«Извлекая энергию движения из волн, мы ослабляем их колебание и тем самым отчасти их укрощаем. Ряд таких машин, следующих одна за другой, может совсем укротить волнение. Эти двигатели послужат вместо мола и устроят нам искусственную гавань, где ее нет»
К.Э. Циолковский

Волновая энергия – почти безграничный источник чистой энергии. Доступный потенциал энергии волн составляет порядка двух тераватт, а мощность волнения на поверхности морей и океанов, согласно расчетам, может доходить до 10 млн МВт. Это возобновляемая энергия, постоянно пополняющаяся за счет энергии солнца. Фактически ее достаточно, чтобы обеспечить все потребности человечества. Для России, имеющей самую протяженную береговую линию в мире, использование энергии морских волн особенно актуально.

Вопреки убеждению скептиков, что человеческая деятельность не влияет на климат, кривая роста средней температуры на планете в последние десятилетия совпадает с линией увеличения выбросов углекислого газа. Возможное следствие этого – ставшие регулярными природные катаклизмы, происходящие в различных регионах Земли: практически ежегодные наводнения в Европе, тонущий в этом году Дальний Восток, таяние арктических льдов.

Конечно, учитывая проблемы использования волновых энергосистем, связанные с цикличностью вырабатываемой энергии и другими факторами, полностью заменить традиционные источники энергии волновой энергией в ближайшие годы не удастся. Но существенно уменьшить нагрузку на природу, сократив выбросы СО2 и прочие негативные явления, которые присущи генерирующим станциям, работающим на минеральном топливе – угле, газе, нефти, – можно и необходимо.

В настоящее время в мире существует около 60 концепций волновых энергетических устройств. Разработкой волновых станций занимается более 130 компаний ведущих мировых экономик.

Проект PROTECTION AND ENERGY

«НПО Гидроэнергоспецстрой» ведет работу по созданию собственной волновой энергетической установки, преобразующей энергию волн в полезную работу, в электроэнергию – проект PROTECTION AND ENERGY («Защита и энергия»). Основной элемент разрабатываемой системы – волновой энергетический демпфер (ВлЭД) с запатентованным международным названием Wave Hunter.

Цель проекта – совместная реализация двух функций: а) защиты гидротехнических сооружений, прибрежных акваторий и побережья от разрушительного воздействия штормов и б) преобразования части энергии волн в электроэнергию.

Огромная энергия морского волнения – причина многочисленных разрушений берегов и береговой инфраструктуры, что вкупе с отсутствием у многих населенных пунктов защищенных бухт является серьезным сдерживающим фактором социально-экономического развития регионов, в том числе организации курортно-туристического бизнеса. Поэтому задача защиты инфраструктуры побережья от негативного влияния штормов актуальна для большинства прибрежных территорий.

Строительство защитных гидротехнических сооружений сейчас требует значительных капиталовложений. Создание одного погонного метра волнозащитного мола при глубине моря 8-10 метров и в расчете на волны высотой 6-7 метров обходится примерно в 4-6 млн рублей. В то же время основными препятствиями на пути развития технологий преобразования энергии волнового воздействия являются большая материалоемкость и дороговизна преобразователей.

Проект PROTECTION AND ENERGY, совмещая решение этих проблем, позволит значительно повысить экономическую эффективность использования энергии морского волнения и создания защитных береговых сооружений.

Научно-исследовательские и опытно-конструкторские работы по проекту ведутся с 2006 года в составе научно-технической группы. Базовым предприятием в реализации проекта является ООО «НПО Гидроэнергоспецстрой», резидент фонда «Сколково» с 2011 года.

Научно-производственным центром и полигоном по созданию уникального электротехнического оборудования стало НПО «Эрга» (Калуга). Созданное в 1991 году как специализированная фирма по производству постоянных редкоземельных магнитов и магнитных систем специального назначения, в том числе магнитных сепараторов, за прошедшие годы оно превратилось в завод с собственными производственными площадями, современным оборудованием, мощной научно-исследовательской, проектно-конструкторской базой и эффективной системой управления.

