Джерело: Handelsblatt

Хвильова енергія могла б вигідно доповнити вітрові та сонячні електростанції, але ця технологія вважається недосконалою. Інновація має потенціал це змінити.

Патрік Мьоллер, генеральний директор і співзасновник шведського стартапу Corpower Ocean, хоче розпочати «нову еру», щоб «цілодобово постачати планету чистим джерелом енергії, яке раніше не використовувалося». На освітленій синім світлом сцені в Стокгольмі 46-річний підприємець презентує нову хвильову електростанцію «C4», яка нагадує величезний синьо-жовтий буй.

Принцип: коли є хвилі, буй, прикріплений до морського дна, танцює вгору та вниз. Цей рух приводить в дію два генератори всередині, які виробляють електроенергію. Електрика подається на берег через підводні кабелі.

Особливість 300-кіловатної електростанції, що відповідає приблизно одній тридцятій сучасної офшорної вітрової турбіни при піковому навантаженні: команда Corpower із 75 осіб могла таким чином подолати вирішальну перешкоду для комерційного прориву хвильової енергії.

Маючи діаметр 9 метрів, довжину 19 метрів і вагу менше 100 тонн, буй є компактним, легким порівняно з іншими хвильовими електростанціями. У той же час, і це найголовніше, він повинен бути достатньо міцним, щоб неушкодженим протистояти диким штормам і «хвилям-монстрам». Завдання, в якому подібні системи часто зазнавали невдачі в минулому.

Як доказ, позаду Мьоллера під час презентації біжить відео, на якому буй стійко тримається у хвилях, незважаючи на бурхливе море. Пізніше інженер Corpower б’є кувалдою по демонстраційному бую. Удари відбиваються від склопластикової оболонки. «Твердий, як камінь», — радісно каже Мьоллер, публіка аплодує.

Електроенергія від хвильової енергії: експерти очікують великого потенціалу для ринку

Цього місяця Corpower планує запустити масштабний комерційний тестовий запуск біля узбережжя Португалії. Якщо він вдасться, це стане гарною новиною не лише для молодої галузі.

Тому що сила хвиль – це майже невичерпне джерело енергії, принаймні для регіонів з бурхливим морем. Міжурядова група експертів зі змін клімату (IPCC) розраховує на «теоретично» доступний максимум 30 000 терават-годин (ТВт-год) на рік від хвильової енергії. Це в десять разів перевищує споживання електроенергії в Європі.

Міжнародне агентство з відновлюваних джерел енергії (Irena) прогнозує ринковий потенціал у 350 гігават до 2050 року. Це майже стільки, скільки виробляють усі атомні електростанції в усьому світі, тим більше, що інші оцінки вищі. У своїй офшорній стратегії щодо відновлюваних джерел енергії Комісія ЄС націлена на 40 гігават океанської енергії до 2050 року, включаючи приливні електростанції.

У 2021 році частка відновлюваних джерел енергії в ЄС становила 22 відсотки при 513 гігават генерації. Сценарії показують, що виробництво, ймовірно, має зрости в сім разів, щоб принести Європі кліматичну нейтральність до 2050 року. Дослідження альянсу Evolve показує, що енергія хвиль може допомогти. Тільки у Великій Британії, Ірландії та Португалії вона має загальний потенціал 70 ГВт.

Проблема: поки що неможливо було виробляти конкурентоспроможну електроенергію з потужності хвиль. У 2014 році під час замаху збанкрутувала компанія Pelamis Wave Power, до якої також був причетний Eon. У 2009 році шотландці завершили найбільший у світі проект хвильової енергії на північ від Порту через технічні та фінансові проблеми. Змієподібна електростанція вважалася технологією майбутнього. Сьогодні це електронне сміття. Те саме сталося з іншими стартапами, такими як Aquamarine Power.

Тому що для того, щоб бути здатними пережити шторми, системи регулярно робилися надто громіздкими та важкими, а отже, занадто дорогими порівняно з іншими джерелами відновлюваної енергії. За словами Irena, вирівняна вартість електроенергії для хвильової енергії, тобто вартість перетворення гідроенергії в електроенергію, наразі становить від 30 до 50 центів за кіловат-годину (кВт-год). Для сонячної енергії – лише чотири центи, близько семи центів – для офшорної вітрової енергії.

