Подводный дирижабль - ключ к водородной энергетике

  Корреспондент: Уважаемые телезрители, сегодня мы станем свидетелями появления нового вида морского транспорта использующего высокое давление морских глубин.
Он позволит нашей стране стать крупнейшим в Мире производителем и продавцом так называемого, «зелёного» водорода.
Начинает работать знаменитая Пенжинская приливная электростанция.
Проект этот давно маячил на горизонте, но отсутствие потребителя электроэнергии его тормозило.
Появление новой технологии транспортировки газов по морю с использованием давления больших глубин дало возможность его реализовать.
До сих пор на Камчатке командовали военные, рыбаки и краболовы. Теперь главными становятся энергетики.
Пенжинская приливная электростанция уже даёт первый ток.
В перспективе её мощность превысит 100 миллионов киловатт, а годовая энерговыработка – 200 миллиардов киловатт-часов энергии.
Это в два раза больше чем весь Ангаро-Енисейский каскад ГЭС, или эквивалентно всей выработке атомной энергетики России.
Сегодня затраты на её строительство начнут окупаться, первый водород Камчатки поступит на мировой рынок.
Теперь мы можем использовать энергию приливов на производство зелёного водорода, и развозить его по всем морям.

   Проект прямо скажем, прорывной. Большие глубины моря до сих пор пока ещё не использовались в целях транспорта. Только иногда, где-то опустится батискаф, что-нибудь сфотографирует и всплывёт обратно к солнышку, или  сверху свалится очередной утонувший корабль, и тишина… . Подводные лодки погружаются на несколько сот метров, а ниже нет.
И вот сегодня мы начинаем серьёзно осваиваться с большими, километровыми глубинами.

  В сегодняшнем представлении транспортное судно плавает по поверхности воды, а когда его загружают, оно проседает до ватерлинии.  Предлагаемое же судно в незагруженном виде ... лежит на дне, и отрывается от него только когда оказывается заполненным сжатым газом.

   Виктор Николаевич Петров один из главных разработчиков этого проекта. От первой идеи, до патента, проектирования и реализации. Можно сказать, «отец основатель».

   Первый образец нового беспилотного газового глубоководного танкера решили испытать в Тихом Океане, в рамках проекта "Водород Камчатки".
Водород будет производиться на Камчатке, и поставляться  в Японию.
На этом маршруте будут отработаны приёмы эксплуатации этой новой техники.

 Итак, мы находимся на берегу Берингова моря, сегодня здесь начинается загрузка  нового глубоководного беспилотного газового танкера, прозванного Подводным Дирижаблем.

  Виктор Николаевич, что бы вы хотели сказать нашим зрителям?

  Виктор Николаевич:   Наступает новая эпоха в энергетике Мира. 
Уголь, нефть и газ мы заменим новым чистым топливом – водородом.
Но вот беда, водородных месторождений нет в природе. Водород надо производить, и желательно с минимальным ущербом для экологии.
Но и на производстве водорода проблемы не кончаются, надо его транспортировать к потребителю, хранить.
Целая куча проблем.
Нам кажется, что мы нашли «Золотой ключик» к их решению. Это Подводный Дирижабль.
Так мы назвали беспилотный глубоководный газовый танкер, в котором газ находится в термодинамическом равновесии с окружающей средой.
Главная идея заключается в том, что весь рабочий цикл:  загрузка, транспортировка, и выгрузка газа происходит на большой глубине под большим давлением.

 Корреспондент:  Мы видим на высоком берегу  завод производящий водород методом электролиза воды,  трубы высокого давления,  уходящие в глубину с морского берега, и кораблик на рейде, и ... всё? 
Так начинается знаменитый  «Водород Камчатки»? 
Нет ни портовых сооружений, ни громадного газового танкера,  ни мола с маяком на конце.
Нет, не впечатляет.

  Виктор Николаевич: Да, смотреть не на что. Всё интересное происходит  внизу. Но и там вы, пожалуй, ничего не разглядели бы.
  Там на дне, на километровой глубине, на специальной площадке отсыпанной щебнем, лежит  громадная туша газового танкера. Темнота, давление в сто атмосфер, холод, и даже при свете прожекторов видимость ограниченная. Всей картины не разглядеть.
  К танкеру присоединены гибкие шланги большого диаметра, по которым на борт  поступает водород.
 Газ на борту имеет такое же давление и температуру,   что и вода за бортом судна.
 Это называется - «термодинамическим равновесием».
 Поэтому нам не надо было строить корпус способный выдерживать перепад внешнего и внутреннего   давления. Высокое забортное давление наш друг, а не враг. В этом отличие нашего танкера от обычных подводных лодок.
   Море, с его высоким давлением на глубине предоставляет нам  идеальные условия для хранения и транспортировки газов. Надо было только научиться создавать технику, работающую при высоком  давлении.

  Корреспондент: А что это за кораблик на рейде?

  Виктор Николаевич:  Это Судно Сопровождения. Мы решили, что в первых рейсах будем сопровождать наш танкер до места разгрузки и обратно. В дальнейшем рейсы будут проходить полностью автономно, под управлением бортового компьютера.
Судно сопровождения сейчас соединено с буем, который связан пучком кабелей с лежащим на дне танкером.  Операторы дистанционно управляют всеми процессами, связанными с загрузкой или разгрузкой,  вводят в бортовой компьютер программы обеспечивающие движение танкера в автономном режиме, и многое другое. На судне сопровождения находятся два капитана, один командует собственно судном, а другой капитан управляет подводным танкером.

 Корреспондент: А чем сейчас заполнены  отсеки?

 Виктор Николаевич: Отсеки первоначально заполнены  морской водой.

 Корреспондент: А как производится загрузка и выгрузка танкера?

 Виктор Николаевич:  Дистанционно управляемые роботы-манипуляторы подсоединяют гибкие шланги, по которым на борт поступает газ. Далее, отсеки по очереди заполняются газом вытеснением морской воды. Вес кубометра водорода, даже сжатого до ста атмосфер, гораздо меньше веса вытесненной воды. И по закону Архимеда на танкер начинает действовать выталкивающая сила, нарастающая, по мере заполнения грузовых отсеков газом.
  При полной загрузке - суммарный вес танкера станет нулевым, он оторвётся от дна и поплывёт. При выгрузке всё идёт обратным порядком, газ уходит, вода заполняет отсеки, и танкер прочно ложится на дно.

 Корреспондент: И вот, танкер будет загружен, отсеки задраены, курсовые программы введены, и с Богом, в путь, к берегам Японии?

 Виктор Николаевич:  Да, дальше танкер автоматически идёт, по проложенному курсу, не меняя глубины, к точке выгрузки. А там такая же площадка, на такой же глубине, швартовка, выгрузка.  Газ выгружается, и отсеки заполняются  водой. Судно ложится на грунт.
Потом отсеки снова заполняются, на этот раз  атмосферным воздухом,  до достижения нулевой плавучести, и, … в обратный путь.
И так, не всплывая на поверхность, рейс за рейсом.  Вот и всё.

 Корреспондент:  Но ведь когда-нибудь он, всё-таки, всплывёт?

 Виктор Николаевич:  Да, конечно, когда придёт срок для планового ремонта или модернизации. Тогда и можно будет увидеть судно на поверхности.

 Корреспондент: Вот газы у вас подаются по резиновым шлангам. Но ведь давление в  100 атмосфер!
Не порвутся шланги?

 Виктор Николаевич:  Нет, не порвутся.  На глубине в один километр – давление 100 атмосфер, газ  туда спускается по стальной трубе высокого давления.  А внизу давление в трубе и снаружи почти выравнивается и далее газ идёт под небольшим избыточным давлением по гибким шлангам большого диаметра прямо на борт.

 Корреспондент:  А почему,  танкер такой огромный? Всё-таки миллион тонн водоизмещения!
 
Виктор Николаевич: Да, миллион тонн! Это самое большое судно в Мире!
Но мы планируем строить ещё большие суда.
 Всё очень просто. Чем больше судно, тем меньше затраты на перевозку единицы груза.
 Груз у нас объёмный, газ.   Объём растёт пропорционально кубу линейных размеров, а площадь поверхности и вес корпуса  пропорциональны  квадрату. 
 Чем больше судно, тем экономичнее.
 Обычные суда, которые плавают по поверхности, должны входить в порты, и не могут быть слишком большими, мало существует просторных портов, чтобы вместить таких гигантов.  Кроме того, они подвергаются воздействию волн, ветров, им надо иногда резко маневрировать в проливах.
 А наш Дирижабль всегда на глубине. Там нет ни волн, ни ветров, течения там очень слабые. Ему не нужны порты, он просто ложится на грунт. Оживлённого движения на больших глубинах тоже пока нет.
Поэтому ни каких ограничений для увеличения линейных размеров нет.

 Корреспондент: Вы ведь используете только половину объёма судна? Остальное балласт?

 Виктор Николаевич:  Мы столкнулись с необычной проблемой.  Надо было сделать так, чтобы танкер заполненный газом не выпрыгивал из-под воды как пробка, а спокойно плавал под поверхностью, имея нулевую плавучесть.
По закону Архимеда на тело, погруженное в жидкость, действует выталкивающая сила равная весу вытесненной жидкости.
Газ, как его ни сжимай, всегда весит на много меньше воды. И нам надо иметь на борту столько балласта,
чтобы скомпенсировать выталкивающую силу. Это очень много.
Иначе судно начнёт всплывать, давление, зависящее от глубины, действующее на него, будет уменьшаться.
Газ в баллонах начнёт расширяться, и выходить наружу.
Получится какой-то фонтанирующий гейзер. И судно выпрыгнет на поверхность, потеряв весь свой груз.

На первый взгляд всё просто, надо загрузить на борт  больше балласта. Но по зрелому размышлению начинаешь понимать, СКОЛЬКО должно быть балласта, и что это должен быть за балласт!

Прежде всего, балласт должен быть дешёвый. Мы ведь хотим обеспечить максимальную экономичность нашему транспорту?
Поэтому выбор падает на самые дешёвые, массовые материалы: песок, гравий, щебень, измельчённый кирпич или бетон и так далее.
Удельный вес таких грузов примерно в два раза больше воды.
Поэтому на каждый кубометр полезного объёма, чтобы судно оставалось под водой, надо загрузить почти кубометр балласта.  Чтобы «утопить» объём в полмиллиона  кубометров газа надо полмиллиона кубометров балласта!
Сначала мы думали отливать судно из бетона, но потом решили сэкономить на цементе.
Корпус судна тонкостенный, рассчитанный только на удержание балласта, и на лежание на дне.

Газом заполняются специальные, огромные баллоны.
Они не похожи на газовые баллоны, с которыми обычно приходится иметь дело.
Они тонкостенные и не рассчитаны на перепады внутреннего и внешнего давления.
Давление везде и снаружи и внутри одинаковое. Единственное, что требуется от конструкции баллонов, чтобы они были устойчивы к химическому составу транспортируемого газа, водорода.
Они получились лёгкими, но химически устойчивыми к водороду.

Вообще, всё судно получилось предельно простым и дешёвым.

  Корреспондент:  А чем вас не устраивают традиционные способы морской транспортировки газа?

 Виктор Николаевич:  Сегодня широко применяется перевозка природного газа (метана) в жидком виде.
Создана огромная сеть заводов по сжижению и регазификации метана. Построены специальные танкеры, хранилища, порты. Все проблемы решены.
Другое дело перевозка водорода.
Температура его сжижения на сто градусов ниже, чем у метана.
Почти Абсолютный ноль градусов Кельвина!
Пока индустрии производства и транспортировки жидкого водорода в товарных количествах нет, есть только лабораторные образцы.
Это очень дорого и очень опасно.
А мы перевозим газ в состоянии термодинамического равновесия, в газообразном состоянии.
Нам нужен только компрессор, и наш Подводный Дирижабль.
Этот рынок захватим мы!

 Корреспондент: А почему вы его называете Подводный Дирижабль?
 
 Виктор Николаевич:  Ну, а что есть дирижабль, как не наполненное газом судно, свободно плавающее в окружающей среде?

 Корреспондент: Какие преимущества у нового способа транспортировки?

 Виктор Николаевич:   Во-первых, безопасность. Танкер беспилотный, управляется дистанционно - жертвы исключены.
В отличие от трубопровода, нет привязанности потребителя и поставщика - свобода выбора клиента.
  Почти полное отсутствие береговой инфраструктуры: надо только подготовить  площадку на дне, подвести к берегу трубу газораспределительной сети, поставить компрессор  и всё.
Можно обеспечить газом маленьких потребителей.
Танкер дёшев, и его можно использовать как хранилище сжатого газа.
Кроме того, наш танкер можно использовать для транспортировки не только водорода, но и других газов. Например, можно  возить тот же метан.
Сегодня этот рынок захвачен прочно СПГ танкерами, но мы не теряем надежды.
Наш способ транспортировки не требуется строить  заводы по сжижению и регазификации, специализированные криогенные хранилища и порты.
Просто грузи, вези, выгружай. Мы ещё поборемся за метан.

 Корреспондент: А в отдалённой перспективе, что вам видится?

 Виктор Николаевич: Когда наш флот сможет перевозить весь водород Камчатки, мы начнём перевозку и кислорода, который сейчас просто стравливаем в атмосферу. Ведь при  электролизе воды на два литра водорода получается ещё и один литр кислорода. Это тоже ценный товар.
А дальше мы поставим более амбициозную цель, решить проблему водородной энергетики в мировом масштабе!
Это ветер над Океаном.
В сороковых широтах южного полушария, идёт постоянный шторм. Сильный ветер дует в западном направлении. Об этом писал Киплинг «… Так вперёд за цыганской звездой кочевой до ревущих южных широт, где свирепая буря, как божья метла океанскую пыль метёт …».
Представьте себе кольцо вокруг Земли длинной в 30 000 километров, и шириной в тысячу километров.
Тридцать миллионов квадратных километров охваченных постоянным штормом!
Пропасть энергии! И ведь ветер, хоть и не так постоянно, дует над всем Мировым Океаном!

Но вот беда, нет поблизости потребителя, и аккумулятора соответствующего тоже нет.   
Имей мы аккумулятор большой ёмкости, можно было бы свирепые океанские ветры загнать в упряжку, и решить все наши экологические и энергетические проблемы. Но пока нет такого аккумулятора, и «ветропарки» жмутся к берегам, поближе к потребителю.
 И вот представьте себе, мы строим где-то в океане на сороковой широте южного полушария плавучий «ветропарк».  Ветер воет,  море штормит, наши ветряки бешено вращаются, генераторы вырабатывают электроэнергию, которая по кабелю спускается на дно, где лежит уже знакомый нам Подводный Дирижабль.  На борту находится электролизёр, который разлагает воду на кислород и водород. Кислород сбрасывается за борт, а водород накапливается в танках.            
  Вот она, сбывшаяся мечта о большом аккумуляторе. Если мы будем рассматривать водород, как материализованную электроэнергию.
 Ёмкость такого «аккумулятора » просто прикинуть на пальцах.
 Средняя глубина в океане примерно три километра. Следовательно, водород в танках будет находиться под давлением в 300 атмосфер, следовательно, на один кубометр балласта  будет приходиться 300 кубометров водорода. При сгорании одного кубометра водорода выделяется примерно три киловатт часа энергии. Следовательно, на 2000 кг балласта будет аккумулироваться 900 киловатт часов энергии. На 1 кг песка – 0.45 киловатт часа!  А это ёмкость хорошего литиевого аккумулятора. Но ведь килограмм лития гораздо дороже килограмма песка!
 Таким образом, мы получаем доступ к целому океану энергии.  Начинается новая эра водородной энергетики.
 Не надо уродовать землю шахтными терриконами и разрезами, затапливать поля и леса водохранилищами, ломать голову об устройстве золоотвалов, и выбросах  углекислоты.
 Уже существующие плавучие ветряки имеют мегаваттные мощности, это значит, что один ветряк обеспечит энергией 1000 человек. То есть, семь миллионов ветряков полностью обеспечат энергией всё Человечество!
Площадь Мирового Океана 350 миллионов кв. км. Значит один ветряк на 50 кв. км., и ВСЁ, вся планета обеспечена энергией!
 Наступает конец энергетическим монополиям.
 Ветер дует над Океаном в нейтральных водах для всех.
 Энергия общедоступна как воздух, и бесконечна, пока светит Солнце и крутится Земля!
 Но это всё в будущем, а пока мы выпускаем в плавание первую ласточку, или, пожалуй,  рыбку.

Корреспондент: Спасибо за содержательную беседу.