Разработки - Проект "Чёрное Море"


НАУЧНО-ПРОИЗВОДСТВЕННАЯ ФИРМА «КРОК-1»

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ПРОЕКТ

 

ЭНЕРГООБЕСПЕЧЕНИЯ ОБЪЕКТОВ

АКВАТОРИИ ЧЁРНОГО МОРЯ

ЭНЕРГИЕЙ МОРСКИХ ВОЛН

 

 

 

 

                                                                         Руководитель проекта   В.ОВСЯНКИН

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

                                                         КИЕВ – 2009

 

 

 

 




                                                      СОДЕРЖАНИЕ

 

 

1. Информация о проекте.

 

2. Энергетический потенциал акватории.

 

3. Анализ существующих волновых электростанций.

 

4. Волновая электростанция конструкции В. Овсянкина (технические аспекты).

 

5. Информация о фирме.

 

6. Бизнес аспекты.


1.ИНФОРМАЦИЯ О ПРОЕКТЕ

 

   Развитие мировой энергетики в последнее десятилетие всё более ориентируется на новые, экологически чистые технологии, основанные на возобновляемых источниках энергии. Производство «зелёной электроэнергии» стимулируется во многих странах.

   В широком диапазоне применения  перспективна энергия морских волн, которая в природе представлена в наиболее сконцентрированном виде.

   Научно-производственной фирмы «Крок-1» (г. Киев, Украина), под руководством В.Овсянкина, разработана, изготовлена и испытана конструкция принципиально новой волновой электростанции(ВЭС).

    ВЭС предназначены для преобразования энергии морских волн в условиях  открытого моря в электроэнергию,  которой обеспечивают  автономные и береговые объекты (островные поселения, буровые платформы, плавсредства, гостиничные комплексы, различные производства и т.п.).

   ВЭС  устанавливаются в определенном порядке вдоль всего побережья   и  являются волнозащитными сооружениями для береговой линии.

   Возможность реализации проекта показана на примере острова Змеиный.

   Остров Змеиный расположен в юго-западной части Черного моря на расстоянии 20 миль от устья Дуная и 80 миль от г.Одесса. 

Общая площадь острова 20,5 га.

 

 

                                            Рис. 1 Остров Змеиный

 

    Проект предусматривает в первую очередь строительство в акватории острова  пилотного модуля волновой электростанции мощностью  500 кВт с последующим строительством многомодульной ВЭС мощностью в 2-3 МВт для обеспечения развивающейся инфраструктуры острова, и его защиты  от разрушения.

    В дальнейшем предусматривается строительство ВЭС различной мощности для обеспечения работы объектов  на континентальном шельфе и расположенных в прибрежной полосе.

 

 

 

   

 

 

Рис. 2 Схема  размещения месторождений углеводородов и  перспективных участков украинского шельфа Черного и Азовского морей.

 

 

   Волновая электростанция устанавливается на расстоянии от берега так, чтобы глубина в месте установки была не менее  25м. станция соединяется с потребителем электроэнергии электрическим кабелем. Управление ВЭС производится с береговой подстанции.

   Для строительства ВЭС не требуется   отвод земельных участков, береговая подстанция располагается  на территории объекта потребления.

   ВЭС не создают негативного воздействия на окружающую среду и производят дешевую, экологически чистую электроэнергию.


2. ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЙ ПОТЕНЦИАЛ АКВАТОРИИ ЧЕРНОГО МОРЯ ВОЗЛЕ ОСТРОВА ЗМЕИНЫЙ

 

   Малая площадь острова Змеиный позволяет предположить, что при незначительном удалении от берега (200-300 м) ВЭС будет работать в условиях открытого моря.

   Предварительную оценку энергетического потенциала акватории острова  можем сделать на основании данных  системы ЕСИМО (Единая государственная система информации об обстановке в мировом океане, Россия), где в электронном Атласе «Климат  Черного моря» содержатся сведения о климатических характеристиках морской среды Черного моря. Они подготовлены на основе данных гидрометеорологических наблюдений, накопленных за многолетний временной период.

