Renewable Energy: От цунами спасет подвижная стена с автономным энергоснабжением

В Японии насчитывается более 2780 рыболовецких портов и 993 торговых и промышленных порта, и перед Японией стоит задача защитить эти важные прибрежные объекты от разрушительной силы цунами.

Перспективное решение заключается в создании системы подвижных барьеров, в которой ворота, поднимающиеся с морского дна, служат барьерами, защищающими порты от цунами, штормовых нагонов и высоких волн. Однако во время стихийных бедствий перебои в подаче электроэнергии могут нарушить электроснабжение, необходимое для работы таких ворот.

Чтобы решить эту проблему, исследователи под руководством профессора Хироси Такаги из Токийского технологического института предложили самодвижущуюся систему морских ворот (SMS), которая использует энергию микроприливов для управления воротами. Предложенная система, детали которой были опубликованы в журнале Renewable Energy, состоит из ворот, установленных на входе в порт и предназначенных для закрытия в периоды бездействия порта, например, в ночное время или во время праздников. Когда ворота поднимаются, разница в уровнях воды внутри и снаружи порта используется для выработки электроэнергии, которая затем накапливается и используется для последующих операций с воротами.

Насколько нам известно, в мире еще не существует системы, которая использовала бы подвижные морские стены для выработки электроэнергии, а затем использовала бы эту электроэнергию для работы самой системы. В этом смысле SMS — совершенно новая концепция, — говорит профессор Такаги.

Несмотря на обширную береговую линию Японии, приливы и отливы — разница в высоте между приливами и отливами — считаются слишком маленькими для крупномасштабного производства приливной энергии. В отличие от этого, система SMS использует микроприливные амплитуды в уровне моря, которые колеблются от 10 см до 150 см во время весенних приливов. Система состоит из серии ворот с 30-сантиметровым зазором, который обеспечивает бесперебойную работу соседних ворот без взаимодействия, и небольших турбин для выработки электроэнергии, размещенных внутри зазора. Турбины с одним пропеллером на интервал 50 см по вертикали размещаются в зазорах между воротами.

Исследователи проверили работоспособность системы в японских портах, где она работает по восемь часов в день, чтобы определить, сможет ли она генерировать достаточно электроэнергии для восстановления ворот под морским дном после снятия предупреждения о цунами, учитывая плавучую силу плавучих ворот. Из 56 оцененных портов по всей Японии девять мест были признаны вполне осуществимыми, 14 — осуществимыми, а 33 — неосуществимыми из-за небольшого потенциала выработки энергии. Однако 20 подходящих мест были определены вдоль западного побережья Японии, напротив Нанкайского желоба — зоны субдукции, известной как источник мегатрастовых землетрясений, которые происходят раз в столетие или два. Эти сейсмические события способны вызвать цунами, что делает предлагаемую систему SMS перспективной мерой защиты для уязвимых портов и их внутренних районов.

Кроме того, исследователи определили конкретные порты, в том числе Химэдзи и Фукуяма, как примеры благоприятных мест для выработки избыточной энергии, которую можно хранить для последующего использования. Эти районы, расположенные во Внутреннем море Сето, являются крупными промышленными центрами со сталелитейной промышленностью, судостроением, химическими заводами и различными фабриками. Помимо защиты этих важнейших объектов инфраструктуры от цунами, предлагаемая система может также обеспечивать аварийное энергоснабжение для повышения устойчивости этих отраслей промышленности перед лицом стихийных бедствий. Она объединяет предотвращение катастроф с использованием возобновляемых источников энергии.

Наши результаты показывают синергетическую систему между предотвращением бедствий и использованием возобновляемых источников энергии, — говорит профессор Такаги.

Признавая наличие таких проблем, как технические трудности и ограничения, накладываемые соответствующими законами и правилами, исследователи представляют себе систему SMS как глобальную защиту портов от стихийных бедствий, повышения уровня моря и экстремальных погодных условий, включая прибрежные наводнения. Профессор Такаги заключает:

Если технология предлагаемого подвижного барьера от цунами в суровых условиях стихийных бедствий в Японии будет надежно закреплена в ходе данного исследования, то, несомненно, настанет день, когда эта технология будет экспортирована и развернута за рубежом в качестве революционной технологии предотвращения стихийных бедствий.

24.01.2024