Логотип Рентехно
(044) 332-81-90
Решения возобновляемой энергетики - Превышая ваши ожидания
enuaru

Pumped storage in a different way

Главная » Блог » Электричество с морских глубин

Электричество с морских глубин

Нестабильность генерации электричества – вот один из наиболее проблемных моментов, характерных для ветровой и солнечной генерации, которые напрямую зависят от внешних природных факторов. Системы энергосбережения – это не только возможность обеспечить стабильность функционирования, но и обеспечить полную энергонезависимость объекта. В блоге мы уже рассматривали системы, построенные по достаточному традиционному методу, с использованием аккумуляторов разного типа.

Группа немецких ученых проведи на Боденском озере испытания новой системы накопления и хранения эдектроэнергии, которая работает с полыми бетонными сферами, устанавливаемыми на морском дне. Если объемы электроэнергии, которая генерируется прибрежной ветровой станцией, превышают потребление, то излишки используются для того, чтобы откачать воду из бетонной сферы. В тот момент, когда вырабатываемой энергии станет недостаточно, чтобы покрыть спрос на электричество, вода под высоким давлением станет поступать в сферу через турбину. Турбина приводит в действие генератор, который начнет вырабатывать электричество – оно будет направляться в общую сеть. Конечно, нельзя считать эту идею революционной, ведь есть схожие варианты механической аккумуляции электроэнергии:

  • Пневматические аккумулирующие батареи – при помощи электрического мотора воздух под давлением нагнетается в хранилище. При необходимости, сжатый воздух выпускают через турбину, вырабатывающую электричество. Резервуар объемом 1 м3 может «выдать» 5 кВт/ч энергии при начальном давлении воздуха внутри около 8 атмосфер.
  • Гидроаккумулирующие станции – относительно простой и довольно эффективный способ обеспечить генерацию электричества во время пиковых моментов потребления, они уже достаточно широко используются по всему миру. В периоды низкого потребления электричество используется для закачивания (подъема) воды в резервуар, при повышении потребления воду начинают сливать, к примеру, в нижнее хранилище. Сливающаяся вода приводит в действие турбину, вырабатывающую электрический ток. Основной недостаток такой системы – существенные потери, ведь удается использовать только порядка 70% электроэнергии, которая была израсходована для закачивания воды. В качестве гидроаккумулирующих станций могут использоваться как естественные неровности рельефа, как вариант, в качестве нижнего резервуара могут использоваться затопленные шахты. Во Франции проводились испытания в многоэтажном жилом доме, на крыше которого был установлен открытый бассейн с водой, а в подвале – цистерны для накопления сливающейся воды. Для перекачки воды использовалась энергия, вырабатываемая ветряными станциями и солнечными батареями, установленными на крыше и стенах дома. Впрочем, экономическая эффективность такой системы оказалась незначительной, по рентабельности она существенно уступает литий-ионным батареям. Гидроаккумулирующие электростанции оправдывают себя, как показывает опыт, при работе с большими объемами. 

 

 

Систему разрабатывали несколько лет, но первый прототип начал проходить тестирование только в конце ноября 2016 года. Исследователи создали модель в масштабе 1:10 и получили бетонную сферу диаметром, которую последовательно погружали в воду Боденского озера, начав с глубины 3 метра и дойдя до 200 метров. В течение 4 недель ученые отработали разные циклы использования системы и аспекты, касающиеся строительства, монтажа, конструкции силового агрегата и электрической системы. При этом исследование не заключалось только в определении энергопотенциала системы. Ученые использовали комплексный подход, тестируя одновременно системы оперативного управления, контроля и мониторинга состояния, отрабатывая динамическое моделирования системы в целом. Что немаловажно, ведь в последнее время именно системы управления и распределение энергии становятся определяющими в повышении эффективности систем энергообеспечения.

Особое внимание при разработке системы было уделено экологической безопасности. Прежде всего, использовались материалы, которые не только могут длительное время противостоять достаточно агрессивной водной среде (что особенно актуально, если рассматривать установку такой электроаккумулирующей установки на дне моря). Кроме того, дополнительно пришлось проработать вопросы безопасности для животного мира – система впуска вводы спроектирована так, чтобы исключить засасывание водным потоком рыб, моллюсков и прочей морской живности.