   Графики и таблицы, характеризующие ежемесячные и средние данные о параметрах волн  в акватории   в   условиях  открытого  моря  представлены  на рисунках 3 и  4.

 

 

Гидрометеорология открытого моря - Высота волн - Статистика (по 1-гр. квадратам) - 17750


Номер квадрата: 17750

http://data.oceaninfo.ru/atlas/Black/images/9817750HWMR/9817750HWMR_hor_0000.jpg

 Рис.3 Статистические данные  по высотам волн в акватории

 

 

 

Гидрометеорология открытого моря - Высота волн - Повторяемость (по акватории)


Январь - Февраль - Март - Апрель - Май - Июнь - Июль - Август - Сентябрь - Октябрь - Ноябрь - Декабрь - Год

Параметр:Высота вет.волнения м Период:1891-2006 Кол-во набл.: 115051

http://data.oceaninfo.ru/atlas/Black/images/wavesheight/3_wavesheight_waterarea_recurrence_0_01.jpg

                                                                   

 

 

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

Год

0.0-0.5

40.7

41.0

47.7

62.2

71.4

68.9

62.7

58.4

54.7

48.2

43.7

39.2

53.3

0.6-1.0

23.6

23.9

23.6

21.0

17.4

18.9

21.4

22.7

22.7

23.9

24.8

24.9

22.4

1.1-1.5

15.6

15.8

14.1

9.1

6.8

7.4

9.5

11.0

11.9

13.3

14.8

16.3

12.1

1.6-2.0

9.4

9.5

7.3

4.2

2.8

3.0

4.0

4.9

6.3

7.5

8.2

9.4

6.4

2.1-2.5

4.6

4.2

3.2

1.7

0.9

1.0

1.6

1.7

2.1

3.3

4.1

4.5

2.7

2.6-3.0

3.4

2.9

2.0

0.9

0.4

0.4

0.5

0.8

1.2

2.1

2.6

3.0

1.7

3.1-3.5

0.8

1.2

0.6

0.3

0.1

0.1

0.1

0.2

0.4

0.6

0.7

1.0

0.5

3.6-4.0

1.2

0.8

0.7

0.3

0.1

0.2

0.2

0.1

0.4

0.6

0.7

0.9

0.5

4.1-4.5

0.2

0.2

0.2

0.1

0.1

0.1

0.0

0.0

0.1

0.1

0.1

0.3

0.1

4.6-5.0

0.3

0.3

0.3

0.1

0.0

0.0

0.0

0.1

0.1

0.2

0.2

0.2

0.1

5.1-20.0

0.2

0.3

0.2

0.1

0.0

0.0

0.1

0.0

0.1

0.2

0.1

0.2

0.1


Рис.4 Градация волн акватории по временным периодам

 

   Эти данные вводим, как исходные, в «Программу  расчета параметров энергопоглащающего элемента волновой электростанции с учетом энергетических параметров морских волн», которая разработана специалистами  НПФ «Курок-1» и Национального авиационного университета.

   На основании сделанных расчетов оптимальным, с точки зрения эффективности использования установочной мощности  станции, для акватории  Черного моря является  ВЭС со следующими параметрами:

 

Длина,м       60

Ширина, м  120

Радиус рабочего элемента, м       2

Количество рабочих элементов, шт.   16

Установочная мощность, кВт           2000

 

     Для такой электростанции  среднегодовой коэффициент использования установочной мощности будет составлять около 0,5. Она не только позволит получать дешевую электроэнергию, но и защитить  берег от  разрушающего воздействия волн.

 

 

 

3. АНАЛИЗ СУЩЕСТВУЮЩИХ ВОЛНОВЫХ ЭЛЕКТРОСТАНЦИЙ

 

   В настоящее время в волновых электростанциях для преобразования энергии волн применяются преобразователи, отслеживающие профиль волны, использующие колебания водного столба и подводные устройства.

