Волновая энергетика это способ

Волновые электростанции

Пост опубликован: 26 февраля, 2017

Волновая электростанция — это электрическая станция, которая располагается в водной природной среде с целью получения электроэнергии из кинетической энергии водных масс. Океаны обладают колоссальной энергией, но человек пока только начинает ее осваивать. Именно эту задачу и выполняют волновые электростанции.

Принцип работы

Принцип работы волновой электростанции основан на преобразовании кинетической энергии волн в электрическую. Существует несколько способов устройства подобных станций различных по принципу работы и конструкции.

1. Принцип «осциллирующего водяного столба». В этом конструктивном варианте волны,
   осуществляя толчковые движения, заполняют собой специально изготовленные камеры, в которых содержатся воздушные массы. Воздух сжимается, создается избыточное давление, под действием которого он поступает на турбину, вращая ее лопастные механизмы. Вращательное движение турбины передается на генератор, который вырабатывает электрический ток.
2. Принцип «колеблющегося тела». На принципе «колеблющегося тела» работают разнообразные буи, «морские змеи» и др. В этом варианте конструкции несколько секций соединяются в конвертер, между которыми на подвижных платформах монтируются гидравлические поршни. К поршню (группе поршней) подсоединён гидравлический двигатель, он приводит во вращательное движение электрический генератор. Под раскачивающимся действием волн конвертер приводит в движение поршни, а они, в свою очередь, приводят в работу гидравлический двигатель и соответственно генератор.
3. Установка с «искусственным атоллом». Это бетонное сооружение состоит из корпуса, на которомразмещается поверхность для наката волн. В средней части располагается накопительный резервуар (бассейн). Из него через приёмное отверстие вода поступает на гидротурбину. Генератор устанавливается в верхней части сооружения. Для поднятия воды в бассейн, который расположен выше уровня моря, используют эффект «набегания волны» на специальную наклонную поверхность.

Волновые электростанции в России

В России, как и во всех странах, имеющих выход к морскому побережью, после многих лет затишья, возвращается интерес к источникам энергии, способным восстанавливаться, к ним относятся и волновые электростанции.

Первая в нашей стране электростанция, основанная на преобразовании энергии волн, построена в 2014 году на Дальнем Востоке в Приморском крае на полуострове Гамова. Это универсальная станция, она способна преобразовывать не только энергию направленных водных масс, но и энергию природных приливов и отливов.

Профильные министерства нашей страны, совместно с руководством государства разработали план развития зеленой энергетики до 2020 года, в соответствии с которым альтернативные энергетические источники будут составлять до 5% от общего количества вырабатываемого электричества в стране. Этим планом предусмотрено и дальнейшее развитие волновых электрических станций.

Волновые электростанции в мире

Первая в мире электростанция на волнах появилась в 1985 году в Норвегии, ее мощность составляла 500 кВт.

Первой в мире промышленной электрической станцией, использующей энергию волн для производства электрической энергии, принято считать Oceanlinx в Австралии. Она начала своё функционирование в 2005 году, потом была произведена ее реконструкция, и в 2009 году станция заработала вновь. Работа станции основана на принципе «осциллирующего водяного столба». Мощность установки сейчас составляет 450 кВт.

Первая коммерческая волновая электростанция начала работу в 2008 году в Агусадоре, Португалия. Это установка-пионер, которая использует непосредственно механическую энергию волны. Работа станции основана на принципе «колеблющегося тела». Разработала проект английская компания Pelamis Wave Power, мощность станции составила 2,3 МВт, и есть возможность увеличения мощности путем монтирования дополнительных секций.

В Великобритании построили самую большую в мире волновую электростанцию Wave Hub, она расположена у полуострова Корнуэлла. Электростанция оборудована 4-мя генераторами мощностью по 150 кВт каждый. Работа станции основана на принципе «колеблющегося тела».

Почему это выгодно?

В существующем мире человек все чаще задумывается о необходимости применения возобновляемых источников энергии при получении электроэнергии. Одним из таких вариантов является энергия морских волн. С учетом того, что мировой океан обладает огромным потенциалом, энергией которого можно обеспечить почти 20% от необходимого количества энергопотребления, то и развитие «зеленой»энергетики как нельзя актуально в наше время.

Это можно объяснить следующим причинами:

1. Природные богатства планеты находятся на грани истощения, запасы традиционных источников энергии: угля, нефти и газа – подходят к концу.
2. Атомная энергетика из-за своей потенциальной опасности не получила должного распространения.
3. «Зеленая» энергетика не вредит окружающей среде и является возобновляемой.
4. Потенциал волновых электростанций оценивается в 2,0 млн. МВт, что сравнимо по мощности с тысячей работающих атомных станций.

Ученые всего мира продолжают работы по совершенствованию способов преобразования энергии волн океана, и перечисленные выше причины являются важным аргументом для продолжения этих изысканий.

Плюсы и минусы использования

У любого агрегата всегда есть положительные и отрицательные аспекты его использования, и именно соотношение этих параметров определяет целесообразность его применения. Волновые электростанции не являются исключением, рассмотрим все за и против использования этого источника энергии.

К плюсам использования можно отнести:

• Экологическая безопасность установок;
• Волновые электростанции могут выполнять защитные функции, путем гашения волн вблизи портовых акваторий и прочей береговой линии;
• Возобновляемый источник энергии;
• Низкая себестоимость получаемой электроэнергии;
• Продолжительный срок эксплуатации.

К минусам данного типа электростанций относятся:

• Малая мощность вырабатываемой энергии;
• Не стабильный характер работы, вызванный атмосферными явлениями в окружающей среде;
• Может создавать опасность для хода судов и промышленного лова рыбы.

