Волновые электростанции в России: принцип работы поплавковой и других типов

Волновая энергетика

Энергия волн, по сути, служит альтернативой существующей гидроэлектроэнергии. Его особенность заключается в том, что здесь используется энергия волн, возникающих на открытых пространствах моря и в океане. Удельная мощность таких волн превышает мощность солнечной и ветровой энергии, поэтому это перспективная разработка постоянно возобновляемых источников энергии.

Природа явления

Волновое образование возникает в результате воздействия солнечного света. Солнце нагревает воздушные массы, заставляя их перемещаться в космосе. В процессе перетекания воздух соприкасается с поверхностью океана, вызывая появление волны.
Энергоемкость конкретного волнового дерева определяется:

• силой ветра;
• продолжительность порывов ветра;
• ширина воздушного фронта.

Максимальное значение энергоемкости волны достигает 100 кВт на 1 м. Этот показатель значительно снижается на мелководье, что объясняется трением о дно резервуара.

Кинетическая энергия волн в ВЭС

Кинетическая энергия, которой обладают волны в таких структурах, огромна. Его можно использовать по-разному.

Во-первых, волна проходит через полую камеру. Поступая так, он перемещает воздух внутрь. Турбина начинает вращаться.

Во втором методе волна попадает в трубу большого диаметра. Там он начинает вращать лопатки турбины, активируя генератор.

Принцип обоих методов одинаков. Он использует энергию, которой обладает столб воды, когда он вибрирует. Скорость воздушного потока можно регулировать, изменяя диаметр проходного канала. Таким образом, даже медленно накатывающиеся волны смогут вращать высокочастотные турбины.

Энергия течений

Течения океанов и морей содержат огромную потенциальную энергию. Может быть получена достаточно высокая энергетическая ценность. В будущем будет уместно использовать энергию таких течений, как Флорида и Гольфстрим.

Волновые электростанции

Гидроэлектростанции — это плавучие сооружения, способные преобразовывать механическую энергию движения волн в электрическую и передавать ее потребителю. При этом стараются использовать два источника:

1. Кинетические резервы. Морские валы проходят через трубу большого диаметра и вращают лопасти, которые передают усилие на генератор. Применяется также пневматический принцип: вода, проникая в специальную камеру, вытесняет оттуда кислород, который перенаправляется по системе каналов и вращает лопатки турбины.
2. Катящаяся энергия. В этом случае волновая электростанция действует как поплавок. Двигаясь в пространстве по волновому профилю, он вращает турбину с помощью сложной системы рычагов.

Некоторые страны используют свои собственные технологии для преобразования механического движения волн в электричество, но общая схема действия для них одинакова.

История появления

Поскольку объем ранее использовавшегося газа, нефти и угля значительно сократился, альтернативная выработка электроэнергии с помощью волновых электростанций стала очень актуальной проблемой.

История появления волновых электростанций имеет несколько этапов:

• в 1799 г во Франции был подан патент на устройство, названное волновой мельницей;
• с 1880 г предпринимались неоднократные попытки использовать энергию волн для выработки электричества;
• электростанция первой волны была официально открыта в сентябре 2008 года в Португалии.

Он находится на расстоянии пяти километров от побережья.

Устройство

Принцип действия волновой электростанции, независимо от ее типа, основан на преобразовании кинетической энергии в электрическую. Принцип работы одинаков как для фиксированных, так и для плавающих моделей. Энергия волн, которые колеблются вверх и вниз, преобразуется в электрическую энергию.

Есть несколько типов станционных устройств:

1. Принцип колеблющегося столба воды. В таком устройстве волны заполняют специальные камеры. Воздух в них сжат. Создание чрезмерного давления. Под действием этого воздух попадает в турбину. Лопатки турбины начинают вращаться. Вращательное движение с помощью генератора вырабатывает электричество.
2. Принцип колеблющегося тела. В дизайне есть несколько разделов. Поршни установлены на площадках между ними. Платформы мобильные. Гидравлический двигатель соединен с поршнем, который вращает электрогенератор.
3. Инсталляция с «искусственным атоллом». На корпусе бетонной конструкции устанавливается платформа, по которой катятся волны. Они накапливаются в специальном резервуаре. Из него вода поступает в турбину.

Во всех вариантах используется энергия движущегося водоема. Были предприняты попытки изменить конструкцию камеры таким образом, чтобы воздух внутри был максимально сжат.

Почему это выгодно

Волны моря и океана — безграничный источник энергии, который постоянно обновляется. Волновые электростанции находятся в естественной среде, что позволяет использовать колоссальную энергию морей и океанов.

Типы волновых электростанций

Любая волновая электростанция имеет аналогичный принцип работы, в котором используется волновая энергия. Конструкции этих массивных конструкций несколько различаются.

Работающие по принципу качения

Такие конструкции располагаются на воде. Принцип качения предполагает работу, основанную на энергии, которая происходит, когда волны колеблются на поверхности. Преобразователи, выполненные в виде поплавков, колеблются. Есть несколько вариантов этих конструкций.

Морские змеи

Они выполнены в виде нескольких секций, каждая из которых имеет форму цилиндра. Секции соединены между собой петлями. Вся конструкция находится в полупогруженном состоянии.

