Текущее состояние. Электроснабжение удаленных морских объектов минерально-сырьевого комплекса не имеющих подключения к Единой энергетической системе является серьезной задачей для компаний и на данный момент они используют дизельные установки или кабельные линии с суши. Дизельные установки имеют небольшой КПД, требуют постоянного контроля и обслуживания, но главным недостатком является их негативное влияние на экологию, так как при сжигании топлива выделяется в большом количестве СО2. Кабельные линии с суши имеют ограничения, поскольку при электроснабжении платформ на значительных расстояниях от берега будут потери в сети, и чем длиннее кабель, тем больше будут динамические нагрузки, что требует дополнительных мероприятий для увеличения прочности кабельной линии. Одним из вариантом для решения данной проблемы могут стать совместное использование морской ветровой и волновой энергетики. Развитие ветрогенераторов происходит в течение нескольких десятилетий и имеет уже широкое применение в мире, как на суше, так и в море. Однако их прерывистость и изменчивость ограничивают бесперебойность энергоснабжения. Волновые установки только начинают свой этап становления, но имеют огромный энергетический потенциал и являются более предсказуемыми и менее изменчивыми, чем ветровой ресурс.

Решаемая научная проблема. В данной работе исследуется работа комбинированной системы совместно расположенных ветровых и волновых технологий. Ожидается, что совместное производство обеспечивает более стабильную работу всей системы, чем ветровые и волновые технологии, работающие по отдельности.

В последние годы идея объединения морских возобновляемых источников энергии вызывает большой интерес, и количество проектов, объединяющих ветровые и волновые установки, увеличивается. Таким образом, актуальной задачей является разработка комплексной методики оптимизации состава комбинированной установки ветроволновой установки с учётом их параметров и характеристик работы.

Методы исследования. Выполнен анализ факторов, влияющих на технические, экономические и экологические показатели работы комбинированного электротехнического комплекса.

Разработан алгоритм управления ветро-волновыми установками и накопителями электроэнергии в комбинированных электротехнических комплексах.

Предложена методика обоснования топологии взаимного расположения ветро-волновых установок с применением теории надежности и с учетом теневого эффекта, обусловленного функционированием волновой установки.

Детали исследования. Под комбинированной системой подразумевается объединение в единую систему ветровых и волновых преобразователей основанной на использовании одной и той же морской зоны, общей инфраструктура электрических сетей, общей логистики по эксплуатации и обслуживанию, также применение систем оснований и фундаментов. 

В зависимости от расположения в морской акватории преобразователей они делятся на независимые и комбинированные.

В работе были подробно рассмотрены различные конфигурации размещения волновых и ветровых установок, которые используют одну морскую зону (рис. 1, 2).

По мере развития волновой энергетики надежность приобретает большое значение, поскольку последствия отказов во многих случаях требуют дорогостоящего и сложного вмешательства, которое должно проводиться в суровых по своей природе условиях, даже на стадии прототипа. Нехватка данных связано в первую очередь с тем, что для разработчиков морских установок это является конкурентным преимуществом, поэтому многие не делятся имеющимися данными.

Так как развитие волновых установок началось не так давно, помимо недостатка данных, для расчета надежности систем приходится пользоваться очень грубыми и приблизительными данными, что в конечном итоге сильно влияет на результаты.  

Развитие анализа надежности для морских систем является сложной и важной задачей, так как последствия отказов, потребуют дорогостоящих ремонтов в условиях морской среды. Поэтому прогноз интенсивности отказов и работоспособности установок следует сделать максимально точным, с возможностью дальнейших улучшений и модернизаций.

Установлено, что работа волновой установки посредством эффекта тени оказывает следующее влияние на работу их совместную работу с ветросиловой установкой: коэффициент готовности ВЭУ повысился на 0,3%, среднее время восстановления снизилось на 55%, наработка до отказа увеличилась на 44%, вероятность безотказной работы увеличилась на 3% (рис. 3).

Показано, что эффект тени от применения волновых установок приводит к улучшению значения коэффициента готовности, среднего времени восстановления, наработки на отказ и вероятности безотказной работы. Но значительное увеличение показателей надежности имеет среднее время восстановления и наработка на отказ, где значения возрастают в 1,5 раза.

Заключение. В данной работе рассматриваются различные аспекты, касающиеся совместного размещения волновых и морских ветряных электростанций, и, в частности, анализируется эффект тени, создаваемый волновыми установками при их совместном размещении с обычными морскими ветряными электростанциями. В качестве первого шага были рассмотрены синергетические эффекты, вопросы развития технологий. Во вторую очередь была описана методология исследования влияния теневого эффекта при совместном расположении волновых установок и ветропарков. Представлены результаты, полученные в ходе этой работы.

Определены и проанализированы ключевые показатели эффективности комбинированной системы. Результаты показывают, как различные факторы влияют на прогнозируемую надежность системы и, соответственно, работоспособность проекта. В условиях совместной работы рассматривается влияние теневого эффекта от волновых установок, чтобы количественно оценить эффективность комбинированного парка с учетом конкретного местоположения и выбранной технологии. 

В целом, в данной работе представлены убедительные факты в поддержку совместного размещения волновых и морских ветряных электростанций, и в особенности так называемого "эффекта тени", который использует преимущества волнения волновых установок для создания области с меньшей высотой волны внутри морской ветряной электростанции, чтобы увеличить погодные окна для эксплуатации и обслуживания ветряных турбин. Кроме того, уменьшается волновая нагрузка на конструкцию и якорную систему, что увеличивает надежность системы.