Волновые электростанции преобразовывают механическую энергию воды в электричество

Волновые и приливные установки. Энергетические установки, преобразующие энергию океана.– 2 часа

Волновые энергоустановки: схемы, конструкции и основные характеристик

С середины ХХ-го века началось изучение энергетических ресурсов, относящихся к «возобновляемым источникам энергии».

Океан – гигантский аккумулятор и трансформатор солнечной энергии, преобразуемой в энергию течений, тепла и ветров. Энергия приливов – результат действия приливообразующих сил Луны и Солнца.

Энергетические ресурсы океана представляют большую ценность как возобновляемые и практически неисчерпаемые. Опыт эксплуатации уже действующих систем океанской энергетики показывает, что они не приносят какого-либо ощутимого ущерба океанской среде. При проектировании будущих систем океанской энергетики тщательно исследуется их воздействие на экологию.

Идея получения электроэнергии от морских волн была изложена еще в 1935 году советским ученым К.Э. Циолковским.

В основе работы волновых энергетических станций лежит воздействие волн на рабочие органы, выполненные в виде поплавков, маятников, лопастей, оболочек и т.п. Механическая энергия их перемещений с помощью электрогенераторов преобразуется в электрическую. Когда буй качается на волне, уровень воды внутри него меняется. От этого воздух то выходит из него, то входит. Но движение воздуха возможно только лишь через верхнее отверстие(такова конструкция буя). А там установлена турбина, вращающаяся всегда в одном направлении независимо от того, в каком направлении движется воздух.

Даже довольно небольшие волны высотой 35 см заставляют турбину развивать более 2000 оборотов в минуту.

Другой тип установки – это вариант стационарной микроэлектростанции. Внешне она похожа на ящик, установленный на опорах на небольшой глубине. Волны проникают в ящик и приводят в действие турбину. И здесь для работы достаточно совсем небольшого волнения моря. Даже волны высотой в 20 см зажигают лампочки общей мощностью 200 Вт.

В настоящее время волноэнергетические установки используются для энергопитания автономных буев, маяков, научных приборов. Попутно крупные волновые станции могут быть использованы для волнозащиты морских буровых платформ, открытых рейдов, марикультурных хозяйств.

Сегодня, в новом тысячелетии, началось промышленное использование волновой энергии. В мире уже около 400 маяков и навигационных буев получают питание от волновых установок. В Индии от волновой энергии работает плавучий маяк порта Мадрас. В Норвегии с 1985 г. действует первая в мире промышленная волновая станция мощностью 850 кВт.

Создание волновых электростанций определяется оптимальным выбором акватории океана с устойчивым запасом волновой энергии, эффективной конструкцией станции, в которую встроены устройства сглаживания неравномерного режима волнения. Считается, что эффективно волновые станции могут работать при использовании мощности около 80 кВт/м. Опыт эксплуатации существующих установок показал, что вырабатываемая ими электроэнергия пока остается в 2 ÷ 3 раза дороже традиционной, но в ближайшей перспективе ожидается значительное снижение ее стоимости.

В волновых установках с пневматическим преобразователями под действием волн воздушный поток периодически изменяет свое направление на обратное. Для этих условий и разработана турбина Уэллса, ротор которой обладает выпрямляющим действием, сохраняя неизменным направление своего вращения при смене направления воздушного потока, следовательно, поддерживается неизменным и направление вращения генератора. Турбина нашла широкое применение в различных волноэнергетических установках.

Волновая энергетическая установка «Каймей» (Морской свет) – самая мощная действующая энергетическая установка с пневматическим преобразователями – построена в Японии. В своей работе она использует волны высотой до 6 ÷ 10 м. На барже длиной 80 м, шириной 12 м и водоизмещением 500 т установлены 22 воздушные камеры, открытые снизу. Каждая пара камер работает на одну турбину Уэллса. Общая мощность установки 1000 кВт. Энергия передается на берег по подводному кабелю длиной около 3 км.

В СССР модель волнового плота испытывалась в 70-х годах на Черном море. Она имела длину 12 м, ширину поплавков 0,4 м. На волнах высотой 0,5 м и длиной 10 ÷ 15 м установка развивала мощность 150 кВт.

