Волновые генераторы обещают самую дешевую и чистую в мире энергию. Но можно ли этому верить?

При создании солнечных и ветряных электростанций возникает значительное количество отходов, в том числе и токсичных. Гидроэлектростанции разрушают русла рек и затапливают окружающие территории, нанося вред природе. Атомная энергетика — производит радиоактивные отходы. Сжигание нефти и газа — понятно, загрязняет атмосферу. Казалось бы, что ни делай, а если мы будем развивать человечество, Земля будет засоряться всё больше и больше. Пока единственным выходом не станет сесть на ракету Илона Маска и улететь подальше в космос, где ещё будет чисто.

Это огромная дилемма: что нам делать в ближайшие нескольких столетий? Пока что, как ни посмотри, перспективы выглядят довольно печальными. Если в крупных городах Китая баллоны с чистым воздухом, которым можно дышать, — уже один из ходовых товаров, то что будет дальше?

Единственный выход, который напрашивается — разработать какую-то новую технологию. Источник энергии, который не производил бы столько отходов, не загрязнял землю и не мешал людям. Если бы кто-то смог предложить такое решение, на него бы набросились, как на Илона Маска, и дали ему все инвестиции, которые тот захотел.

И, кажется, есть один вариант, у которого почти нет недостатков. Безлимитное пространство для эксплуатации, самое большое на Земле. И минимум вреда для окружающей среды, даже если развернуть эту технологию в гигантских масштабах. 

В поисках способа укротить океан

Британская компания Sea Wave Energy, Ltd (SWEL) уже более десяти лет работает над плавающим устройством, собирающим энергию волн. Оно называется Waveline Magnet. Несколько прототипов, протестированных на суше и за ее пределами, по словам компании, обеспечивают «сверхнизкую стоимость» при высокой производительности.

Здесь не нужно никаких специальных реагентов, как в солнечных батареях, и не нужно никак менять существующую экосистему. Устройство просто скользит по поверхности волн, собирая энергию их движения, и никак не влияет на то, что происходит вокруг.

Войдите в прибой при условиях высоких волн, посмотрите, какой хаос происходит во время шторма, оцените разницу между приливом и отливом, и станет очевидным, что в океане есть огромное количество энергии, которая только и ждет, чтобы её как-то использовали. Это тебе не ресурсы каких-то рек, тут масштабы в миллиард раз серьезнее. И здесь не только энергия океана, но ещё и энергия движения Луны. Если как-то научиться её собирать — этого должно с запасом хватить для всего человечества.

Волны — куда более весомый проводник энергии, чем ветер, удельная мощность на квадратный сантиметр здесь выше в сотни раз. Поэтому люди отчаянно пытаются найти способ как-то их укротить. В последние годы появилось много идей и проектов, связанных с энергией волн или приливов. Существует множество прототипов и небольших коммерческих установок, строящихся или уже работающих.

Одной из первых была волновая электростанция Aguçadoura Wave Farm, работавшая в 2008 году на побережье Португалии, обеспечивая энергией 1600 домов. Но даже их пластиковые машины — по сути, большие понтоны из нескольких секций с аккумуляторами внутри — оказались слишком сложными для компании, которая с ними работала, и проект пришлось остановить, когда им потребовалась замена подшипников.

Было даже несколько российских проектов: Ocean RusEnergy из Екатеринбурга с их «поплавком», получивший бизнес-премию «Стартап года» в 2014-м, и мобильная волновая электростанция от Уральского федерального университета, проходившая испытания в том же году на одном из островов в Приморье. Особого успеха, судя по всему, эти проекты не добились, и их финансирование было прекращено.

В Тасмании тем временем уже три года успешно работает волновой генератор размером с небольшой катер — WaveSwell Uniwave. Тоже тестовый образец, от австралийского университета, тестирующего свои концепты. Правда, технология тут совсем другая: волна снизу заходит в специальную бетонную камеру, сжимая там воздух и выпуская его через выпускной клапан. Затем, когда волна проходит, создается мощный вакуум, который всасывает воздух обратно через турбину, за счет чего и вырабатывает электричество. Выходит, по сути, ветрогенератор, но куда более мощный за счет помощи волн.

Сейчас устройство вырабатывает 200 кВт⋅ч, на уровне среднего ветряка, но масштабировать этот концепт не очень удобно: постройка таких мини-кораблей требует значительных ресурсов. Для поддержания их работы также требуется команда из двух-трех человек, которые будут доставлять судно на место и следить за его работой. Заставить такими генераторами значительную часть океана не выйдет.

В то же время SWEL заявляет, что их устройство, скользящее по волнам, должно масштабироваться без проблем и в итоге обеспечивать мощность в 100 мегаватт с каждой композитной электростанции. В теории этого достаточно, чтобы «прокормить» энергией небольшой городок на 100-150 тысяч человек. 

Технология SWEL

SWEL мало кому известна, но эта компания, работающая в Великобритании и на Кипре, уже давно занимается разработкой, прототипированием и тестированием своих устройств для сбора энергии волн. Их Waveline Magnet, по сути, представляет собой длинную цепь связанных друг с другом пластиковых поплавков. Которые, двигаясь вверх-вниз по волнам, перемещают встроенные у них внутри рычаги. Энергия собирается внутри генератора, расположенного в каждом из блоков этих поплавков.

Когда волна впервые достигает устройства, система получает данные о её размере и скорости. Это позволяет точно настроить все подвижные части на извлечение максимальной мощности во время того, как волна проносится под поплавками. SWEL заявляет, что их конструкция может работать «при любой высоте волны» и что «суровые условия не снижают производительность устройства, а, наоборот, улучшают выработку энергии без ухудшения живучести машины».

