28.08.2024. - Потенциал самой большой в мире батареи

Потенциал самой большой в мире батареи

Земля - это большой шар с растраченным потенциалом, то есть с потенциалом энергии. Ветры проносятся по полям, на которых нет турбин, солнечный свет разбивается о черную асфальтовую черепицу, а океанские волны непрестанно бьются о береговые линии по всему миру. И хотя миллиарды долларов и многие десятилетия были потрачены на создание целых отраслей промышленности, нацеленных на использование этих первых двух источников бесплатной возобновляемой энергии, подключение к ритмичному биению мирового океана оказалось более сложной задачей.

По данным Управления энергетической информации США, теоретический годовой энергетический потенциал разбивающихся волн вдоль побережья США составляет около 2,64 трлн киловатт-часов, или примерно две трети от общего объема выработки электроэнергии в стране в 2021 году. Хотя выжать из океана все до последней унции этих киловатт-часов, скорее всего, невозможно, на долю энергии волн все еще может приходиться около 10-20 процентов возобновляемых источников энергии в США.

И сетевая энергетика - это только одно из применений этих преобразователей энергии волн (WEC). Такие компании, как C-Power из Орегона, разрабатывают устройства, которые, по словам генерального директора Ренста Лесеманна, позволяют использовать “удлинитель и кабель Ethernet в океане”.

“[Океан] - это наша самая большая, лучшая и гибкая батарея, которая у нас есть”, - говорит Лесеманн. “Если вы не можете использовать эту батарею, это энергетическая пустыня”.

C-Power - одна из многих компаний, стремящихся революционизировать методы исследования мирового океана и обеспечения его энергией, и она надеется протестировать свои машины SeaRay и StingRAY общего назначения на выставке PacWave. Проект PacWave, поддерживаемый рядом правительственных, штатных и федеральных грантов, станет первым испытательным центром wave energy на континентальной части США и одним из немногих аналогичных объектов по всему миру. Компания, базирующаяся в Ньюпорте, штат Орегон, будет играть центральную роль в выяснении того, что работает, а что нет, и, как мы надеемся, позволит отрасли осуществить долгожданную революцию в области доступной океанской энергетики.

Сегодня дорогостоящие лодки вырабатывают всего лишь киловатты энергии и ограничивают время исследований некоторых наиболее уязвимых экосистем планеты. Энергия волн может обеспечить неограниченное количество электронов для глубоководных экспедиций, обеспечить энергией удаленные прибрежные районы, питать постоянно работающие датчики, предназначенные для исследования глубоководных местообитаний, и усилить тысячи ветряных турбин, уже установленных на якоре в открытом море, и все это при создании важнейшей системы защиты от использования возобновляемых источников энергии в отсутствие солнца. светит, и ветер не дует.

Итак, в то время как энергия солнца и ветра регулярно бьет рекорды, почему энергия волн отстает? Оказывается, строить машины в океане непросто.

ПЕРВАЯ ПОПЫТКА ЗАХВАТИТЬ WAVE POWER на самом деле была предпринята только в 1970-х годах, когда Великобритания начала инвестировать в альтернативные источники энергии после нефтяного кризиса 1973 года, когда США ввели нефтяное эмбарго во время арабо-израильской войны в том же году. Пионером в этом исследовании стал Стивен Солтер, профессор инженерного дела Эдинбургского университета, который разработал поплавки динамической формы под названием “утки” (названные так потому, что устройство подпрыгивало в воде вверх-вниз, как водоплавающая птица, использующая энергию).

Несмотря на то, что она финансировалась в течение семи лет, зарождающаяся программа волновой энергетики, известная как “Утка Солтера”, так и не смогла реализовать свои обещания в области возобновляемых источников энергии из-за безразличия правительства и появления в 1980-х годах большого количества дешевой нефти.

Несмотря на свои нереализованные обещания, Солтер и его плавучие "утки" посеяли семена возможного будущего волновой энергетики.

“С моей точки зрения, [Salter's Duck] положила начало созданию современных преобразователей энергии волн”, - говорит Майкл Лоусон, доктор философии, руководитель группы исследований и разработок в области морской энергетики Национальной лаборатории возобновляемых источников энергии (NREL). “До начала 2000-х годов инвестиции в исследования и разработки технологии были медленными и минимальными, а затем в Европе были сделаны значительные инвестиции в технологии использования энергии приливов и волн”.

Благодаря этому стремительному росту инвестиций в альтернативную энергетику появились такие компании, как Wavebob, Pelamis, Aquamarine и многие другие, которые разрабатывали устройства для использования энергии волн всех форм и размеров и, если им везло, внедряли их. Но в итоге все три компании постигла та же участь. Будь то конкурсное производство, банкротство или иное прекращение деятельности, ни одна из них не смогла бы воплотить мечту о wave-power.

И именно здесь такой аккредитационный центр, как PacWave, становится незаменимым.

“PacWave сможет войти в систему ... и выяснить, как охарактеризовать производительность, измерить мощность, усилия и нагрузки, а также выбрать то, что подходит для причалов”, - говорит Арлинда Хаски из NREL, которая ранее участвовала в аккредитации сертификационных испытаний в Национальном центре ветроэнергетических технологий недалеко от Боулдера, штат Колорадо. “Есть так много вещей, которые нам нужно изучить, что нам нужно выяснить, будут ли эти устройства коммерциализированы”.

НА САМОМ ДЕЛЕ, PACWAVE - ЭТО ДВЕ ИСПЫТАТЕЛЬНЫЕ ПЛОЩАДКИ, расположенные как на севере, так и на юге. На северной площадке, которая уже функционирует, проводятся испытания небольших прототипов, но она находится на мелководье, недалеко от порта и не подключена к электросети материка. По словам Дэна Хеллина, заместителя директора PacWave, на юге вы увидите много “стали в воде”.