Следует отметить, что использование источников альтернативных, возобновляемых видов энергии может достаточно эффективно снизить процент выбросов в атмосферу вредных веществ, то есть в какой-то степени решить одну из важных экологических проблем. Энергия моря может с полным основанием быть причисленной к таким источникам.

Приливные энергоустановки: схемы, конструкции и основные

Уровень воды на морских побережьях в течение суток меняется три раза. Такие колебания особо заметны в заливах и устьях рек, впадающих в море. В ХVIII веке английский физик Исаак Ньютон разгадал тайну морских приливов и отливов: огромные массы волы в мировом океане приводятся в движение силами притяжения Луны и Солнца. Через каждые 6 и 12 часов прилив сменяется отливом. Максимальная амплитуда приливов в разных местах нашей планеты неодинакова и составляет от 4 до 20 м.

Приливные электростанции сооружаются на побережье морей и океанов со значительными приливно-отливными колебаниями уровня воды. Для этого естественный залив отделяется от моря плотиной и зданием приливной электростанции (ПЭС). При приливе уровень моря будет выше уровня воды в отделенном от него заливе, а при отливе, наоборот, ниже уровня воды в заливе. Перепады этих уровней создают напор, который используется при работе гидротурбины ПЭС. Принципиальная схема ПЭС показана на рисунке 10.1 – фрагмент IV .

Для устройства простейшей ПЭС нужен бассейн – перекрытый плотиной залив или устье реки. В плотине имеются водопропускные отверстия и установлены турбины. Во время прилива вода поступает в бассейн. Когда уровни воды в бассейне и море сравняются, затворы водопропускных отверстий закрываются. С наступлением отлива уровень воды в море понижается, и, когда напор становится достаточным, турбины и соединенные с ним электрогенераторы начинают работать, а вода из бассейна постепенно уходит.

Считается экономически целесообразным строительство ПЭС в районах с приливными колебаниями уровня моря не менее 4 м. Проектная мощность ПЭС зависит от характера прилива в районе строительства станции, от объема и площади приливного бассейна, от числа турбин, установленных в теле плотины.

В некоторых морских заливах приливы достигают 10 ÷ 12 м, а наибольшие приливы наблюдаются в заливе Фанди (Канада) и достигают 19,6 м.

В приливных электростанциях двустороннего действия турбины работают при движении воды из моря в бассейн и обратно. ПЭС двустороннего действия способна вырабатывать электроэнергию непрерывно в течение 4 ÷ 5 ч с перерывами в 1 ÷ 2 ч четыре раза в сутки. Для увеличения времени работы турбин существуют более сложные схемы – с двумя, тремя и большим количеством бассейнов, однако стоимость таких проектов весьма высока.

Энергетические установки, преобразующие энергию океана

Электростанции, используемые энергию океанических волн, существуют пока только в стадии научно-исследовательских разработок и научных идей. Рассмотрим принципиальные идеи и перспективы использования некоторых из них.

Наиболее простым и достаточно эффективным является устройство профессора Эдинбургского университета С. Солтера (рис. 8.1.) Это устройство преобразовывает колебательное движение жидкости во вращательно-колебательное движение поплавка, называемого «уткой».

Рисунок 10.1. Поплавок Солтера

Волны слева от поплавка заставляют его колебаться вокруг заякоренной оси, а цилиндрическая противоположная поверхность препятствует перемещению волны вправо, то есть, прерывает движение волны, отбирая ее энергию. Полезная мощность снимается с оси вращательно-колебательной системы.

Данное устройство пропускает не более 5% энергии волны вправо, то есть, является достаточно эффективным. На рисунке 8.2 показана зависимость к.п.д. устройства Солтера от периода колебаний волны при диаметре 15 метров.

Устройство Солтера работает независимо от направления волны, что позволяет использовать его в открытом океане на глубокой воде. Предлагается нить таких поплавков протяженностью несколько километров установить в районе западнее Гебридских островов (Атлантический океан). Предполагаемая мощность такой станции 100 МВт.

Читать еще:  Батарейка для материнской платы, как заменить и куда отдать на утилизацию

Другой тип преобразователя энергии волны в электроэнергию использует колебания давления газа, защемляемого столбом воды (рисунок 10.3).

