Логотип Рентехно
(044) 332-81-90
Рішення відновлювальної енергетики - Перевищуючи ваші очікування
enuaru

Pumped storage in a different way

Головна » Блог про ВДЕ » Електрика з морських глибин

Електрика з морських глибин

Нестабільність генерації електрики - ось один з найбільш проблемних моментів, характерних для вітрової та сонячної генерації, які безпосередньо залежать від зовнішніх природних факторів. Системи енергозбереження - це не тільки можливість забезпечити стабільність функціонування, але і забезпечити повну енергонезалежність об'єкта. У блозі ми вже розглядали системи, побудовані за досить традиційним методом, з використанням акумуляторів різного типу.

Група німецьких учених проведить на Боденському озері випробування нової системи накопичення і зберігання електроенергії, яка працює з порожніми бетонними сферами, що встановлюються на морському дні. Якщо обсяги електроенергії, яка генерується прибережною вітровою станцією, перевищують споживання, то надлишки використовуються для того, щоб відкачати воду з бетонної сфери. У той момент, коли виробленої енергії стане недостатньо, щоб покрити попит на електрику, вода під високим тиском стане надходити в сферу через турбіну. Турбіна пускає в хід генератор, який почне виробляти електрику - вона буде направлятися в загальну мережу. Звичайно, не можна вважати цю ідею революційної, адже є схожі варіанти механічної акумуляції електроенергії:

  • Пневматичні батареї - за допомогою електричного мотора повітря під тиском нагнітається в сховище. При необхідності, стиснене повітря випускають через турбіну, що виробляє електрику. Резервуар об'ємом 1 м3 може «видати» 5 кВт/год енергії при початковому тиску повітря всередині близько 8 атмосфер.
  • Гідроакумулюючі станції - відносно простий і досить ефективний спосіб забезпечити генерацію електрики під час пікових моментів споживання, вони вже досить широко використовуються по всьому світу. У періоди низького споживання електрика використовується для закачування (підйому) води в резервуар, при підвищенні споживання воду починають зливати, наприклад, в нижнє сховище. Вода, що зливається, приводить в дію турбіну, яка виробляє електричний струм. Основний недолік такої системи - суттєві втрати, адже вдається відновити тільки близько 70% електроенергії, яка була витрачена для закачування води. Для гідроакумулюючих станцій можуть використовуватися природні нерівності рельєфу, як варіант, в якості нижнього резервуара можуть використовуватися затоплення шахти. У Франції проводилися випробування в багатоповерховому житловому будинку, на даху якого було встановлено відкритий басейн з водою, а в підвалі - цистерни для накопичення води, що зливається. Для перекачування води використовувалася енергія, що виробляється вітряними станціями і сонячними батареями, встановленими на даху та стінах будинку. Втім, економічна ефективність такої системи виявилася незначною, по рентабельності вона істотно поступається літій-іонним батареям. Гідроакумулюючі електростанції виправдовують себе, як показує досвід, при роботі з великими обсягами.

 

 

Систему розробляли кілька років, але перший прототип почав проходити тестування тільки в кінці листопада 2016 року. Дослідники створили модель в масштабі 1:10 і отримали бетонну сферу діаметром 3м, яку послідовно занурювали в воду Боденського озера, почавши з глибини 3 метри і дійшовши до 200 метрів. Протягом 4 тижнів вчені відпрацювали різні цикли використання системи та аспекти, що стосуються будівництва, монтажу, конструкції силового агрегату і електричної системи. При цьому дослідження не ставили за мету визначити енергопотенціал системи. Вчені використовували комплексний підхід, тестуючи одночасно системи оперативного управління, контролю і моніторингу стану, відпрацьовуючи динамічне моделювання системи в цілому. Що важливо, адже останнім часом саме системи управління і розподіл енергії стають визначальними в підвищенні ефективності систем енергозабезпечення.

Особлива увага при розробці системи була приділена екологічній безпеці. Перш за все, використовувалися матеріали, які не тільки можуть тривалий час протистояти досить агресивною водному середовищу (що особливо актуально, якщо розглядати установку такої електроакумулуючої установки на дні моря). Крім того, додатково довелося відпрацювати питання безпеки для тваринного світу - система впуску вводи спроектована так, щоб виключити засмоктування водним потоком риб, молюсків та іншої морської живності.

