Разработка волнозащитного электрогенерирующего комплекса для объектов прибрежного морского шельфа

Малое внимание развитию волновой энергетики в России обусловлено, прежде всего, нехваткой методологических подходов к созданию систем использования неисчерпаемых источников энергии, отсутствием опытнодемонстрационных объектов, а также слабой информированностью представителей органов государственной власти, бизнес-сообщества и населения о возможностях и преимуществах их использования. Несмотря на то, что Россия имеет самую протяженную береговую линию в мире, в настоящее время нашей стране нет парков преобразователей волновой энергии. Таким образом, в настоящее время существует техническая, экономическая и социальная потребность в развитии разработок, связанных с созданием систем электрогенерации за счет энергии морских волн. Между тем, развитие волновой энергетики является перспективным и экономически целесообразным для отдельных регионов страны (например, побережья Черного моря, побережья Дальнего Востока, российского Арктического шельфа). Результаты проведённых исследований и зарубежный опыт использования волновых электростанций утверждают, что берегоукрепительные сооружения имеет смысл модернизировать, проектировать и возводить с дополнительными модификациями в виде волновых электростанций. Поскольку выработка энергии волновыми электростанциями происходит путем извлечения волновой энергии, важным применением такого рода установок является защита вдольбереговых сооружений и уменьшение эрозии дна, поскольку они служат волногасителями, что делает использование волновых ферм еще более экономически выгодным. В последнее десятилетие в связи с глобальными изменениями климата угроза, создаваемая береговой эрозией и прибрежными наводнениями, подталкивает научное сообщество к поиску инновационных схем защиты побережья, на которые не влияет повышение уровня моря. Преобразователи волновой энергии в этом контексте могут иметь комбинированное применение в качестве инструмента защиты побережья и сбора энергии. Настоящий проект направлен на решение комплекса задач, связанных с оценкой влияния волнового климата (как поверхностных, так и внутренних волн) на эффективность волновых электроэнергетических комплексов (ВолнЭК), а также проектирование оптимального расположения узлов волновых «ферм» (совокупность нескольких ВолнЭК, расположенных по определенной геометрической схеме) для максимального поглощения волновой энергии и защиты объектов прибрежного морского шельфа. Первым направлением работ по проекту является зонирование прибрежных зон различных морей России по степени эффективности расположения в них ВолнЭК. Для анализа будут использоваться статистические характеристики ветра и волнения, как представленные в справочниках, изданных Российским морским регистром судоходства, так и опубликованных в исследовательских работах, содержащих натурные наблюдения, которых достаточно много для этого региона. Особое внимание будет уделено анализу климатических спектров, пространственных характеристик штормов, а также совместных экстремальных характеристик. Поскольку ветряные электростанции предполагается располагать на достаточном удалении от береговой линии (примерно в 10 милях от берега), где морской шельф стратифицирован, важно также оценить характеристики внутренних волн и исследовать возможные волновые режимы в предполагаемом месте установки энергетических комплексов. Вторым направлением работ по проекту является разработка концепций и конструкций: - концентраторов энергии морских волн, обеспечивающих одновременно амортизацию ударных воздействий волн на всех возможных направлениях и формирующих потоки воды для привода гидротурбин электрических генераторов. При этом будет найдена рациональная зависимость геометрических размеров преобразователя от параметров волн, разработаны схемы расположения преобразователей волновой энергии относительно защищаемого объекта или зоны рекреации; - вихревых гидротурбин, являющихся, как и концентраторы энергии волн, компонентами гидроэлектрического преобразователя энергии; - исполнительных устройств управления положением спойлеров и ловушек - концентраторов энергии морских волн относительно морского дна и защищаемого объекта в функции длины поверхностных и внутренних волн, их амплитуды и направления в реальном масштабе времени. При разработке конструкций исходными являются материалы и решения, описанные в патенте на изобретение RU 2703877 C2 «Плавучая волновая электростанция». Полномасштабное имитационное моделирование на суперЭВМ предполагается проводить с помощью пакета программ ЛОГОС, созданного в РФЯЦ- ВНИИЭФ в рамках проекта «Развитие суперкомпьютеров и грид-технологий», утвержденного Комиссией при Президенте РФ по модернизации и технологическому развитию экономики России. Третьим направлением работы над проектом является синтез автоматической системы управления, структуры и компонент много генераторного электрического комплекса: - электрогенерации, обеспечивающей интеграцию электрической мощности, вырабатываемой отдельными турбовихревыми электрогенераторами, её автоматическое распределение между генераторами и регулирование в соответствии с графиками нагрузки электроприёмников; - защиты от аварийных режимов при коротких замыканиях, механических нарушениях и экстремальных внешних условиях; - обеспечения надлежащего качества генерируемой электрической энергии.