Волна несёт энергию, но её трудно поймать: море постоянно движется, а шторм может за короткое время нагрузить установку сильнее, чем месяцы обычной работы. Поэтому инженеры не придумали одну универсальную машину. Одни устройства превращают колебание воздуха в вращение турбины, другие качаются на поверхности или двигают тяжёлую створку под водой.
Ниже – пять подходов, каждый из которых проверяли на реальных прототипах или энергетических площадках. Некоторые установки давали электричество в сеть, другие остались опытными проектами. Это развивающаяся область, и сам факт испытания не означает, что технология уже стала массовой.
| Место | Принцип | Пример | Как волна приводит генератор в движение |
|---|---|---|---|
| 5 | Перелив в резервуар: Wave Dragon | Wave Dragon | Вода проходит через низконапорные турбины |
| 4 | Шарнирный плавающий состав: Pelamis | Pelamis | Сгибание секций приводит в действие гидравлику |
| 3 | Подводный точечный поглотитель: CETO | CETO | Погружённый буй движется вместе с волной |
| 2 | Волновая створка: Oyster | Oyster | Волна раскачивает створку у дна |
| 1 | Колеблющаяся водяная колонна: Mutriku | Mutriku | Движущийся воздух проходит через турбину |
5. Перелив в резервуар: Wave Dragon
Wave Dragon ловит волну иначе, чем поплавки. Два длинных отражателя направляют и усиливают поток к наклонной рампе. Часть воды переливается через неё в приподнятый резервуар, а затем возвращается в море через гидротурбины. По сути, устройство сначала поднимает воду волной, а потом использует её движение вниз.
В датском проекте испытывали масштабный плавучий прототип, связанный с сетью. В материалах Европейской комиссии описано, как накопленная вода временно удерживается за рампой. Схема интересна тем, что турбины работают не прямо от хаотичного толчка волны, а от более управляемого потока из резервуара. Но крупная плавучая конструкция требует надёжной системы швартовки и защиты от экстремальной погоды.
4. Шарнирный плавающий состав: Pelamis
Устройство Pelamis напоминало длинную красную морскую змею из нескольких соединённых труб. Оно плавало на поверхности, а волна заставляла секции изгибаться относительно друг друга. В шарнирах стояли гидравлические цилиндры; их движение приводило в действие генератор.
Европейский морской энергетический центр EMEC сообщает, что полномасштабный P1 длиной 120 метров испытывали у Оркнейских островов с 2004 по 2007 год. Он стал первым офшорным волновым преобразователем, который успешно подавал электроэнергию в национальную сеть. Позднее появилась более крупная версия P2, однако компания Pelamis ушла в администрацию в 2014 году. Это важный пример инженерного прорыва, но не действующая сегодня коммерческая электростанция.
3. Подводный точечный поглотитель: CETO
Точечный поглотитель невелик по сравнению с длиной волны и собирает энергию, покачиваясь на поверхности или под водой. В системе CETO буй полностью погружён на несколько метров и движется вместе с волнами. По описанию разработчика Carnegie, это движение передаётся силовому модулю, который преобразует его в электричество.
Подводное положение помогает устройству оставаться менее заметным с берега и быть защищённым от части самой жёсткой поверхностной волны. Конструкция включает тросы, якоря и преобразователь движения, поэтому простое «покачивание буя» лишь начало инженерной цепочки. Carnegie сообщает о продолжительных испытаниях на море, но коммерческие параметры зависят от конкретной версии системы и условий площадки.
2. Волновая створка: Oyster
Oyster крепили у морского дна недалеко от берега. Большая шарнирная створка раскачивалась в прибойной волне, а её движение приводило в действие гидравлическую систему. В отличие от поверхностной «змеи» Pelamis, основная подвижная часть находилась у дна и работала как маятник, который толкает волна.
EMEC классифицирует такие установки как oscillating wave surge converters – конвертеры колеблющегося волнового напора. Первый Oyster представили в Оркнейском центре в 2009 году. Эта схема наглядно показывает, как энергию можно забрать из горизонтального движения воды, а не только из подъёма и падения буя. Устройство было испытательным, и его нельзя считать действующей городской электростанцией.
1. Колеблющаяся водяная колонна: Mutriku
В порту испанского города Мутрику волновая установка встроена в волнолом. Внутри его камер нижняя часть открыта морю, а над водой остаётся воздушное пространство. Когда волна входит и выходит, уровень воды в камере меняется и сжимает воздух. Воздух проходит через турбину, а та вращает генератор.
Муниципалитет Мутрику сообщает, что станцию открыли в 2011 году и оснастили 16 турбинами общей установленной мощностью 296 кВт. Она подключена к сети и продаёт выработанную электроэнергию. Встроить установку в защитный волнолом оказалось практично: сооружение одновременно ограждает гавань и содержит энергетическое оборудование. Среди пяти примеров это наиболее наглядный случай длительно работающей инфраструктуры, а не только отдельного прототипа.
У всех схем одна задача – превратить нерегулярное движение воды в контролируемое вращение генератора. Разница в том, что сначала начинает двигаться: воздух в камере, сочленённые корпуса, вода в резервуаре, подводный буй или донная створка. Именно выбор механизма определяет, где устройство можно поставить и какую цену придётся заплатить за обслуживание в солёной штормовой среде.