ABB Review_3_2006.indd

Изобретательство и энергетика
Возобновляемая
энергия волны
У природы нет плохой погоды
Альберт Лайрбукт, Петер Тубаас
Неспокойные волны полны энергии, а в Северном море их предостаточно. Если найти
способ экономически выгодно преобразовывать энергию волн, это могло бы помочь
удовлетворить постоянно растущие потребности в электроэнергии. Компания АББ играет важнейшую роль в интересной программе компании Fred Olsen Ltd, нацеленной
на разработку рентабельного устройства преобразования энергии волн.
АББ Ревю 3/2006
29
Возобновляемая энергия волны
Изобретательство и энергетика
Е
сли говорить о выработке энергии, то бурные
воды Северного моря скрывают в себе гораздо больше, чем огромные запасы нефти и газа.
По меньшей мере, так считает знаменитый норвежский судовладелец и предприниматель Фред
Олсен. Компания АББ помогает ему реализовать
давнюю мечту о создании рентабельной системы
для улавливания энергии волн.
Растущая потребность в энергии привела к появлению множества проектов, направленных на использование возобновляемой энергии из самых
различных источников. В технике преобразования энергии ветра за долгие годы уже сделано
многое. Следующим направлением могло бы
оказаться использование энергии волн.
Однажды, наблюдая за процессом монтажа одной
из своих платформ вблизи шотландского берега,
Фред Олсен задумался о том, как преобразовать
энергию волн в удобную форму. Но всего лишь
несколько лет назад ему удалось представить
практический способ преобразования кинетической энергии волн в электричество. Находясь
в отпуске в Испании, он наблюдал за движением
бочек, плавающих в море. И это послужило отправной точкой для программы по разработке
концепции преобразователя энергии волн (ПЭВ),
получившего название FO3.
Преобразование энергии волн в электрическую энергию
История знает множество попыток создать устройство ПЭВ, и многие из них окончились неудачей просто потому, что создаваемые устройства
не выдерживали жестких условий эксплуатации.
Сложности, с которыми сопряжено создание ПЭВ,
охватывают целый ряд инженерных дисциплин,
включая строительное дело, электротехнику
и системы управления. Проекты, в которых всем
перечисленным дисциплинам не уделено долж-
1
Замысел ПЭВ-платформы
30
ное внимание, к успеху не приведут. Наиболее
важной задачей в разработке ПЭВ является проектирование конструкции, расчет ее на прочность.
Создаваемое устройство должно обладать крайне
высокой прочностью, тогда как стоимость его
изготовления, в том числе, стоимость материалов,
необходимо свести к минимуму. Эти цели сложно
совместить, что объясняет, почему использование
энергии волн в больших масштабах пока не поставлено на коммерческую основу.
Компания АББ повсеместно проявляет стремление
к разработке экологически
чистых устройств, работа
которых основана на использовании возобновляемых ресурсов.
Компания АББ получает множество запросов
от людей, желающих разработать устройство
ПЭВ, однако инициатива Фреда Олсена – в своем
роде единственная. Благодаря многолетнему опыту, накопленному в ходе работы в море, инженеры
из фирмы Олсена хорошо знают о трудностях,
которыми богато Северное море.
Вклад со стороны АББ
Компания АББ повсеместно проявляет стремление к разработке экологически чистых устройств,
работа которых основана на использовании
возобновляемых ресурсов. В данном проекте
утилизации энергии волн АББ выступает в качестве партнера с момента первичных испытаний
(2004 г.) и принимает активное участие в программе, которая может перерасти в новую волну
освоения норвежского побережья.
2
АББ – ведущий подрядчик нефтегазового
сектора; компания поставляет системы автоматизации и обеспечения безопасности, силовое
оборудование, например, распределительные
устройства и трансформаторы, а также контрольно-измерительные приборы. В данном
случае для проекта FO3 Фреда Олсена компания
реализовала свои наработки в области преобразования энергии и в области автоматики,
а также поставила силовые компоненты и устройства автоматизации.
Преобразование по несложному механизму
Установка ПЭВ FO3 выглядит как обычная буровая, но одно отличие сразу бросается в глаза –
закрепленные снизу яйцеобразные поплавки
(рис. 1). При перемещении этих поплавков вверх
и вниз удается воспринять энергию волн. Вертикальное линейное перемещение преобразуется
во вращательное с помощью гидравлической
системы – гидравлический двигатель приводит
в действие генератор, вырабатывающий электроэнергию. Еще одним отличием от обычной
платформы является то, что вся конструкция
изготовлена из легкого композитного материала,
а не из стали.