   К преобразователям,  отслеживающим профиль волны, относятся прежде всего разработка профессора Эдинбурнского университета Солтера и названная в его честь – «утка Солтера»( рис. 5). Техническое название проекта – колеблющее крыло.

 

                                          

                                     

                                          Рис.5  «Утка» Солтера                                                           

 

 

Волны, набегающие на «утку» , заставляют её колебаться. Мощность снимается с оси колебательной системы. Гирлянда из двадцатиметровых «уток» общим весом 16 тонн испытывалась в течении четырех месяцев в различных волновых условиях озера Лох- Нес и  показав КПД  0,5 %.

   Основные  недостатки  -  сложность изготовления и монтажа, большие ударные нагрузки от воздействия максимальных волн.

   Другой  вариант преобразователей энергии вон такого типа – контурный плот Коккереля ( рис. 6). Который был испытан в проливе Солент     вблизи                     г.  Саутгемптон.


Рис.6 Плот Коккереля

 

   Вариант построения  ВЭС по принципу плота Коккереля реализован в проекте «Волновая ферма» (Wave Farm) шотландской фирмой Pelamis  Wave Power (бывшей Ocean Power Delivery).  Четыре секции,  соединенные шарнирно, под воздействием волн  изгибаются, что приводит в действие гидроцилиндры, которые перекачивают масло на гидромоторы привода генераторов. Вырабатываемая электроэнергия по кабелю, опущенному на дно, передается на берег. На рис. 7 показаны три преобразователя,  построенные у побережья Португалии. Каждый преобразователь (называемый Pelamis Wave Energy Converter) сравним по длине и сечению с небольшим железнодорожным составом длиной 120м и весом 700 тонн.Мощность одного такого преобразователя – 700 кВт.

 Это только первая фаза проекта, в дальнейшем предусмотрено добавление к этой же волновой ферме у берега Агусадоры ещё 25 "змей", что поднимет суммарную мощность станции до 21 мегаватта.

Pelamis Wave Power

 

                                          Рис. 7  Преобразователи  Pelamis Wave Energ


   Этого уже хватит на 15 тысяч домов, что будет означать снижение выбросов углекислого газа тепловыми станциями на 60 тысяч тонн в год.

В планах Pelamis Wave Power — развёртывание аналогичных комплексов близ Оркнейских островов и у побережья Корнуолла, где должно быть установлено четыре и семь преобразователей Pelamis соответственно.

Основные недостатки  таких преобразователей:

- высокая материалоёмкость;

- среднегодовой коэффициент использования мощности не более 0,4;

- высокий уровень удельных  капитальных затрат, около 6000 $/кВт;

   Известны также преобразователи, использующие энергию колеблющегося водного столба, рис.8. При набегании волны на частично погруженную полость открытую под водой, столб жидкости в полости колеблется, вызывая изменение давления в газе над жидкостью. Полость связывается с атмосферой через турбину. Поток может регулироваться так, что бы проходить через турбину в одном направлении.


                                                                                       

Рис. 8 Преобразователи, использующие энергию колеблющегося водяного столба

 

По такому принципу работают  преобразователи  «столб Масуды» (Япония) и «турбина Уэльса» (Англия).

   Недостатками  таких преобразователей являются низкий к.п.д. и большая материалоемкость.

 

4. ВОЛНОВАЯ ЭЛЕКТРОСТАНЦИЯ КОНСТРУКЦИИ ОВСЯНКИНА (ТЕХНИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ)

 

    Специалистами научно-производственной фирмы «Крок-1» (г. Киев) под руководством Овсянкина В.В. разработана конструкция волновой электростанции, преобразующей энергию морских волн в условиях открытого моря, которая имеет ряд принципиальных отличий от  всех существующих  ВЭС.

   Прежде всего, ВЭС Овсянкина  спроектирована так, что  её рабочие органы (энергопоглащающие элементы) являются    частью водной среды, в которой они находятся.  Возникающие, при прохождении волн,  относительные перемещения  отдельных объёмов воды  воспринимаются рабочими органами станции посредством гидродинамического напора, что создаёт крутящий момент на рабочих валах.   Этот момент преобразуется и передаётся  трансмиссией на вал генератора. 