Рисунок 10.2. Энергетическая эффективность поплавка Солтера

Способ преобразования энергии падающей воды в электрическую энергию

Владельцы патента RU 2494282:

Изобретение относится к области энергетики и может быть использовано в различных отраслях народного хозяйства. Способ преобразования энергии падающей воды в электрическую энергию включает водяную турбину и электрический генератор связанные между собой. Вдоль по руслу горной реки протекающей, по склону горы, размещают горизонтальный и вертикальный водоканалы, связанные между собой и наполненные потоком воды. Внутри в нижней части вертикального водоканала размещают водяную турбину. Водяная турбина связана через специальное устройство с электрическим генератором. Электрический генератор связан через провода с потребителем этой энергии. Техническим результатом является создание гидроэлектростанции нового поколения, не нарушающей экологическую обстановку окружающей среды. 1 з.п.ф-лы, 2 ил.

Изобретение относится к области энергетики и может быть использовано в различных отраслях народного хозяйства.

Известные к заявляемому изобретению по существенным признакам являются существующие гидроэлектростанции, преобразующие энергию текучей воды в электрическую энергию, приводящую во вращательное движение водяную турбину и электрический генератор, связанный с ней.

Наиболее близким к заявляемому изобретению по существенным признакам является Авторское свидетельство от 5 мая 1991 г., авторов: Юрик А.Д. и Юрик Д.А. «Водяное колесо МГД — генератор», содержащий вертикальный водоканал подвода воды к водяной турбине.

Известное техническое решение включает следующие признаки, сходные с прототипом: вертикальный водоканал, водяная турбина, электрический генератор.

Техническая задача, которую решает заявляемое изобретение, включает создание гидроэлектростанции нового поколения, не нарушающей экологическую обстановку окружающей среды.

Поставленная задача решается тем, что предложенный способ преобразования энергии падающей воды в электрическую энергию заключается в следующем: данные преобразования осуществляются с помощью водяной турбины и электрического генератора, связанных между собой через специальное устройство, при этом по руслу горной реки, протекающей по склону горы, размещены горизонтальные и вертикальные водоканалы, связанные между собой и заполненные потоком воды русла горной реки. Внутри в нижней части вертикального водоканала размещена водяная турбина, связанная через специальное устройство с электрическим генератором, который связан через провода с потребителем электроэнергии. Данный способ предусматривает установку данного типа электростанции сверху донизу русла горной реки — покаскадно.

На фиг. 1 показан внешний вид гидроэлектростанции, вид спереди.

Фиг. 2 — разрез А-А по оси симметрии гидроэлектростанции, вид сбоку.

В настоящее время в гидроэлектростанциях (ГЭС) поток падающей воды создается плотиной, установленной поперек русла реки, имеющей высоту плотины от 30 до 100 м и более, при этом до плотины вблизи русла реки заливаются огромные площади (территории) водой, нарушая, экологическую обстановку территории.

В данном способе предлагается дифференцированный способ преобразования энергии падающей воды горной реки в электрическую энергию, не нарушая состояния окружающей среды.

Поток падающей воды объемом 1 м 3 (1000 кг) с высоты от 30 до 100 м преобразуется данным способом в электрическую энергию от 300 кВт до 1000 кВт, а поток падающей воды объемом 500 м 3 с высоты 1000 м (преобразование дифференцированное) по частям заменяет по мощности Красноярскую ГЭС, т.е. на 1000 м высоты 10 гидроэлектростанций с перепадом 100 м по высоте и мощностью 500 тыс. кВт.

При строительстве такого типа электростанции можно использовать трубы нефтегазовой отрасли и железобетонные трубы любого диаметра.

Предложенный способ «Способ преобразования энергии падающей воды в электрическую энергию» (фиг. 1, 2) содержит на русле 1 горной реки горизонтальный водоканал 2, установленный на опоры 3, и вертикальный канал 4, при этом горизонтальный водоканал 2 заполнен потоком воды 5 русла реки горной 1 реки, соединен с вертикальным водоканалом 4. В вертикальном водоканале 4, в его внутренней нижней части, размещена водяная турбина 6, связанная через специальное устройство 7 с электрическим генератором 8.

Электрический генератор 8 соединен проводами 9 с потребителями электрической энергии 10.

«Способ преобразования энергии падающей воды в электрическую энергию» заключается в следующем: поток воды 5 русла 1 горной реки, поступающей в горизонтальный водоканал 2 и через вертикальный водоканал 4, падает на водяную турбину 6, приводя ее во вращательное движение.

