Электростанции подводные: Подводные электростанции: воздушный змей под водой

Подводные электростанции: воздушный змей под водой

Интересную идею выдвинули горячие шведские конструкторы из компании Minesto. Вероятно, устав делать хорошие, но плохо продающиеся автомобили Saab, трудовой коллектив конструкторского подразделения автогиганта ударился в зеленые технологии. Группа Minesto сформировалась внутри Saab Group еще в 2003, именно с целью разработки приливных электростанций нового типа. В 2007 они выделились в самостоятельную компанию, цель которой — коммерциализация наработок в области возобновляемой энергетики.

Разработка, с которой компания собирается выйти на рынок, подкупает своей простотой. Многие примерно представляют себе принцип работы приливно-отливных электростанций. Напомню главное: во время морского (океанского) прилива или отлива относительно неподвижного дна перемещаются огромные массы воды. Перемещение происходит за счет гравитационного воздействия на нашу планету Луны и Солнца, а так же за счет вращения Земли и обусловленных этим вращением разнообразных эффектов. Энергия на такое перемещение требуется огромная и часть ее можно попытаться преобразовать во что-нибудь более полезное, например во вращательные движения приводов электрогенератора. Если сильно упростить, приливно-отливные электростанции конвертируют энергию гравитационных воздействий космических тел в электричество…PROFIT! Ваш зеленый друг природы напоминает, что, в силу особенностей извлечения полезной энергии, такие электростанции замедляют скорость вращения Земли, гравитационного взаимодействия с планеты с Луной и Солнцем, и кто его знает, чем все это обернется через миллион-другой лет, вдруг Солнце потухнет?

В любом случае, приливы и отливы, помимо фактического перемещения водных масс относительно дна, еще и формируют приливно-отливные течения в массах воды, в приливах и отливах участия не принимающих, что логично. Эти течения обычно выливаются в потоки, движущиеся в более спокойных водах со скорость до нескольких метров в секунду. Если установить на пути такого потока подобие привычного нам всем ветрогенератора (вроде мельницы), то его лопасти будут вращаться. Дальше под водой все как и на суше, только герметично. Лопасти вращают ротор редуктора, который передает вращательное движение на генератор, а тот по проводам выводит полезное электричество на сушу, где оно упаковывается в красивые коробки с надписью «Электричество «зеленое», второй сорт» и отправляется потребителям. почему второй, а не первый? Потому, что замедляет вращение планеты, что не позволяет считать его стопроцентно зеленым.

Из недостатков подобных конструкций следует отметить огромные размеры подводной части установки, включая фундамент и другие элементы капитального строительства, что ведет к удорожанию системы. Ведь скорость потоков невысока, а для того, чтобы обеспечить редуктор нормальным крутящим моментом (и, как следствие, повысить скорость вращения ротора генератора), нужно переводить во вращательное движение больше кинетической энергии потока, грубо говоря — больше движущейся водной массы, больше размеры и лопастей и их размах. По этому, высота подводного ветряка может достигать пяти-шести десятков метров. Строить под водой такие гигантские конструкции не просто, а если вспомнить что строить их нужно только в местах, где течение достаточно сильно, на небольшой глубине и на ровном рельефе дна, то становится понятно, что география применения таких установок достаточно ограничена.

Курс

ФІНАНСОВИЙ МЕНЕДЖЕР

Ставайте професійним фінансовим менеджером і заробляйте від $500 уже за 2 місяці.

РЕЄСТРУЙТЕСЯ!

Решение всех этих проблем и предлагает компания Minesto. Генератор «Deep Green» работает совсем по другому принципу. И здесь в основе технологии лежат те же принципы, что действуют на суше, в воздухе. Все видели или примерно представляют себе воздушного змея. Это такая конструкция в форме крыла, удерживаемая в воздухе давлением ветра на плоскость крыла под углом по направлению движения ветра. А чтобы змей не улетел, операторы – змееводы на земле держат его за веревку. Точно такой же фокус можно проделать и под водой. Только в роли ветра здесь выступают приливно-отливные течения, в роли змея — специальное крыло, а в роли веревки — трос с проводом, имеющий на конце якорь. В результате вся конструкция будет «парить» над дном вокруг точки, на которую опустится якорь троса.

