Луна, прилив и зарядка электромобиля
В МИРЕ / #3_2021
Текст: Татьяна ДАНИЛОВА / Фото: Novainnovation.com
На островке Йелл Шетландского архипелага людей живет в 10 раз меньше, чем овец. Тем не менее этот остров стал настоящей лабораторией технологий приливной энергетики. Высокие приливы шетландских берегов дают столько энергии, что сеть островов уже соединили с национальной. Приливный массив турбин будут наращивать и развивать, а управлять им будет искусственный интеллект.
Необычно высокие приливы на берегах Британии отмечал еще Юлий Цезарь в знаменитом «Комментарии о Галльской войне». Приливные силы Луны и местоположение на границе Северного моря и Атлантического океана сделали северную часть острова Великобритания неистощимым кладезем возобновляемой энергии.
Ничего удивительного, что Шетландские острова, архипелаг из сотни островов на северо-востоке Шотландии, стали лабораторией инновационных технологий возобновляемой энергетики. Заселены лишь 16 из этих островов, но их жители желают пользоваться всеми удобствами, которые предлагает цивилизация. Остров Йелл площадью 215 км2 второй по величине в архипелаге. Здесь живут 966 человек и примерно вдесятеро больше овец. Понимая, что окружающая природа хрупка и уязвима к воздействиям современной техники, островитяне с интересом отнеслись к проекту морской приливной станции в проливе Блумулл Саунд, разделяющем острова Йелл и Анст.
Ветрофермы давно не новость, а вот энергию приливов люди используют нечасто. Прежде чем Шотландия вырвалась на лидерские позиции в этой области, а на небольшом островке Йелл заработала первая в мире приливная электростанция базовой нагрузки, пришлось решить немало проблем.
Станцию в рамках проекта приливной энергетики EnFAIT, развиваемого программой Horizon 2020, разработала компания Nova Innovation, чьи подводные приливные турбины пять с лишним лет обеспечивают электричеством дома и предприятия Шетландских островов. Первую турбину мощностью 30 кВт ввели в эксплуатацию в апреле 2014 года. В марте 2016 года ее заменили турбиной Nova M100, вторую такую же турбину добавили в августе того же года и затем обе турбины подключили к сети. В следующем году к ним добавили третью.
Турбина M100 состоит из цилиндрической гондолы и ротора, прикрепленного к стальному основанию гравитационного фундамента. Этот вариант позволил обойтись без бурения морского дна и прочих работ, удорожающих проект. Фиксирующая система надежно соединяет с основанием гондолу, обладающую отрицательной плавучестью. Диаметр ротора турбины — 9 метров, высота ее ступицы — 4,5 метра, то есть общая высота устройства 13,5 метра. Турбины установлены на глубинах от 30 до 40 метров, то есть на 15 метров ниже минимального астрономического прилива. Это позволяет обойти навигационные ограничения по массиву и требования к установке буев на поверхности.
К каждой турбине присоединен жгут из кабелей длиной 1,2 км. Помимо энергетического кабеля, от турбины на берег идут оптоволоконные кабели для передачи данных и связи. Три таких кабельных жгута выходят на берег у пирса деревни Калливо, где береговая инфраструктура получает информацию о работе и производительности турбин, а небольшая подстанция преобразует и подает электроэнергию в сеть Шетландских островов. В перспективе к Шетландскому приливному массиву добавят еще три подводные турбины.
Проблемы возобновляемой энергетики Шетландских островов те же, что везде: известна ее изменчивость, прерывистость, непостоянство. Приливная энергия недоступна во время прилива. Даже там, где постоянно дуют ветры, их скорость может увеличиться, уменьшиться и даже на несколько часов упасть до нуля. Сила волн связана со скоростью ветра на больших площадях поверхности моря. Высота приливов зависит от взаимного расположения Луны, Земли и Солнца…
Сглаживать эту изменчивость втрое трудней, если речь идет об использовании генерируемой энергии в энергосети. Надежного способа хранения больших количеств энергии пока нет, и, чтобы энергосеть была надежной, «провалы» в подаче энергии приходится компенсировать использованием традиционных источников. В случае Шетландских островов этим традиционным источником была нефть.
Ситуация, согласитесь, странная: обладая гигантскими ресурсами возобновляемой энергии, острова не были подключены к национальной энергосистеме. Без такого подключения развитие ВИЭ Шетландских островов ограничивала способность главной электростанции, расположенной в г. Леруик на острове Мейнланд, реагировать на внезапные изменения в генерации ВИЭ.
Правда, близ Леруика есть очень успешная частная ветростанция установленной мощностью 3,68 МВт, а в других местах и на других островах имеется еще несколько ветротурбин. Но увеличение генерации неизбежно упирается в способность сглаживать ее прерывистость. Для этого можно проложить кабель, связав энергосеть островов с национальной сетью.
