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 march 2, 2015 08:17 174
Buy for 200 tokens
Помните байку о разработке космической ручки? Да, она не основана на реальных событиях, но очень наглядно иллюстрирует идею, что простое решение может оказаться лучше сложного. Ракета, построенная по принципу "большого глупого носителя" ("Big Dumb Booster") находится не в диапазоне…
  • 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 →