Сорок гигаватт-часов в год: Согласно «Зелёному соглашению», именно такова цель Европы в области приливной энергетики к 2050 году. Однако в настоящее время установленная мощность в Европе едва превышает 30 мегаватт. Проблема? Традиционные турбины слишком дороги, требуют большой глубины и сложны в обслуживании. Ответ может прийти из Баварии, где исследователи из Мюнхенского университета испытали систему, которая словно взята с горнолыжного курорта: подводные воздушные змеи, закреплённые на сплошном тросе, подобно подъемнику для горнолыжников, генерируют энергию из морских течений.
Устройство называется CableKites Он весит 100 килограммов, имеет длину 18 метров и работает при течении воды всего 0,6 метра в секунду. Во время испытаний на канале Изар кайты развивали скорость 1,5 м/с. в тысячу раз компактнее эквивалентной ветряной турбины.
Подъемник, работающий в обратном направлении
Система CableKites воспроизводит принцип работы горнолыжных подъёмников, но меняет направление потока энергии. В традиционных подъёмниках двигатели на блоках приводят в движение трос, который тянет лыжников. Здесь же трос, толкаемый подводными кайтами, вращает блоки, на которых установлены генераторы. Как объясняет Роберт Майер-Штауде, специалист по механике жидкостейМюнхенский университет,
«Наша цель состояла в том, чтобы проверить работоспособность прототипа. Место рядом с Ландсхутом было идеальным: течение в канале постоянное, 0,6 метра в секунду, что сопоставимо с морскими условиями».
Воздушные змеи — это не просто плоские поверхности. Это аэродинамические профили, оптимизированные для поддержания устойчивости на воде и преобразования потока в тягу с максимальной эффективностью. Эти устройства длиной один метр и шириной 20 сантиметров в тестовой версии (в коммерческой — в пять раз больше) «летают» под водой так же, как и в воздухе. В чём разница? Вода в тысячу раз плотнее воздуха, что позволяет подводному крылу генерировать столько же энергии, сколько и воздушная поверхность в тысячу раз больше.
Океанические течения: игнорируемый ресурс
Океанические течения — самый предсказуемый возобновляемый источник энергии, который у нас есть. Исследование Флоридского Атлантического университета показало, что некоторые океанские районы генерируют плотность мощности, превышающую 2.500 Вт на квадратный метр, В 2,5 раза больше энергии ветра при лучших условиях.
Примерно 75 процентов зон высокой плотности энергии охватывают 490 000 квадратных километров океана с уровнями от 500 до 1.000 Вт на квадратный метр.
Однако мы продолжаем их игнорировать. Расходы на установку и обслуживание традиционных морских турбин остаются непомерно высокими. Конструкции должны быть устойчивы к солевой коррозии, организмам, прикрепляющимся к поверхностям, и переменным течениям. CableKites пытается решить эти проблемы с помощью модульной и относительно простой конфигурации. Испытанный прототип «подводного горнолыжного подъемника» весил 100 килограммов и был спущен в канал с помощью крана. Коммерческую систему можно установить несколькими рядами, что значительно дешевле, чем турбины, закрепленные на морском дне.
Проект родился в результате сотрудничества междуМюнхенский университет, Технический университет Мюнхена e Энропе ГмбХ, производитель горнолыжных подъемников из Ваккерсберга. Антон и Петер Гласл, основатели компании, разработали основную концепцию: использовать технологию канатной дороги для получения энергии из потоков. Согласно исследованию, опубликованному в журнале «Океанская инженерия и морская энергия»Приливной потенциал Германии в Северном море оценивается в 66,6–565,8 ГВт·ч в год, за исключением наиболее энергоемких эстуариев.
Подводный горнолыжный подъемник: реальные испытания и коммерческие перспективы
Канал Изар недалеко от Ландсхута создал идеальные условия для испытаний: постоянный поток, контролируемая среда и доступность для мониторинга. Команда потратила два года на проектирование, моделирование и создание прототипа. Результаты превзошли ожидания. Воздушные змеи сохраняли устойчивое положение в течении, двигаясь со скоростью до 1,5 метра в секунду. в три раза быстрее потока, который их толкал.
«Мы описываем движение подводных воздушных змеев как полёт, поскольку вода ведёт себя подобно воздуху, но при этом в тысячу раз плотнее», — объясняет Майер-Штауде. Эта плотность позволяет значительно уменьшить размеры воздушных змеев. В полномасштабной коммерческой установке они всё равно будут в пять раз больше (около пяти метров), но всё равно будут бесконечно малы по сравнению с ветряными турбинами той же мощности.
Будущее океанских течений в Европе
Европа намерена установить, как уже упоминалось, приливные электростанции, вырабатывающие 40 гигаватт-часов в год к 2050 году, как это предусмотрено Европейская зеленая сделкаТехнология CableKites может способствовать достижению этой цели, если выйдет за рамки прототипа и достигнет коммерциализации. Майкл Гарретт, соавтор исследования, подчёркивает, что «изучая, как наши сигналы распространяются в пространстве, мы получаем ценную информацию о том, как защитить спектр связи и проектировать будущие системы».
Другим странам необходимо последовать примеру Германии. Франция с её исторической электростанцией Ла-Ранс (работающей с 1966 года), Великобритания с проектом MeyGen в Шотландии и Южная Корея с электростанцией на озере Сихва мощностью 254 МВт — это пионеры, продемонстрировавшие техническую осуществимость. Экономическая масштабируемость отсутствует. Если затраты на установку и обслуживание снизятся, морские течения могут стать краеугольным камнем энергетического перехода Европы.
«Испытания прототипа продемонстрировали техническую осуществимость приливной электростанции с использованием канатной дороги», — заключает Майер-Штауде. Следующий этап предполагает пилотные установки в открытом море, где течения сильнее, а производство энергии можно масштабировать. Подводные горнолыжные подъемники.
До вчерашнего дня это казалось шуткой. Сегодня это инженерное искусство, применяемое к океанским течениям.