Думки про використання хвилі в енергетиці, відповідно, змішані. Фабіан Талеман з Інституту енергетичної економіки та технологій енергетичних систем Фраунгофера не вірить, що технологія відіграватиме роль у промисловому застосуванні. «Попередні врожаї пілотних проектів просто занадто бідні».

Для відносно спокійного моря Німеччини такий вид енергії все одно не є варіантом. Але дослідник також бачить нішеве використання: як джерело живлення для невеликих островів або створення аквапарків для узбережжя з високими хвилями, наприклад біля Шотландії, Португалії чи Північної Америки.

Думки щодо хвильової сили розділилися

«Хвильові електростанції змушені існувати в середовищі, ворожому для технологій. Тому проблема набагато більша, ніж для вітрової енергії». Не лише шторми, а й морська сіль можуть пошкодити системи. Для обслуговування потрібні також спокійні води. Якщо система несправна, можна очікувати тривалих простоїв.

Крістіан Кайндорф з Інституту суднобудування та морських технологій Кільського університету прикладних наук інакше оцінює шанси на успіх хвильової енергії. Він і його команда розробили власний прототип, який зараз запускається в Кілі. Професор технології офшорних установок бачить хвильову силу як можливість доповнити енергетичний перехід. Бо хвилі котяться навіть тоді, коли не дме вітер і не світить сонце.

В принципі, Кайндорф навіть бачить потенціал для Північного моря. «За 80 кілометрів від острову Зюльт ми вимірюємо хвилі заввишки два-три метри в середньому на рік.» Збір енергії з них можливий, хоча це «технологічний виклик».

Крім того, високотехнологічна країна Німеччина з її «сильною морською промисловістю» може створити стійкі робочі місця в експорті систем і компонентів. Це правда, вважає Кайндорф, що ця технологія знаходиться «в зародковому стані». Але за 30 років вітрова та сонячна індустрії також змогли стати ринковими за рахунок субсидій.

«Зі зростаючим попитом на електроенергію було б недбалим ігнорувати інші відновлювані джерела енергії лише тому, що вони ще не можуть рентабельно почати серійне виробництво». Тим паче, що Німеччина хоче стати більш незалежною в енергопостачанні.

У Туреччині в найближчі роки в портовому місті Орду планується побудувати найбільшу в світі хвильову електростанцію. Електростанція хоче використовувати тиск моря вздовж стіни гавані для приводу у рух турбін, які виробляють електроенергію. Місцевий постачальник електроенергії Ordu Enerji та шведсько-ізраїльська компанія Eco Wave Power хочуть інвестувати в проект 150 мільйонів доларів США. Почнуть із чотиримегаватної системи, з часом потужність буде збільшена до максимальної номінальної в 77 мегават.

За оптимальних умов система генерувала б приблизно стільки електроенергії, скільки п’ять морських вітрових турбін, і могла б забезпечувати електроенергією близько 200 000 людей. Однак чи буде ця технологія відігравати більшу роль у Туреччині, ще належить побачити. Енергія від хвилі все ще залишається експериментом.

Технологія стартапу розраховує оптимальний режим станції під силу хвилі

Через рік після презентації електростанції Патрік Мьоллер стоїть у найбільшому у світі випробувальному залі хвильової енергії в Стокгольмі та вказує на демонстраційний буй C4. «Важливо, що ми розробили еквівалент захисної функції лопатей ротора вітряних турбін, які обертаються горизонтально під час шторму», — каже швед у відеочаті.

Майстерно налаштовані повітряні потоки всередині електростанції гарантують, що штормові хвилі не вдаряються об буй, а ковзають повз нього та над ним. «Завдяки цій інновації ми можемо обійтися без важких захисних кожухів, які раніше робили хвильову енергетику нерентабельною», — каже інженер, який створив стартап для напівпровідникових технологій, будучи студентом Університету Берклі США.