Генеральный директор ООО «НПО Гидроэнергоспецстрой» Владимир Егурнов (справа) и президент НПО «Эрга» Владимир Котунов в инновационном центре "Сколково"

Исследования, тестовые испытания и подтверждение заявленных технических характеристик (выходных энергетических и гидродинамических параметров исследуемых прототипов) проводились по специальным методикам с использованием особого оборудования и испытательных стендов в опытовых бассейнах Крыловского государственного исследовательского центра в Санкт-Петербурге.

Научное обоснование работ обеспечивали ученные Санкт-Петербургского государственного политехнического университета под руководством заслуженного энергетика РФ, доктора технических наук, профессора В.В.Елистратова.

Отечественная система с уникальным демпфером

Для отечественной практики подобная разработка является совершенно новой, поэтому всё необходимое для работы – экспериментальное оборудование, методики испытаний, методы оценки эффективности конструкций – создавалось в процессе конструирования и тестирования опытных образцов преобразователей энергии морского волнения. В ходе исследований разработана концепция и строительная технология волновой станции с функциями защиты береговой черты, построены четыре прототипа волновых энергетических устройств с различными системами отбора мощности, прототип волнового энергетического демпфера (ВлЭД) Wave Hunter в масштабе 1:5. Сейчас ведутся работы по строительству полномасштабного опытно-промышленного образца установленной мощностью 300 кВт.

Рис 1. Волновой энергетический демпфер (ВЛЭД) Wave Hunter

Созданный ВлЭД (см. Рис.1) отличается уникальными системами управления и отбора мощности. Система отбора мощности предполагает использование эффективных электромагнитных генераторов и электронного преобразователя, которые разрабатываются под руководством президента НПО «Эрга» В.В.Котунова.

Командой ученых и инженеров создана такая система, в работе которой нет ограничений по силе волнового воздействия. Научные исследования и тестовые испытания показали, что состоящая из уникальных ВлЭД волновая энергетическая станция, размещенная вдоль побережья, позволяет снизить энергию волн в 8-10 раз, преобразовав при этом около 40% механической энергии шторма в электроэнергию.

Волновая станция на основе ВлЭД может быть основным элементом комплекса комбинированного преобразования энергии с функциями защиты береговой черты, предназначенного для энергообеспечения прибрежных территорий и способного утилизировать стоки и опреснять воду.

Технология отвечает высоким экологическим стандартам, не наносит ущерба экосистеме побережья, обеспечивает миграцию биоресурсов. Технические решения, заложенные в ее основу, исключают заиливание акваторий искусственных бухт, которые могут быть созданы с ее применением.

Визуализация технологии PROTECTION AND ENERGY

Таким образом, создан конкурентоспособный и перспективный продукт для отечественного и мирового рынков энергетических устройств, преобразующих энергию волн в электроэнергию. Размещение подобных комплексов вдоль побережья позволяет быстро и относительно недорого формировать защищенные от штормового воздействия искусственные бухты и рекреационные территории, способствуя развитию курортно-туристического бизнеса и иной хозяйственной деятельности.

В заключение

К сожалению, приходится констатировать, что интерес к технологии пока проявляют лишь иностранные партнеры. На сегодня «НПО Гидроэнергоспецстрой» создано совместное предприятие с канадской фирмой для продвижения реализации проектов типа PROTECTION AND ENERGY на территории Канады и США, интерес к сотрудничеству проявили представители деловых кругов Республики Мальта.

С 8 по 13 мая 2013 года в Республику Мальта состоялся визит делегации ООО «НПО Гидроэнергоспецстрой», в ходе которого прошли переговоры с Министром энергетики и водных ресурсов Конрадом Мицци, Министром экономики инвестиций и малого бизнеса Кристианом Кардоной, профессором Института устойчивой энергии Университета Мальты, доктором Лучиано Муле Стагно.

Участники переговоров обсудили перспективы проектов, посвященных освоению прибрежных территорий и акваторий с использованием предлагаемой технологии преобразования волновой энергии. В переговорах также приняли участие партнеры «НПО Гидроэнергоспецстрой» из Канады и представители мальтийской посреднической компании Sino European Commercial Centre (SINO).

Так что, по всей видимости, практическое применение технологии состоится за пределами страны разработчика, но это будет уже совсем другая история.

В.Э.Егурнов, генеральный директор ООО "НПО Гидроэнергоспецстрой"
Морские Порты | №6 (117) 2013