Генерация электричества происходит предельно просто. В центре летающей части конструкции установлена турбина, ротор которой соединен с генератором на прямую. Сам генератор установлен тут же, в самом змее. Скорость вращения турбины позволяет обойтись без редуктора и других сложных устройств, обеспечивающих необходимую скорость вращения генератора. Хитрость здесь в следующем. Скорость передвижения змея относительно дна выше скорости движения потока воды в течении примерно в 10 раз, что обусловлено его конструкцией. Где-то так же летают и воздушные змеи. Генерируемое электричество передается по тросупроводу, которым змей удерживается возле точки установки на дне, а с этого троса на берег, где его упаковывают в красивые коробки с надписью «Электричество «зеленое», второй сорт», но продают уже дешевле.

В результате, такая конструкция имеет следующие преимущества, относительно обычного «подводного ветряка»:

— возможность работы с меньшими скоростями течений, как следствие — более широкая география применения;
— не нужно устанавливать на дне фундамент для башни ветряка, вообще не нужно ничего строить под водой;
— установка и демонтаж требуют только погружения якоря и крыла с последующим их извлечением практически любым судном, оборудованным краном;
— внешне, такие установки заметить будет сложно, так как устанавливаются они на большей глубине, чем традиционные подводные мельницы;
— прямая передача с турбины на генератор без редуктора означает более высокую надежность системы.

Ну и так зеленей, конечно же, хотя здесь тоже замедляется вращение Земли. Масса установки составляет всего 7 тонн при генерируемой мощности в 500 кВт! Да, пол мегаватта от одного змея, чего достаточно немало. Специалисты компании уже даже посчитали примерную стоимость киловатт-часов, выработанных при помощи своей установки. Для 0,5-мегаваттного модуля она составит 0,06-0,14 Евро, что сравнимо со стоимостью электроэнергии в Европе и точно дешевле, к примеру, солнечной электроэнергии. Так что, пожуем — увидим, главное, чтобы нашлись инвесторы, готовые в это вкладывать деньги. А пока компанией собраны два миллиона Евро и первый модуль будет установлен в водах Северной Ирландии к середине 2011 года.

Технологии

Как устроена самая мощная в мире приливная турбина

Тренды

Телеканал

Pro

Инвестиции

Мероприятия

РБК+

Новая экономика

Тренды

Недвижимость

Спорт

Стиль

Национальные проекты

Город

Крипто

Дискуссионный клуб

Исследования

Кредитные рейтинги

Франшизы

Газета

Спецпроекты СПб

Конференции СПб

Спецпроекты

Проверка контрагентов

РБК Библиотека

Подкасты

ESG-индекс

Политика

Экономика

Бизнес

Технологии и медиа

Финансы

РБК КомпанииРБК Life

РБК
Тренды

Фото: Orbital Marine Power

Шотландская компания Orbital Marine Power запустила самую мощную плавучую приливную электростанцию, — похожую на космический звездолет Orbital О2

