Ученые из Бирмингема разработали систему, которая может обеспечить производство «зеленого» водорода в открытом море без единого метра кабеля, связывающего её с берегом.
Гармония двух стихий
Главная проблема энергии моря это её непостоянство, скачкообразность. Волны непредсказуемы и могут обрушивать на механизмы генерации энергии колоссальные, но кратковременные нагрузки, или вообще не давать почти никакой нагрузки. Приливы, наоборот, цикличны и предсказуемы, но их сила меняется в течение суток. Исследователи из Университета Бирмингема нашли интересное решение: они объединили оба источника в одной установке.
Разработанный ими гибридный преобразователь улавливает и вертикальные колебания от волн, и горизонтальное движение приливных течений. Вся эта механическая энергия сводится воедино и вращает один общий генератор. Это похоже на симфонический оркестр, где волны и приливы, хоть и играют разные партии, вместе создают единую, более стабильную «мелодию» электрического тока. Такой подход позволяет сгладить провалы в выработке: когда волны стихают, подхватывает прилив, и наоборот.
Сердце системы: от скачков напряжения к стабильному току
Для объединения получаемой энергии разработчики предложили использовать суперконденсаторы и аккумуляторы. Они работают как буфер, мгновенно сглаживая резкие скачки мощности, чтобы защитить оборудование. Чтобы оценить жизнеспособность системы, ученые смоделировали её работу на основе реальных данных по волнам и приливам в британских водах за 2024 год.
Результаты оказались более чем позитивными. Платформа, оснащенная шестью такими гибридными установками со средней суммарной мощностью 64,8 кВт, в пике способна выдать до 108 кВт. Этого достаточно для энергоснабжения автономной морской станции. Разработчики выявили также сезонность этой системы: зимой и весной, когда штормов больше, установка выдавала более 20 кВт, а летом — около 7–11 кВт. Аккумуляторы как раз и нужны, чтобы компенсировать эту разницу и обеспечить оборудование стабильным напряжением 24/7.
Генератор «зеленой» энергии в открытом море
Стабильное электричество поступает на электролизеры с протонообменной мембраной. Это устройства, которые расщепляют морскую воду на водород и кислород. В расчетной модели суммарная мощность электролизеров составила 78 кВт, и они работают с высокой загрузкой — около 72%.
В устойчивом режиме такая морская фабрика производит от 1,2 до 1,4 килограмма водорода в час. Цифры могут показаться скромными, но за год набегает внушительный объем — около 12,4 тонны. Этого топлива хватило бы, чтобы несколько десятков водородных автомобилей ездили целый год без заправки. Энергозатраты на получение одного килограмма Н2 составили от 46,8 до 55,7 кВт·ч. Важно, что это сопоставимо с показателями наземных «зеленых» водородных станций. Общая эффективность всей цепочки (от движения волны до баллона с газом) оценивается примерно в 20%, что для автономной морской системы является отличным результатом.
Система хранения
Добыть водород в море — полдела. Его нужно где-то хранить, прежде чем доставить на берег. Держать большие объемы газа под высоким давлением в баллонах на самой платформе — дорого и опасно, это занимает слишком много места.
Вместо того чтобы строить хранилища на платформе, почему бы не использовать то, что уже есть под водой? Речь идет о выработанных газовых месторождениях. Закачивать водород обратно в пустые геологические ловушки, откуда раньше добывали углеводороды. По расчетам ученых, это позволит сократить объем оборудования для хранения в 18 раз и снизить стоимость до смешных цифр — менее 1,5 доллара за килограмм. Для примера: запас всего в 170 кг водорода сможет обеспечивать автономную платформу мощностью 40 кВт в течение трех полных суток, даже если море будет абсолютно спокойным.
Таким образом, ученые из Бирмингема предлагают продуманную, экономически обоснованную, концепцию. Главная мысль их работы: будущее «зеленого» водорода — за автономными морскими комплексами, которые не конкурируют с сушей за место и ресурсы, а используют неисчерпаемую энергию океана и готовые подземные хранилища, создавая идеальную, замкнутую и экологичную систему производства топлива.
На наш взгляд, такая система вполне жизнеспособна, при условии экономически обоснованного подхода. Пока вся «зеленая» энергетика представляется очень затратным способом получения и хранения энергии, данный способ возможно станет экономически оправданным для удаленных от дешевых источников энергии районов.
Ключевые слова: зеленый водород, энергия волн, приливная энергия, электролиз, подводное хранение
Источник информации: Global Energy Prize
Понравилась статья? Тогда ставьте лайк 👍 и подписывайтесь на наш канал. Это поможет нам понять, что вам действительно интересно, – чтобы рассказать об этом более подробно. Посещайте наш сайт (www.pagz.info) и наш телеграм-канал (ПАГЗ ИНФО), чтобы ознакомиться с более подробной информацией по этой теме.