АссистентНовый вопросИсторияОбласти знаний
Партнёрские проектыСпецпроектыСтать автором
Сменить язык
О РУВИКИ

Перспективы использования энергии вод Мирового океана

Перспекти́вы испо́льзования эне́ргии вод Мирово́го океа́на — комплекс мер и проектов, направленных на освоение возобновляемых энергетических ресурсов Мирового океана для обеспечения глобальных и региональных потребностей в электроэнергии[1].

Российские концептуальные проекты морских электростанций

В ФГУП «Крыловский государственный научный центр» в сотрудничестве с ООО «Гидроэнергоспецпроект» разработан ряд концептуальных проектов морских электростанций различных типов, поданы заявки на изобретения и получены патенты[2]. Ключевые направления включают:

1. Большие ветровые электростанции для внеледовых районов мощностью 15 МВт, отстоящие от берега примерно на 3 км на глубине около 50 м. Разработаны различные архитектурно-конструктивные типы, включая:

  • ветряные железобетонные стационарные (длина длинной стороны 200 м, высота борта 20 м, ширина 135 м, высота башни 70 м, вес корпуса 90 000 т);
  • ветряные стальные плавучие (длина 200 м, высота борта/колонны 6 м, ширина 10 м, высота башни 70 м, вес корпуса 1360 т);
  • ветряные стальные на сваях (длина 76 м, высота борта 4 м, ширина 20 м, высота башни 137 м, вес корпуса 10 200 т).

2. Модульные морские плавучие электростанции для ледовых районов, сочетающие проточный, волновой и ветроэнергетический блоки. Такие станции предназначены для энергоснабжения пограничных застав, гидрометеостанций, средств сети подводно-надводного мониторинга и наблюдения[3].

3. Концепции комплексного использования волнения, ветра и солнца для защиты берегов черноморских курортов Евпатории и Анапы, выполненные совместно с ООО «Гидроэнергоспецпроект»[2]. Разработана подробная матрица возможных вариантов морских электростанций, охватывающая широкий спектр характеристик: мощность (от сверхмалой менее 0,1 МВт до большой более 10 МВт), связь с электрической частью (сетевая или автономная), дополнительные источники энергии.

Управление рисками при эксплуатации морских электростанций

При проектировании морских плавучих электростанций (МПЭС) осуществляется комплексный анализ риска аварийных ситуаций для типовых сценариев на основе качественных и количественных методов (построение деревьев отказов, матрицы риска). Проводятся оценки технических, экологических и экономических рисков, расчёты индивидуального и социального риска[2].

Статистические данные подтверждают, что вероятность серьёзных технических аварий на ветроэнергетических установках (ВЭУ) крайне мала (исчисляется долями процента). Тем не менее при проектировании инженеры обязательно учитывают следующие потенциальные угрозы:

  • механические разрушения: отрыв или повреждение лопастей, падение тяжёлых узлов (гондолы, ротора) или мелких деталей;
  • внешние факторы: суровые погодные и ледовые условия, обледенение, удары молний, попадание птиц, а для морских станций — риск случайного столкновения с обслуживающими судами;
  • технические сбои: обрыв силовых и якорных кабелей, а также возгорания из-за коротких замыканий, трения или утечек масла.

Для минимизации перечисленных рисков и защиты людей применяются строгие превентивные меры:

  1. Охранная зона: вокруг каждой станции устанавливается безопасный периметр радиусом от 50 до 100 метров. Эта дистанция гарантирует защиту от падения случайных обломков и разлёта кусков льда, образующегося на лопастях зимой.
  2. Навигационная безопасность: чтобы исключить навал судов, координаты ветряных электростанций наносятся на морские карты, а сами конструкции оборудуются яркими сигнальными огнями.

Перспективы развития отечественного судостроения

Строительство в Арктике морских плавучих электростанций[4], фундаментов и башен стационарных морских и береговых электростанций, использующих возобновляемые источники энергии (ВИЭ), а также вспомогательных судов для их транспортировки, установки, технического обслуживания и утилизации является одним из перспективных направлений отечественного судостроения. Для строительства и обслуживания МВЭС в мире уже зарегистрировано 113 типов судов специального назначения с дорогостоящим и сложным оборудованием.