   Конструкция ВЭС запатентована в Украине (патент №56481) и имеет хорошие перспективы для патентования различных модернизаций конструкции во других странах.

    ВЭС имеет модульную конструкцию, типовой модуль представлен на рис. 9.

    На одном километре волнового фронта  можно устанавливать  до 24 модулей. Они  могут быть объединены как  в одну ВЭС, так и, например,  в 6 ВЭС, каждая  из которых состоит  из 4 модулей. Целесообразность того или иного решения определяется при разработке конкретного проекта на строительство и учёте всех факторов.

   Для открытых морей и океанов модули изготавливаются мощностью 1 и 2 МВт,

для закрытых  морей –  до 0.5 МВт.

   Рекомендуемая мощность модуля и его размеры для ВЭС рассчитывается по энергетическому потенциалу акватории эксплуатации.

    ВЭС соединяется с береговой подстанцией электрическим кабелем.

   Надёжность работы ВЭС в штормующем море определяется особенностями конструкции: проницаемость для волн и способность погружаться на глубину в зону действия волн расчетных параметров.

   Акватория, где предполагается установка ВЭС, должна быть абсолютно открыта волнам, иметь глубину не менее 25м и быть максимально приближена к объекту потребления электроэнергии.

   При выборе акватории предпочтительны участки моря с большим энергетическим потенциалом  и с высокой сезонной продолжительностью среднестатистического волнения.

   ВЭС Овсянкина обладает следующими преимуществами:

         - содержит гибкую энергопоглащающую систему, которая непрерывно  изменят свои параметры под воздействием набегающих морских волн широкого диапазона длин и амплитуд, что определяет высокую  эффективность  станции;

         - имеет низкий уровень удельных капитальных затрат – 3500-4000$/кВт;

         - имеет низкую себестоимость производимой электроэнергии - 0,05$ -0,08$ за один кВт*час;

         - низкую материалоёмкость – до 150кг/кВт;

 

         -  высокую стойкость в штормующем море;

 

         - станция мобильна и может быть отбуксирована в любой участок акватории.

 


Рис. 9 Типовой модуль ВЭС


 

 Энергетическая характеристика работы станции мощностью 2 МВТ представлена на рис. 10.

Рис. 10 Энергетическая характеристика ВЭС мощностью 2 МВт.

 

 

   Работы по созданию волновой станции проводились  НПФ «Крок-1» более 20 лет.  За этот период проведено 8 этапов испытаний макетов станции и опытного образца мощностью 10 кВт (ВЭС-10).

   Испытания макетов проводились в волновом бассейне  Института гидромеханики НАН Украины, а также, в натурных условиях Киевского моря. Результаты испытаний подтвердили работоспособность макетов и позволили получить исходные данные для проектирования опытного образца станции.

    На основании результатов испытаний Национальным авиационным университетом (г. Киев) разработана методика расчета параметров энергопоглащающего элемента;

 

   На рис.11 показаны испытания макетов  в волновом бассейне.

 

 

                               

 

 

                               

 

 

                             Рис. 11 Испытание макетов в волновом бассейне

 

   Опытный образец ВЭС-10 был изготовлен в 2006г.  Киевским судостроительным заводом. Испытания опытного образца  проводились весной 2007 г.г. на базе Научно-

Исследовательского центра вооруженных сил Украины «Государственный океанариум» (г. Севастополь).

   На рис.12  показан опытный образец ВЭС-10 на пирсе перед спуском на воду

   После спуска на воду ВЭС-10 была отбуксирована на расстояние 60 м от пирса. Пункт управления и контроля станции находился на пирсе в автомобиле ГАЗ 66, показан на рис.13. Он был соединён со станцией силовым кабелем и кабелем управления, которые были проложены по дну акватории. Нагрузка имитировалась реостатами.

   В ходе испытаний сделаны видеозаписи всех основных моментов.