Что происходит

• 22 апреля 2021 года Orbital Marine Power начала ввод в эксплуатацию плавучей приливной электростанции (ПЭС) О2, с совокупной мощностью 2 МВт. Суммарный вес О2 — 680 т, а в длину агрегат достигает 74 м.
• Место дислокации О2 — один из проливов среди Оркнейских островов на севере Шотландии, где конструкция будет подключена в сети Европейского центра морской энергетики (EMEC).
• Конструкция О2 напоминает футуристический космический самолет, однако технически предельно проста — центральным элементом является плавающая платформа, к которой крепятся два крыла, мощностью 1 МВт каждое, оснащенные на концах двухлопастными турбинами.
• А вот как работает О2: понтон крепится передними и задними якорями ко дну, а турбины опускаются в воду под углом 45 градусов с помощью гидроцилиндров. Оптимизированные для жидкости лопасти при приливном течении разворачиваются и продолжают работать. Через подводный кабель, расположенный в кормовой части понтона, электричество передается в сеть.
• Мощностей О2 хватит для обеспечения энергоснабжения 2 тыс. домохозяйств Великобритании, представители Orbital Marine Power обещают стоимость киловатт-часа электричества «на конкурентном уровне».
• Кроме того, О2 является «зеленой» электростанцией, — ее использование может компенсировать выбросы примерно 2 200 т углекислого газа в год.

Что это значит

Запуск О2 происходит в контексте стимулирования промышленности и научных разработок Великобритании. Создание плавающей приливной электростанции может революционизировать весь сектор приливной энергетики.

Таким образом, в теории цена киловатт-часа электроэнергии, вырабатываемой на плавающих ПЭС, может быть значительно дешевле, чем у классических ПЭС. Кроме того, обслуживание подобных электростанций может осуществляться небольшими судами, что позволяет быстро реагировать на чрезвычайные внештатные ситуации.

Разработка Orbital Marine Power также отвечает амбициозным планам Великобритании по сокращению выбросов углекислого газа в атмосферу и развитию возобновляемых источников энергии. Компании и ассоциации данной сферы надеются на помощь государства в продвижении приливной энергетики — от установки целевых показателей в 1 ГВт для «подводных ветряков» к 2030 году до внедрения специальных механизмов поддержки отрасли в виде контрактов на разницу цен.

Комитет по аудиту в сфере охраны окружающей среды Палаты общин Великобритании в недавнем отчете признал, что государство должно поддержать активно развивающийся и многообещающий сектор приливной энергетики. В случае успеха плавающих ПЭС в Великобритании, стоит ожидать, что за ней последуют и международные рынки.

Обновлено 30.07.2021

Текст

Ксения Янушкевич

Главное в тренде

Материалы по теме

Электрогенератор автономно переключается между двумя режимами работы — ScienceDaily

Новости науки

от исследовательских организаций

2

Энергия морской воды: Электрогенератор самостоятельно переключается между двумя режимами работы

Дата:

13 мая 2019 г.

Источник:

Вили

Резюме:

Подводным аппаратам, водолазным роботам и детекторам требуется собственный источник энергии для работы в течение длительного времени независимо от кораблей. Преимущество новой недорогой системы прямого электрохимического извлечения энергии из морской воды состоит в том, что она способна справляться с кратковременными всплесками потребления энергии, сохраняя при этом стабильную мощность в течение длительного времени. Для этого система может автономно переключаться между двумя режимами работы.

Поделиться:

ПОЛНАЯ ИСТОРИЯ

Подводные аппараты, водолазные роботы и детекторы нуждаются в собственном источнике энергии для работы в течение длительного времени независимо от кораблей. Преимущество новой недорогой системы прямого электрохимического извлечения энергии из морской воды состоит в том, что она способна справляться с кратковременными всплесками потребления энергии, сохраняя при этом стабильную мощность в течение длительного времени. Для этого система может автономно переключаться между двумя режимами работы, как сообщают исследователи в журнале 9.0035 Angewandte Chemie .

реклама

Составление карт рельефа, течений и температуры подводных лодок, проверка и ремонт трубопроводов и глубоководных кабелей — вот лишь несколько примеров задач, которые подводные устройства выполняют автономно в глубинах океана. В этих экстремальных условиях задача генераторов электроэнергии состоит в том, чтобы обеспечить как высокую плотность энергии (длительное время работы при использовании базовой мощности), так и высокую плотность мощности (кратковременный сильный ток) для таких действий, как быстрое перемещение или действие захвата. .