Изначально в лаборатории Marintek/Sintef
(Тронхейм, Норвегия) была построена модель
платформы в масштабе 1:20. Многообещающие
результаты, полученные в ходе испытаний, дали
основания построить платформу Buldra – исследовательскую модель, в которой в масштабе 1:3
воплощена мечта Фреда Олсена (рис. 2). Размеры платформы составляют 12x12 метров, высота – 8 м. Высота гидроцилиндров составляет 7
метров. Полномасштабный вариант будет иметь
размеры 36х36 метров.
По оценкам Фреда Олсена, объем выработки
Исследовательская модель в масштабе 1:3 – платформа Buldra
АББ Ревю 3/2006
Возобновляемая энергия волны
Изобретательство и энергетика
электроэнергии на полномасштабной установке
должен составить 2,52 МВт при волнах высотой
6 м с периодом 9 с. Этой мощности достаточно
для снабжения электроэнергией 600 домов, и она
приблизительно эквивалентна мощности одной
ветровой турбины. Поставлена цель выработки
электроэнергии по цене 2,8 евро/кВт•ч. Стоимость строительства каждой полномасштабной
платформы оценивается в 3–4 млн. евро.
Нынешнее состояние дел
Власти Норвегии дали Фреду Олсену разрешение
на постройку волноэнергетической электростанции рядом с островом Кармой у западного
побережья Норвегии. Проект в настоящее время
находится на стадии детальной проработки
и должен быть завершен в 2007 году.
При условии, что инициатива Фреда Олсена позволит продемонстрировать финансовую жизнеспособность установок, использующих энергию
волн, компания АББ окажется в благоприятном
положении и сможет осуществлять поставки
автоматики и электротехнического оборудования
для крупносерийного производства ПЭВ-платформ. В этой области востребована техника,
3
Фред Олсен, предприниматель (крайний справа)
АББ Ревю 3 /2006
подобная той, что применяется компанией АББ
для снабжения ветровой энергетики. Благодаря
этому опыт и номенклатура продукции компании
в значительной мере удовлетворяют требованиям
перспективной промышленности ПЭВ.
В этой области востребована техника, подобная
той, что применяется компанией АББ для снабжения
ветровой энергетики.
Фред Олсен (рис. 3) уже доказал реалистичность
своего проекта, однако ему еще предстоит
приложить усилия для подтверждения его конкурентоспособности. Все завязано на слово «оптимизация». Высокие нормы прибыли, характерные
для нефтегазовой отрасли, в волновой энергетике
недостижимы. Затраты на производство, эксплуатацию и техническое обслуживание должны быть
сведены к минимуму, а объем вырабатываемой
энергии – наоборот, максимизирован, чтобы
оказалось возможным получение прибыли в долгосрочном периоде.
В ходе междисциплинарного проекта SEEWEC
(Sustainable, Economically Efficient, Wave Energy
Converter – «преобразователь энергии волн,
обладающий экономической эффективностью
в рамках концепции устойчивого развития»)
с целью поиска возможностей усовершенствования проводится оценка всех аспектов установки-прототипа FO3. Ведется работа на самых
различных уровнях, например, проверка новых
форм цилиндров, новых конструкций платформы
и испытание новых материалов. Кроме того, идет
поиск ответа на вопросы о том, какой генератор
обладает большим кпд, линейный или вращаю-
щийся, как обеспечить максимальную выработку
электроэнергии в определенных климатических
условиях, как соединить несколько установок
ПЭВ, передать энергию на сушу и т. п.
В проекте SEEWEC для компании АББ особенно
интересны вопросы эффективности выработки
энергии, а также разработки и производства
систем и компонентов следующего поколения.
Основной вклад в работу над проектом SEEWEC
со стороны АББ вносит исследовательский центр
компании в г. Вестерос (Швеция). Кроме того,
специалисты АББ вовлечены в полевые испытания и процесс сбора данных.
Перспективы развития
Норвежская поговорка гласит, что погода плохой
не бывает, и когда речь идет о волновой энергетике, с этим сложно поспорить. Сейчас еще рано
говорить о том, что внедрение ПЭВ приведет
к созданию новой отрасли промышленности,
однако если это произойдет, у компании АББ есть
хорошие шансы занять значительную долю нового рынка, а также продемонстрировать самые
современные технологии в области силового
оборудования и систем автоматизации.
Альберт Лайрбукт
ABB Power Systems
Осло, Норвегия
albert. leirbukt@no. abb. com
Петер Тубаас
ABB Corporate communications
Биллингстад, Норвегия
peter. tubaas@no. abb. com
31