Водяная турбина 6 через специальное устройство 7 приводит во вращательное движение электрический генератор 8.

Электрический генератор 8, вырабатывающий электрическую энергию (электрический ток), передает ее по проводам 9 к потребителю этой энергии 10.

В предложенном способе для наполнения горизонтального и вертикального водоканалов можно использовать способ сообщающихся сосудов, при этом водоканалы по всей длине должны быть герметичны.

Способ преобразования энергии падающей воды в электрическую энергию, включающий водяную турбину и электрический генератор, связанные между собой, отличающийся тем, что вдоль по руслу горной реки, протекающей по склону горы, размещают горизонтальный и вертикальный водоканалы, связанные между собой и наполненные потоком воды, при этом внутри в нижней части вертикального водоканала размещают водяную турбину, связанную через специальное устройство с электрическим генератором, который связан через провода с потребителем этой энергии.

Энергия волн как альтернативный источник энергии

Энергия волн – энергия, которую волны переносят по поверхности воды. Это неисчерпаемый источник, пригодный для получения электричества. Для преобразования энергии волны в электроэнергию сооружают электростанции волновые. Их монтируют непосредственно в воду.

В перспективе волновая генерация может за год выдать 4 ТВт в прибрежных зонах и до нескольких десятков ТВт в открытом море.

Природа явления

Волнообразование – есть результат воздействия солнечных лучей. Солнце нагревает воздушные массы, из-за чего они перемещаются в пространстве. В процессе перетекания воздух соприкасается с поверхностью океана, инициируя возникновение волны.

Энергоемкость конкретного волнового вала определяется:

  • силой ветров;
  • продолжительностью порывов;
  • шириной воздушного фронта.

Максимальное значение энергоемкости одной волны достигает 100 кВт на 1 м. Данный показатель существенно понижается на мелководье, что объясняется трением о дно водоема.

Принцип действия классической волновой электростанции

Осциллирующая водяная колонна с воздушной турбиной Уэллса являет собой классический, наиболее проработанный вид волновой электростанции. Аналогичное оборудование успешно функционирует как в море, так и в прибрежной зоне.

Принцип работы одинаков и для стационарных, и для плавучих моделей. Волной в, наполовину погруженной в воду, камере поднимается уровень воды. Благодаря заполнению внутреннего объема агрегата водой, воздух, находящийся внутри, под давлением выдавливается из сосуда. Образовавшиеся воздушные потоки пропускаются через лопасти реверсивной турбины низкого давления Уэллса. Когда возникает откат воды, воздух возвращается в камеру, минуя все те же турбинные лопатки. Уэллс добился сохранения направления вращения вала турбины вне зависимости от направления движения волны, что обеспечивает непрерывность передачи крутящего момента на вал генератора.

Турбина Алана Артура Уэллса избавлена от сложных механизмов измерения шага, а также систем клапанов. Агрегат имеет симметричное сечение и сравнительно большой угол атаки лопастей. В целом механизм характеризуется:

  • малым отношением скорости вращения к скорости потока воздуха;
  • высоким коэффициентом лобового сопротивления;
  • периодическими провалами мощности;
  • КПД на уровне 40-70%;
  • шумностью – издаваемые им, звуки сопоставимы со звучанием огромного органа.

Совершенствование классической модели

Принцип действия подобных агрегатов сохраняется неизменным. Конструкторы пытаются изменить архитектуру камеры, чтобы добиться максимального сжатия воздушной массы внутри нее. Усовершенствованная модель камеры позволяет изменять ее объем и геометрию в зависимости от состояния акватории.

Эффективность этой идеи доказали и теоретически, и практически. В итоге удалось избавиться от перепадов мощности станции, обусловленных падением высоты волны, и защитить оборудование от чрезмерных нагрузок и разрушения во время штормов.

Такая станция с «дышащей» камерой функционирует в Атлантике у португальских берегов. Ее мощности в 750 кВт достаточно для обеспечения электричеством около 1000 семей. Там планируется создать огромный прибрежный генерирующий каскад.

Читать еще:  Где утилизировать автомобиль? программа обновления парка авто, решение для сохранения экологии

В перспективе плавучие волновые станции этого типа будут строить там, где функционируют ветровые фермы, используя единую якорную систему для электростанций обоих видов.