Когда волны колеблются, змеевидная структура начинает изгибаться. Это приводит в действие гидравлические поршни, расположенные в шарнирах. Генерируемый электрический ток передается на берег по кабелю, проложенному в том месте, где находится дно резервуара.

Контурный плот Коккереля

При такой конструкции секции перемещаются относительно друг друга с помощью шарниров. Вибрации передаются на насосы, на которых закреплены генераторы. Такой дизайн обеспечивает высокий эффект нанесения.

Утка Солтера

Аналогичное название получили волновые электростанции, состоящие из большого количества поплавков. Все они расположены на одном дереве. Чтобы работа дала необходимый эффект, таких поплавков должно быть от двадцати до тридцати.

Буй-генератор

Аналогичная конструкция представляет собой буй высотой 42 метра. На дне резервуара буй закреплен якорями, а на поверхности воды его удерживает длинный поплавок, который качается в вертикальной плоскости вместе с колебаниями воды.

Поплавок, установленный на подвижном стержне, который действует как часть линейного генератора, вырабатывающего энергию. Контроль хода стержня в зависимости от высоты и силы волны контролируется специальными датчиками. Это обеспечивает оптимальный рабочий процесс. Чтобы избежать поломки во время сильной грозы, шток автоматически блокируется.

Первая в мире опытная ВЭС

Первая волновая электростанция появилась в 1985 году в Норвегии. Его мощность составляла 500 кВт, и он сам был прототипом. Принцип его действия основан на циклическом сжатии и расширении среды:

• цилиндр с открытым дном погружается в воду так, чтобы его край находился ниже впадины волны — ее самой нижней точки;
• периодически поступающая вода сжимает воздух во внутренней полости;
• при достижении определенного давления открывается клапан, который пропускает сжатый кислород в турбину.

Такая установка производила 500 кВт мощности, достаточной для демонстрации эффективности установок, которые способствовали их развитию.

Первая в мире коммерческая ВЭС

Первая коммерческая волновая электростанция была введена в эксплуатацию в 2008 году в Агусадоре, Португалия. Кроме того, это первая установка в мире, которая напрямую использует механическую энергию волны. Проект подготовила британская компания Pelamis Wave Power.

В состав конструкции входят несколько секций, которые выпускаются и поднимаются вместе с волновым профилем. Секции шарнирно соединены с гидравлической системой и управляют ею во время движения. Гидравлический механизм вращает ротор генератора, вырабатывая электричество.

Достоинством установки является ее высокая мощность — около 2,25 МВт, а также возможность установки дополнительных секций. Недостаток только один — возникают трудности с передачей электроэнергии по кабелям к потребителю.

Волновые электростанции в мире

Первая волновая электростанция была запущена в 1985 году в Норвегии. Мощность этой конструкции составляла 500 кВт.

Первой в мире промышленной станцией, использующей энергию волн для производства электроэнергии, является Oceanlinx, расположенная в Австралии. Функциональную работу он начал в 2005 году. Через некоторое время его перестроили, а затем в 2009 году вернули в рабочее состояние. Работа этой установки основана на принципе «колеблющегося столба воды». Сейчас его мощность составляет 450 кВт.

В 2008 году в Португалии была запущена первая промышленная волновая электростанция. Его принцип основан на использовании энергии механических волн. Работа основана на принципе «колеблющегося тела». Мощность 2,3 МВт. Есть конструктивная возможность смонтировать дополнительные секции, увеличив тем самым ее вместимость.

В Великобритании построили волновую электростанцию, которая считается крупнейшей в мире. Он расположен недалеко от полуострова Корнуэлл. В нем четыре генератора, каждый мощностью 150 кВт. Принцип действия блока управления — «колеблющееся тело».

Португалия

Первая в мире крупноволновая электростанция мощностью 2,25 МВт была введена в эксплуатацию в 2008 году в Португалии.

Сейчас на станции работают три волновых преобразователя энергии: змеевики, наполовину погруженные в воду. Каждый датчик имеет длину 120 метров и диаметр 3,5. Вес так называемой морской змеи — 750 тонн. Волны приводят в движение секции преобразователя, а сопротивление гидравлической системы способствует выработке электроэнергии, которая передается на землю по кабелям (станция расположена в 5 км от берега). В настоящее время ведутся работы по увеличению мощности этой волны станции с 2,25 МВт до 21 МВт: планируется добавить еще 25 преобразователей. В этом случае станция будет снабжать электроэнергией 15 тысяч домов.

Норвегия

Промышленные пилотные волновые электростанции впервые были введены в эксплуатацию в 1985 году в Норвегии.

Одна из них мощностью до 500 кВт — это пневмо-волновая установка, в которой открытое дно камеры погружено под самый нижний поверхностный слой воды.

Вторая мощность 450 кВт. Здесь применен эффект волны, обтекающей непонятный 147-метровый склон (конусообразная наклонная поверхность). Сужающийся канал расположен во фьорде, а вход в турбину поднимается на 3 м над средним уровнем моря. Установка, расположенная на берегу, исключает трудности с ее ремонтом и обслуживанием.

