Енергія гіроскопічних хвиль – досяжність неослабленого моря

Близько 70% поверхні Землі вкрито океанами, що пропонує величезне джерело відновлюваної енергії. Їхній потенціал величезний — настільки, що лише хвильова енергія оцінка перевищити поточний світовий попит на електроенергію, якщо його повністю використати.

Однак, це значною мірою невикористане відновлюване джерело, оскільки ефективно захоплення енергії океанських хвиль давно дратує інженерів.

Щоб вирішити цю проблему, нове дослідження з Університету Осаки звернулося до нового методу: гіроскопічного перетворювача енергії хвиль (GWEC), який використовує обертовий маховик всередині плавучої конструкції для перетворення руху хвиль в електрику.

Аналіз дослідження показує, що цей пристрій, в принципі, може поглинати до половини енергії хвиль, що надходять, на будь-якій хвильовій частоті, пропонуючи спосіб використання величезної, невикористаної енергії океану.

Глобальний енергетичний баланс: відновлювані джерела енергії зростають, викопне паливо все ще лідирує

Зі зміною клімату лунає хаос У всьому світі вкрай важливо відмовитися від викопного палива — невідновлюваних джерел енергії, які формуються протягом мільйонів років і спричиняють значні екологічні проблеми.

Один з найефективніших способів зменшення залежності від цих викопних видів палива – це використання відновлюваних джерел енергії, до яких належать сонячна, вітрова, гідроенергетика, геотермальна енергія та біомаса.

Ці природно поповнювані джерела скорочують викиди парникових газів, сприяють енергетичній безпеці країни та зменшують вразливість до геополітичних потрясінь. Завдяки цим перевагам, відновлювані джерела енергії зараз становлять зростаючу частку світового виробництва електроенергії. У 2024 році вони забезпечили рекордні 32% світового виробництва електроенергії, що на 2% більше, ніж попереднього року, оскільки загальний попит на електроенергію зріс на 4% завдяки центрам обробки даних.

«Країни думають про свою безпеку та енергетичну безпеку більше, ніж будь-коли раніше, і я думаю, що це означає, що вітчизняна відновлювана енергетика, така як вітер та сонце, стає дедалі привабливішою».

– Аналітик з питань електроенергетики та даних аналітичного центру Ember для енергетики Юен Грем сказав Рейтер минулого року

Хоча галузь відновлюваних джерел енергії поставила в систему додаткові 858 ТВт·год виробництва у 2024 році, викопне паливо, включаючи вугілля, нафту та природний газ, все ще забезпечують живлення більшості світових енергетичних потребВугілля наразі є найбільшим джерелом виробництва електроенергії, на яке припадає 34% світового виробництва електроенергії, тоді як газові електростанції становлять 22%.

Однак, за даними Міжнародного енергетичного агентства (МЕА), Прогнози, потужності відновлюваної енергетики зростуть майже на 4,600 ГВт між 2025 і 2030 роками.

Серед усіх відновлюваних джерел сонячна енергія є зростає найшвидше оскільки витрати падають, а впровадження прискорюється в усьому світі. Потужності вітрової енергетики також швидко зростають, тоді як гідроенергетика залишається найбільший, давній відновлюваний джерело енергії. Що стосується біоенергетики, вона почала отримати тягу, а геотермальна енергія є набирає корпоративні партнерства. Майбутнє енергетики виглядає дедалі зеленішим.

Використання невикористаного потенціалу океану

У сфері відновлюваної енергетики океанська енергія пропонує величезний глобальний ресурсний потенціал. Вона передбачає використання енергії з морських джерел, включаючи хвилі, припливи, перетворення теплової енергії океану (ОТЕК) та морські течії. Припливна енергія використовує передбачувані припливні течії, ОТЕК використовує градієнти температури в глибоководних океанічних водах, а морські течії захоплюють енергію з великомасштабних океанічних потоків.

