Раскрывая потенциал энергии океана: от мегаватт до гигаватт

При рассмотрении просторов Мирового океана никого не должно удивлять, что теоретический потенциал электроэнергии, вырабатываемой из энергии океана, в несколько раз превышает общий мировой спрос на энергию. Разумеется, этот потенциал необходимо использовать по коммерческим ценам. Франциско Boshell, Роланд Реш, Алессандра Сальгад и Юдит Хекке из IRENA рассматривают перспективы технологий, используемых для извлечения энергии из приливов и волн. Несмотря на то, что сегодня затраты высоки — 0,47 евро/кВтч или более, продолжающиеся улучшения могут привести к снижению LCOE до менее чем 0,15 евро/кВтч к 2030 году. Также могут потребоваться инновационные бизнес-модели, сочетающие производство с аквакультурой, опреснением и другими потоками доходов. Это только начало, установленная мощность по всем технологиям океанской энергетики сегодня составляет скромные 535 МВт. Они отмечают, что европейские компании являются мировыми лидерами в области технологий океанской энергетики, и стремятся обеспечить 100 ГВт и 400 000 рабочих мест к 2050 году. Они обращают особое внимание на возможность для малых островных государств, где вода повсюду, земли мало, а импортное топливо дорого.

Охватывающие 70% поверхности планеты, океаны являются источником огромного потенциала возобновляемой энергии. Энергия, получаемая из океанов через морские возобновляемые источники энергии, может способствовать декарбонизации энергетического сектора и других приложений конечного пользователя, имеющих отношение к голубой экономике, например, транспортировка, охлаждение, опреснение воды. Для стран, имеющих прибрежные районы и островные территории, морские возобновляемые источники энергии могут предоставить значительные социально-экономические возможности, такие как создание рабочих мест, улучшение средств к существованию, местные производственно-сбытовые цепочки и усиление взаимодействия между субъектами голубой экономики.

К морским возобновляемым источникам энергии относятся морской ветер (стационарный и плавучий фундамент), энергия океана (волна, прилив, преобразование тепловой энергии океана/OTEC, градиент солености) и плавающие солнечные фотоэлектрические технологии.

Оффшорные ветряные системы получили большее распространение в последнее десятилетие, и IRENA делает многообещающий прогноз, который увеличится почти в десять раз с 28 ГВт в 2019 году до примерно 230 ГВт общей совокупной установленной мощности к 2030 году. Плавающая фотоэлектрическая технология — это новая технология, которая быстро развивается, и уже в 2018 году она достигла 1,1 ГВт. Основная часть установок находится в искусственных водоемах с пресной водой; однако технология начинает испытываться на морской воде.

Ветроэнергетика и солнечные фотоэлектрические системы — это зрелые технологии, которые в настоящее время перемещаются от береговых до морских. Эти технологии извлекают выгоду из продвинутой кривой обучения благодаря многолетней коммерческой эксплуатации во внутренних применениях в сочетании с существующим опытом и возможностями морской нефтегазовой промышленности. Тем не менее, случай технологий океанской энергетики отличается, поскольку они продолжают оставаться технологией на стадии разработки и демонстрации.

Теоретический потенциал: до 400% мирового спроса на электроэнергию

Теоретический ресурсный потенциал энергии океана колеблется от 20 000 ТВтч до 80 000 ТВтч выработки электроэнергии в год, что составляет от 100% до 400% текущего мирового спроса на электроэнергию. Технологии океанской энергетики обычно классифицируются на основе ресурсов, используемых для производства энергии. Преобразователи энергии приливов и отливов являются наиболее широко развитыми технологиями в разных регионах. Другие технологии использования энергии океана, которые используют энергию из-за различий в температуре (преобразование тепловой энергии в океане) и из-за различий в солености (градиент солености), могут стать все более актуальными на более длительных временных горизонтах.

Приливные технологии

Теоретический потенциал производства электроэнергии приливной энергии является самым низким из всех технологий ОЭ, около 1200 ТВтч/год. Это связано с очень специфическим местоположением, поскольку только некоторые страны могут реально использовать этот ресурс. Интересно отметить, что подкатегория приливных технологий, то есть приливная зона, доминирует над текущей совокупной установленной мощностью для технологий океанской энергетики.