Лян Тан, Ху Цзян и Мин Ху и их команда из Восточно-китайского педагогического университета в Шанхае, Шанхайского университета и Китайской исследовательской академии наук об окружающей среде в Пекине, Китай, черпали вдохновение в морских организмах, которые могут менять свои клетки. дыхание между аэробным и анаэробным режимами с использованием различных материалов в качестве акцепторов электронов. Исследователи разработали новый генератор энергии, который работает по тем же принципам.

Ключом к открытию является катод из берлинской лазури, открытая каркасная структура с ионами цианида в качестве «распорок» и ионами железа в качестве «узлов», которые могут легко принимать и отдавать электроны. В сочетании с металлическим анодом эту конструкцию можно использовать для выработки электроэнергии из морской воды.

Если потребность в энергии невелика, электроны, втекающие в катод, передаются непосредственно растворенному кислороду. Поскольку растворенный кислород в морской воде неисчерпаем, теоретически мощность при слабом токе может быть обеспечена в течение неограниченного времени. Однако концентрация растворенного кислорода низкая. Когда потребность в мощности и, следовательно, ток резко возрастают, на катоде не хватает кислорода, чтобы немедленно поглотить все поступающие электроны. Следовательно, берлинская лазурь должна сохранять эти электроны, уменьшая степень окисления атомов железа с +3 до +2. Для поддержания баланса заряда положительно заряженные ионы натрия оседают внутри каркаса. Поскольку они присутствуют в морской воде в высоких концентрациях, многие ионы натрия и, следовательно, многие электроны могут быть поглощены за короткое время. Когда потребность в токе снижается, электроны снова передаются кислороду, кислород регенерирует каркас, Fe(2+) окисляется до Fe(3+), и ионы натрия удаляются.

Эта новая система очень стабильна в агрессивной морской воде и может выдерживать многочисленные переключения режимов. Он работал непрерывно в течение четырех дней в режиме высокой энергии без потери мощности. Режим повышенной мощности смог обеспечить питанием 39 светодиодов и пропеллер.

изменить ситуацию: спонсируемая возможность

Источник истории:

Материалы предоставлены Wiley . Примечание. Содержимое можно редактировать по стилю и длине.

Справочник журнала :

1. Вэй Чжан, Вэньцянь Чен, Сяоли Чжао, Ци Данг, Юйсен Ли, Тяньюй Шен, Фэнчан Ву, Лян Тан, Ху Цзян, Мин Ху. Автоматически переключаемая двухрежимная система извлечения энергии из морской воды на основе металлоорганических каркасов . Angewandte Chemie International Edition , 2019 г.; DOI: 10.1002/anie.201901759

Цитировать эту страницу :

• MLA
• АПА
• Чикаго

Уайли. «Подводное производство электроэнергии: Энергия из морской воды: генератор энергии автономно переключается между двумя функциональными режимами». ScienceDaily. ScienceDaily, 13 мая 2019 г. .

Уайли. (2019, 13 мая). Генерация электроэнергии под водой: Энергия из морской воды: Генератор энергии автономно переключается между двумя функциональными режимами. ScienceDaily . Получено 11 декабря 2022 г. с сайта www.sciencedaily.com/releases/2019./05/190513120735.htm

Wiley. «Подводное производство электроэнергии: Энергия из морской воды: генератор энергии автономно переключается между двумя функциональными режимами». ScienceDaily. www.sciencedaily.com/releases/2019/05/190513120735.htm (по состоянию на 11 декабря 2022 г.).

реклама

Японская глубоководная турбина может стать будущим возобновляемой энергетики

• Новая 330-тонная японская подводная электростанция может плавать в сильных течениях для выработки возобновляемой энергии.
• 100-киловаттная система «Кайрю» в феврале завершила демонстрацию машины, которая длилась 3,5 года, и теперь она перейдет к коммерческому использованию.
• Двойные лопасти турбины генерируют энергию и удерживают машину в одном месте.