 

Чем глубже, тем лучше

Чем на большей глубине будет установлена полая сфера, тем под большим давлением её будет заполнять внешняя вода. Подсчеты показывают, что если 30-метровая бетонная сфера будет установлена на глубине около 700 метров, то она сможет «накапливать» порядка 20 МВт-ч. Теоретические расчеты показывают, что с увеличением глубины (как следствие – и ростом давления воды) объем электроэнергии, вырабатываемой при заполнении сферы водой, будет расти в линейной зависимости. Но при этом есть несколько трудностей, связанных с выбором глубины установки бетонной сферы:

  • Даже изготовленная из железобетона, полая сфера, имеющая диаметр 30 метров, согласно закона Архимеда, имеет большой запас плавучести. При установке на относительно небольшой глубине, до 600-700 метров, придется спроектировать якорные/анкерные держатели, которые будут удерживать сферу, не позволяя ей всплывать, когда из неё будет выдавлена вода.
  • При увеличении глубины установки растет и значение давления, которое оказывается водой на стенки сферы. При установке сферы на глубине свыше 800 метров, чтобы избежать деформации стенок и их разрушения, придется существенно увеличивать их толщину. Это скажется на стоимости получаемой электроэнергии, так как, с одной стороны, из-за большого веса усложнит процесс установки сфер на морское дно, с другой – вырастут расходы на строительство сфер.
  • Вторая проблема, вызванная увеличением глубины установки сфер – это необходимость использования турбин, вырабатывающих электричество, способных выдерживать большое давление воды. Такие турбины есть, но они очень дорогостоящие. С учетом удорожания производства и установки бетонной сферы, стоимость хранения/получения электричества становится очень дорогой, что делает весь проект в целом экономически нецелесообразным.

Обобщив все выше сказанное, ученые пришли к выводу, что оптимальным местом для установки систем накопления электроэнергии станут участки дна на глубине порядка 600 – 750 метров.

 

 

Цена вопроса

Ученые провели предварительную экономическую оценку, в которую были также включены затраты на установку сфер, их последующее техническое обслуживание, расходы на аренду кораблей и прочие сопутствующие расходы. Расчеты проводились для разного типа хранилищ, от 5 до 120 сфер, при этом стоимость колебалась от 2000 до 1500 евро, соответственно, за киловатт установленной мощности. В принципе, это почти сопоставимо со стоимостью современных систем накопления электроэнергии на основе литий-ионных батарей (пока не берем во внимание системы, которые будут производиться на Гигафабрике Илона Маска). Если предположить, что в год система выполнит 1000 циклов зарядка/разрядка, то стоимость хранения 1 кВт/ч электроэнергии составит от 1,6 до 2 центов.

 

Перспективы использования

Ученые отмечают, что опираясь на полученные в результате исследования, данная система имеет значительный потенциал для использования в качестве гидроаккумулирующей системы морского базирования на участках морского побережья, которое примыкает к густонаселенным районам. В этом плане наиболее перспективными для пилотного полномасштабного проекта выглядит побережье Японии и США, а также Норвегии – все эти страны вырабатывают большое количество электроэнергии при помощи ветряных станций, установленных вдоль побережья. В пользу проекта говорит и тот факт, что гидроаккумулирующая система такого типа имеет достаточно высокий КПД – порядка 75-80%.

Основная проблема – это выбор места для установки, ведь необходим берег, где глубина растет достаточно быстро, чтобы достигнуть необходимых минимальных 600 метров. При большом расстоянии от берега значительная длина кабеля вызывает как дополнительные потери при передачи электричества в двух направления (сначала – от генератора в море, а затем назад – к потребителю), так и расходы на закупку и прокладку кабеля. Пока же исследователи продолжат эксперименты с моделью масштабом 1:10, чтобы в июле 2017 года представить результаты потенциальным инвесторам. 


Печать

Остались вопросы по назначению наших услуг?
Оставьте нам заявку. Наши специалисты проконсультируют Вас

Тема вашего запроса
Заказать звонок

^