Технология приливного диапазона использует те же принципы, что и гидроэнергетика. Дамба или барьер задерживают большой поток воды, вызванный приливами. Разница между высотой прилива внутри и снаружи позволяет воде проходить через турбины внутри конструкции.

Приливная дамба La Rance

Диапазон приливов составляет 98% от общей установленной приливной мощности в настоящее время, что соответствует в основном двум крупным установкам: электростанции мощностью 240 МВт, развернутой во Франции в 1966 году, и станции мощностью 254 МВт в Республике Корея с 2011 года. Однако, приливная зона (также известная в качестве приливно-отливного барьера) создает различные проблемы при развертывании, в основном из-за ограниченной доступности площадок, высоких капиталовложений и неясного воздействия на окружающую среду.

Это добавляет к причине, по которой приливной диапазон не продолжал расти, и приливная энергия теперь движется в направлении других приливных технологий, особенно приливных текущих технологий с горизонтальными осевыми турбинами. В то время как несколько лет назад отдельные приливные турбины имели мощность всего 100 кВт, турбины мощностью 1,5 МВт теперь успешно развернуты, и многие разработчики продолжают их наращивать. В настоящее время установлено и работает 10 МВт этой технологии, причем некоторые из них являются первой фазой крупных проектов приливных ферм, наиболее продвинутым из которых является проект Мейген в Шотландии. В этом году планируется развернуть еще около 15 МВт технологий приливного течения, и ожидается, что к 2025 году это число превысит 2 ГВт.

Волновые технологии

Теоретический потенциал энергии волны составляет 29 500 ТВтч/год и в основном может быть найден между 30 ° и 60 ° широты и в глубоководных (> 40 метров) местах. Волновые энергетические технологии не видели конвергенции к одному типу конструкции, как это произошло для других технологий, таких как энергия ветра. Примерно десять различных типов технологий используются, в том числе осциллирующие толщу воды, осциллирующие тела и опрокидывающие устройства.

В последние годы, несмотря на отсутствие четкой конвергенции для волновых технологий, многие развертывания представляют собой колеблющиеся тела, особенно типа точечного поглотителя. В этой технологии энергия генерируется из движения буя, вызванного всеми направлениями волн относительно основания соединения. Уровень технологической готовности (TRL) волновой энергии ниже, чем у приливов, и в настоящее время его развертывание ограничено демонстрационными и пилотными проектами, причем примерно 2,3 МВт установлено в мире. Однако, подобно приливным турбинам, устройства с волновой энергией также быстро увеличиваются в размерах и выходной мощности, и в течение следующих 2 лет может быть установлено до 10 МВт.

Начало

Текущая глобальная совокупная установленная мощность всех энергетических технологий океанских 535 МВт. Как упоминалось ранее, большая часть этой установленной мощности (522 МВт) соответствует нескольким проектам приливного диапазона. За исключением этих двух проектов, совокупная установленная мощность глобальной энергии океана составляет всего около 13.2 МВт на сегодняшний день.

Глобальная совокупная установленная мощность по технологии океанской энергии в 2020 году (МВт) (без учета приливного диапазона)
Прогнозы по использованию энергии океана

На основании данных, собранных IRENA, можно наблюдать некоторые обнадеживающие события в области энергии океана. Во-первых, рассматривая проекты, объявленные к вводу в эксплуатацию в 2020 году, они добавляют до 24 МВт дополнительной мощности. Это означает, что в течение одного года будет установлена ​​почти вдвое большая суммарная текущая кумулятивная мощность (исключая приливные заграждения). Новые дополнительные мощности будут в основном поступать из технологий приливов, отливов и волн.

Энергетическая емкость океана, действующая сегодня (активная), и добавленная мощность, объявленная к 2020 году

Рассматривая весь комплекс проектов в области океанской энергетики, которые должны быть введены в эксплуатацию в течение следующих 3–5 лет, IRENA рассчитывает, что 3,5 ГВт установленной мощности будет добавлено, если будут реализованы все эти проекты в области приливного потока и волновой энергии. Очевидно, что кризис COVID-19 окажет влияние на реализацию этих проектов, но этот ожидаемый сдвиг, безусловно, является важным шагом вперед для сектора, переходя от мегаватт к гигаваттам установленной мощности. Важность заключается не только в количестве развертываний, но и в возможности ускорить обучение и конкурентоспособность этих технологий. Такой рост будет также согласован с прогнозами Ирена по достижению 10 ГВт энергии океана, развернутой во всем мире к 2030 году.