В России использование ВИЭ находится на начальном этапе, рекомендации по вводу генерирующих мощностей объектов на основе ВИЭ в России на период до 2030 года предусматривают ввод[5][6]:

Проекты в РФ

Проект[2] Регион Тип Мощность Статус/примечания
Быковская ВЭС Якутия, быч. Быковский Береговая ВЭС 100 кВт Строится, изготовитель «Nord Wind»
Таймылырская ВЭС Якутия, пос. Таймылыр Береговая ВЭС 150 кВт Эксплуатация, изготовитель «Nord Wind»
Тиксинская ВЭС Якутия, пос. Тикси Береговая ВЭС 3×300 кВт Эксплуатация, изготовитель «Enercon»
МПЭС для внеледовых районов Баренцево море (п. Териберка) Морская ВЭС 15 МВт Концептуальный проект Крыловского ЦНИИ
Модульная МПЭС для ледовых районов Арктические моря Комбинированная (волнение + течение + ветер) 0,1-1 МВт Концептуальный проект
Комплексная защита берегов Евпатория, Анапа Комбинированная (волнение + ветер + солнце) — Техническая проработка

Научно-исследовательские инициативы

Координация международных научно-исследовательских усилий играет важную роль в ускорении технологического прогресса и снижении дублирования затрат. Океаническая энергетика в силу своей междисциплинарной природы и глобального характера ресурсной базы особенно нуждается в международных формах сотрудничества.

Ведущую роль в международной координации играет программа Ocean Energy Systems (OES)[7] при Международном энергетическом агентстве (IEA), объединяющая более 20 стран-участниц. В рамках OES действуют рабочие группы по ключевым технологическим направлениям — волновой энергии, приливной энергии, OTEC, осмотической энергии, а также по экологическим, экономическим и социальным аспектам. Программа обеспечивает обмен данными, координацию исследовательских программ, разработку единых методик оценки ресурсов и экологического воздействия, подготовку аналитических отчётов, формирующих доказательную базу для принятия политических решений.

В Европе масштабные исследования и демонстрационные проекты финансируются в рамках программы Horizon Europe[8] (2021—2027), пришедшей на смену программе Horizon 2020. В её структуре предусмотрены специализированные конкурсы по морской возобновляемой энергетике, а также интегрированные проекты, сочетающие океаническую энергетику с другими направлениями — опреснением воды, аквакультурой, защитой береговой зоны. Европейская комиссия также реализует стратегическую инициативу по развитию морских возобновляемых источников энергии, ставящую цель довести установленную мощность океанической энергетики в ЕС до 1 ГВт к 2030 году и до 40 ГВт к 2050 году.

Национальные программы отдельных стран также вносят существенный вклад в развитие отрасли. Великобритания через центр EMEC (European Marine Energy Centre)[9] на Оркнейских островах и программу Carbon Trust создала одну из наиболее развитых в мире испытательных инфраструктур для волновых и приливных устройств. Канада через Natural Resources Canada и провинциальные программы (особенно в Новой Шотландии и Британской Колумбии) поддерживает разработку приливных и волновых технологий. Южная Корея реализует национальную программу по океанической энергетике с фокусом на приливные и волновые технологии, а также OTEC.

США через Water Power Technologies Office Министерства энергетики координируют национальные исследования и демонстрационные проекты, сотрудничая с национальными лабораториями (NREL, Sandia, Pacific Northwest National Laboratory) и частным сектором[10].

Важным элементом научно-исследовательской инфраструктуры являются испытательные полигоны и демонстрационные зоны, такие как EMEC в Шотландии, SEM-Rev во Франции, Pacific Marine Energy Center в США, которые предоставляют разработчикам доступ к реальным морским условиям, стандартизированные процедуры испытаний и возможность получения разрешительной документации в упрощённом режиме. Расширение сети подобных центров в различных климатических регионах мира способно существенно ускорить доводку технологий[11].

Гибридные решения

Одним из наиболее перспективных направлений развития океанической энергетики является создание мультиэнергетических и мультифункциональных платформ, комбинирующих различные виды использования морских ресурсов. Такой подход позволяет существенно повысить экономическую эффективность проектов за счёт совместного использования инфраструктуры, снижения удельных затрат и диверсификации источников дохода.

Наиболее разработанной концепцией является комбинация волновой и офшорной ветровой энергетики. Волновые энергетические установки могут размещаться вокруг фундаментов ветрогенераторов, используя общую электрическую инфраструктуру — подводные кабели, трансформаторные подстанции, системы мониторинга. Такое совмещение имеет ряд преимуществ: волновая и ветровая энергия часто дополняют друг друга по временным характеристикам (волнение может сохраняться даже в безветренную погоду), что повышает стабильность генерации; совместное использование электрической инфраструктуры снижает удельные затраты на подключение к сети; конструкции волновых установок могут одновременно выполнять функцию волноломов, защищая фундаменты ветрогенераторов от экстремальных нагрузок. Ряд пилотных проектов, таких как итальянский проект ISWEC в сочетании с ветрогенераторами и японский проект Mighty Whale, уже продемонстрировали техническую осуществимость таких гибридных решений[12].