Ничего удивительного, что Шетландские острова, архипелаг из сотни островов на северо-востоке Шотландии, стали лабораторией инновационных технологий возобновляемой энергетики. Заселены лишь 16 из этих островов, но их жители желают пользоваться всеми удобствами, которые предлагает цивилизация. Остров Йелл площадью 215 км2 второй по величине в архипелаге. Здесь живут 966 человек и примерно вдесятеро больше овец. Понимая, что окружающая природа хрупка и уязвима к воздействиям современной техники, островитяне с интересом отнеслись к проекту морской приливной станции в проливе Блумулл Саунд, разделяющем острова Йелл и Анст.
Ветрофермы давно не новость, а вот энергию приливов люди используют нечасто. Прежде чем Шотландия вырвалась на лидерские позиции в этой области, а на небольшом островке Йелл заработала первая в мире приливная электростанция базовой нагрузки, пришлось решить немало проблем.
Станцию в рамках проекта приливной энергетики EnFAIT, развиваемого программой Horizon 2020, разработала компания Nova Innovation, чьи подводные приливные турбины пять с лишним лет обеспечивают электричеством дома и предприятия Шетландских островов. Первую турбину мощностью 30 кВт ввели в эксплуатацию в апреле 2014 года. В марте 2016 года ее заменили турбиной Nova M100, вторую такую же турбину добавили в августе того же года и затем обе турбины подключили к сети. В следующем году к ним добавили третью.
Турбина M100 состоит из цилиндрической гондолы и ротора, прикрепленного к стальному основанию гравитационного фундамента. Этот вариант позволил обойтись без бурения морского дна и прочих работ, удорожающих проект. Фиксирующая система надежно соединяет с основанием гондолу, обладающую отрицательной плавучестью. Диаметр ротора турбины — 9 метров, высота ее ступицы — 4,5 метра, то есть общая высота устройства 13,5 метра. Турбины установлены на глубинах от 30 до 40 метров, то есть на 15 метров ниже минимального астрономического прилива. Это позволяет обойти навигационные ограничения по массиву и требования к установке буев на поверхности.
К каждой турбине присоединен жгут из кабелей длиной 1,2 км. Помимо энергетического кабеля, от турбины на берег идут оптоволоконные кабели для передачи данных и связи. Три таких кабельных жгута выходят на берег у пирса деревни Калливо, где береговая инфраструктура получает информацию о работе и производительности турбин, а небольшая подстанция преобразует и подает электроэнергию в сеть Шетландских островов. В перспективе к Шетландскому приливному массиву добавят еще три подводные турбины.
Проблемы возобновляемой энергетики Шетландских островов те же, что везде: известна ее изменчивость, прерывистость, непостоянство. Приливная энергия недоступна во время прилива. Даже там, где постоянно дуют ветры, их скорость может увеличиться, уменьшиться и даже на несколько часов упасть до нуля. Сила волн связана со скоростью ветра на больших площадях поверхности моря. Высота приливов зависит от взаимного расположения Луны, Земли и Солнца…
Сглаживать эту изменчивость втрое трудней, если речь идет об использовании генерируемой энергии в энергосети. Надежного способа хранения больших количеств энергии пока нет, и, чтобы энергосеть была надежной, «провалы» в подаче энергии приходится компенсировать использованием традиционных источников. В случае Шетландских островов этим традиционным источником была нефть.
Ситуация, согласитесь, странная: обладая гигантскими ресурсами возобновляемой энергии, острова не были подключены к национальной энергосистеме. Без такого подключения развитие ВИЭ Шетландских островов ограничивала способность главной электростанции, расположенной в г. Леруик на острове Мейнланд, реагировать на внезапные изменения в генерации ВИЭ.
Правда, близ Леруика есть очень успешная частная ветростанция установленной мощностью 3,68 МВт, а в других местах и на других островах имеется еще несколько ветротурбин. Но увеличение генерации неизбежно упирается в способность сглаживать ее прерывистость. Для этого можно проложить кабель, связав энергосеть островов с национальной сетью.
А можно разработать эффективный накопитель энергии.
Именно поэтому для Шетландских островов так значима недавняя разработка компании Nova Innovation.
В 2018 году Nova Innovation установила в Калливо блок из литий-ионных аккумуляторов Tesla и связанную с ними инфраструктуру, что позволяет хранить энергию. С тех пор Шетландский приливный массив стал обеспечивать сеть Шетландских островов энергией базовой нагрузки, сгенерированной приливами. Это успех и для Шотландии в целом, хоть резкие ветры и высокие приливы давно вывели ее в мировые лидеры возобновляемой энергетики. Страна гордится своей необычной природой, хочет сохранить ее и потому активно поддержала переход на возобновляемую энергетику.
Сегодня в системе Шетландского приливного массива уже четыре турбины мощностью по 100 кВт каждая. Выработанная ими энергия направляется на береговые аккумуляторы Tesla. Приливы и отливы в этом районе повторяются каждые шесть часов с небольшими промежутками, когда прилив меняет направление. Хранение во время пиковой генерации и экспорт в периоды неактивности обеспечивают постоянную доставку базовой нагрузки в локальную сеть.