Найбільш широко дослідженою формою морської енергії є хвильова енергія, яка перетворює кінетичну енергію хвиль на електрику. Хвилі є численними, потужними та безперервними. Вони також менш переривчасті, ніж вітрова чи сонячна енергія. Ця висока передбачуваність означає, що рух поверхневих хвиль можна використовувати цілодобово, що робить його надзвичайно корисним для покращення планування та стабільності мережі.

Це джерело енергії з нульовими викидами отримало обмежене комерційне впровадження, що значно поступається зрілим відновлюваним джерелам енергії, таким як сонячна. Наразі воно становить найменшу частку ринку відновлюваної енергії. У 2024 році світ додав 1.6 мегават (МВт) потужностей океанської енергії, що доводить загальну експлуатаційну потужність до приблизно 513 МВт.

Таке повільне впровадження зумовлене кількома факторами, включаючи високі капітальні витрати, обмеження, пов'язані з конкретним місцем, та технологічні перешкоди, такі як інтеграція з мережею. Також важлива кваліфікація робочої сили та регуляторна невизначеність. перешкоджання прогресу у всьому секторі. Крім того, технічне обслуговування пристроїв у суворих океанських умовах залишається серйозною проблемою, поряд з ефективністю перетворення енергії.

В результаті, дослідники як в академічних колах, так і в промисловості продовжують працювати над удосконаленням цих систем, роблячи їх більш довговічними та здатними краще справлятися з нерівномірністю хвиль. Однією з таких систем, яка викликала інтерес, є перетворювач енергії хвиль (WEC) – пристрій, який перетворює кінетичну енергію хвиль на електрику.

Кілька новаторів працюють над вдосконаленням цієї технології. Наприклад, шведська компанія CorPower Ocean співпрацювала з норвезькою OPS Solutions у рамках проекту COMPACT, щоб зменшити вартість і масу електростанцій шляхом розвивається прототип циліндра попереднього натягу (PTC). За підтримки програми «Блакитне зростання» грантів ЄЕЗ, проект розробляє легкий корпус під тиском для вирішення проблеми капітальних витрат та підвищення надійності пристрою.

Водночас розробники досягли помітного підвищення продуктивності. Норвезька компанія Havkraft повідомляє коефіцієнт перетворення енергії понад 80% у своєму останньому лабораторному випробуванні масштабованої моделі WEC, що на 15% більше, ніж у попередніх випробуваннях. Цей крок дозволяє їм виявляти ризики, забезпечувати якість та розуміти продуктивність, що допоможе їм масштабуватися до комерціалізації.

«Результати показують, що наші дослідження дають результати, і ми на крок ближче до комерційного рішення».

– Керівник операційної діяльності Микола Галдейн

Тим часом у Шотландії компанія AWS Ocean Energy... просування його «Хвильові гойдалки Архімеда» – підводний буй, що активується тиском, призначений для перетворення руху хвиль під поверхнею. Пристрій зафіксував середню потужність понад 10 кВт і досяг пікової потужності понад 80 кВт під час помірних хвильових умов, що на 20% перевищує очікування компанії.

Семиметровий занурювальний блок розроблений для роботи в суворих морських умовах, включаючи шторми силою 10 балів. Його конструкція з одним абсорбером також робить його придатним для віддалених застосувань електропостачання, де важлива стійкість.

Окрім технологічної продуктивності, увагу привертає ширша системна інтеграція. Нещодавно дослідження доцільності показує¹ що розгортання енергоблоків не обов'язково має відбуватися за рахунок прибережної діяльності, такої як туризм чи рибальство. Фактично, правильно спроектовані установки можуть забезпечити захист узбережжя.

«Можна захистити узбережжя від дії морського середовища та одночасно виробляти чисту електроенергію, тим самим підтримуючи енергетичний перехід та самозабезпечення Португалії».

– Пауло Роза Сантос, співкерівник CIIMAR

Ці досягнення відображають перехід сектору від експериментальних прототипів до практичних рішень.

Розблокування максимального поглинання енергії за допомогою гіроскопів

Пристрої хвильової енергії (WEC) мають на меті ефективно перетворювати безперервний рух хвиль у корисну електроенергію. Завдяки національним інноваційним ініціативам, технологічному прогресу та інтеграції з місцевою інфраструктурою, прогнозується, що світовий ринок перетворювачів хвильової енергії зростуть з 21.6 млн доларів у 2025 році до 38.2 млн доларів у 2034 році, зі середньорічним темпом зростання (CAGR) 6.5%.

