Приливную ГЭС нового типа планируют запустить в Бристольском заливе

Источник: http://www.keplerenergy.co.uk/technology.html

Британская компания Kepler Energy заявила о планах по установке в море уникальных новейших приливных турбин, способных работать с более спокойными и тихими потоками воды. В их разработке участвовали учёные отделения инженерных разработок Оксфордского университета.

Массив таких турбин длиной в 1 км планируется установить в Бристольском заливе, отделяющем Южный Уэльс от западной части Англии. Его стоимость составит 223 млн. долларов. При этом учёные полагают, что стоимость электроэнергии от этих установок будет ниже стоимости оффшорных ветроэлектростанций.

Массив будет состоять из цепочки связанных турбин, каждая из которых начнёт давать электричество сразу по завершению монтажа, не дожидаясь сдачи всего массива. Суммарная мощность в итоге составит 30 мВт.

Описание технологии

Существует три технологии извлечения энергии из приливных потоков: «обычные» горизонтально-осевые турбины; Dynamic Tidal Power (DTP), которые были разработаны институтом гидрологии (Hydrology Institutes) Китая совместно с датским консорциумом; приливные изгороди, среди которых самыми перспективными являются турбины, запатентованные Кеплер.

Обычная приливная турбина с горизонтальной осью напоминает ветровую турбину, которую просто погрузили в воду. Из-за физических ограничений традиционной конструкции, подавляющее большинство таких устройств были развернуты на глубине более 30 м и там, где высокая скорость (> 2,5 м/с) приливных потоков. Высокий выход энергии достигается за счет использования длинных лопастей, но ограничивается явлениями кавитации. При таком подходе разработчики вынуждены искать сильные течения, что, в свою очередь, привело к созданию конструкций, которые оптимальны для высоких скоростей и больших глубин, но неэффективны при более низких скоростях, из-за кубического характера отношения мощности и скорости. Массивы турбин такой конструкции должны располагаться вдоль линии прилива.

Динамические приливные электростанции (Dynamic Tidal Power) предусматривают строительство очень длинных стен или плотин в океан примерно перпендикулярно к береговой линии. имеющих т-образное окончание. Концепция разработана в Нидерландах, а финансируется и развивается Китаем.

Для получения очень большой мощности необходимо строить плотины длиной  40-50 километров. Однако, как и в случае обычных плотин, для того, чтобы понять, будет ли достигнуты проектируемые мощности, такая структура должна быть вначале построена.

Приливные заборы предполагают размещение турбин линейным образом, соединяя их в виде цепочки и размещая так, чтобы получить максимальную отдачу при имеющемся приливном потоке. Эта концепция была впервые выдвинута в исследовании для правительства Великобритании, которое называлось Severn Embryonic Technology Scheme (SETS). Авторы представленного отчета продемонстрировали возможность получения больших значений мощности в случае размещения приливных заборов в Бристольском заливе, но отметили, что не имеется подходящих турбин. Нужно отметить, что коэффициент мощности турбин, образующих  приливной забор, пропорционален длине забора, причем мощность, отдаваемая каждой турбиной, возрастает с увеличением длины забора.

Приливная турбина фирмы Kepler представляет собой ферму предварительно напряженных подводных лопастей. Форма этой фермы запатентована и обеспечивает достаточную конструкционную прочность, чтобы обеспечить возможность получения очень больших размеров. Базовой единицей является совокупность двух турбин и центрального генератора, при этом требуется только четыре опорных подшипника и три поддерживающих основания.

Такие блоки могут образовывать забор нужного формата, обеспечивающий максимальный эффект перекрытия потока. Из представленного выше рисунка видно, что для получения энергии от вращения роторов в этом случае требуется меньшее число генераторов. Фактически генератор размещается в центральной колонне и его вращение обеспечивается одновременно обеими роторами, за счет чего снижается стоимость конструкции.

Преимущества новой технологии

Турбины фирмы Kepler имеют два преимущества по сравнению с горизонтально-осевыми. Во-первых, площадь охвата у них больше, чем у горизонтально-осевых турбин, у которых  диаметр ротора ограничен глубиной водного потока. Во-вторых, появляется возможность использовать феномен перекрытия потока, что повышает выходную мощность за счет потенциальной энергии. Этот феномен был детально исследован как в теории (смотрите, например, ‘Application of Linear Momentum Actuator Disc Theory to Open Channel Flow’, G.T. Houlsby, S. Draper and M.L.G. Oldfield) и на практике, в ходе тестовых испытаний двух первых прототипов, результаты которых были опубликованы в Трудах Королевского общества искусств (Proceedings of the Royal Society of Arts), а также в докторской диссертации. Список основных публикаций вы можете просмотреть здесь.

Модель ротора THAWT в масштабе 1:20, использовавшаяся в ходе тестовых экспериментов.

Следующий рисунок показывает, как можно установить турбины,используя простые, давно освоенные технологии.

Турбины фирмы Кеплер представляют собой революционную технологию в плане того, что они полностью меняют экономику приливной генерации и разблокируют полный потенциал энергии океана, который не может быть использован любым другим способом.

Проект приливной станции в Бристольском заливе

Бристольский залив обладает большой разностью уровней воды во время прилива и отлива и поэтому представляет большой интерес с точки зрения получения энергии из приливной волны. Проблема, однако, заключается в том, что предлагавшиеся до сих пор схемы требовали строительства плотин гигантской высоты. Kepler Energy представляет более экономную альтернативу. Как уже упоминалось выше, фирма предложила построить приливную электростанцию по своей технологии проектной мощностью 30 мегаватт, которая обойдется в 143 миллиона фунтов (223 миллиона долларов).  Она может быть введена в действие в 2021 году. Предполагается, что  подводная электростанция пересечет залив районе Майнхеда.

По некоторым оценкам энергия приливного потока в Бристольском заливе может обеспечить 5% энергетических потребностей Британии. Эта перспектива воодушевляла инженеров уже более столетия, и хотя на бумаге она выглядела привлекательной, но реальных планов ее освоения не получалось.

Фирма Kepler Energy в настоящее время ищет финансирование для своего проекта. Она представила свои планы в Департамент энергетики и изменения климата, правительству Уэльса и городскому совету Бристоля, и планирует начать программу консультаций с заинтересованными сторонами.

“Поскольку наша технология может работать при низких скоростях приливных потоков, есть большие возможности для ее использования как в Великобритании, так и за рубежом.» — говорит Петер Диксон (Peter Dixon), президент Kepler Energy. «Это означает, что мы можем достичь большей экономии, если наши проекты будут развернуты в больших масштабах. Мы можем развернуть станции в нескольких приливных лагунах, и пики мощности будут происходить в разное время и на разных этапах течения, так что совокупный объем энергии, поставляемой в сеть, будет легко управляемым. Усредненная стоимость производства энергии будет в пределах 100-130 фунтов (156 долларов) за мегаватт, так что со временем стоимость энергии будет даже ниже, чем на прибрежных ветровых станциях. К тому же инвестиционные риски в этом случае поддаются точному расчету, поскольку турбины добавляются постепенно и каждая начинает приносить доход сразу же после ее запуска.»

Следующее видео демонстрирует ход тестовых испытаний технологии, предлагаемой Kepler Energy: