Над океанами достаточно энергии ветра, чтобы обеспечить человеческую цивилизацию

 

Новое исследование, опубликованное в понедельник, показывает, что существует так много потенциала энергии ветра над  океанами, что его теоретически можно использовать для создания «силы масштаба цивилизации» - предполагая, что мы готовы  покрыть огромные участки моря турбинами и можем придумать способы их установки и обслуживания в часто экстремальных  океанских условиях.

Очень маловероятно, что мы когда-либо создадим открытые океанские турбины на таком уровне, что, действительно, это  может даже изменить климат планеты, считает исследование. Но более скромное сообщение состоит в том, что энергия ветра  над открытыми океанами имеет большой потенциал - усиливая идею о том, что плавающие ветряные электростанции в очень  глубоких водах могут стать следующим важным шагом для ветроэнергетических технологий.

«Я бы посмотрел на это как на зеленый цвет для этой отрасли с геофизической точки зрения», - сказал Кен Калдейр из  Института Карнеги по науке в Стэнфорде, Калифорния. Исследование, проведенное в Трудах Национальной академии наук,  было во главе с исследователем Карнеги Анной Попнер, которая работала в сотрудничестве с Кальдейрой.

Исследование, как свое начало, предшествовало исследованию, которое показало, что, вероятно, существует верхний предел  количества энергии, которое может быть создано ветровой фермой, расположенной на суше. Предел возникает как из-за того,  что природные и человеческие структуры на суше создают трение, которое замедляет скорость ветра, но также потому, что  каждая отдельная ветряная турбина извлекает часть энергии ветра и превращает ее в энергию, которую мы можем использовать, - оставляя меньше энергии ветра для других турбин.

"Если каждая турбина удаляет что-то наподобие половины энергии, проходящей через нее, к тому времени, когда вы  доберетесь до второго ряда, у вас будет только четверть энергии и т. д.", - объяснил Калдейра.

Океан другой. Во-первых, скорость ветра может быть на 70 процентов выше, чем на суше. Но большая сделка - это то, что  вы можете назвать пополнением ветра. Новое исследование показало, что в средних широтах океаны штормы регулярно  переносят мощную энергию ветра на поверхность с больших высот, что означает, что верхний предел здесь для того,  сколько энергии вы можете захватить турбинами, значительно выше.

"На суше турбины - это всего лишь соскабливание кинетической энергии из самой нижней части атмосферы, тогда как над  океаном она истощает кинетическую энергию из большей части тропосферы или нижней части атмосферы», - сказал Калдейр.

В исследовании сравнивается теоретическая ветряная электростанция площадью около 2 миллионов квадратных километров,  расположенная либо над США (в центре по Канзасу), либо в открытой Атлантике. И он считает, что покрытие большей части  центральных штатов ветряными электростанциями по-прежнему будет недостаточным для мощности США и Китая, что потребует  генерирующей мощности около 7 тераватт в год (тераватт эквивалентен триллион ватт).

Потенциальная энергия, которая может быть извлечена над океаном, учитывая ту же площадь, «по крайней мере в три раза выше».

Исследование потребовало бы еще более крупной 3-миллионной квадратной километровой ветровой установки над океаном, чтобы  обеспечить текущие энергетические потребности человечества или 18 тераватт. Это область, даже больше, чем Гренландия.

Следовательно, в исследовании делается вывод о том, что «в среднем на год энергия ветра, доступная в Северной Атлантике,  может быть достаточной для мощности всего мира».

Но важно подчеркнуть, что это чисто теоретические расчеты. Их пресекают многие практические факторы, в том числе тот факт, что ветры не одинаково сильны во все времена года, и что технологии захвата их энергии в таком масштабе, а тем более  ее передачи на берег, в настоящее время не существуют.

О, а затем возникает еще одна серьезная проблема: Моделирование, проведенное в исследовании, предполагает, что  извлечение этой большой энергии ветра из природы будет иметь эффект планетарного масштаба, включая охлаждение частей  Арктики на целых 13 градусов по Цельсию.

"Попытка получить мощность от силы ветра от ветра немного требует неприятностей", - сказал Кальдейра. Но он сказал, что  климатический эффект будет меньшим, если бы количество энергии, которое было выбрано, было уменьшено от этих чрезвычайно  высоких чисел, и если ветровые электростанции были более разнесены по всему миру.

Энергетические гуру уже давно говорят о том, что среди возобновляемых источников солнечная энергия имеет наибольший  потенциал для увеличения и создания мощности в масштабе мощности, достаточной для удовлетворения больших потребностей в  энергии человека. Калдейра не оспаривает это. Но его исследование предполагает, что, по крайней мере, когда открытый  океанский ветер станет доступным, он может также иметь значительный потенциал.

Александр Слокум, профессор машиностроения MIT, который сосредоточился на морском ветре и его потенциале, и который не  участвовал в исследовании, сказал, что он считает эту статью «очень хорошим исследованием» и что она не выглядит  предвзятой.

"Подводя итог, вытекающий из статьи, в которой приводятся энергетические фермы с открытым океаном, может обеспечить  большую часть наших энергетических потребностей, также поддерживается история: по мере того, как технология становится  ограниченной (например, конные экипажи), возникает мотивация оглядываться для альтернатив", -  продолжил Сколум по электронной почте. «Автомобиль сделал это с лошадями и теперь возобновляемые источники энергии  делают это для углеводородной промышленности».

"Авторы признают, что значительные технические проблемы приходят в игру при фактическом сборе энергии с этих далеких  оффшорных площадок, но я ценю их внимание к величине ресурса", - добавила Джулия Лундквист, исследователь по энергии  ветра из Университета Колорадо, Боулдер. "Я надеюсь, что эта работа будет стимулировать дальнейший интерес к энергии  глубокого водного ветра."


Исследования указывают на третий вид энергии ветра. На суше турбины очень хорошо зарекомендовали себя, и все больше  устанавливаются каждый год. Между тем прибрежные районы теперь также видят все больше и больше турбинных установок,  но все же в относительно мелких водах.

Но, чтобы выйти из открытого океана, где море часто находится на глубине более мили, ожидается, что потребуется еще  одна технология - вероятно, плавающая турбина, которая простирается над водой и сидит поверх какой-то очень большой  погруженной плавающей структуры, сопровождается кабелями, которые прикрепляют всю турбину к морскому дну.

Экспериментирование с технологией уже происходит: Statoil движется, чтобы построить большую плавучую ветровую ветку  у побережья Шотландии, которая будет расположена в водах глубиной около 100 метров и имеет мощность в 20 мегаватт  (млн. Вт) электроэнергии. Турбины высотой 253 метра, но 78 метров этой длины относятся к плавающей части  под поверхностью моря.

"То, что мы описываем, скорее всего, не будет сегодня экономическим, но как только у вас появится отрасль,  которая работает в этом направлении, должна стать стимулом для развития", - сказал Калдейра.


Крис Муни