Немногим ранее мы уже размещали материал об инновациях в энергетическом секторе, которые бы могли помочь Украине пережить энергетический кризис, спровоцированный российскими ракетными атаками по объектам энергетической инфраструктуры. В сегодняшнем обзоре появляются новые предложения, которые смогли бы сыграть свою роль и помочь стабилизировать электроэнергетическую систему Украины в военных условиях.

В связи с ростом индустриализации растет спрос на плавучие электростанции, которые помогают управлять свободным потоком электроэнергии в промышленности. Например, по данным Международного энергетического агентства (МЭА), межправительственной организации со штаб-квартирой во Франции, в апреле 2021 года глобальный спрос на электроэнергию увеличился на 1000 тераватт-часов (ТВтч), продемонстрировав глобальное увеличение на 4%.

Стремясь завоевать новые рынки, разработчики десятилетиями предлагали плавучие электростанции — как правило, судовые дизельные, газовые или двутопливные двигатели — потому что их можно построить быстро и с минимальными затратами. Поскольку они мобильны, их можно перемещать или продавать, а поскольку они не требуют большой площадки и иногда не занимают земли, их можно размещать даже в самых отдалённых местах и ​​в сложных условиях окружающей среды, как для временного, так и для постоянного энергоснабжения, а также они более устойчивы к такой проблеме, как землетрясение.

Согласно исследованию Стэнфордского университета, к 2050 году все резервные земли в мире будут использоваться в связи с растущим спросом на продукты питания, биотопливо, промышленное лесное хозяйство и урбанизацию. Эксперты ожидают дополнительного давления на прибрежные регионы из-за повышения уровня моря из-за изменения климата. Добавьте к этому тот факт, что океаны и моря составляют половину поверхности земли, и станет понятно, почему существует потребность или увлечение созданием нового «плавающего мира», который был бы одновременно благоприятным для окружающей среды и мобильным. 

Любой мир сроится на или вокруг источников энергии, поэтому и из концепции «плавающего мира» была взята идея плавающих электростанций, которые должны были бы питать новые «миры». Основными типами рынков плавучих электростанций являются плавучая солнечная энергия, плавучий ветер, плавучая энергия ветра и волн, плавучая атомная энергия и другие. Плавающая солнечная энергия относится к производству энергии с использованием морских технологий и возобновляемых источников энергии над водоемами.

Ожидается, что мировой рынок плавучих электростанций вырастет с 2,17 млрд долларов в 2021 году до 2,40 млрд долларов в 2022 году при среднегодовом темпе роста 10,6%. По прогнозным данным, рынок плавучих электростанций вырастет до 3,36 млрд долларов в 2026 году при среднегодовом темпе роста 8,8%. Европа была крупнейшим регионом на рынке плавучих электростанций в 2021 году, но первенство должно перейти к Азиатско-Тихоокеанскому уже в ближайшем будущем, из-за роста плавучих электростанций на возобновляемых источниках энергии в таких странах, как Япония, Индия, Мьянма и Индонезия.

Основными игроками на рынке плавучих электростанций являются компании (разбивка по странам):

• Германия — MAN Diesel & Turbo SE, Siemens AG
• США — General Electric Company, Caterpillar Inc., Principle Power Inc.
• Япония — Mitsubishi Corporation, Kawasaki Heavy Industries Ltd, Kyocera Corporation
• Франция — Ciel & Terre International
• Дания — Floating Power Plant A/S
• Гонконг — Upsolar Inc.
• Индия — Vikram Solar Ltd.
• Швеция — SeaTwirl AB
• Норвегия — Ideol, Equinor ASA
• Финляндия — Wartsila
• Китай — Yingli Solar
• Турция — Karadeniz Holding

Первая плавучая

Первой же плавучей электростанцией стало судно SS Jacona. Этот моторный корабль был грузовым судном, переоборудованным в передвижную электрогенераторную установку для чрезвычайных ситуаций. Он использовался ВМС США во время временной поставки электроэнергию в Южную Корею.

Котлы главного двигателя и вспомогательные, ранее использовавшиеся для движения, были удалены. Были сняты воронка, фок-мачта и четыре передние лебедки, гребной винт, вал-тоннель и валопровод. Были установлены новые водонепроницаемые переборки в носовой и кормовой частях, а под силовой установкой устроено специальное утолщение. Были установлены два паровых турбогенератора, которые брали пар из четырех морских котлов и производили 280 000 фунтов пара в час при давлении 425 фунтов при перегреве 250°F. Расход пара на турбины составлял около 9-4 фунтов на кВтч.

