Океан чистой энергии

Недавно мы сообщали об амбициозном энергетическом проекте Space Energy Initiative (SEI), о котором официально заявило правительство Великобритании. Напомним, что британцы намерены получать солнечную энергию с помощью тяжелых космических спутников, оснащенных фотоэлектрическими панелями. По задумке инициаторов проекта, орбитальная солнечная электростанция должна бесперебойно вырабатывать электричество, нисколько не завися ни от погоды, ни от времени суток, ни от времени года. Данное техническое решение кажется безукоризненным с физической точки зрения, поскольку за пределами Земли солнце никогда не заходит. Насколько же этот проект окажется состоятельным с точки зрения экономики и уровня развития технологий, время покажет.

В отличие от англичан, осторожные японцы в поисках непрерывного потока энергии пошли другим путем, устремившись в противоположную сторону – в морские глубины. Недавно Bloomberg сообщил об испытании гигантской глубоководной турбины, дающей надежду (по мнению авторов) на подключение к источнику бесперебойной «зеленой» энергии в виде глубинных океанских течений. Успешная реализация подобных проектов позволит Японии преодолеть зависимость от покупного ископаемого топлива, а также отказаться от атомной энергии. Океанские течения, отмечается в статье, будут преобразовываться в стабильный и надежный источник электричества, выгодно отличаясь от солнца и ветра как раз своей стабильностью и непрерывностью. 

Над экспериментальной подводной турбиной компания IHI Corp (один из крупнейших производителей тяжелых машин) работала более десяти лет. Внешне эта гигантская машина напоминает самолет с двумя турбинными вентиляторами, вращающимися в противоположные стороны. В центральном «фюзеляже» находится система регулирования плавучести. Этот объект, имеющий массу 330 тонн, предназначен для закрепления на морском дне на глубине 30-50 метров.

Для коммерческого производства электроэнергии такие турбины планируется разместить в Куросио – одном из самых сильных океанских течений в мире, проходящем вдоль восточного побережья Японии. Электричество будет подаваться потребителям по подводным кабелям. По мнению японских специалистов, такой вариант «зеленого» энергоснабжения больше всего подходит как раз для Японии ввиду доступности самого источника энергии. Энергия ветра, на их взгляд, предпочтительнее для Европы, расположенной в более высоких широтах и подверженной постоянно дующим западным ветрам. Согласно научным оценкам, течение Куросио может генерировать (в потенциале) до 200 ГВт электрической энергии. Это составляет примерно 60% от нынешних генерирующих мощностей Японии.

В настоящее время в этой стране – как и в других странах мира – основная доля инвестиций в «зеленую» энергетику связана с развитием солнечных и ветряных электростанций. Переход на «традиционные» ВИЭ ускорился после ядерной катастрофы на Фукусиме. Сегодня Япония является третьим по величине производителем солнечной энергии в мире, параллельно вкладывая значительные средства в развитие ветряных электростанций. Однако прерывистый характер солнечной и ветряной энергетики вынуждает обратиться к более надежным источникам. Специалисты полагают, что как раз использование океанских течений способно обеспечить достаточно надежную базовую мощность, необходимую для снижения потребностей в ископаемом топливе и накопителях энергии.

Именно устойчивых характер глубинных океанских течений является их главным преимуществом в сравнении с солнцем и ветром. Они текут с небольшими колебаниями скорости, что дает возможность обеспечить коэффициент использования установленной мощности (КИУМ) на уровне 50—70%, что соответствует уровню угольных электростанций. Для офшорных ветряков данный показатель не превышает 29%, тогда как для солнечных панелей он вообще составляет 15 процентов (по факту, если учесть европейский опыт последних лет, и того меньше).

Предварительные испытания прототипа турбины показали, что он вполне может генерировать ожидаемые 100 КВт стабильной мощности. Опираясь на эти данные, компания-разработчик решила масштабировать данную конструкцию до окончательного варианта мощностью 2 МВт. Предполагается, что такой тип турбин будет введен в коммерческую эксплуатацию где-то в 2030-х годах.

Как отмечается в приведенной публикации, Япония, будучи морской страной, пытается максимально изучить все варианты использования энергии моря, включая сюда энергию приливов и волн, а также способы преобразования тепловой энергии океана, где используется разница температур между поверхностью и глубиной (Ocean Thermal Energy Conversion – OTEC). Так, недавно на Окинаве началась эксплуатация демонстрационной установки OTEC мощностью 100 КВт. Также рассматривается проект приливной электростанции мощностью 1 МВт, расположенной вокруг островов Гото в Восточно-Китайском море.  По мнению наблюдателей, среди всех морских энергетических технологий больше всего к экономической эффективности приближается технология приливных течений. Несмотря на то, что приливные течения имеют прерывистый характер, они намного сильнее, чем глубинные океанские течения (примерно в два-три раза – в сравнении со скоростью течения Куросио). Поэтому для того, чтобы максимально использовать энергию глубинных океанских течений, разработчикам необходимо подумать над созданием устройства, способного совершать полезную работу при очень малых скоростях водного потока. Кроме того, глубоководные морские турбины должны быть достаточно прочными и надежными. И это на сегодняшний день также является одной из важнейших инженерных задач.

Тем не менее, работа японских специалистов в указанном направлении сама по себе отражает верный стратегический подход в плане развития национальной энергетики. Принципиальным моментом здесь является стремление опираться на доступные ресурсы, что подчеркивает специфический (если хотите – уникальный) региональный характер создаваемой энергосистемы. В этом заключается положительный момент, который необходимо учитывать и нашей стране. Как в свое время подчеркивал научный руководитель Института теплофизики СО РАН, академик Сергей Алексеенко, энергетическая система должна создаваться с учетом региональных особенностей. Бездумное копирование чужих «передовых» образцов чревато тяжелыми последствиями (как это нередко происходит с возобновляемой энергетикой, когда солнечные панели и ветряки устанавливаются в угоду «зеленой» идеологии - по примеру европейских стран).

По сути, энергетика Сибири вполне может выстраиваться с оглядкой на указанный японский пример в плане использования наличных энергетических источников. Если брать чистую энергию, то Западная Сибирь, как неоднократно отмечал в своих докладах Сергей Алексеенко, располагает целым «горячим океаном», находящимся у нас под ногами. Речь идет об энергии глубинных пород, которая к нашим сибирским условиям подходит даже лучше, чем глубинные океанские течения. В случае с глубинными породами мы в первую очередь получаем тепло, так необходимое для Сибири. Что касается энергетических запасов, то этого «океана», по утверждению Сергея Алексеенко, хватит под завязку многим поколениям вперед. Наша наука, в принципе, готова к работе в этом направлении. Осталось только дождаться того дня, когда стратегия освоения глубинного тепла будет четко сформулирована на государственном уровне.

Николай Нестеров