Группа инженеров опустила генератор на дно океана и запустила его на тепле подводного вулкана. Они хотели выяснить, сможет ли он выработать больше электроэнергии, чем потребляет для собственной работы.
В течение 8,7 секунды система именно это и сделала.
Компания Endurance Energy из Сиэтла сообщила о результатах эксперимента Adélie 19 октября в пресс-релизе.
Испытание прошло на Аксиал-Симаунт — подводном вулкане примерно в 480 километрах (300 милях) от побережья Орегона. Здесь горячие источники выходят из морского дна на глубине около 1500 метров (5000 футов) под поверхностью океана.
Воду нагревает расплавленная порода под вулканом. Морская вода просачивается в трещины морского дна, нагревается под землёй и возвращается в океан через отверстия, которые называют гидротермальными источниками.
Инженеры Endurance задались целью уловить часть этого тепла. На суше геотермальные электростанции уже используют горячую воду или пар из-под земли для выработки электричества. Тепло приводит в движение вращающуюся машину — турбину, которая вращает генератор. Этот источник энергии не зависит ни от солнца, ни от ветра.
Чтобы это заработало на морском дне, команде сначала требовалось обеспечить достаточный поток горячей воды через оборудование. Инженеры пробурили скважину на 16 метров (52 фута) вглубь океанского дна, установили в неё трубу и зацементировали её.
Вода поступала с температурой около 260 °C (500 °F), но её поток был слишком слабым, чтобы запустить генератор.
Тогда инженеры подключили Adélie к находящемуся рядом природному источнику. Поэтому тепло для успешного испытания дала вода, которая и так вытекала из морского дна.
Во время эксперимента 27 сентября температура этой воды составляла примерно 281 °C (538 °F). Высокое давление на такой глубине позволяет воде оставаться жидкой при температуре значительно выше 100 °C (212 °F) — точки кипения на поверхности.
Во время работы системы её турбина разогналась примерно до 26 000 оборотов в минуту.
Оборудованием управляли из Сиэтла. Учёные уже наблюдают за активным подводным вулканом с помощью приборов, подключённых к берегу. Для эксперимента Endurance связь обеспечила существующая сеть подводных кабелей Regional Cabled Array, которую эксплуатирует Вашингтонский университет.
Насосы и другие компоненты также потребляли электроэнергию. После вычета этих затрат, как сообщается в пресс-релизе компании, медианный избыток мощности за 8,7 секунды составил около 2 киловатт, а пиковое значение — 16,5 киловатта.
Электричество от донных источников исследователи получали и раньше. В исследовании, опубликованном в журнале Applied Energy в 2016 году, китайская команда описала устройство, преобразовывавшее разницу температур между горячей водой источника и холодной морской водой в электричество. Во время натурных испытаний оно непрерывно вырабатывало 2,6–3,9 ватта и питало регистратор данных и светодиодную лампу.
Долгосрочная цель Endurance — снабжать потребителей на суше. По словам компании, её первый коммерческий проект разрабатывается в Тонга — островном государстве в Тихом океане, электросеть которого в значительной мере зависит от импортного дизельного топлива. Первую электроэнергию планируется получить в 2027 году.
Для достижения этой цели потребуется гораздо более длительная работа. Запуск Adélie прекратился, когда сработала система безопасности, защищающая аккумулятор от чрезмерного тока. Примерно через 10 минут при попытке перезапуска вышел из строя силовой кабель насоса.
«Gentoo — следующий испытательный генератор Endurance мощностью 100 кВт — это усовершенствованный Adélie. Его развернут этой зимой, и он рассчитан на большую мощность и более продолжительную работу», — рассказал изданию ScienceAlert основатель и генеральный директор Endurance Эндрю Редд.
По словам Редда, в обновлённом оборудовании устранят проблемы с защитой аккумулятора и кабелем насоса, возникшие во время испытания.
«В следующем году у Endurance появится новая буровая установка, которая сможет бурить максимум на 500 м», — сказал Редд.
Это около 1640 футов, тогда как максимум нынешней установки — 80 метров (260 футов). Компания рассчитывает, что более глубокие скважины обеспечат больший поток воды. Редд сказал, что команде ещё предстоит добиться устойчивой выработки электричества от пробурённой скважины и создать оборудование, надёжно работающее месяцами или годами.
Эти цифры описывают выработку электроэнергии во время работы. В них не учтена энергия, затраченная на транспортировку, бурение и установку. Измерения получены самой Endurance, а в её сообщении нет ссылки на рецензируемую статью с этими результатами.
Остаются и экологические вопросы. Микробы вокруг гидротермальных источников используют химические вещества как источник энергии, а от этих микробов зависят трубчатые черви и другие животные.
Endurance сообщает, что выбрала место для бурения вдали от «труб» источников и обитающих рядом животных. По данным компании, мониторинг не выявил заметных изменений в жизни вокруг площадки. Согласно сообщению, более 40 образцов воды, горных пород и минералов отправили на анализ в независимые лаборатории. Долгосрочные последствия ещё предстоит установить.
«Мы осознаём, что более крупные системы, непрерывно работающие годами, могут влиять на окружающую толщу воды, биологические сообщества и донную среду обитания», — сказал Редд.
По словам Редда, компания работает с независимыми исследователями над дальнейшим анализом и изучением вопроса.
Эксперимент показал, что генератор может ненадолго выработать больше электричества, чем потребляет. Следующая проверка — сможет ли он продолжать работать. Более длительные испытания помогут также выяснить, как он влияет на окружающий океан.