Судно стояло на якоре в Портсмуте, Нью-Гэмпшир, и сдавало в аренду вырабатываемую им электроэнергию. Вырабатываемая электроэнергия была подключена к городским линиям электропередачи. В мае 1948 года СССР отключили передачу электроэнергию в южную часть Корейского полуострова. Тогда американцы при помощи Jacona подавали электричество в общую корейскую энергосистему. В 1950 году попадание крысы в один из генераторов привело к короткому замыканию и выходу из строя системы. Вследствие этого Корея была вынуждена ограничить использование электричества, пока американское правительство не помогло с поставкой требуемых запчастей. Администрация экономического сотрудничества США помогла построить постоянную гидроэлектростанцию ​​мощностью 22 000 кВт и паровой электрогенератор мощностью 60 000 кВт для предприятий в Корее, и лишь тогда Jacona была удалена из корейской энергосистемы.

После этого судно ещё поработало в качестве электростанции у берегов Окинавы, находясь под управлением Ryukyu Electric Power Corporation, пока не была продана филиппинским покупателям в октябре 1971 года.

Первая атомная

В 2020 году началась промышленная эксплуатация первой плавучей атомной теплоэлектростанции (ПАТЭС) «Академик Ломоносов». Она предназначена для эксплуатации в районах Крайнего Севера и Дальнего Востока, в частности для обеспечения надежного энергоснабжения Чукотки. Особенность ПАТЭС в том, что плавучий энергоблок целиком создается на судостроительном предприятии с использованием освоенной технологии строительства атомных судов. После комплексных испытаний и сдачи заказчику ПЭБ транспортируется к месту стоянки, где подключается к береговым сетям и начинает выдавать электроэнергию в сеть. Плавучее исполнение сводит к минимуму объемы и стоимость капитального строительства станции в районе размещения. Заказчик получает экологически чистую электрическую и тепловую энергию, в то время как вопросы хранения радиоактивных отходов, квалифицированного обслуживания и снятия с эксплуатации станции после выработки ресурса решаются эксплуатирующей организацией с использованием существующей технологической базы атомного флота.

Сегодня к ПАТЭС проявляют интерес множество стран, в их числе: страны Юго-Восточной Азии (Малайзия, Индонезия, Таиланд) и Ближнего Востока (Саудовская Аравия, Объединенные Арабские Эмираты, Катар).

Газовые турбины

Хотя газовые турбины, установленные на кораблях и нефтяных платформах, не новы, их выходная мощность ограничена из-за нехватки места и нехватки топлива. Siemens надеется изменить это. После разрушительного цунами в Японии в 2011 году команда компании SeaFloat Siemens Energy активно разрабатывает и продает плавучие платформы и корабли, которые могут быть оснащены различными моделями газовых турбин. Концепция, которую компания предлагает для аренды или покупки, направлена ​​на удовлетворение растущего спроса со стороны поставщиков энергии в развивающихся странах или компаний, стремящихся к гибкости в промышленно развитых странах.

Электростанция Siemens SCC5-8000H SeaFloat, изображенная на этой художественной визуализации, имеет на борту газовую турбину SGT-8000H. Он может вырабатывать до 1,3 ГВт с КПД более 61% в двухблочной конфигурации с комбинированным циклом. Газовая турбина вырабатывает электричество, которое подаётся в общую энергосеть посредством кабеля, соединяющего судно с наземными постройками энергетической инфраструктуры.

Как видно, после пристыковки электростанции самый простой вариант — снабжать ее природным газом с суши. Если объект расположен дальше от берега, он также может снабжаться сжиженным природным газом (СПГ) со специальных судов. Чтобы сделать это возможным, необходимо установить дополнительные платформы, к которым могут пристыковываться корабли. Эти платформы будут оснащены технологией, необходимой для преобразования жидкого топлива в газообразное.