Після шторму буй знову перемикається на «програму збору врожаю». Потім алгоритми штучного інтелекту розраховують за 15 секунд наперед, наскільки точно повинні протікати повітряні потоки в буї, щоб він рухався вгору та вниз разом із хвилею в оптимальний момент. Таким чином система може перетворювати однометрові хвилі в триметрові за силою. «Як дитина на гойдалці. Щоб максимально використати імпульс, не слід стрибати ні занадто рано, ні занадто пізно», — каже Мьоллер.

До 2027 року біля західного узбережжя Ірландії планується побудувати іншу комерційну хвильову електростанцію з 14 буями та потужністю 5 мегават. Це приблизно відповідає потужності вітрової турбіни на суші. Загалом станція має розширитися до 100 буїв і 30 МВт.

Партнерами є енергетичні компанії EDP (Португалія) та Enel (Італія), а також ірландський девелопер проекту Simply Blue Group. «Із загальною встановленою потужністю 600 МВт ми повинні бути конкурентоспроможними з вітром і сонцем», - каже Мьоллер. Corpower хоче досягти цієї позначки на початку 2030-х років. Промислові клієнти вже зв’язалися з ним, зацікавлені отримувати повністю відновлювану електроенергію навіть за відсутності вітру.

«Фактор страху усунутий у Wave Power»
Стартап Eco Wave Power використовує інший підхід у Туреччині та за її межами. Щоб уникнути шкоди від шторму, українка Інна Браверман та  співзасновник її проекту Девід Леб перенесли свої електростанції в зону серфінгу. Точніше: їхні плаваючі тіла, так звані «Floater», чіпляються за хвилерізи, наприклад у порту Яффо в Тель-Авіві.

Floater також використовують підйоми та падіння хвиль для приведення в дію генераторів електроенергії. У разі грози вони автоматично складаються. «Нам не потрібні жодні підводні кабелі, і більшість нашого обладнання знаходиться на суші, тож ми можемо скоротити втрати та швидко усунути пошкодження», — розповідає 37-річний Девід.

За словами Браверман, пілотна установка, встановлена в Гібралтарі, вже протягом шести років подає невеликі кількості електроенергії в мережу. «Ми усунули фактор страху в хвильовій енергетиці», — каже підприємець, яка колись ледве пережила аварію на Чорнобильському реакторі, будучи немовлям.

Тепер Інна хоче показати, що Eco Wave також може виробляти електроенергію у великих масштабах. У червні система потужністю 100 кВт має запрацювати в порту Яффо. Цього достатньо для забезпечення 60-100 домогосподарств. Партнерами є Міністерство енергетики Ізраїлю та французька енергетична компанія EDF. «Ми можемо швидко масштабуватися, оскільки наша технологія проста і модульна». «Екохвиля» поки що бореться передусім із дозволами. Проект у Туреччині також поки що на зародковому етапі.

Залишається побачити, чи буде значно зменшена потужність хвиль біля берега достатньою для постачання промислових споживачів. Так само невідомо, які моделі можуть зробити комерційний прорив. В Irena нараховують близько десяти різних типів систем, що не є чимось незвичним для нових технологій. Роторам з трьома лопатями на вітрових електростанціях також знадобилося багато часу, щоб закріпитися. «У наших власних інтересах ми повинні приділяти потужності хвиль той самий час і ресурси», — стверджує Кайндорф.

Хвилі, вітер і водень

Хвильові електростанції можна поєднати з морськими вітровими електростанціями. Стартап Corpower також має намір використовувати цю технологію зі своїми буями. Перевага: хвилі можуть виробляти електроенергію, коли немає вітру. Наприклад, можна було б скоротити використання газових електростанцій, які повинні генерувати електроенергію, коли немає вітру. 

Електролізери, які виробляють зелений водень, також вимагатимуть великої кількості відновлюваної електроенергії в майбутньому. Дослідження, проведене Instituto Superior Técnico Лісабонського університету, показує, що хвильова енергія стабілізувала б електропостачання та значно знизила вартість виробництва H2.