mikhai1_t (mikhai1_t) wrote in engineering_ru,
mikhai1_t
mikhai1_t
engineering_ru

Бегство от “пика ветра”: плавучие ветряки

Куда податься фанату и стратегу возобновляемой энергетики? Солнечная энергетика прибавляет по 35-40 ГВт в год и на данный момент занимает около 1% в мировой электрогенерации. В три раза лучше обстоят дела с “ветром” - лидер определён? Ситуация зависит от горизонта планирования. Например, самый знаменитый мировой фантаст спокойно размышляет о человечестве через двенадцать тысяч лет, но можно с уверенностью сказать, что ветряной энергетике места в таком обществе не найдётся. На сегодня передовым “ветряным” государством является Дания, которая вырабатывает из “ветра” почти половину собственной электроэнергии, но обычно умалчивают, что для этого в государстве площадью 40 тыс. км2 пришлось поставить 5000 ветряков. То есть, на каждый ветряк, в среднем, приходится квадрат 3х3 км:


Selection_072.png

Схема расположения ветряков в Дании


Потенциал ветроэнергетики


При этом, хотелось бы удовлетворять свои потребности “ветром” на все 100% и не экономить электроэнергию для нужд общества - застолбить всю страну ветряками? Вдобавок, Дания имеет максимально удобное для ветряков расположение - находится фактически в море, а что делать менее везучим странам? Давайте для примера возьмём Китай. Исходные данные таковы:


  • Текущая электрогенерация в Китае составляет около 4*10^15 Ватт*час за год (4  ПетаВатт*ч)


  • Территория Китая 10 млн км2



На квадрат 3х3 км поставим по мегаваттному ветряку, как в Дании, и получим 1000 ГВт ветряков, генерирующих 1,5 ПетаВатт*часа. То есть, в данном сценарии удовлетворено лишь 37% потребностей в электроэнергии. Это специально упрощённый расчёт для понимания, а любители строгого научного подхода могут изучить вопрос тут или тут - результаты аналогичны.


Поэтому можно сделать вывод, что через N десятков лет ветряная энергетика повторит энергетическую историю гидроэнергетики развитых стран и неминуемо остановится в своём развитии. Электроэнергия ГЭС самая дешёвая и выгодная, но реки, на которых можно поставить плотину ГЭС, имеют свойство заканчиваться.


Вопрос удобно рассматривать на примере США - там эти события уже свершились и можно не гадать и теоретизировать, а просто посмотреть как было. Уже в конце XIX века в США работало несколько сотен ГЭС, а к 1970-м годам гидроэнергетика США вышла на “плато воды”:


Selection_073.png


Это был “пик” по рентабельности и другим ограничениям (экологическим, социальным и т.п.) - строить ГЭС было уже негде. Даже без учёта этих факторов, чисто технический потолок гидроэнергетики для США всего лишь в полтора раза выше, то есть вместо текущих 100 ГВт - 150 ГВт, а вместо доли в 6% - 9%.


Или, например, электрогенерация Волжско-Камского Каскада ГЭС. Она эквивалентна 1% электропотребления Китая и 15% его территории. А ведь вода для каскада аккумулируется с площади всего бассейна Волги и ещё чаще ставить ГЭС бесполезно... Аналогично всё и для “ветра”, отличия только в том, что мировой ветроэнергетический потенциал лишь в 15 раз выше гидроэнергетического, что в масштабе современного человечества не так уж много, а относительно будущих потребностей - ещё меньше. В общем, дешёвую и возобновляемую энергию “ветер” предоставит, достаточную и безграничную - нет.


_18413a43414232213e3b3d4635109.jpg

Иллюстрация из научно-популярной книги “Искусственное Солнце” о безграничных возможностях термоядерной энергетики. 1959 год.


Итак, “ветер” отпадает и вариантов для фанатов возобновляемого энергетического изобилия остаётся не так уж и много - замкнутый ядерный топливный цикл (ЗЯТЦ), термояд и солнечная энергетика.


История ходит по кругу


Не хотелось бы ограничиваться негативными тезисами, а предложить что-нибудь конструктивное. Быть может, где-то эта проблема уже появлялась и решалась? И действительно, в 1970-х мировой нефтянке уже пришлось массово выходить на морской шельф для продолжения роста добычи. Далее последовал выход на глубоководный шельф и сейчас проходит стадия сверхглубоководной разработки - свыше 1,5 км морской толщи. По понятным причинам, к сверхглубоководной нефти перешли не от хорошей жизни - мелководный шельф не резиновый. В случае ветряков упомянутое аналогично распространению офшорных ветряных электростанций (9 ГВт в мире) на глубинах до 40 метров, когда ветряк устанавливается на морское дно и выход на более глубокий шельф уже при помощи плавучих ветряков. Технология установки ветряков на мелководье уже отработана, а плавучих - в процессе шлифовки. На данный момент уже функционируют несколько парков, одобряются новые проекты.


2020-2030-1200x800_tcm8-13540.jpg

Концепты плавучих ветряков


Человечество не стоит на месте и не ограничивается сушей, что увеличивает доступный потенциал ветряной энергетики. Таким образом, альтернативная энергетика, как и остальная промышленность, выходит в море, не отставая от плавучих АЭС, плавучих СПГ-терминалов, дата-центров и даже плавучих государств.


Ценовой вопрос


Возможности отдалить “пик нефти”, “плато воды” или “плато ветра” пропорциональны затратам. Лёгкая в добыче нефть уже разработана, удобные места под ГЭС освоены, для установки плавучих ветряков тоже придётся несколько разориться:


себестоимость плавучих ветряков600.jpg

Серым цветом справочно приведён диапазон себестоимости традиционной энергетики


Да, пока дороговато. Но есть и плюсы: плавучие ветряки проще в обслуживании чем обычные морские - на ремонт и обслуживание их можно буксировать в порт. Во-вторых, в море ветер в среднем в два раза сильнее и ветряки смогут достигать высокого коэффициента использования установленной мощности (КИУМ), к которому уже не придерутся противники альтернативной энергетики - более 50%. Вполне стандартное значение, например, для ГЭС. В третьих, ветряк в 50 км от берега всегда приятнее, чем под окном.


Пока идут дискуссии между сторонниками и противниками, отрасль бурно развивается и современные ветряки представляют из себя эффективные циклопические сооружения высотой до 160 метров, с диаметром ротора до 130 метров и турбинами в десяток МВт, что аналогично позволяет расширить ресурсную базу потенциально доступной энергии:


Selection_075.png


На данный момент, конечно, ветряная энергетика далека от своего предела. Учитывая низкую цену ветряной энергетики на суше и субсидии с перспективами для морской, можно быть уверенным, что в ближайшие пару-тройку десятилетий “ветер” займёт свою весомую нишу в энергобалансе. Но ограниченный потенциал не позволит опереться на него нашим внукам и правнукам, как это уже случилось, например, с гидроэнергетикой.

источник


Tags: энергетика
Subscribe
promo engineering_ru september 27, 2014 23:15 20
Buy for 200 tokens
Внешний вид инфразвуковой станции слежения. Источник. В одном из докладов будущей конференции американского отделения планетных наук DPS-46 говорится о работах по изучению чувствительности инфразвуковых станций международной сети по отслеживанию ядерных испытаний ( International…
  • Post a new comment

    Error

    Anonymous comments are disabled in this journal

    default userpic

    Your reply will be screened

    Your IP address will be recorded 

  • 80 comments
Previous
← Ctrl ← Alt
Next
Ctrl → Alt →
Previous
← Ctrl ← Alt
Next
Ctrl → Alt →