 

 

 

 

                                      

             

                    Рис. 21 Опытный образец ВЭС-10  на пирсе перед спуском на воду   

 

                                

 

                              Рис. 13 Пункт управления и контроля ВЭС-10

 

   Испытания проводились в марте – апреле 2007 года.

   Станция ВЄС-10 рассчитана на воздействие волн высотой 0,3- 1,0 поэтому местом испытания была выбрана Казачья бухта, защищённая от волн открытого моря.

   Глубина в месте установки  составляла  8 метров.

   За время испытаний в акватории наблюдались волны высотой до 2 метров и периоды полного штиля.

   При воздействии  волн высотой 0,3-,0.4 м наблюдалось вращение рабочего вала 4-5 об/мин, что соответствовало показаниям тахометра на валу генератора 400-500 об/мин.

   Наиболее эффективная работа ВЭС-10 наблюдалась при воздействии коротких волн высотой 0,6-0,7 м и длиной 2,0-2,2 м. при этом  обороты рабочего вала находились в пределах 12-15 об/мин, а вырабатываемая генератором  мощность составила 2-3 кВт.

  

  По результатам испытаний сделаны следующие выводы:

1. Опытный образец ВЭС-10 показал свою работоспособность в диапазоне расчетных высот волн  и выдержал испытания.

2. Для проектируемых  волновых электростанций длина энергопоглащающего элемента должна примерно соответствовать 1 – 2 длинам предельных  волн расчетного диапазона для конкретной акватории, не зависимо от мощности станции. Так для акваторий Чёрного моря длина  энергопоглащающего элемента должна составлять 40-50 метров.

    Так же, по результатам испытаний опытного образца ВЭС-10 были  отработаны технические требования на разработку типового проекта на  модуль волновой станции мощностью 200 кВт для акватории Чёрного моря. Такой проект был разработан Национальным кораблестроительным университетом (г. Николаев).

 

     Для  строительства волновой станции  мощностью 2000 кВт в акватории Черного моря   необходимы средства в количестве  8 млн. $.

   В результате  реализации проекта будет  проведено обследование акватории, дана оценка её энергетическому потенциалу, разработан проект  на строительство,  проведено  строительство подводных и береговых сооружений, ,   выполнена привязка типового проекта ВЭС, изготовлена волновая электростанция мощностью 2000 кВт, проведены монтажные и пусконаладочные работы,  испытания и сдача станции в эксплуатацию.

    Срок выполнения этого проекта –  2,0  - 2,5 года.

 

    Использование энергии морских волн обеспечит необходимые условия для интенсивного развития разносторонней инфраструктуры о. Змеиный, объектов континентального шельфа и расположенных в прибрежной зоне, при этом позволит сохранить  уникальную природную среду Черного моря.

  В декабре 2008 года проект по строительству  ВЭС был рассмотрен и одобрен ученым советом Государственного научно-исследовательского и проектно-конструкторского института инновационных технологий в энергетике и энергосбережении.

 

5. ИНФОРМАЦИЯ О ФИРМЕ

 

   Научно-производственная фирма «КРОК-1» создана в 1990 году. 

   С момента создания и по сегодняшний день учредителем и директором фирмы является     В. Овсянкин.

   НПФ специализируется на выполнении  комплекса работ по научным – исследованиям в области   высоких технологий,  разработке новых образцов оборудования и техники; проведению опытно-конструкторских разработок и их внедрению в производство.

   НПФ имеет лицензию на выполнение проектных и строительных работ.

   На основе разработанных фирмой уникальных технологий  обработки металлов и сплавов создано 12 производств в Украине, России, Литве. На этих производствах проводится упрочнение и восстановление  гильз цилиндров судовых, тепловозных, танковых и автомобильных двигателей.

   В настоящее время НПФ является официальным корпоративным поставщиком услуг по ремонту технологического оборудования для всех атомных электростанций Украины. В частности, выполнены работы по модернизации и ремонту купольных манипуляторов для реакторов АЭС,  ремонт гидрооборудования,  восстановление работоспособности двадцати  1000-тонных домкратов и т.п.