Последним проектом SeaFloat является электростанция Estrella del Mar III мощностью 145 МВт, которая в настоящее время развертывается в Доминиканской Республике. Проект установки был разработан группой инженеров и изготовителей Siemens Energy в Швеции, а проектирование резервуара выполнено ST Engineering. Estrella del Mar III также включает в себя систему накопления энергии на батареях для компенсации нехватки электроэнергии и падения частоты в сети. «В целом баржа обеспечивает оптимальное использование пространства и высокую удельную мощность. Кроме того, команда SeaFloat постоянно оптимизирует концепцию, чтобы улучшить вес, пространство, эффективность, уменьшить выбросы и стать неотъемлемой частью глобального перехода энергетики к декарбонизации и децентрализации», — говорится в сообщении компании Siemens.

Мазут

Приводить во вращение лопасти электрической установки можно при помощи разного вида топлива. Например, из более чем 20 плавучих барж, которые финский поставщик оборудования для электростанций Wärtsilä спустил на воду с конца 1990-х годов в таких странах, как Бангладеш, Ямайка и Папуа-Новая Гвинея, большинство работает на мазуте.

Но в условиях общемирового тренда на декарбонизацию большинство производителей, если не полностью уходят от использования мазута, то стремятся к внедрению двутопливных турбин. Так, турецкий производитель Karadeniz Powership Erin Sultan (Karpowership) использует корабли с новейшей технологией двухтопливных двигателей, работающих в режиме комбинированного цикла для максимальной эффективности. Гибкость выбора топлива за счет природного газа, СПГ или низкосернистого мазута обеспечивает выгодную итоговую стоимость поставляемой энергии без капитальных затрат.

Плавучие электростанции Karpowership могут быть установлены на прибрежной площадке, где есть доступная подстанция для подключения к электросети и подходящие морские условия для стоянки или швартовки. За швартовкой последует подключение Powership к магистральным сетям. Наконец, подключение топлива происходит либо с береговых объектов по трубопроводу, либо через бункеровку. Они могут прибыть к необходимому месту уже через 30 дней после подписания контракта.

Базовые площадки требуют минимальной береговой инфраструктуры и готовы к работе, как только Karpowership получит разрешение на поставку Powerships. Строительные работы включают в себя точку соединения линий электропередач, небольшой офис и склады, прилегающие к Powership. Powerships поставляются в комплекте со всеми запасными частями и расходными материалами, встроенной мастерской для необходимого ремонта, высоковольтной подстанцией (новая подстанция на берегу не требуется) и встроенным топливным хранилищем для преобразования топлива в энергию.

Цена вопроса

По данным Bloomberg, стоимость электроэнергии, вырабатываемой судами компании Karpowership составляет 20 до 25 евроцентов за киловатт-час, что составляет примерно половину текущих рыночных ставок на немецкую электроэнергию в следующем году. Но при этом это всё ещё дороже электроэнергии, продуцируемой классическими атомными электростанциями.

Влияние войны в Украине

Если даже европейские правительства ведут переговоры об аренде гигантских плавучих электростанций, поскольку этой зимой континент испытывает трудности с поставками энергии, то что говорить про израненную войной Украину. Массированные атаки по инфраструктуре привели к выходу из строя около 40% энергетических объектов. 1 декабря член правления по коммерческим операциям турецкой компании Karpowership Зейнеп Харези в интервью Nikkei Asia заявила, что компания ведет переговоры с одесскими властями и государственным «Укрэнерго» по поводу размещения возле Одессы трех плавучих электростанций мощностью 300 МВт.

Чуть позже украинское подразделение Forbes сообщило, что в ноябре своё предложение предоставила и немецкая Siemens, которая предлагает для размещения своих электростанций акватории возле Одессы, Николаева, Измаила.

Размещение плавучих электростанций у берегов стран Европейского Союза является еще одним признаком острой необходимости использовать дополнительные источники энергии этой зимой, поскольку континент столкнулся с многочисленными проблемами энергетической безопасности после вторжения России в Украину. В Германии, которая ищет альтернативные источники энергии, министерство экономики и климата ведет переговоры с бельгийской компанией Exmar и правительством земли Нижняя Саксония о возможности принятия трёх барж. Karpowership заявляет, что ведёт переговоры с четырьмя европейскими странами о немедленной поставке плавучих электростанций мощностью 2 гигаватт с восемью плавучими электростанциями, которые могут вырабатывать электроэнергию, достаточную для снабжения 5 миллионов домохозяйств и поддержки систем централизованного теплоснабжения.