Буй-генератор

Ocean Power Technologies (OPT) – инжиниринговая компания из Шотландии – представила PowerBuoy PB150. Это огромный буй длиной 42 м, удерживаемый одиннадцатиметровым поплавком и якорной системой. Мощность одной станции 150 кВт.

Агрегат способен преобразовывать в электроэнергию вертикальные колебания. Погруженная часть буя-генератора зафиксирована на дне якорной системой. Поплавок перемещается по вертикали в унисон колебанию морских вод – он закреплен на подвижном штоке. Шток – часть линейного генератора, который во время прохождения обмотки статора вырабатывает электричество.

Конструкция оснащена системой датчиков, благодаря которой можно вручную адаптировать ход штока согласно силе, высоте и частоте волн, добиваясь наиболее рационального режима работы оборудования. Во избежание аварий в периоды сильных штормов шток поплавка блокируется автоматически.

К месту дислокации агрегат доставляют буксиры. Несколько подобных буев, установленные рядом, использующие общую якорную систему и единый силовой контур, образуют волновую ферму. Для установки системы мощностью 10МВт необходимо 0,125 квадратных км водной поверхности. Первый такой буй разместили в 33 морских милях от Инвергордона (Шотландия). Анализ среды вблизи функционирующего генератора показал, что он экологически нейтрален.

Преимущества и недостатки

Преимущества волновой энергетики:

  • волновая электростанция способна заменить волногасители, защищающие береговую линию и прибрежные сооружения от разрушения;
  • волновые электрогенераторы малой мощности можно монтировать непосредственно на мостовых опорах, причалах, принимая мощность волн;
  • удельная мощность волнения волн выше удельной мощности ветров на 1-2 порядка, соответственно волновая энергетика может оказаться выгоднее, нежели ветряная.
  • штормовая волна способна смять лопасти водяных турбин. Проблема решается методами искусственного уменьшения мощности, заключенной в волнах;
  • некоторые типы генераторов представляют реальную угрозу для безопасности мореплавания;
  • в местах установки отдельных видов агрегатов промышленное рыболовство становится невозможным.

Есть ли будущее у волновых электростанций?

В наши дни основными источниками энергии являются углеводороды – нефть, уголь, газ. Согласно прогнозам аналитиков запасов угля при современных уровнях добычи хватит на 400 лет, а запасы нефти и газа закончатся через 40 и 60 лет соответственно. Такое стремительное уменьшение объема природных богатств ставит задачу поиска альтернативных способов получения энергии.

Одним из перспективных направлений является волновая энергетика.

Общее устройство волновых станций

Волновой электростанцией (ВЭС) называют сооружение, расположенное на воде, которое преобразовывает механическую энергию волн в электрическую.

При строительстве ВЭС учитывают два фактора.

  • Кинетическая энергия волн. Волны, поступающие в трубу огромного диаметра, вращают турбинные лопасти, которые приводят в движение генератор. Иногда действует иной принцип: волна, проходя через полую камеру, выталкивает сжатый воздух, заставляя турбину вращаться.
  • Энергия поверхностного качения. В этом случае выработка электроэнергии происходит посредством преобразователей, отслеживающих профиль волны, – так называемых, поплавков, расположенных на поверхности воды.

Здесь используют определенные виды поплавков-преобразователей.

  • «Утка Солтера» – большое количество поплавков, смонтированных на общем валу. Для эффективной работы такого поплавка необходимо установить на валу 20–30 поплавков.
  • Плот Коккереля – сооружение из четырех секций, соединенных шарнирно, которые изгибаются под влиянием волн и приводят в действие гидроцилиндрические установки, способствующие работе генераторов.
  • Преобразователи Pelamis – так называемые морские змеи – соединенные шарнирами цилиндрические секции. Под воздействием волн импровизированная змея изгибается, приводя в движение гидравлические поршни.

Достоинства и недостатки волновой энергетики

На сегодня всего 1 % получаемой электроэнергии приходится на волновые электростанции, хотя потенциал их огромен. Ограниченное использование волновых электростанций связано прежде всего с дороговизной получаемой энергии. Один киловатт электричества, полученный на ВЭС, дороже, чем сгенерированный на ТЭС или АЭС, в несколько раз.

