Океанские течения: новый источник чистой энергии?

Мировой спрос на энергию растёт, и традиционные источники испытывают всё большую нагрузку. В связи с этим, энергия океанских течений становится перспективным кандидатом на роль чистого источника энергии.

Океаны покрывают около 70% поверхности планеты, что делает энергию океана, получаемую из возобновляемых источников, таких как течения и волны, весьма привлекательной. Однако развитие морской энергетики всё ещё находится на ранних стадиях по сравнению с ветровой и солнечной энергией. Одной из проблем является определение наиболее подходящих и экономически выгодных мест для проектов по использованию энергии океанских течений.

В то время как многие исследования были сосредоточены на региональной оценке ресурсов энергии океанских течений, до сих пор не хватало глобальной оценки, основанной на фактических данных. Уникальное исследование, проведённое Инженерно-компьютерным колледжем Флоридского Атлантического университета, с использованием данных, собранных за более чем 30 лет в рамках Глобальной программы дрифтеров (GDP) Национального управления океанических и атмосферных исследований (NOAA), представляет собой наиболее полную на сегодняшний день глобальную оценку энергии океанских течений.

Исследователи изучили потенциал улавливания кинетической энергии океанских течений, сосредоточив внимание на оценке плотности мощности и её изменении во времени и пространстве. Результаты показали, что воды у восточного побережья Флориды и Южной Африки постоянно демонстрируют высокую плотность мощности, что делает их идеальными для производства энергии океана. В частности, в этих регионах плотность мощности превышает 2500 Вт на квадратный метр, что в 2,5 раза превышает плотность энергии «отличного» ветрового ресурса. Относительно небольшая глубина воды ещё больше повышает их пригодность для извлечения энергии с помощью турбин, работающих на океанских течениях. Напротив, в таких регионах, как Япония и части Южной Америки, на этих глубинах не наблюдалось подобной плотности мощности.

Первый автор исследования, аспирант Инженерно-компьютерного колледжа, Махсан Садугипур, сообщает, что около 75% от общей площади с высокой плотностью мощности, охватывающей около 490 000 квадратных километров океана, имеют уровень энергии от 500 до 1000 Вт на квадратный метр. Она подчёркивает, что это говорит о большом потенциале для сбора энергии океанских течений, особенно в регионах, где плотность мощности умеренная, но значимая для устойчивого производства энергии.

Высокая плотность мощности, более 2000 Вт на квадратный метр, обнаружена у юго-восточного побережья США от Флориды до Северной Каролины, а также вдоль восточного и юго-восточного побережья Африки (Сомали, Кения, Танзания, Южная Африка и Мадагаскар). Более низкая плотность мощности наблюдается в восточной части Тихого океана (Япония, Вьетнам и Филиппины), на севере Южной Америки (Бразилия и Французская Гвиана) и на восточном побережье Австралии.

Ещё одним ключевым выводом исследования стала точность оценок плотности мощности. В Северной Америке и Японии расчёты были очень надёжными, что вселяет уверенность в прогнозы потенциала океанской энергии. Кроме того, сравнение с существующими исследованиями подтвердило достоверность результатов в этих регионах, поскольку оценки плотности мощности точно соответствовали измерениям, полученным другими методами.

Однако такие регионы, как Южная Африка и части Южной Америки, особенно у северной части Бразилии и Французской Гвианы, было сложнее оценить из-за ограниченности данных или высокой изменчивости водных условий. Соавтор исследования, Юфэй Тан, отмечает, что в таких регионах, как Бразилия и Южная Африка, имеется ограниченный объём данных, что влияет на точность прогнозов энергии и затрудняет полную оценку их потенциала для извлечения энергии. Он уверен, что расширение сбора данных позволит уточнить понимание и раскрыть весь энергетический потенциал.

Результаты также показывают, что такие регионы, как Южная Африка и Япония, обладающие высокой плотностью мощности, представляют больше проблем из-за больших глубин и сложных схем течений. Глубоководные районы (1000 метров и более) делают извлечение энергии более сложным.

Ещё один соавтор, Джеймс ВанЗвитен, поясняет, что взаимосвязь между глубиной и плотностью мощности имеет решающее значение для размещения и конструкции турбин. Он отмечает, что сильные океанские течения расположены вблизи поверхности моря, где общая глубина воды обычно колеблется от 250 до более чем 3000 метров. Это создаёт серьёзные проблемы, поскольку турбинам потребуются усовершенствованные системы швартовки, чтобы поддерживать их стабильность и работоспособность. Увеличенная глубина также вызывает обеспокоенность по поводу стоимости и сложности установки и обслуживания, что делает необходимым разработку специализированных технологий для этих сложных условий.

Сезонные колебания также играют значительную роль в доступности энергии. В более тёплые месяцы для Северного полушария (с июня по август) более высокая плотность мощности наблюдается в таких регионах, как Флорида, Япония и Северная Бразилия, что совпадает с увеличением спроса на энергию в эти месяцы. Аналогичным образом, самая высокая плотность мощности в Южной Африке наблюдается в более тёплые месяцы (с декабря по февраль). Эти сезонные закономерности указывают на то, что энергия океанских течений может хорошо согласовываться с периодами более высокого спроса на электроэнергию, связанного с увеличением использования кондиционеров, что делает её потенциально надёжным источником возобновляемой энергии.

Результаты этого исследования подчёркивают необходимость тщательного учёта этих переменных, а представленные энергетические характеристики помогут обеспечить эффективную интеграцию энергии океанских течений в более широкий ландшафт возобновляемой энергетики.