Особый интерес представляет интеграция систем OTEC[13] (система получения электроэнергии с использованием термальной энергии океана) с опреснением воды и аквакультурой. Тепловые установки океана, извлекая холодную глубинную воду, попутно решают несколько прикладных задач. Холодная глубинная вода, прошедшая через конденсатор OTEC, может использоваться для опреснения методом мгновенного испарения или мембранной дистилляции, обеспечивая пресной водой островные государства и прибрежные засушливые регионы. Эта же вода, богатая биогенными элементами и свободная от патогенов, идеальна для аквакультуры — выращивания ценных видов рыб, моллюсков, водорослей. Таким образом, одна установка одновременно производит электроэнергию, пресную воду и продукцию аквакультуры, что существенно повышает общую экономическую эффективность проекта. Подобные мультифункциональные системы активно разрабатываются и тестируются на Гавайях, в Японии, Индии и ряде островных государств Тихого океана.

Перспективным направлением является также создание искусственных рифов[14] на основе фундаментов энергетических установок, что позволяет сочетать производство энергии с восстановлением морских экосистем и развитием рекреационного дайвинга. Комбинирование энергетических объектов с системами мониторинга окружающей среды, метеорологическими станциями и телекоммуникационным оборудованием также способно повысить общественную ценность проектов и облегчить получение разрешительной документации.

undefined

Концепция мультифункционального использования морских пространств (Multi-Use Platforms, MUP) постепенно формирует новую парадигму океанической энергетики, при которой энергетические объекты рассматриваются не как изолированные промышленные сооружения, а как элементы комплексной морской инфраструктуры, способной одновременно решать энергетические, продовольственные, водные и экологические задачи[15].

Примеры международных проектов

Проект[16] Страна Тип Мощность Статус
La Rance Франция Приливная ПЭС (плотина) 240 МВт Работает с 1966 г.
Sihwa Lake Южная Корея Приливная ПЭС (плотина) 254 МВт Работает с 2011 г.
MeyGen Шотландия Приливные турбины 6 МВт (I фаза) Эксплуатация
Mutriku Испания Волновая (OWC) 0,3 МВт Работает с 2011 г.
NEL Гавайи, США OTEC 100 кВт Пилотный

⚠️ Подсказка для ЕГЭ/ОГЭ

Энергия Мирового океана — энергия, получаемая из приливов, волн, течений и термальных градиентов морской воды для выработки электричества без истощения природных ресурсов.

Четыре главных вида океанской энергетики:

  1. Приливная (ПЭС) — использует перепад уровней воды при приливах и отливах.
  2. Волновая — преобразует кинетическую энергию поверхностных волн.
  3. Термальная (OTEC) — использует разницу температур между теплыми поверхностными и холодными глубинными водами.
  4. Осмотическая — энергия смешения пресной и соленой воды в устьях рек.

Пример для задания по географии: Проанализировать карту расположения электростанций, использующих океаническую энергетику, выявить причины их расположения.

Ответ: При анализе карты размещения электростанций помните, что крупные ПЭС строят там, где самые высокие приливы (Франция, Южная Корея, Мезенская губа в РФ). Станции OTEC экономически целесообразны в тропических широтах, где максимален градиент температур. Гибридные платформы (ветер + волны) снижают стоимость передачи тока за счет общих подводных кабелей.