К другим недостаткам использования волновых электростанций можно отнести следующие факторы:

  • Экологические. Покрытие значительной части акватории преобразователями волн может навредить экологии, поскольку волны играют большую роль в газообмене океана и атмосферы, в очищении водной поверхности от загрязнений.
  • Социально-экономические. Некоторые типы генераторов, применяемые в ВЭС, представляют опасность для судоходства. Это может вытеснить рыбаков из крупных рыбопромышленных зон.

Несмотря на вышеперечисленные минусы, в определенных районах земного шара за волновыми электростанциями будущее, и вот почему:

  1. Станции могут выступать в роли волногасителей, защищая тем самым берега гавани, порты, береговые сооружения от разрушений.
  2. Возможна установка волновых электрогенераторов малой мощности на опорах мостов, причалов, уменьшающая воздействие на них.
  3. Удельная мощность ветра на пару порядков ниже мощности волнения, поэтому волновая энергетика более выгодна, нежели ветровая.
  4. Для выработки электрической энергии посредством морских волн не требуется углеводородного сырья, запасы которого стремительно иссякают.

Основной задачей разработчиков волновых электростанций является усовершенствование конструкции станции таким образом, чтобы значительно снизить себестоимость получаемой электроэнергии.

География применения волновых электроэнергетических установок

Использование волновых электростанций незначительных мощностей находит применение в получении электропитания для небольших объектов:

  • береговых сооружений;
  • небольших поселений;
  • автономных маяков, буев;
  • научно-исследовательских приборов;
  • буровых платформ.

Уже около 400 навигационных буев и маяков получают питание от волновых энергоустановок – как, например, плавучий маяк индийского порта Мадрас.

Португалия

Первая в мире крупная волновая электростанция с мощностью 2,25 МВт начала эксплуатироваться в 2008 году в районе португальского местечка Агусадора. Проект установки разработала шотландская компания Pelamis Wave Power, заключившая контракт с португальцами на 8 миллионов евро.

Сейчас на станции функционируют три преобразователя энергии волн – змеевидные устройства, погруженные на одну половину в воду. Длина каждого преобразователя равна 120 метрам, а диаметр – 3,5. Вес так называемой морской змеи составляет 750 тонн. Волны приводят в движение секции преобразователей, а сопротивление гидравлической системы способствует выработке электричества, которое по кабелям передается на сушу (станция базируется в 5 км от берега). В настоящее время ведутся работы по увеличению мощности этой волной станции с 2,25 МВт до 21 МВт: планируется добавить еще 25 преобразователей. В этом случае установка обеспечит электроснабжением 15 тысяч домов.

Опытно-промышленные волновые электростанции были впервые введены в строй в 1985 году в Норвегии.

Одна из них, мощностью до 500 кВт, является пневматической волновой установкой, в которой нижняя открытая часть камеры погружена под самый низкий поверхностный слой воды.

Мощность второй составляет 450 кВт. Здесь применяется эффект набегания волны на 147-метровый конфузорный откос (отлогую конусообразную поверхность). Суживающийся канал расположен в фьорде, а турбинный водоприемник возвышается на 3 м над средним уровнем моря. Установка, размещенная на берегу, исключает трудности с ее ремонтом и обслуживанием.

Одним из самых успешных проектов в части переработки энергии океанских волн является электростанция турбинного типа Oceanlinx, работающая в акватории австралийского города Порт-Кембл. После реконструкции и переоборудования, начатых в 2005 году, станцию вновь запустили в 2009 году.

Принцип работы Oceanlinx заключается во вращении турбин сжатым воздухом, поступающим из специальной камеры. Конструкция станции громоздка, и благодаря тяжести своего веса она стоит на дне, не нарушая его структуры. Около 1/3 всей конструкции, а это составляет почти 15 метров, выступает над поверхностью воды.

Важным достоинством волновой станции такого типа является производство прогнозируемого количества энергии. Платформы работают вследствие возмущения океанической поверхности, а не самих волн. Это позволяет определить погодные условия, влияющие на количество вырабатываемой энергии, на 5–7 дней вперед. Мощность Oceanlinx составляет 1 МВт, а потребители получают около 450 кВт электричества.

Поломался холодильник и вы его тащите на свалку? Не спешите – прочтите статью!

