Несмотря на колоссальный технологический прогресс, мировой океан сегодня по-прежнему остается наименее разведанной и наиболее загадочной частью нашей планеты. Помимо большого количества тайн и секретов у океана есть колоссальный энергетический потенциал, который также пока является неосвоенным. Считается, что с помощью энергии океана можно будет вырабатывать от 20 000 до 80 000 ТВт·ч электроэнергии в год, что составляет от 100% до 400% текущего мирового спроса на электроэнергию. То есть, если представить, что потенциал мирового океана будет реализован на 100%, другие источники энергии просто не потребуются.
Приливы, волны и подводные течения – все это возобновляемые источники энергии, которые могут использоваться для производства электричества. На сегодняшний день ведется активная работа над проектами, которые бы позволили превращать энергию океана в электричество. Исследователи в этой области делят энергию океана на четыре категории: энергия волн, энергия приливов, термальная энергия и энергия градиента солёности. Если в рамках первых двух категорий уже ведется активное внедрение необходимых технологий и реализуются пилотные проекты, то инициативы в сфере термальной энергии и энергии градиента солёности пока существуют только на бумаге.
Немного статистики
К концу 2020 года установленный глобальный энергетический потенциал океана, включая энергию приливов и волн, а также преобразование тепловой энергии океана и градиент солености, составил более 515 мегаватт (МВт). Эксплуатировалось более 98% этой мощности, при этом 501,5 МВт пришлось на крупные проекты приливных электростанций. Это весьма скромные цифры. Для сравнения, на Саяно-Шушенской ГЭС, до аварии было установлено 10 генераторов по 600 МВт, то есть нынешняя эксплуатируемая мощность океана меньше чем один генератор на самой мощной и масштабной гидроэлектростанции в России.
Сегодня проекты в области энергии океана реализуются в 31 стране мира. Лидерами по разработке и внедрению соответствующих технологий являются Финляндия, Франция, Ирландия, Италия, Португалия, Испания, Швеция и Великобритания, а также США, Канада и Австралия.
По прогнозам аналитиков, к 2030 году совокупная установленная мощность энергии океана может составить более 70 ГВт, а к 2050 году – более 350 гигаватт (ГВт). Если перевести эту цифру в уже привычные нам мегаватты, то получится 350 000 МВт (рост 67861%). Это значит, что в ближайшей перспективе данную отрасль ожидает колоссальный рост и развитие.
Пока в рамках освоения энергетического потенциала океана наиболее развитым направлением является приливная энергетика, которая представлена электростанциями, построенными на базе плотин. Для создания приливных электростанций (ПЭС) залив или устье реки перекрывают плотиной, в которую устанавливают гидроагрегаты. Гидроагрегаты вырабатывают электроэнергию благодаря колебаниям уровня воды у берега, вызванным кинетической энергией вращения Земли, то есть благодаря приливам. ПЭС строят у берегов морей и океанов – в местах, где наблюдаются наиболее сильные приливы. На сегодняшний день данный сегмент сильнее всего развит во Франции, Республике Корее, Канаде и США.
Разработка систем преобразования волновой энергии в электричество ведется менее активно. На момент лета 2021 года в мире была зафиксирована реализация только девяти небольших проектов, совокупная мощность которых составляла всего 2,3 МВт. Самый крупный из них осуществлялся на Гавайских островах – мощность более 1 МВт. В основе работы Волновых электростанций (ВЭС) также как и в случае с ПЭС находится гидроагрегат, но здесь не нужна плотина – установка крепится в местах, где наблюдаются сильные волны.
Основные преимущества и недостатки ВЭС и ПЭС
Самый большой плюс океанической энергии – он и обуславливает интерес к этой сфере – это ее возобновляемость. Также как солнце и ветер, океан регулярно производит большое количество энергии. Однако по сравнению с солнечной и ветряной энергией, энергию волн и приливов проще предсказать и следовательно спрогнозировать количество выработки электроэнергии в будущем.
Есть еще одно важное преимущество – компактность. Опять же по сравнению с ветровыми и солнечными электростанциями, ВЭС и ПЭС не занимают много места. Это связано с мощностью: у воды энергии намного больше, чем у ветра, так как плотность воздуха меньше, чем плотность воды, следовательно мощность воды будет больше мощности ветра. Та же самая проблема связана с солнечной энергетикой, плотность которой меньше океанической. Для сравнения, одна солнечная панель площадью один квадратный метр в средней полосе России за день способна выработать примерно 200 - 300 Вт, а высота волны около метра даст 1 кВт энергии на метр фронта волны (2 метра – уже 4–5 кВт и так далее), то есть для производства такого же количества энергии с помощью солнечной энергии понадобится уже 5 таких панелей.
Также важным преимуществом является рентабельность – производство электроэнергии из волн и приливов имеет низкую себестоимость. Более того, опять же благодаря удельной мощности воды, использование энергии океана более выгодно.
Океан безусловно относится к экологически чистым источникам энергии. При производстве электроэнергии таким способом не выделяются углекислый газ, сера и другие вредные отходы. Использование такой энергии не загрязняет океан, и тем более почву. Также необходимо отметить, что вращение турбин на ВЭС и ПЭС, хоть и способствует выделению небольшого количества тепла, но не оказывает существенного влияния на микроклимат. Это значит, что приливная и волновая энергетика не представляют угрозы в контексте проблемы изменения климата.
Переходя к недостаткам представленного вида энергии стоит отметить, что у ПЭС и ВЭС они не всегда совпадают. Есть фактор, который уже сегодня определяет, на какие именно технологии будет делать ставку мировое энергетическое сообщество. Все дело в плотине (используется на ПЭС), которая, по оценке некоторых специалистов, может оказывать негативное влияние на окружающую среду. Приливная плотина является искусственным резервуаром и сооружается вне естественных границ заливов и лиманов. Это может изменить характеристики береговой линии и сложившегося микроклимата. Более того, ПЭС представляют угрозу для морских обитателей, которые могут погибнуть от лопастей турбин. Эта опасность существует и на волновых электростанциях, однако, по мнению ряда специалистов, именно приливные плотины из-за большого размера являются реальной угрозой для океанической фауны.
В целом, можно отметить, что по сравнению с ВЭС, ПЭС имеет больше недостатков. Строительство приливных электростанций - это очень дорогостоящий проект, который требует значительных инвестиций. Высокая стоимость строительства обусловлена, в том числе, географией приливов и отливов, места с наибольшими приливно-отливными течениями находятся в труднодоступных районах, где берега и дно сильно изрезаны.
Еще одним минусом ПЭС является цикличность работы. Электроэнергия на таких электростанциях вырабатывается только в периоды возникновения приливов, которые длятся по 4-5 часов в совокупности (в день может быть примерно 4 цикла по 1 - 1,5 часов). Как правило, данные циклы не совпадают с привычным для человека периодом максимального потребления энергии. Следовательно, одни только ПЭС не смогут удовлетворить местные потребности в энергии, поэтому целесообразно включать их в более широкую внешнюю электросеть. Либо, как вариант, ПЭС могут использоваться в других целях - таких как зарядка аккумуляторов, получение водорода и так далее.
При использовании волновой энергии таких проблем не возникает, у них вообще недостатков гораздо меньше. Однако помимо уже обозначенной угрозы для морских обитателей, некоторые типы волновых генераторов опасны для судоходства, поэтому их обязательно нужно будет обозначать на картах. Этот же фактор может негативно сказаться на рыбной промышленности, так как некоторые районы станут недоступными для рыболовецких судов.
