Дэвид Росс - Энергия волн

Волновая мощность Мирового океана оценивается в 2,7 млрд кВт, что составляет около 30% потребляемой в мире энергии. Целесообразность установки волновых электростанцией определяется региональными особенностями и прежде всего плотностью приходящей энергии — ее величиной на единицу длины волнового фронта. Некоторые промышленно развитые западные страны имеют шельфовую зону с высокой концентрацией волновой энергии; на участках прибрежной зоны США и Японии, где планируется размещение станций, она составляет около 40 кВт на метр волнового фронта. Еще более благоприятны в этом смысле условия на западном побережье Англии; в районе Гебридских островов, например, удельная мощность фронта достигает 80 кВт/м.

Волновые электростанции сравнительно недешевы. Это понятно, если представить их жизнедеятельность в условиях, когда эффективность возрастает с ростом агрессивности среды. Удельная стоимость их составляет 4000 — 5000 фунтов стерлингов на 1 кВт вырабатываемой энергии, в то время как стоимость тепловых и атомных электростанций — 500 — 1000 фунтов стерлингов на 1 кВт.

Функциональный принцип работы волновой электростанции состоит в преобразовании потенциальной энергии волн в кинетическую энергию пульсаций и оформлении пульсаций в однонаправленное усилие, вращающее вал электрогенератора. Каждая из стран выдвинула собственные варианты реализации этого принципа. Так, преобразователи энергии морских волн, разработанные в Японии, основаны на вытеснении воздуха из ограниченного объема при колебании поверхности воды с подачей воздуха на воздушную турбину. В настоящее время в Японском море испытывается плавучая электростанция «Каймей», выполненная по проекту с участием США, Канады и Англии, мощностью 330 кВт и стоимостью 140 млн. йен. Целью исследований является снятие характеристик воздушных турбогенераторов с помощью телеметрической аппаратуры, определение демпфирующего эффекта при отборе энергии волны, опробование системы крепления станции морскими якорями и испытание систем передачи электроэнергии на берег. Промышленный образец будет иметь 9 воздушных турбин общей мощностью 2 МВт. Помимо этого, с 1978 г. в морских условиях работают около 300 преобразователей небольшой мощности, обеспечивающих задачи навигации.

Преобразователь мощностью 2 МВт, разработанный в США, представляет собой конструкцию в форме полусферы, диаметром 75 м и высотой 18 м, укрепленную на коралловом атолле ниже уровня океана; на поверхности остаются лишь направляющие лопатки низконапорной турбины, соединенной с генератором. Такая станция обеспечит электроэнергией прибрежный поселок из 800 домов и будет служить берегозащитным сооружением.

Примером обеспечения энергией большого острова, не имеющего никаких обычных энергоисточников, является программа, разработанная для острова Маврикий в Индийском океане. В лагуне, отделенной от океана дамбой, располагаются две электростанции мощностью 18 МВт. Низконапорный гидравлический таран использует энергию волн для закачивания воды в общий водосборник на берегу, откуда вода поступает к низконапорным гидротурбинам. Оптимизированный вариант такого преобразователя бассейного типа, разработанный в Норвегии, имеет систему фокусировки волн, вынесенную в море и завершающуюся воронкообразным каналом, что позволяет заполнить резервуар, поднятый на высоту 100 м над поверхностью моря; из резервуара вода поступает на лопатки турбины.

А какова ситуация с развитием волновой энергетики в Англии — стране, история и традиции которой столь тесно связаны с морем, стране, обладающей всем необходимым для принятия очередного вызова окружающей ее стихии? Об этом читатель может узнать из предлагаемой книги. В ней рассматриваются технические особенности и ход реализации английских проектов преобразователей волновой энергии, но эти и связанные вопросы подчинены общему полемическому строю книги, направленному на ориентацию общественного мнения в поддержку нового направления как противовеса энергетике, использующей уголь, нефть и уран. Возможно, что изложение не везде покажется читателю одинаково интересным, еще более вероятно, что найдутся читатели, которым позиция автора покажется несколько категорической. Однако трудно не увлечься энтузиазмом и пылкостью, с которой отстаивается эта позиция, и верой автора в будущность волновой энергетики. Со страниц книги звучит горячий призыв к активному внедрению альтернативных энергоисточников и доносится гул сражения за новый облик завтрашней энергетики.

Эта книга является результатом обучения, длившегося тридцать месяцев, в течение которых ведущие эксперты с великим терпением вводили меня в совершенно новую область техники. Книга написана прежде всего для читателя, не связанного с техникой и нуждающегося в понимании смысла энергетической революции. То есть для всех, кого интересует облик будущего. Читателю, которому техническая сторона дела покажется трудной, я рекомендую бегло просмотреть главы 2 и 4 и потом вернуться к ним: усвоить их легче после ознакомления с историей открытия энергетических возможностей волн.

Это первая книга об использовании волновой энергии, и, полагаю, впервые, с тех пор как программа научных и инженерных исследований была принята, она представляется во всех деталях для широкой публики. Увлекательная и временами веселая история, в главе 5, о том, что происходило за сценой в министерстве энергетики, представляет гражданское управление с наилучшей стороны и может, я надеюсь, ободрить тех членов руководства, которые считают, что люди, занимающиеся информацией, более полезны, если они освещают технические возможности Уайтхолла, а не одержимо гоняются за секретами. Я особенно обязан д-ру Фредди Кларку, Гордону Гудвину, Роджеру Поупу и Дереку Тодду. Я получил всестороннюю помощь секретаря Руководящего комитета по волновой энергетике Клива Гроув-Палмера, который оказал на меня и на всю программу стимулирующее воздействие. Я благодарен также Лоуренсу Дрэйперу из Института океанографии за технический инструктаж, Яну Гленденнингу из Центрального электроэнергетического управления, Уолтону Ботту из агентства Кроуна, Стефану Солтеру и его сотрудникам из Эдинбургского университета, Гидрологической исследовательской станции, сэру Кристоферу Коккерелю и его коллегам, талантливой группе Национальной инженерной лаборатории. Некоторые из упомянутых в книге специалистов ознакомились с рукописью и сделали полезные замечания.

Я бесконечно благодарен также Тамаре, моей жене, которая в течение двух с половиной лет жила под рев волн, заполняющий не только нашу гостиную, но и спальную комнату, ставшую комнатой волновой энергетики, а также телевизионную комнату, ставшую спальней, и которая выдерживала это стоически, хотя сама она из Швейцарии — одной из немногих стран, ничего не выигрывающих от обсуждаемых в книге идей.