Япония сбрасывает массивный 330-тонный турбинный электрогенератор на дно океана недалеко от побережья страны, пытаясь получить теоретически неограниченный источник возобновляемой энергии.

За последнее десятилетие корпорация IHI разработала «Кайрю», генератор класса 100 киловатт, который может использовать энергию океанских течений. В феврале инжиниринговая фирма из Токио успешно завершила 3,5-летние испытания подводной турбины в водах юго-западной Японии. Вы можете ожидать, что он заработает где-то в 2030-х годах.

Чтобы все это работало, IHI разработала конструкцию, похожую на самолет, с основным фюзеляжем, как часть массива из трех цилиндрических поплавков. И правая, и левая капсулы оснащены лопастями турбины длиной 36 футов; каждый из них вращается в направлении, противоположном друг другу, чтобы компенсировать вращательные моменты — меру силы, которая может заставить объект вращаться вокруг оси — и стабильно поддерживать положение генератора под водой.

Система «Кайрю», предложенная для развертывания в течении Куросио, одном из самых сильных в мире вдоль восточного побережья Японии, будет пришвартована ниже уровня моря и закреплена на дне моря. Генератор длиной 65 футов и шириной 65 футов плавает над точкой крепления, примерно на 160 футов ниже поверхности океана.

⚡️ Подробнее Green Power

• Будущее за плавучими ветряными турбинами?
• Радиоактивная алмазная батарея работает 28 000 лет
• Батареи старых электромобилей питают сеть

«Плавучий генератор, закрепленный на дне моря, использует баланс между своей плавучестью и сопротивлением, вызванным океанским течением, тем самым вырабатывая электроэнергию во время плавания на любой желаемой глубине», — пишет IHI в документе компании.

При этом размещение подводной турбины в условиях сильных океанских течений позволяет потоку океана вращать турбины, вырабатывая электроэнергию. Техника может даже плавать в самых сильных точках течения. Когда требуется техническое обслуживание, операторы могут поднять турбину на поверхность воды для облегчения доступа.

Обзор Кайрю.

IHI Corporation/NEDO

Машина обладает собственной способностью обеспечивать оптимальное позиционирование. «Генератор океанской энергии имеет механизм, который изменяет угол наклона лопастей роторов турбины в соответствии со скоростью океанского течения, чтобы электроэнергия всегда могла эффективно вырабатываться при любой скорости потока», — пишет IHI.

Начиная с 2017 года IHI сотрудничает с Организацией по развитию новых энергетических и промышленных технологий (NEDO) для многолетних испытаний прототипа устройства. Они обнаружили, что при скорости потока примерно в три узла они могут стабильно генерировать 100 киловатт энергии, или 50 киловатт на каждый турбоагрегат.

Линии, которыми турбина закреплена на дне океана, также могут содержать кабели передачи электроэнергии, соединяющиеся с подводным кабелем, который может передавать энергию обратно в энергосистему на суше.

Больше машин Big-Boy

• Сборка крупнейшего в мире реактора токамак остановлена ​​
• Передайте привет самому мощному в мире магниту
• Позволит ли физика 60-футовому роботу ходить?

Постоянное течение океана — одна из движущих сил новой технологии. В то время как ветровая, фотогальваническая и приливная энергия имеют коэффициент мощности от 10 до 40 процентов, IHI говорит, что коэффициент мощности океанских течений колеблется от 40 до 70 процентов, что дает им стабильный толчок тока.

Поскольку Япония имеет шестые по величине территориальные воды в мире, Организация по развитию новой энергетики и промышленных технологий считает, что только течение Куросио может генерировать 200 гигаватт энергии с помощью подводных турбин — примерно 60 процентов нынешних генерирующих мощностей Японии, Bloomberg отчетов.