У исследователя из Массачусетского технологического института есть видение: четыреста огромных морских ветряных турбин обеспечивают потребителей на суше электричеством, достаточным для питания нескольких сотен тысяч домов, и никто, стоящий на берегу, не может их видеть. Хитрость? Ветряные турбины плавают на платформах в сотне миль от моря, где дуют сильные и устойчивые ветры.
Сегодняшние морские ветряные турбины обычно стоят на башнях, вбитых глубоко в дно океана. Но это устройство работает только при глубине воды около 15 метров или меньше. Поэтому предлагаемые установки обычно располагаются достаточно близко к берегу, чтобы вызвать сильную общественную оппозицию.
Пол Д. Склавунос, профессор машиностроения и военно-морской архитектуры, десятилетиями проектировал и анализировал большие плавучие конструкции для глубоководной разведки нефти и газа. Наблюдая за спорами вокруг ветряных электростанций, он подумал: «Подождите минутку. Почему мы не можем просто взять эти ветряные мельницы, поставить их на поплавки и переместить дальше от берега, где много места и много ветра?»
В 2004 году он и его коллеги из Массачусетского технологического института объединились с экспертами по ветряным турбинам из Национальной лаборатории возобновляемых источников энергии (NREL), чтобы интегрировать ветряную турбину с поплавком. Их конструкция требует платформы с натяжными опорами (TLP), системы, в которой длинные стальные тросы или «тросы» соединяют углы платформы с бетонным блоком или другой системой швартовки на дне океана. Таким образом, платформа и турбина поддерживаются не дорогой башней, а плавучестью. «И вы ничего не платите, чтобы быть на плаву», - сказал Склавунос.
Согласно их анализам, установленные на поплавке турбины могут работать на глубине от 30 до 200 метров. Например, на северо-востоке они могут находиться в 50-150 км от берега. И турбина на каждой платформе может быть большой - экономическое преимущество в бизнесе ветряных электростанций. Проект MIT-NREL предполагает экспериментальную турбину мощностью 5,0 мегаватт (МВт), которая в настоящее время разрабатывается промышленностью. (Береговые установки 1,5 МВт, обычные морские установки 3,6 МВт.)
Достаточно устойчивый для буксировки
Океанская сборка плавучих турбин была бы непомерно дорогой из-за их размера: ветряная башня имеет полную высоту 90 метров, диаметр роторов около 140 метров. Поэтому исследователи спроектировали их так, чтобы их собирали на берегу - возможно, на верфи - и буксировали в море буксиром. Чтобы каждая платформа оставалась стабильной, цилиндры внутри нее заполнены бетоном и водой. Оказавшись на месте, платформа подключается к ранее установленным тросам. Вода выкачивается из цилиндров до тех пор, пока вся сборка не поднимется в воду, натянув тросы.
Привязи позволяют плавучим платформам перемещаться из стороны в сторону, но не вверх и вниз - удивительно стабильное устройство. Согласно компьютерному моделированию, в условиях урагана плавучие платформы диаметром около 30 метров каждая смещались на один-два метра, а днище лопаток турбины оставалось значительно выше пика даже самой высокой волны. Исследователи надеются еще больше уменьшить боковое движение, установив специально разработанные амортизаторы, подобные тем, которые используются для стабилизации раскачивания небоскребов во время сильного ветра и землетрясений.
Sclavounos оценивает, что строительство и установка его плавучей опорной системы должны стоить втрое меньше, чем строительство ферменной башни, которая сейчас планируется для глубоководных установок. Установка тросов, электрической системы и кабеля на берегу - стандартная процедура. Из-за сильных прибрежных ветров плавучие турбины должны производить вдвое больше электроэнергии в год (на установленный мегаватт), чем действующие в настоящее время ветряные турбины. А поскольку ветряные турбины не закреплены постоянно на дне океана, они являются движимым имуществом. Если компании с 400 ветряными турбинами, обслуживающими район Бостона, нужно больше энергии для Нью-Йорка, она может отцепить несколько плавучих турбин и отбуксировать их на юг.
Воодушевленный положительными отзывами ветряных, электроэнергетических и нефтяных компаний, Sclavounos надеется установить полумасштабный прототип к югу от Кейп-Код. «У нас будет небольшой отряд, который будет сидеть там и… мы сможем показать, что эта штука может плавать и вести себя так, как мы говорим», - сказал он. «Очевидно, что так надо начинать».