   НПФ более 20 лет работает над созданием эффективной и надёжной ВЭС. В этих работах принимали участие Национальный авиационный университет, Национальный кораблестроительный университет, Институт гидромеханики НАН Украины, Киевский судостроительный судоремонтный завод, и др.

   На сегодняшний день подписан меморандум с корпорацией Бош Рексрот о совместном участии в проекте строительства ВЭС.

   Автором изобретения и владельцем патента на ВЭС является В. Овсянкин.

   Реквизиты фирмы:

 

 

     Научно-производственная фирма «Крок-1»

               Украина,

               г. Киев, ул. Анри Барбюса 5А

               тел./факс 287-44-48

               E-mail: krok-1@meta.ua

 

технические

6.БИЗНЕС АСПЕКТЫ

 

   Оптимальная мощность одной ВЭС для акватории Чёрного моря составляет 2 МВт, она состоит  из 4 модулей  мощностью по 500 кВт каждый. 

     Экономические показатели   волновой электростанции  2,0 МВт в акватории      Чёрного моря  приведены  в таблице 1.

 

 

                                                                       Таблица 1

     

           Наименование показателя

 

      ВЭС

Проектная мощность , МВт

       2,0

Коэффициент использования проектной мощности

      0,5

Среднегодовая производительность, МВтч

      1,0

Количество электроэнергии

выработанной за год, МВтч

     8760

Стоимость кВтч электроэнергии, вырабатываемой дизельгенератором, $

      0,4

Удельные капиталовложения, $/кВт

     4000

     

Суммарные капиталовложения, млн. $

      8,0

Срок окупаемости затрат, лет

        2,6

Себестоимость 1 кВтч,  $

       0,05

Годовая прибыль, млн. $

       3,1

 

 

 

  Оптимальная мощность одной ВЭС для открытых морей и океанов - 10 МВт, она состоит из 5  модулей мощностью по 2 МВт.

Сравнительные экономические показатели  ветровой ,волновой электростанций  и лектростанции Pelamis на один километр ветрового (волнового) фронта для модуля 2МВт приведены в таблице 2.

 

Таблица 2

 

     

           Наименование показателя

 

Ветровая 

 

    Pelamis 

 

      ВЭС

Проектная мощность модуля, МВт

      0,5

      0,7

       2,0

Количество модулей на одном км, шт.

     10

      20

      20

Суммарная проектная мощность, МВт      

       5

      14

      40

Коэффициент использования проектной мощности

       0,2

       0,4

       0,6

Среднегодовая производительность, МВТч

      1,0

      5,6

     24,0

Количество электроэнергии

выработанной за год, МВтч

    8760

    49056

    210240

Тариф на «зелёную электроэнергию», $

     0,4

       0,4

      0,4

Годовой доход от реализации электроэнергии, млн. $

    3,50

     19,62

     84,10

Удельные капиталовложения, $/кВт                  

   3500

    4800

     

      3800

      

Суммарные капиталовложения, млн. $

      17,5

      67,2

      152,0

Площадь занимаемого земельного участка, м2

  200.000

      100  

       100

Условная стоимость 1 м2, $

        10

        10

         10

Затраты на отвод земли, $

2.000.000

1000

      1000

Срок окупаемости затрат, лет

       7,2

       5,5

        1,8

Себестоимость 1 кВтч,  $

     0,09

0,15

       0,05

Годовая прибыль, млн. $

      2,7

      12,27

        83,0

 

 

   Для реализации программы строительства ВЭС заключается контракт между Заказчиком и НПФ «Крок-1», как генподрядной организацией. НПФ «Крок-1» заключает договора с субподрядными организациями на выполнение специальных работ.

   Отдельные части работ и строительство ВЭС в целом выполняются в строгом соответствии с нормативными документами на соответствующую продукцию.

    Все гарантийные обязательства сторон будут отражаться в заключаемых контрактах.

  Все показатели уточняются для конкретной акватории и объекта потребления. 

 

 

 


©2009 КРОК-1. Создание сайта Группа разработчиков ADSoft