Newswise — По мере роста мирового спроса на электроэнергию традиционные источники энергии находятся под давлением. Океаны, которые покрывают более 70% поверхности Земли, обладают огромным потенциалом для получения чистой энергии из возобновляемых источников, таких как океанские течения и волны.

Тем не менее, развитие морской возобновляемой энергетики все еще находится на ранних стадиях по сравнению с ветровой и солнечной энергией. Одной из проблем является определение наиболее целесообразных и экономически жизнеспособных мест для проектов в области энергетики океанских течений. В то время как многие исследования были сосредоточены на региональной оценке энергетических ресурсов океанических течений, глобальная оценка, основанная на фактических данных, до сих пор отсутствовала.

Используя данные измерений за более чем 30 лет в рамках Глобальной программы дрифтеров (GDP) NOAA, уникальное исследование Колледжа инженерии и компьютерных наук Атлантического университета Флориды обеспечивает наиболее полную глобальную оценку энергии океанских течений на сегодняшний день. И есть отличные новости для Юго-Восточной Флориды.

Исследователи изучили потенциал улавливания кинетической энергии океанских течений, сосредоточившись на оценке плотности мощности и ее изменении во времени и местоположении. ВВП включает в себя около 1250 спутниковых буев, которые измеряют океанские течения и их положение. Для этого исследования ученые использовали более 43 миллионов точек данных с марта 1988 года по сентябрь 2021 года.

Результаты, опубликованные в журнале Renewable Energy, показывают, что воды у восточного побережья Флориды и Южной Африки постоянно демонстрируют высокую плотность мощности, что делает их идеальными для выработки электроэнергии из океанских течений. В частности, эти регионы показали плотность мощности выше 2500 Вт на квадратный метр, что в 2,5 раза превышает плотность энергии «отличного» ветрового энергетического ресурса. Относительно мелководье – около 300 метров глубиной – еще больше повышает их пригодность для добычи энергии с помощью турбин океанских течений. Напротив, такие регионы, как Япония и некоторые районы Южной Америки, не показали подобной плотности мощности на этих глубинах.

«Наше исследование показало, что около 75% от общего числа районов с высокой плотностью мощности, охватывающих около 490 000 квадратных километров океана, имеют уровни энергии от 500 до 1000 ватт на квадратный метр. Это говорит о том, что существует большой потенциал для сбора энергии из океанских течений, особенно в регионах, где плотность мощности умеренная, но значительная для устойчивого производства энергии», — сказал Махсан Садугипур, доктор философии, первый автор и аспирант-исследователь в Колледже инженерии и компьютерных наук. «Наше исследование также дает представление о факторах, которые могут влиять на точность оценок выработки энергии, таких как условия окружающей среды и методы измерения».

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), северной части Южной Америки (Бразилия и Французская Гвиана) и на восточном побережье Австралии.

Еще одним ключевым выводом исследования стала точность оценок плотности мощности. В Северной Америке и Японии расчеты были очень надежными, что обеспечило уверенность в прогнозах энергетического потенциала. Кроме того, сравнения с существующими исследованиями подтвердили надежность результатов в этих регионах, поскольку оценки плотности мощности близко совпадали с измерениями, полученными с помощью других методов измерения. Тем не менее, такие районы, как Южная Африка и некоторые части Южной Америки, особенно у берегов северной Бразилии и Французской Гвианы, было сложнее оценить из-за ограниченных данных или очень изменчивых водных условий.

«Такие регионы, как Бразилия и Южная Африка, имеют ограниченные доступные данные, что влияет на точность прогнозов энергии, затрудняя полную оценку их потенциала для добычи энергии», — сказал Юфэй Танг, доктор философии, соавтор и доцент кафедры электротехники и компьютерных наук FAU, директор Центра интеллектуальных энергетических технологий FPL (InETech) (fau.edu/engineering/research/fpl-center-intelligent-energy-technologies/). и научный сотрудник Института сенсорики и инженерии встроенных сетевых систем FAU (I-SENSE). «Расширение сбора данных улучшит наше понимание и раскроет весь энергетический потенциал. Например, региональные исследования с использованием акустических доплеровских профилографов течений могут лучше оценить выработку энергии для погружных турбин».

Результаты также показывают, что такие регионы, как Южная Африка и Япония, несмотря на высокую плотность мощности, представляют больше проблем из-за более глубоких вод и сложных потоков. Глубоководные районы (1 000 метров и более) позволяют добывать энергию с большей точностью.Халленг.

«Взаимосвязь между глубиной и удельной мощностью имеет решающее значение для размещения и проектирования турбин. Сильные океанские течения расположены вблизи поверхности моря, где общая глубина воды обычно колеблется от 250 метров до более чем 3000 метров», — сказал Джеймс Х. ВанЦвитен-младший, доктор философии, соавтор и доцент кафедры океанографии и машиностроения FAU. «Это создает серьезные проблемы, поскольку турбины потребуют современных систем швартовки для поддержания их стабильности и работоспособности. 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 важную роль в доступности энергии. В теплые месяцы для Северного полушария (с июня по август) более высокая плотность электроэнергии наблюдается в таких регионах, как Флорида, Япония и Северная Бразилия, что соответствует повышенному спросу на энергию в эти месяцы. Аналогичным образом, самая высокая плотность электроэнергии в Южной Африке наблюдается в теплые месяцы (с декабря по февраль). Эти сезонные закономерности указывают на то, что энергия океанских течений может хорошо согласовываться с периодами повышенного спроса на электроэнергию, связанного с увеличением использования кондиционеров, что делает ее потенциально надежным источником возобновляемой энергии.

«Точные оценки энергии океанских течений зависят от таких критических факторов, как плотность данных, тип данных и изменчивость потока», — сказала Стелла Баталама, доктор философии, декан Колледжа инженерии и компьютерных наук. «Результаты этого исследования подчеркивают необходимость тщательного рассмотрения этих переменных, а предоставленные энергетические характеристики помогут обеспечить эффективную интеграцию энергии океанских течений в более широкий ландшафт возобновляемых источников энергии».

Эта работа была частично поддержана Национальным научным фондом, Министерством энергетики США и FPL InETech в FAU.

«Это новаторское исследование еще больше укрепляет Юго-Восточную Флориду как одно из главных мест для использования силы океанских течений», — сказал Габриэль Альсенас, директор Юго-восточного национального центра морских возобновляемых источников энергии FAU. «В SNREC мы гордимся тем, что находимся в авангарде отечественных энергетических инноваций, способствуя прогрессу в направлении более устойчивого будущего. Обладая уникальным доступом к обильным океанским течениям, мы лидируем в разработке передовых технологий, которые повысят нашу региональную энергетическую безопасность и национальное энергетическое доминирование».