Бетонные якоря для плавающих ветряков можно использовать как накопители энергии

Ветроэнергетика — пока единственный вид альтернативной энергетики, в целом дающий электричество не дороже, а иногда и дешевле тепловых электростанций. Но лишь до тех пор, пока её (ветроэнергетики) доля в энергобалансе не достигает 20%. А дальше вот что: неустойчивость ветра, усиливаемая техническими особенностями ветряков, дестабилизирует энергосистему. Чтобы избавиться от этого, не обойтись без методов накопления энергии ветра, когда она не нужна. Теоретически здесь нет ничего сложного: гидроаккумулирующие электростанции могут сыграть роль такого резервуара, закачивая воду в водохранилище и затем сливая её через турбины, чтобы получить энергию назад.

Плохо лишь то, что такие ГАЭС довольно дороги. Да и вся концепция в целом заставляет строить для получения одного и того же количества энергии... две электростанции — ветровую и ГАЭС.

Концепция подводной мини-ГАЭС проста, но довольно материалоёмка. Зато нет нужды в земляных работах и отчуждении суши. (Здесь и ниже иллюстрации MIT.)

Разработчики из Массачусетского технологического института (США) во главе с Александром Слокумом (Alexander Slocum) имеют решение этой проблемы. По крайней мере для офшорных ветряков. Под ветряком в море предлагается укладывать бетонную сферу диаметром 30 м, пустую внутри. Когда энергия ветряков не востребована (скажем, ночью), морская вода выкачивается из сферы, оставляя её пустой. Днём, на пике энергопотребления, вода вновь запускается в бетонный шар, вращая турбину и вырабатывая электричество.

Плюсы: нет необходимости в отчуждении суши под обычную гидроаккумулирующую станцию, нет и нужды в земляных работах при строительстве. Шары можно выпускать серийно и буксировать на место строительства, в то время как ГАЭС из секций не соберёшь. Кроме того, огромный шар надёжно заякоривает ветряк в море, что позволяет размещать турбины на глубинах, значительно превосходящих 32 м, что доступны сегодня, и обойтись без дорогостоящего фундамента, опирающегося на морское дно.

По расчётам конструкторов, одна сфера, имеющая 25-метровый внутренний диаметр, на глубине 400 м может накапливать до 6 мегаватт-часов, то есть тысяча таких сфер запасает столько же энергии, сколько крупная АЭС выдаёт в течение часа. В паре с тысячью ветряков такая офшорная ветроэлектростанция способна не просто производить относительно «чистую» энергию, но и служить её накопителем, стабилизующим всю сеть. В сферах ничто не мешает накапливать и энергию от солнечных батарей, стоящих на берегу, равно как и от любых других источников.

При удвоении глубины размещения сфер удваивается и запасаемая ими энергия. Вот только где взять такие глубины совсем близко от берегов?..

Конечно, есть и недостатки: стенки сфер должны быть толщиной до трёх метров, то есть конструкция тяжела, и для её доставки понадобятся специальные баржи, ибо существующие суда такое не смогут перевозить. Поначалу стоимость одного «шарика», по расчётам, будет равна $12 млн — по $2 000 за киловатт-час ёмкости. По мере накопления опыта производства, транспортировки и начала массового развёртывания этих компонентов стоимость, как ожидается, значительно упадёт. Кроме того, цена таких шаров, по сути, войдёт в стоимость ВЭС, заменяя собой недешёвый подводный фундамент нынешних офшорных ветряков.

И ещё одно. Чтобы давление в шарах было достаточно высоким и обеспечивало эффективное накопление энергии, их лучше размещать на глубинах от 400 до 1 500 м, хотя в принципе конструкция остаётся прибыльной вплоть до глубин в 200 м. По сути, это означает, что бóльшая часть евростран не сможет развёртывать такого рода ветряки, а вот США или Япония в изобилии располагают подобными глубинами в относительной близости от своих берегов.

Технология уже запатентована; сейчас МТИ ищет финансирование для полномасштабных испытаний системы в море.

Отчёт об исследовании опубликован в журнале Proceedings of the IEEE.

Подготовлено по материалам MIT News.