Энергетическая емкость океана, объявленная в ближайшие 3-5 лет
Путь вперед: снижение LCOE

Исследование, проведенное в 2019 году Объединенным исследовательским центром ЕС (JRC), показывает, что LCOE для технологий приливных течений находится в диапазоне от 0,47 до 1,02 евро/кВтч, а для энергии волн — от 0,47 евро/кВтч до 1,4 евро/кВтч. Ожидается, что непрерывное развитие технологий и прогресс в обучении могут снизить LCOE до уровня от 0,10 до 0,15 евро/кВтч к 2030 году. Энергия океана была бы интересным вариантом, например, на удаленных островных территориях с высокими ценами на электроэнергию из-за импортируемого дизельного топлива (от 0,20 до 0,50 евро/кВтч).

Однако для преодоления разрыва в расходах необходимы два ключевых элемента: политические стимулы и инновационные бизнес-модели. На фронте политических стимулов некоторые страны и Европейский Союз предоставляют налоговые стимулы и гранты на НИОКР для проектов в области возобновляемых источников энергии, включая энергию океана. Но Канада, в частности, в провинции Новая Шотландия, является единственной страной, которая осуществила программу развития приливного тарифа. Developmental Tidal FiT специально предназначен для проектов приливов и отливов. Проекты с установленной мощностью более 500 кВт могут применяться к схеме, чтобы получить тариф 0,53 CAD/кВтч.

Что касается инновационных бизнес-моделей, проекты в области океанской энергетики направлены на то, чтобы связать производство электроэнергии с другими технологиями использования возобновляемых источников энергии и такими видами экономической деятельности, как аквакультура, охлаждение морской воды или опреснение воды. Этот подход приводит к дополнительным потокам доходов для проектов по энергетике океана в дополнение к продаже кВтч.

Политические последствия

С учетом задач по достижению политических целей, связанных с целями ООН в области устойчивого развития, энергетику океана следует рассматривать не как самостоятельную технологию, а скорее как целостное решение, которое повышает ценность отраслей и общин в прибрежных районах и островных территориях.

Сегодня европейские компании являются явными мировыми лидерами в технологиях океанской энергетики, на их долю приходится 66% патентов в области приливной энергии и 44% патентов в области волновой энергии во всем мире. Ocean Energy Europe (OEE) считает, что отрасль может поставить 100 ГВт и создать 400 000 рабочих мест в Европе к 2050 году. Это лидерство теперь подкрепляется текущей подготовкой Европейской оффшорной Энергетической стратегии, которая должна быть запущена осенью этого года.  В этом контексте океанская энергия обеспечивает особенно многообещающий рынок из-за их высокой зависимости малых островных развивающихся государств от других оффшорных секторов, таких как рыболовство, их обилия океанических ресурсов, нехватки доступной земли и высоких затрат на электроэнергию.

Следовательно, желательно включить энергию океана в пакеты стимулов и восстановления COVID-19, способствуя глобальной голубой экономике. IRENA тесно сотрудничает со своими странами-членами, чтобы поддержать внедрение морских возобновляемых технологий. Организованные дискуссионные площадки в Европе и Северной Америке, а также встреча на уровне министров на ее последней Ассамблее в Абу-Даби. Страны-члены обратились к IRENA с просьбой содействовать целенаправленному сотрудничеству для ускорения освоения морских возобновляемых источников энергии и развития глобальной голубой экономики. Совместно с правительствами IRENA работает над созданием структуры сотрудничества в области возобновляемых источников энергии в открытом море. Он нацелен на вовлечение других ключевых заинтересованных сторон в оффшорные возобновляемые источники энергии и далее, чтобы стать глобальным центром международного сотрудничества.

Елизавета Коробкова

Редактор ЭНЕРГОСМИ.РУ