В марте 2021 года Nova Innovation объявила об установке в Калливо общественной точки зарядки электромобилей. Она работает, разумеется, от приливной энергии и управляется национальной сетью зарядки электромобилей ChargePlace Scotland. Каждая турбина мощностью 100 кВт вырабатывает энергию, которой хватает для зарядки двух аккумуляторов Tesla емкостью 50 кВт·ч, всего за час. Установку зарядного устройства профинансировало правительство Шотландии в рамках программы перехода на чистую энергию. Шетландские острова и материк связаны паромом, поэтому поездки можно совершать, не расставаясь с собственным автомобилем/электромобилем.
Кстати, продажа новых автомобилей, работающих только на ископаемом топливе, закончится в Шотландии к 2032 году.
Однако океанологи пока не оценили воздействие приливных турбин на дикую природу и считают, что радоваться рано. Для наблюдения за рыбами, птицами и тюленями на поверхности и на глубине установили видеокамеры. Морские животные не бьются о лопасти, но во время прилива покидают зону турбин, а рыба уходит на глубину. Вероятно, это связано с шумом: турбины Nova Innovation сильно шумят (160 дБ) по сравнению с генераторами, работающими на энергии волн.
Кроме того, приливные турбины дороги, и потребуется много времени, чтобы инвестиции окупились. Тем не менее еще в 2019 году объявили, что проект приливной энергетики EnFAIT снизил стоимость приливной энергии на 15%. Тогда же Nova Innovation получила финансирование в размере € 5 млн проекта ELEMENT по повышению производительности приливных турбин с помощью искусственного интеллекта. В рамках ELEMENT будет создана адаптивная система управления, которая улучшит характеристики турбин, снизит стоимость энергии за весь срок их службы на 17% и упростит коммерциализацию сектора приливной энергетики.
Новую технологию управления продемонстрируют на турбине Nova M100 в Шетландском приливном массиве.
Именно поэтому для Шетландских островов так значима недавняя разработка компании Nova Innovation.
В 2018 году Nova Innovation установила в Калливо блок из литий-ионных аккумуляторов Tesla и связанную с ними инфраструктуру, что позволяет хранить энергию. С тех пор Шетландский приливный массив стал обеспечивать сеть Шетландских островов энергией базовой нагрузки, сгенерированной приливами. Это успех и для Шотландии в целом, хоть резкие ветры и высокие приливы давно вывели ее в мировые лидеры возобновляемой энергетики. Страна гордится своей необычной природой, хочет сохранить ее и потому активно поддержала переход на возобновляемую энергетику.
Сегодня в системе Шетландского приливного массива уже четыре турбины мощностью по 100 кВт каждая. Выработанная ими энергия направляется на береговые аккумуляторы Tesla. Приливы и отливы в этом районе повторяются каждые шесть часов с небольшими промежутками, когда прилив меняет направление. Хранение во время пиковой генерации и экспорт в периоды неактивности обеспечивают постоянную доставку базовой нагрузки в локальную сеть.
В марте 2021 года Nova Innovation объявила об установке в Калливо общественной точки зарядки электромобилей. Она работает, разумеется, от приливной энергии и управляется национальной сетью зарядки электромобилей ChargePlace Scotland. Каждая турбина мощностью 100 кВт вырабатывает энергию, которой хватает для зарядки двух аккумуляторов Tesla емкостью 50 кВт·ч, всего за час. Установку зарядного устройства профинансировало правительство Шотландии в рамках программы перехода на чистую энергию. Шетландские острова и материк связаны паромом, поэтому поездки можно совершать, не расставаясь с собственным автомобилем/электромобилем.
Кстати, продажа новых автомобилей, работающих только на ископаемом топливе, закончится в Шотландии к 2032 году.
Однако океанологи пока не оценили воздействие приливных турбин на дикую природу и считают, что радоваться рано. Для наблюдения за рыбами, птицами и тюленями на поверхности и на глубине установили видеокамеры. Морские животные не бьются о лопасти, но во время прилива покидают зону турбин, а рыба уходит на глубину. Вероятно, это связано с шумом: турбины Nova Innovation сильно шумят (160 дБ) по сравнению с генераторами, работающими на энергии волн.
Кроме того, приливные турбины дороги, и потребуется много времени, чтобы инвестиции окупились. Тем не менее еще в 2019 году объявили, что проект приливной энергетики EnFAIT снизил стоимость приливной энергии на 15%. Тогда же Nova Innovation получила финансирование в размере € 5 млн проекта ELEMENT по повышению производительности приливных турбин с помощью искусственного интеллекта. В рамках ELEMENT будет создана адаптивная система управления, которая улучшит характеристики турбин, снизит стоимость энергии за весь срок их службы на 17% и упростит коммерциализацию сектора приливной энергетики.
Новую технологию управления продемонстрируют на турбине Nova M100 в Шетландском приливном массиве.
ДРУГИЕ МАТЕРИАЛЫ #3_2021