Читать еще:  Штокмановское месторождение как проект современной индустрии россии

У вас много рисовой шелухи, и уже некуда от нее спасаться? Нужный материал по https://greenologia.ru/othody/utilizaciya-i-pererabotka/risovaya-sheluxa.html ссылке.

Применение волновой энергетики в России делает только первые шаги. Совсем недавно волновая электростанция, аналогичная португальской, была в экспериментальном порядке запущена на полуострове Гамова в Приморском крае. Испытания проходили в бухте Витязь на морской экспериментальной станции «Мыс Шульца». Инициаторами этой идеи стали ученые Уральского федерального университета и исследователи Тихоокеанского океанологического института при Дальневосточном отделении Российской Академии Наук.

Испытания показали, что волновая энергетика обладает большими перспективами.

Опасения при запуске этой станции вызвали:

  1. возможные повреждения генератора от воздействующих на него волн;
  2. безопасность движения рыболовецких траулеров в непосредственной близости от станции.

Вместе с тем волновая установка, разработанная российскими специалистами, помимо основной задачи – выработки электрической энергии, может осуществлять ряд дополнительных функций:

  1. стать волногасителем, обеспечивая защиту береговых сооружений;
  2. производить автоматическую охрану морских границ.

Развивать волновую энергетику в России необходимо. Однако существующие запасы углеводородов, отработанные, проверенные временем, освоенные до мелочей технологии традиционной выработки электроэнергии ставят под сомнение рентабельность использования волновых электростанций больших мощностей. Волновые электростанции наравне с солнечными электростанциями для дома вероятно станут тем необходимым шагом вперед в энергетике которого все мы, так долго ждем.

Есть смысл применять альтернативную энергетику в малозаселенных районах побережья Северного Ледовитого океана, Приморья, Дальнего Востока.

Волновая электростанция (ВЭС)

Большинство электростанций работают на угле, газе или нефтяных продуктах. Подобная ситуация привела к тому, что природные ресурсы стали заметно уменьшаться. В связи с этим, уже долгое время ведутся исследования, выполняются практические разработки, касающиеся использования альтернативных источников электроэнергии. К настоящему времени внедряются гелиосистемы, ветряные электростанции и другие установки. Среди них особое место занимает волновая электростанция, использующая огромные запасы энергии морей и океанов.

Как работают волновые электростанции

Вся работа волновых электростанций основывается на кинетической энергии движущихся масс морской и океанской воды.

Преобразование может выполняться в нескольких вариантах:

  • Волна проходит сквозь пустую камеру, выталкивает из нее воздух, под действием которого начинается вращение турбины. Далее вращательное движение передается генератору.
  • Волна пропускается через большую трубу с установленными в ней лопастями. Они начинают вращаться и приводят в действие генератор.
  • «Колеблющееся тело». Данный вариант предусматривает соединение нескольких плавающих секций в общий конвертер. Между ними устанавливаются подвижные платформы с гидравлическими поршнями. Затем один или несколько поршней соединяются с гидравлическим двигателем, обеспечивающим движение электрического генератора. Волны раскачивают и последовательно приводят в движение всю систему.
  • «Искусственный атолл». Представляет собой сооружение из бетона с поверхностью, на которую накатываются волны. Его средняя часть отведена для накопительного резервуара, расположенного выше уровня моря. Вода поднимается в бассейн по специальной наклонной поверхности за счет эффекта набегающей волны. Далее, через отверстие водяной поток попадает на турбину и вращает лопасти.

Во всех случаях используется энергия движущейся водяной массы. Поток регулируется таким образом, чтобы его движение через турбину происходило в одном направлении. В случае необходимости скорость воздушного потока можно увеличить путем снижения диаметра проходной трубы. Частота вращения турбины возрастет даже при незначительной скорости движения волн.

Принцип качения в работе ВЭС

Принцип качения, используемый в работе волновых электростанций, следует рассмотреть более подробно. Большинство подобных сооружений работают на основе энергии, возникающей при поверхностном качении волн. Именно они осуществляют раскачивание специальных преобразователей, изготовленных в виде поплавков и способных отслеживать профиль волны. Подобные конструкции выпускаются в нескольких вариантах:

Первый вариант представляет собой цепочку с большим количеством поплавков, установленных на общий вал. Из-за своей конфигурации конструкция получила название «Утка» Солтера. Для эффективной работы станции их требуется от 20 до 30 единиц. Каждый из поплавков и является так называемой «уткой», разработанной инженером Солтером.