ВЕС ще не повністю комерціалізовані через технічні, економічні та регуляторні проблеми, тому єдиного оптимального рішення поки що не існує. Було запропоновано багато різних типів, включаючи точкові поглиначі, коливальні водяні стовпи (ОКС), пристрої для переповнення, атенюатори та гіроскопічні системи.

Проведіть пальцем, щоб прокрутити →

Гіроскопічний перетворювач хвильової енергії використовує гіроскоп у своїй системі відбору потужності (GPTO) для вилучення енергії з руху хвиль. GPTO складається з електричного генератора та маховика, встановленого на карданній рамі. Примітно, що GPTO укладено в плавуче тіло; коли хвилі рухаються, конструкція рухається разом з ними. Цей рух перетворюється обертовим маховиком на електричну енергію. Оскільки він працює як гіроскоп, поведінку маховика можна налаштувати для збору енергії в широкому діапазоні хвильових частот, на відміну від інших перетворювачів хвильової енергії, обмежених вузькою смугою.

Система використовує переваги гіроскопічної прецесії, викликаної обертанням маховика та тангажним рухом плавучого тіла. Гіроскопічна прецесія виникає, коли об'єкт, що обертається, реагує на зовнішню силу. Коли хвилі змушують платформу рухатися, маховик, що обертається, змінює орієнтацію, і цей рух, підключений до генератора, виробляє електроенергію. Розміщення в корпусі захищає пристрій від солоної води, забезпечуючи переваги в обслуговуванні та безпеці.

Гіроскопічні перетворювачі є спробою подолати обмеження традиційних вітрових електронів (WEC), які часто ефективні лише за певних умов. Такахіто Іїда, дослідник з Університету Осаки, звернувся до GWEC через їхню адаптивність. У своєму дослідженні, опубліковано в журналі «Механіка рідин»²Іїда оцінив, чи може ця конструкція підтримувати великомасштабну генерацію.

«Пристрої, що працюють на хвильовій енергії, часто мають труднощі, оскільки умови океану постійно змінюються», — сказав Іїда. «Однак гіроскопічною системою можна керувати таким чином, щоб підтримувати високий рівень поглинання енергії, навіть коли частоти хвиль змінюються».

Щоб зрозуміти, як поводиться система, він використав теорію лінійних хвиль для моделювання взаємодії між океанськими хвилями, гіроскопом та структурою. Аналіз допоміг команді визначити ідеальні налаштування для швидкості обертання та керування генератором. За умови правильного налаштування GWEC може досягти теоретичного максимального коефіцієнта поглинання енергії вдвічі на будь-якій частоті хвилі.

«Ця межа ефективності є фундаментальним обмеженням у теорії хвильової енергії», – зазначив Іїда. «Цікаво те, що тепер ми знаємо, що її можна досягти на широкосмугових частотах, а не лише за одного резонансного стану».

Команда перевірила результати за допомогою числового моделювання як у часовій, так і в частотній областях. Ці результати підтвердили, що пристрій підтримує високу ефективність поблизу своєї резонансної частоти, працюючи найкраще, коли рух відповідає природному хвильовому малюнку. Це уточнення робочих параметрів демонструє можливість розробки ефективних систем хвильової енергії, які допомагають досягти кліматичних цілей.

Інвестування у відновлювані джерела енергії

З інвестиційної точки зору, мало публічних компаній займаються виключно хвильовою енергетикою. Це залишається сегмент, що розвивається, з високими витратами на інфраструктуру та обмеженим обсягом розгортання проектів. Публічні акції, що займаються виключно хвильовою енергетикою, загалом показують низькі результати, оскільки ця технологія все ще перебуває на ранніх стадіях підтвердження економічної доцільності в комерційних масштабах.

Натомість ми зосередимося на компанії з сильним портфелем відновлюваних джерел енергії, яка з часом зможе отримати вигоду від зростання морської енергетики. NextEra Energy, Inc. (NEE ) є одним з провідних лідерів у сфері відновлюваної енергетики США з великим досвідом інтеграції морської вітроенергетики та енергосистеми.

Компанія працює через NextEra Energy Resources (NEER) та Florida Power & Light (FPL). FPL – це енергетична компанія з регульованим тарифом, яка може похвалитися 35 052 мегавати чистої потужності, що робить її найбільшою енергетичною компанією в США за кількістю клієнтів (12 мільйонів). Цей регульований бізнес генерує стабільний дохід і грошовий потік, що сприяє зростанню дивідендів.

NEER експлуатує генеруючі потужності та інвестує в чисту енергетику, таку як відновлюване паливо, газопроводи та акумуляторні накопичувачі. NextEra Energy Resources є найбільшим у світі виробником відновлюваної енергії та продовжує розширювати свій портфель проектів. Її сильне зростання прибутків та стратегічні технологічні угоди підтримують майбутнє зростання, хоча вона залишається вразливою до політика проти відновлюваної енергетики за адміністрації Трампа.

Наразі акції NextEra торгуються за ціною $90.79, що близько до нових максимумів, що на 13.63% більше, ніж з початку року, та на 32% більше за минулий рік. Прибуток компанії на акцію (TTM) становить 3.30, а коефіцієнт P/E (TTM) – 27.63.

Дивідендна дохідність NextEra становить 2.73%. Нещодавно компанія оголосила про квартальні дивіденди у розмірі 0.6232 долара США на акцію, що на 10% більше, ніж у попередньому році. NextEra повідомила про скоригований прибуток у розмірі 1.133 мільярда доларів США за четвертий квартал 2025 року та 7.683 мільярда доларів США за весь рік. NEER повідомила про введення в експлуатацію 7.2 ГВт нової генерації та додавання 13.5 ГВт до портфеля потужностей, в результаті чого загальна сума сягає 30 ГВт. Це включає план перезапуску атомної електростанції Дуейн-Арнольд разом з Google.

«Ми вважаємо, що жодна компанія не має кращих можливостей для побудови енергетичної інфраструктури, необхідної для надійного та доступного задоволення зростаючого попиту Америки», – сказав генеральний директор Джон Кетчум. Компанія очікує, що скоригований прибуток на акцію зростатиме зі середньорічним темпом зростання понад 8% до 2032 року. Вона також розширює рішення з постачання природного газу шляхом стратегічних придбань.

NextEra очікує, що скоригований прибуток на акцію (EPS) за 2026 рік становитиме від 3.92 до 4.02 доларів США, а дивіденди зростатимуть на 6% на рік до 2028 року.

Висновок

Зі зростанням глобального попиту на енергію, зумовленого екстремальними погодними умовами та центрами обробки даних зі штучним інтелектом, зростання відновлюваної енергетики стає все більш важливим для зменшення викидів. Хоча сонячна та вітрова енергетика домінують у впровадженні, хвильова енергія має потенціал прискорити перехід до чистішої енергії, пропонуючи передбачуваний ресурс високої щільності.

Дослідження таких технологій, як енергія гіроскопічних хвиль, можуть допомогти подолати технічні бар'єри, що обмежують цей сектор. Разом із сприятливою політикою та стратегічними інвестиціями ці досягнення можуть допомогти розкрити значні нові потужності.

Натисніть тут, щоб дізнатися все про інвестування в десять найкращих акцій компаній з відновлюваної енергетики.

Посилання

1. Клементе, Д. та ін. Оцінка виробництва електроенергії та захисту узбережжя прибережною хвильовою електростанцією потужністю 500 МВт. Applied Energy 379, 124950 (2025). https://doi.org/10.1016/j.apenergy.2024.1249502
2. Іїда, Т. Лінійний аналіз гіроскопічного перетворювача енергії хвиль, що поглинає половину енергії хвиль на широкосмугових частотах. Журнал механіки рідин 1029, A20 (2026). https://doi.org/10.1017/jfm.2026.11172