При этом конструкция очень простая, гораздо проще австралийского генератора-катера, и она может быть полностью создана из переработанных материалов. Воздействие на дно и морских обитателей тоже должно быть минимальным: всё живое попросту проходит под устройством, как максимум — обращая внимание на какую-то тень, которая прошла сверху.

Постоянно вырабатываемая энергия может отправляться ​​обратно на берег по кабелю или использоваться потребителями непосредственно в море. Еще один из вариантов — применять её для создания и хранения водорода, а уже его потом раз в полгода отправлять на берег.

За последние 10 лет компания построила несколько поколений прототипов. Их протестировали в волновых резервуарах в Университете Плимута, Университете Кипра, Национальном испытательном центре LIR и Университетском колледже Корка. Сейчас несколько уже развернуты в открытом океане.

SWEL утверждает, что «один-единственный Waveline Magnet будет иметь номинальную мощность более 100 МВт в благоприятных условиях», а изобретатель и генеральный директор компании Адам Закеос говорит в их пресс-релизе: «... мы можем показать, как устройство коммерческого размера, используя нашу технологию, позволит достичь нормированной стоимости энергии (LCoE) меньше $0.01/кВт⋅ч. Это сокрушит сегодняшнее эталонное значение для отрасли волновой энергетики, равное $0,85/кВт⋅ч».

LCoE — параметр, учитывающий весь жизненный цикл источника энергии, в том числе все текущие и капитальные эксплуатационные расходы. То есть SWEL, скорее всего, рассчитывает на то, что их устройства будут очень долго жить — возможно, десятилетиями без значительного ремонта. LCoE в один цент за кВт⋅ч (или $10/МВт⋅ч) — это что-то абсолютно революционное. Выходит, что энергия, производимая устройствами, стоит в два раза дешевле солнечной и ветровой. По данным крупнейшего в мире инвестиционного банка Lazard, это даже выгоднее, чем газ и уголь, атомная и геотермальная энергия. Если, конечно, этому LCoE можно верить…

И именно из-за таких цифр всё это дело начинает выглядеть немного подозрительно. Несмотря на многолетние испытания в волновых резервуарах, SWEL говорит, что все еще собирает результаты тестов, совершенствует систему, и поэтому не может раскрывать информацию. Отдельно ссылаются на излишнее внимание со стороны конкурентов. Поэтому, мол, конкретная информация о финансах (сколько всё это стоит), технико-экономических особенностях, цифрах производительности и прогнозах масштабирования — не опубликована.

Стоит ли этому верить 

Данных, чтобы сделать тот или иной вывод, конечно, немного. Но один из результатов тестов в 2020 году компания всё-таки опубликовала. В волновом резервуаре одного из университетов их прототип длиной 32 метра и весом 1,8 тонны смог достигнуть пиковой выходной мощности 1,4 кВт.

Причем это на пике! Что вызывает вопрос: насколько тогда длинной и тяжелой должна быть обещанная конструкция, чтобы выдавать 100 МВт⋅ч? Легкий подсчет показывает, что она должна весить 128 тысяч тонн и занимать площадь больше двух квадратных километров.

Далеко не каждый небольшой городок сможет позволить себе такую махину. Что делать с её транспортировкой? Как вывести её в море? Что будут делать дельфины и прочая живность, если у них над головой появится такое огромное сооружение, площадью в несколько раз больше самых крупных нефтяных платформ?

Наконец, что будет, если в эту конструкцию толщиной несколько сантиметров врежется какой-то катер или проплывающее дерево. Или кит, решивший набрать воздуха в легкие. Не наступит ли устройству конец через пару недель эксплуатации в открытом океане, как было с португальской Aguçadoura Wave Farm?

С такими характеристиками — вопрос риторический. Конечно, остается шанс, что за 2 года показатели устройства многократно улучшились, но тогда вопрос — почему бы нам о них не рассказать?

Компания тоже обещала мощность электростанции до 100 МВт⋅ч, но её предполагаемая LCoE, по словам независимых экспертов, составляла куда более адекватные $0,17 за кВт⋅ч (в 17 раз дороже, чем у устройства от SWEL). Машина вроде как успешно прошла испытания в водах у Шотландии. А потом — исчезла. За восемь лет, прошедших с тех пор, проект WaveNet Albatern в сети больше не упоминался. Сейчас на веб-сайте компании нет ничего, кроме грустной стандартной заглушки Ubuntu.

Пока что история SWEL выглядит довольно похожей, хотя, конечно, и длится чуть дольше. Компания надеется начать коммерческую продажу своих устройств в ближайшие несколько лет, а для этого ей нужно будет предоставить подробные отчеты с точными характеристиками, так что, может, мы что-то и увидим…

Обычно инвесторы прямо выстраиваются в очередь, чтобы вложить деньги в «зеленую» энергетику. Поэтому в этой сфере полно недобросовестных операторов, выдающих желаемое за действительное и пытающихся играть на завышенных ожиданиях. Если бы тесты SWEL правда дали такие результаты по LCoE, о которых заявляет глава компании, можно было бы ждать куда больше шума, прогресса, инвестиций уровня Гейтса и более широкого штата компании, чем 4 человека в Linkedin.

Но если компания всё-таки сможет выполнить свои обещания — это действительно может стать революцией в области экологически чистой энергии, в которой сейчас так отчаянно нуждается планета. Даже если эта революция придет в виде очередного куска пластика, плавающего в океане.

Источник