Австралия

Принцип работы Oceanlinx заключается во вращении турбин сжатым воздухом, поступающим из специальной камеры. Конструкция станции громоздкая и благодаря своему весу стоит на дне, не нарушая ее конструкции. Около 1/3 всей конструкции, высота которой составляет почти 15 метров, выступает над поверхностью воды.

Важным преимуществом волновой станции этого типа является получение предсказуемого количества энергии. Платформы функционируют из-за возмущения поверхности океана, а не самих волн. Это позволяет определять погодные условия, влияющие на количество вырабатываемой энергии, за 5-7 дней. Oceanlinx имеет мощность 1 МВт, и потребители получают около 450 кВт электроэнергии.

Волновые электростанции в России

Интерес к этой сфере для получения энергии по-новому в России растет, так как страна имеет выход к морю и есть возможность использовать энергию морских волн. Однако существующие волновые электростанции в России начали появляться сравнительно недавно.

Совсем недавно волновая электростанция, аналогичная португальской, была экспериментально запущена на полуострове Гамов в Приморском крае. Испытания проходили в бухте Витязь на морской опытной станции «Мыс Шульца». Эта идея была инициирована учеными Уральского федерального университета и сотрудниками Тихоокеанского океанологического института Дальневосточного отделения Российской академии наук.

Опасения при запуске этой станции вызвали:

• возможное повреждение генератора от воздействующих на него волн;
• безопасность движения рыболовных судов в непосредственной близости от станции.

При этом волновая установка, разработанная российскими специалистами, помимо основной задачи — выработки электроэнергии, может выполнять ряд дополнительных функций:

• стать глушителем волн, защищая береговые сооружения;
• осуществлять автоматическую охрану морских границ.

в России необходимо развивать волновую энергетику. Однако существующие, истощенные, проверенные временем запасы углеводородов, мельчайшие детали освоения традиционных технологий производства электроэнергии ставят под сомнение рентабельность использования крупномасштабных волновых электростанций. Волновые электростанции, наряду с солнечными электростанциями для дома, могут стать необходимым прорывом в энергетическом секторе, которого мы все ждали.

Альтернативную энергетику имеет смысл использовать в малонаселенных районах побережья Северного Ледовитого океана, Приморья и Дальнего Востока.

Строительство ВЭС

При строительстве ветряной электростанции необходимо учитывать следующие факторы для получения электроэнергии:

• необходимо учитывать показатели кинетической энергии волн. Когда она попадает в трубу гидроэлектростанции, вода оказывает внутри давление давление, которое приходит в движение и генерирует энергию. Кроме того, этот процесс можно выполнить с помощью давления, которое представляет собой вода, выталкивающая воздух из полой камеры.
• Энергия, получаемая от поверхности качения. В таких случаях на поверхности воды устанавливаются специальные датчики, называемые поплавками. Они отслеживают профили каждой волны и преобразуют колебания в электрическую энергию.

К счастью, схема PVPP проста, поэтому вам не придется тратить много денег на строительство и запуск, а эффективность приливной электростанции позволяет использовать ее даже в крупных городах на побережье.

Преимущества и недостатки волновой энергетики

Волновые электростанции в настоящее время составляют лишь 1% производимой энергии, несмотря на их огромный потенциал.

Это ограничение в основном связано с тем, что такая энергия слишком дорога, что экономически невыгодно. Киловатт энергии, полученный с помощью метода WPS, во много раз дороже, чем такое же количество энергии, генерируемое обычными методами.

Плюсы

Преимущества использования волновой энергии:

1. Такие станции можно использовать в качестве поглотителей волн, что является защитой от разрушения берега, а также сооружений, расположенных вблизи берега.
2. генераторы электрических волн, которые не обладают слишком большой мощностью, могут быть установлены на палубных опорах и причалах, что снижает негативное воздействие на них воды.
3. Энергия волн более выгодна, чем энергия ветра, поскольку энергия ветра меньше энергии волн.
4. Для выработки электроэнергии с помощью волн не нужны углеводороды, запасы которых и без того небольшие.

Минусы

К недостаткам использования энергии волн можно отнести экологические соображения. Экологии можно нанести ущерб, если покрыть значительную часть поверхности воды преобразователями волновой энергии. Дело в том, что волны играют значительную роль в газообмене между водой и атмосферой, а также в освобождении поверхности воды от различных загрязнений.

Другой недостаток заключается в том, что некоторые генераторы могут представлять опасность при нормальной транспортировке. Рыбное хозяйство может быть заменено рыболовными сооружениями, и многие люди теряют работу.

Потенциал использования энергетики волн

В современном мире потребление энергии быстро растет. Помимо истощения природных ресурсов в виде нефти и газа, существует проблема возникновения неблагоприятной экологической ситуации. Поэтому популярность альтернативных источников энергии постоянно растет.

Ветряные фермы классифицируются как возобновляемые источники энергии. Их экономический потенциал не так велик и составляет около 25%. Однако за последние пятнадцать лет волновая энергетика была самым быстрорастущим сектором в Европе. Развитие в мире происходит такими же быстрыми темпами.