Примечания

  1. ↑ География. География России. Хозяйство и географические районы. 9 класс : учебник / А. И. Алексеев, В. А. Низовцев, Э. В. Ким [и др.]; под ред. А. И. Алексеева. — Москва : Просвещение, 2024. — ISBN 978‑5‑09‑117230‑0.
  2. ↑ 1 2 3 4 Таровик, В.И., Вальдман, Н.А., Труба, М.С., Озерова, Л.Л. Развитие морских электростанций, использующих возобновляемые источники энергии. // Арктика: экология и экономика.. — 2013. — № 2(10). — С. 34–47.
  3. ↑ Александр Лебедев. ПАТЭС на экспорт: зачем «Росатом» строит плавучие энергоблоки (рус.). РОСАТОМ (1 декабря 2024).
  4. ↑ Erin. В России хотят построить ещё четыре плавучих АЭС, IXBT.com (13 августа 2026). Дата обращения: 17 августа 2026.
  5. ↑ Ремизова Т. С. Развитие возобновляемых источников энергии в России //Национальные интересы: приоритеты и безопасность. — 2017. — Т. 13. — №. 10 (355). — С. 1882—1895.
  6. ↑ Елисеева Е. Н., Сероокий В. Г. Использование нетрадиционных (возобновляемых) источников энергии в России и в мире: ключевые тенденции и перспективы //Вестник евразийской науки. — 2020. — Т. 12. — №. 5. — С. 12.
  7. ↑ Copping A. E., Hemery L. G. OES-environmental 2020 state of the science report: environmental effects of marine renewable energy development around the world. Report for ocean energy systems (OES). — 2020.
  8. ↑ Foulds C. et al. 100 Social Sciences and Humanities priority research questions for energy efficiency in Horizon Europe //Energy-SHIFTS, Cambridge. — 2020.
  9. ↑ Norris J. V., Droniou E. Update on EMEC activities, resource description, and characterisation of wave-induced velocities in a tidal flow //Proc. 7th European wave and tidal energy Conference, Porto, Portugal. — 2007.
  10. ↑ McShane B. The Water Power Technologies Office and Powering the Blue Economy. — 2019.
  11. ↑ Gaidai O. et al. SEM-REV offshore energy site wind-wave bivariate statistics by hindcast //Renewable Energy. — 2020. — Т. 156. — С. 689—695.
  12. ↑ Mattiazzo G. State of the art and perspectives of wave energy in the Mediterranean sea: Backstage of ISWEC //Frontiers in Energy Research. — 2019. — Т. 7. — С. 114.
  13. ↑ Технологии ОТЕС.
  14. ↑ Капков В. И., Шошина Е. В., Беленикина О. А. Биоремедиация морских прибрежных экосистем: использование искусственных рифов //Вестник Мурманского государственного технического университета. — 2016. — Т. 19. — №. 1-2. — С. 286—295.
  15. ↑ Legorburu I., Johnson K. R., Kerr S. A. Multi-use maritime platforms-North Sea oil and offshore wind: Opportunity and risk //Ocean & Coastal Management. — 2018. — Т. 160. — С. 75-85.
  16. ↑ International Energy Agency (IEA) — Ocean Energy Systems (OES). Annual Report 2024.  // Paris: IEA-OES. — 2024.

Литература

  • География. География России. Хозяйство и географические районы. 9 класс : учебник / А. И. Алексеев, В. А. Низовцев, Э. В. Ким [и др.]; под ред. А. И. Алексеева. — Москва : Просвещение, 2024. — ISBN 978‑5‑09‑117230‑0.
  • Таровик В. И., Вальдман Н. А., Труб М. С., Озерова Л. Л. Развитие морских электростанций, использующих возобновляемые источники энергии // Арктика: экология и экономика. — 2013 — № 2(10). — С. 34-47.
  • Альтернативная энергетика: мировой рынок-2012: Аналитический обзор. — М.: РосБиз-несКонсалтинг, 2012
  • Минин В. А. Экономические аспекты развития возобновляемой энергетики малой мощности в удалённых поселениях на Кольском полуострове. — Доклад Объединения Bellona. Мурманск, 2011.
  • Сценарные условия развития электроэнергетики на период до 2030 года / Агентство по прогнозированию балансов в электроэнергетике Министерства энергетики РФ. — М., 2011.
  • Таровик В. И., Вальдман Н. А., Труб М. С., Озерова Л. Л. Развитие морских электростанций, использующих возобновляемые источники энергии // Арктика: экология и экономика. — 2013 — № 2(10). — С. 34-47.
  • Henderson A. R., Witcher D. Floating offshore wind energy—a review of the current status and an assessment of the prospects //Wind Engineering. — 2010. — Т. 34. — №. 1. — С. 1-16.
  • International Energy Agency (IEA) — Ocean Energy Systems (OES). Annual Report 2024. — Paris: IEA-OES, 2024.
  • Timofeev O. Y. et al. Basic parameters of working model of floating offshore power farm //International Conference on Offshore Mechanics and Arctic Engineering. — 2011. — Т. 44373. — С. 729—737.
  • Magagna, D., Ocean Energy: Technology Development Report, EUR 29907 EN, Publications Office of the European Union, Luxembourg, 2019, ISBN 978-92-76-12428-3, doi:10.2760/158132, JRC118296.
  • Mitigation C. C. IPCC special report on renewable energy sources and climate change mitigation //Renewable Energy. — 2011. — Т. 20. — №. 11.
  • Soares C. G. et al. Review and classification of wave energy converters //Maritime engineering and technology. — 2012. — С. 585—594.

Ссылки

© Правообладателем данного материала является АНО «Интернет-энциклопедия «РУВИКИ».
Использование данного материала на других сайтах возможно только с согласия АНО «Интернет-энциклопедия «РУВИКИ».

Категории