После ввода в эксплуатацию в 2025 году PacWave south сможет принимать 20 преобразователей энергии волн. Эти станции будут дополнительно разделены на четыре испытательные площадки, каждая из которых будет иметь свой собственный выделенный кабель передачи, подключенный к инженерным сетям и объекту мониторинга на суше. Это сооружение, расположенное на государственной базе отдыха Driftwood Beach к югу от Ньюпорта, позволит разработчикам в режиме реального времени отслеживать работу своих волновых установок. В июле 2024 года бригады начали прокладывать кабели, соединяющие эти испытательные площадки с сетью на материке.

“Мы создаем песочницу, и любой желающий может прийти и принести свои игрушки, чтобы протестировать их в песочнице”, - говорит Берк Хейлз, доктор философии, профессор Университета штата Орегон и главный научный сотрудник PacWave. “Непрозрачный и недоказуемый мегаватт менее ценен для вас, чем подтвержденные 500 киловатт. Поэтому мы проводим мониторинг, проверяем состояние электроснабжения”.

Конечно, эта "песочница" расположена не в стерильной среде для проведения испытаний, а в бурлящей и разнообразной природной экосистеме. Создание испытательного центра на побережье Орегона, а также размещение экспериментальных устройств в его водах сопряжены с некоторыми экологическими опасностями. Океанский шум может повлиять на миграцию морских млекопитающих, оборудование может запутать диких животных (особенно если аквариумы с крабами мигрируют к месту испытаний), а искусственные рифовые сооружения могут создать среду обитания для лингкода и осьминога, которые будут охотиться на камбалообразных, таких как камбала, - виды, которые ранее были в безопасности в этом районе от таких хищников.

“Отчасти проблема в том, что в мире существует очень мало устройств, использующих энергию волн, поэтому исследований, связанных с ними, проводилось очень мало”.

“Таким образом, у нас есть потребность в мониторинге донных экосистем”, - говорит Хейлз. “Мы проверяем, все ли крабы ушли. Изменили ли мы тех, кто живет на морском дне, потому что мы поставили там якоря". Так что это все часть проблемы... У нас даже есть планы по смягчению воздействия на летучих мышей”.

Тем не менее, PacWave является испытательным полигоном для первых в своем роде технологий, и в этом проекте есть определенный уровень неизвестности - как с точки зрения того, какие электростанции будут генерировать наибольшее количество ватт, так и с точки зрения того, какое влияние они окажут на окружающие экосистемы.

“Отчасти проблема в том, что в мире существует очень мало устройств, использующих волновую энергию, поэтому о них было проведено очень мало исследований”, - говорит Хеллин. “Цель PacWave - попытаться проследить за внедрением устройств, использующих волновую энергию, и ответить на некоторые из этих вопросов... вы не сможете ответить на них, пока у вас что-то не окажется в воде.”

КАК ТОЛЬКО PACWAVE SOUTH БУДЕТ запущен В ЭКСПЛУАТАЦИЮ В 2025 году, его экспериментальные киловатты не будут ограничены рамками лаборатории. Проект напрямую подключен к местной электросети, управляемой Центральным коммунальным округом Линкольна (Central Lincoln People Utility District, PUD), и будет обеспечивать энергией жителей Ньюпорта. Это даст разработчикам представление о том, насколько конкурентоспособна волновая энергия по сравнению с другими источниками. При полной мощности PacWave будет обеспечивать энергией 2000 домов за счет электронов, генерируемых океанскими волнами, — небольшая мощность, но с большими последствиями.

Хотя легко представить себе флот таких устройств, покачивающихся на волнах на далеком горизонте, подобно растущему числу ветряных электростанций у европейского побережья, это не самое вероятное применение для WEC в ближайшей перспективе. Менее энергичные побережья, особенно в теплых регионах или вдоль восточных берегов, скорее всего, не выиграют от этих устройств по сравнению с более неспокойными водами в западных, более холодных районах. Но даже в этих неспокойных морях WEC могли бы начать с относительно узкоспециализированных применений.

“Это может быть использовано по-разному”, - говорит Хаски. “Одно из них - передача энергии обратно на материк... это может быть использовано в чрезвычайных ситуациях, когда в какой-то местности бушует ураган или что-то в этом роде ... могут быть автономные аппараты, которые установлены в море, и им просто нужна подзарядка”.

“Интуиция подсказывает мне, что вы увидите, по крайней мере, несколько разных концепций, потому что конечные цели очень разные”, - говорит Лоусон, также упоминая, как технологии дистанционного наблюдения за океаном могут принести наибольшую пользу удаленным сообществам. “Электростанции коммунального масштаба [wave] потенциально могут быть объединены с плавучей морской ветряной электростанцией. Эти технологии должны быть интегрированы с ветроэлектростанцией... они должны иметь общие причалы и системы крепления с ветряными турбинами”.

И все эти различные варианты WEC — будь то для питания исследовательского судна, системы донных датчиков или целого прибрежного сообщества — впервые будут испытаны в реальных условиях на PacWave. И в то время как другие возобновляемые источники энергии продолжают совершать свои собственные энергетические революции, внедрение энергии волн может стать еще одним мощным ресурсом, который задействует один из самых энергичных природных процессов на Земле.

“Люди надеются, что PacWave поможет ускорить развитие событий”, - говорит Хеллин. “В конечном счете, вы должны иметь возможность протестировать его в реальном мире, в полном масштабе... иначе вы не сможете перейти к следующему этапу, верно?”

Источник