Действие такой электростанции осуществляется в следующем порядке:

  • Под влиянием волн поплавки двигаются, но под собственным весом они приходят в первоначальное состояние.
  • Подобные колебания вызывают движение насосов, установленных внутри вала. Внутри них находится предварительно залитая вода.
  • Турбины, расположенные между поплавками, приходят в действие, после чего начинается выработка электроэнергии, передаваемой на берег по проложенному кабелю.

Подобные системы уже используются на практике. Их средняя мощность находится в пределах 45 тысяч кВт. Общая длина вала составляет 1,2 км, количество поплавков разное – от 20 до 30 шт. Диаметр каждого – 15 м.

Другой вариант получил название «морских змеев», изготовленных в виде секций цилиндрической формы и соединенных друг с другом шарнирами. Сооружение погружено в воду и находится в полузатопленном положении.

Выработка электроэнергии происходит следующим образом:

  • Колебания волн приводят к изгибу конструкции.
  • В местах соединений располагаются гидравлические поршни. Изгиб цилиндра приводит их в движение, после чего начинается перекачивание масла через движители, соединенные с генераторами.
  • Начинается выработка электрического тока, передаваемого на берег по кабелю, проложенному на дне.

Одна система объединяет сразу несколько конструкций, поэтому их общая мощность может достигать показателя более 21 МВт.

Еще одна волновая электростанция представлена так называемым контурным плотом Коккереля. В данной конструкции секции также перемещаются относительно друг друга, а соединение осуществляется с помощью шарниров. Возникающие колебания передаются насосам, соединенным с генераторами. Длина сооружения составляет 100 м, ширина – 50 м и высота – 10 м. Всего в конструкцию входит три секции, производящие мощность 2 тысячи кВт.

Волновые электростанции России и других стран

Наша страна имеет протяженную береговую линию, а многие места пригодны для установки таких сооружений. Поэтому российские инженеры ведут активные разработки в области волновых электростанций, работающих на возобновляемых источниках энергии.

Первое сооружение подобного типа уже построено на полуострове Гамова Приморского края, географически расположенного на Дальнем Востоке. Данная станция считается универсальной, поскольку кроме энергии направленных волн, она способна преобразовывать и использовать в работе энергию, заключенную в приливах и отливах. Установка признана перспективной, дающей толчок дальнейшему развитию волновых электростанций.

Если рассматривать установки других государств, то самое первое сооружение в мире, использующее энергию волн, появилось в Норвегии в 1985 году. Это была экспериментальная конструкция мощностью всего 500 кВт. Промышленный вариант был сооружен в Австралии в 2005 году. Это станция Oceanlinx, мощность которой после реконструкции 2009 года достигает 450 кВт.

Первая установка, построенная на коммерческой основе, появилась в португальском городе Агусадоре в 2008 году. Данная установка работает на принципе колеблющегося тела, непосредственно используя механическую энергию волн. Ее мощность достигла 2,3 МВт и этот показатель может быть увеличен за счет дополнительных конструктивных элементов.

Выгодно ли использовать энергию волн

Энергия волн считается возобновляемой, к тому же огромный потенциал океана может дать около 20% от всей потребной электроэнергии. Развитие этого направления выгодно со всех сторон, поскольку природные ресурсы начинают активно истощаться, а уголь, нефть и газ рано или поздно закончатся.

Атомная энергетика не сможет решить всех будущих проблем. В связи с потенциальной опасностью и отсутствием гарантированной защиты, АЭС развиваются не так активно, как это необходимо.

К положительным качествам ВЭС можно отнести следующие:

  • Безопасная продолжительная эксплуатация без нарушений экологии.
  • Станции заодно гасят волны возле портов и берегов, выполняя функции защиты.
  • Волны являются возобновляемым источником энергии.
  • Низкая себестоимость полученной электроэнергии.

Минусами волновых установок считаются:

  • Небольшая мощность большинства установок.
  • Отсутствие стабильности в работе под влиянием погоды и природных условий.
  • Возможная опасность для рыболовецких и других судов.

Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector