как посчитали авторы проекта, затраты на производство такой установки будут на 60% ниже, а эксплуатационные расходы — примерно на 40% меньше, чем у морских турбин текущего образца.

Но с чем собственно сравнивают спецы из Оксфорда свою разработку? Практически все приливные турбины, стоящие в свободном потоке, похожи по виду и устройству на классические ветряки. То есть это "башни с пропеллерами", только под водой.

Так, мы подробно рассказывали об аппаратах британской компании Marine Current Turbines (MCT). Летом 2003-го такой опытный однотурбинный агрегат установили у Девонского побережья (он же был первой офшорной приливной турбиной в мире).

А в июле 2008 года MCT смонтировала в заливе Стренджфорд (Strangford) в Северной Ирландии двухроторный образец своей установки, названной SeaGen. Как раз такая схема — два колеса на одной башне, задумывалась изначально.


Первый коммерческий аппарат SeaGen в Стренджфорде. Лопасти развёрнуты и подняты над водой. На врезке – принцип работы установки (фото с сайта guardian.co.uk, иллюстрация Marine Current Turbines).

Максимальная мощность этого агрегата составляет 1,2 мегаватта, и британцы заявляют, что это — первая в мире турбина "коммерческого масштаба" для приливного течения.

Аппарат SeaGen уже включён в национальную сеть, а его мощность эквивалентна среднему расходу примерно тысячи британских домов.

Похожий дизайн ПЭС, то есть классический винт, вращающийся в плоскости, перпендикулярной потоку, "глянулся" и специалистам из других стран. К примеру, в 2003-м такая подводная "мельница" заработала в Норвегии. Есть похожие проекты в других странах.

Но оксфордские учёные говорят: при равной мощности THAWT окажется гораздо проще.

В финальном варианте один ротор этой системы должен насчитывать 10 метров в диаметре и 60 метров в длину. Два таких ротора потребуют для своего размещения три фундамента на дне и три пилона над ними соответственно. Генератор может быть всего один, в среднем "столбе".

Эта связка будет вырабатывать мощность около 12 мегаватт, что эквивалентно десяти двухроторным башням SeaGen, монтаж которых окажется сложнее и дороже.

Участок с сильными приливно-отливными течениями поперечником 20 километров, заполненный цепью из турбин THAWT, может выдавать в сеть более гигаватта электричества, а это уже можно сравнить с отдачей небольшой угольной электростанции.


Схема THAWT. Видно, что турбина спокойно воспринимает поток воды и справа и слева. Для регулярно меняющегося приливного течения – лучше не придумаешь (иллюстрация с сайта guardian.co.uk).

Любопытно, что отправной точкой для оксфордской приливной "мельницы" послужила турбина ветровая, а именно давно известный ветряк Дарриуса (Darrieus wind turbine), только британцы положили его на бок, скорректировали форму лезвий, увеличили их число и, наконец, опустили всё это хозяйство под воду.

Ещё одно важное нововведение — набор лопастей THAWT расположен так, что образует треугольники. Такая конструкция отличается большой прочностью и жёсткостью.

Новаторы из университета Оксфорда уже испытали масштабный прототип своего генератора, с ротором диаметром полметра. Тесты показали осуществимость идеи.

В 2009 году британцы намерены построить более крупный прототип, с диаметром турбины 5 метров. Его уже должны испытать в море, причём с подключением к энергосети.

В 2011-м под воду может отправиться уже полномасштабный прототип установки, ну а коммерческую версию THAWT её разработчики рассчитывают увидеть в 2013 году.


Сравнение SeaGen и цепочки турбин THAWT. Последние могут захватывать очень широкий поток (иллюстрация с сайта guardian.co.uk).

И у данной машины есть шанс победить соперничающие технологии. Ведь в THAWT — меньше генераторов, меньше уплотнений, меньше фундаментов на дне. Всё это оборачивается выгодой для энергетиков.

По словам Маккаллока, полномасштабная установка THAWT будет стоить 1,7 миллиона фунтов стерлингов ($3,13 миллиона) за мегаватт выходной мощности, в то время как оффшорные ветровые фермы стоят 2,3 миллиона фунтов за мегаватт, а приливные турбины типа SeaGen — 3 миллиона (их стоимость, впрочем, обещают снизить по мере расширения строительства).


По консервативным оценкам, приливные потоки вокруг Британии могут поставлять стране 5 гигаватт мощности, а по более оптимистичным – все 15 гигаватт, что эквивалентно потребности 15 миллионов домохозяйств. На карте отражена сила приливных течений. Самые мощные отмечены жёлтым и красным (иллюстрация с сайта guardian.co.uk).

Олдфилд говорит: "Мы восхищаемся пионерами, но наша установка, полагаем, будет лучше". Под пионерами, очевидно, подразумеваются инженеры MCT. Их творение — те самые мельницы SeaGen – Олдфилд со товарищи считают первым поколением приливных подводных турбин, а свой THAWT — уже вторым.

Тут нужно сказать, что на бумаге мы видели немало оригинальных проектов приливных электростанций, каждый из которых обладал какой-то изюминкой. Какие окажутся самыми жизнеспособными — покажет только реальная эксплуатация. И всё к тому идёт.

Целый ряд стран планирует создание крупных ПЭС. Если в следующем году THAWT не посрамит своих разработчиков, этот тип морских турбин может занять достойное место в данной отрасли.

А ведь ещё нужно учесть, что приливные электростанции не зависят от капризов погоды, как ветряные фермы. И в отличие от последних они могут быть полностью скрыты от глаз.

Ветровые турбины убивают летучих мышей без единого прикосновения. Сравнительно медленно вращающие лопасти подводных "мельниц" должны быть безопасны для рыб. Всё это заставляет задуматься, какой вариант альтернативной энергетики выдержит проверку временем.