 

Чим глибше, тим краще

Чим на більшій глибині буде встановлена порожниста сфера, тим під великим тиском її буде заповнювати зовнішня вода. Підрахунки показують, що якщо 30-метрова бетонна сфера буде встановлена на глибині близько 700 метрів, то вона зможе «накопичувати» близько 20 МВт-год. Теоретичні розрахунки показують, що зі збільшенням глибини (як наслідок - і зростанням тиску води) обсяг електроенергії, що виробляється при заповненні сфери водою, буде зростати в лінійної залежності. Але при цьому є кілька проблем, пов'язаних з вибором глибини установки бетонної сфери:

  • Навіть виготовлена із залізобетону, порожня сфера, що має діаметр 30 метрів, згідно закону Архімеда, має великий запас плавучості. При установці на відносно невеликій глибині, до 600-700 метрів, доведеться спроектувати якірні/анкерні утримувачі, які будуть утримувати сферу, не дозволяючи їй спливати, коли з неї буде видавлена вода.
  • При збільшенні глибини установки зростає і значення тиску, який чиниться водою на стінки сфери. При установці сфери на глибині понад 800 метрів, щоб уникнути деформації стінок і їх руйнування, доведеться істотно збільшувати їх товщину. Це позначиться на вартості одержуваної електроенергії, так як, з одного боку, через велику вагу ускладнить процес установки сфер на морське дно, з іншого - зростуть видатки на будівництво сфер.
  • Друга проблема, викликана збільшенням глибини установки сфер - це необхідність використання турбін, що виробляють електрику, здатних витримувати великий тиск води. Такі турбіни є, але вони дуже дорогі. З урахуванням подорожчання виробництва і установки бетонної сфери, вартість зберігання / отримання електрики стає дуже дорогою, що робить весь проект в цілому економічно недоцільним.

Узагальнивши все вище сказане, вчені прийшли до висновку, що оптимальним місцем для установки систем накопичення електроенергії стануть ділянки дна на глибині близько 600 - 750 метрів.

 

 

Ціна питання

Вчені провели попередню економічну оцінку, в яку були також включені витрати на установку сфер, їх подальше технічне обслуговування, витрати на оренду кораблів та інші супутні витрати. Розрахунки проводилися для різного типу сховищ, від 5 до 120 сфер, при цьому вартість коливалася від 2000 до 1500 євро, відповідно, за кіловат установленої потужності. В принципі, це майже порівнянно з вартістю сучасних систем накопичення електроенергії на основі літій-іонних батарей (поки не беремо до уваги системи, які будуть проводитися на Гігафабріке Ілона Маска). Якщо припустити, що в рік система виконає 1000 циклів зарядка/розрядка, то вартість зберігання 1 кВт/год електроенергії складе від 1,6 до 2 центів.

 

Перспективи використання

Вчені відзначають, що спираючись на отримані в результаті дослідження, дана система має значний потенціал для використання в якості гідроакумулюючої системи морського базування на ділянках морського узбережжя, яке примикає до густонаселених районів. У цьому плані найбільш перспективними для пілотного повномасштабного проекту виглядає узбережжі Японії і США, а також Норвегії - всі ці країни виробляють велику кількість електроенергії за допомогою вітряних станцій, встановлених уздовж узбережжя. На користь проекту говорить і той факт, що гідроакумулююча система такого типу має досить високий ККД - близько 75-80%.

Основна проблема - це вибір місця для установки, адже необхідний берег, де глибина зростає досить швидко, щоб досягти необхідних мінімальних 600 метрів. При великій відстані від берега значна довжина кабелю викликає як додаткові втрати при передачі електрики в двох напрямки (спочатку - від генератора в море, а потім назад - до споживача), так і витрати на закупівлю і прокладку кабелю. Поки ж дослідники продовжать експерименти з моделлю масштабом 1:10, щоб в липні 2017 року надати результати потенційним інвесторам.


Друкувать

Залишилися питання по призначенню наших послуг?
Залиште нам заявку. Наші фахівці проконсультують Вас

Тема вашого запиту
Замовити дзвінок

^