Приведенные выше «минусы» использования постепенно утрачивают свою актуальность, ученые и конструкторы продолжают свою работу. Разработка новых, более мощных генераторов, позволяет получать большее количество электрической энергии, при тех же исходных параметрах первичной энергии, которой является энергия волн. Решаются задачи по передаче полученной энергии на большие расстояния.

Источник

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.

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.

Источник

Волновая энергетика принципы работы и перспективы для энергетики

Волновая энергетика, по сути, служит альтернативой существующей гидроэнергетике. Ее особенность заключается в том, что происходит использование энергии волн, появляемых в морских просторах и в океане. Удельная мощность таких волн превосходит мощность энергии солнца и ветра, поэтому это является перспективным развитием источников энергии, являющихся постоянно возобновляемыми.

Как работают волновые электростанции

Образование такого явления как волны является результатом воздействия солнечных лучей. Они нагревают воздух, в результате чего происходит перемещение в пространстве. Перемещаемый воздух приходит в соприкосновение с водной поверхностью, результатом чего является возникновение волн.

Энергетическая емкость волны зависит от силы ветра, длительности его порывов и длины воздушного фронта. На мелководье величина энергоемкости каждой волны уменьшается вследствие трения о дно.

Волновые электростанции при их применении используют кинетическую энергию перемещающихся масс морской и океанской воды. Независимо от вариантов преобразования используется энергия движущихся морских волн или соответственно энергия движущихся волн океана.

История появления

Поскольку объем используемых до этого газа, нефти и угля значительно уменьшился, альтернативное получение энергии с помощью волновых электростанций стало весьма актуальной проблемой.

История появления волновых электростанций имеет несколько этапов:

• в 1799 году во Франции был зарегистрирован патент на устройство, называемое волновой мельницей;
• с 1880 года были предприняты неоднократные попытки с целью получения электричества использовать энергию волн;
• впервые волновая электростанция была официально открыта в сентябре 2008 года в Португалии.

Расположена она на расстоянии пяти километров от линии берега.

Устройство

Волновая электростанция независимо от ее типа имеет принцип работы, основанный на преобразовании кинетической энергии в электрическую. Принцип действия является одинаковым как для стационарных моделей, так и для плавучих.

Энергия волн, совершающих колебательные движения вверх-вниз, преобразуется в электрическую энергию.

Имеется несколько видов устройств станций:

1. Принцип «осциллирующий водяной столб».

В таком устройстве волны заполняют специальные камеры. Воздух в них сжимается. Создавая давление, имеющее избыточный характер. Под воздействием этого воздух поступает на турбину. Лопасти турбины начинают крутиться. Вращательное движение с помощью генератора вырабатывает электроэнергию.

В конструкции имеется несколько секций. На платформах между ними смонтированы поршни. Платформы являются подвижными. К поршню подсоединяется двигатель, имеющий гидравлический характер, приводящий во вращение электрический генератор.

1. Установка с «искусственным атоллом».

На корпусе бетонного сооружения размещается площадка, на которую происходит накат волн. Они накапливаются в специальном резервуаре. Из него вода попадает на гидротурбину.

Во всех вариантах происходит использование энергии движущейся водяной массы. Существуют попытки изменить конструкцию камеры, чтобы воздух внутри нее был максимально сжат.

Почему это выгодно

Морские и океанические волны являются безграничным источником энергии, который постоянно возобновляется. Волновые электростанции расположены в природной среде, что позволяет использовать колоссальную энергию морей и океанов.

Типы волновых электростанций

Любые волновые электростанции имеют похожий принцип действия, при котором используется энергия волн. Некоторое различие имеют конструкции этих массивных сооружений.

ВЭС, работающие по принципу качения

Такие сооружения находятся на воде. Принцип качения предполагает работу, основанную на энергии, которая возникает при поверхностном покачивании волн. Они раскачивают преобразователи, выполненные в виде поплавков. Имеется несколько вариантов подобных конструкций.

Морские змеи

Они изготовлены в виде нескольких секций, каждая из которых имеет форму цилиндра. Между собой секции соединены шарнирами. Вся конструкция находится в полузатопленном состоянии.

При колебании волн змеевидная конструкция начинает изгибаться. Это приводит в движение гидравлические поршни, которые находятся в местах соединений. Вырабатываемый электрический ток на берег передается по кабелю, проложенному в месте, где находится дно водоема.

Контурный плот Коккереля

При этой конструкции осуществляется перемещение секций друг относительно друга при помощи шарниров. Колебания передаются насосам, на которых закреплены генераторы. Такая конструкция дает высокий эффект примения.

Утка Солтера

Подобное название получили волновые электростанции, которые состоят из большого количества поплавков. Все они расположены на одном валу. Чтобы работа давала необходимый эффект, таких поплавков должно быть порядка двадцать-тридцать.

Энергия течений

В течениях океанов и морей заложена огромная потенциальная энергия. Имеется возможность получать достаточно высокое значение энергии. В перспективе будет целесообразно использовать энергию таких течений, как Флоридское и Гольфстрим.

Кинетическая энергия волн в ВЭС

Кинетическая энергия, которой обладают волны в подобных сооружениях, является огромной. Ее использование может происходить различными способами.

Первый заключается в том, что волна проходит через полую камеру. При этом она вытесняет имеющийся внутри воздух. Турбина начинает вращаться.

При втором способе волна попадает в трубу, имеющую большой диаметр. Там она начинает приводить во вращение лопасти турбины, приводя в действие генератор.

Принцип обоих способов является одинаковым. Происходит использование энергии, которой обладает столб воды при его колебании. Скорость потока воздуха можно регулировать путем изменения диаметра проходного канала. Тогда даже неторопливо катящиеся волны смогут вращать турбины с большой частотой.

Буй генератор

Подобная конструкция представляет собой буй, имеющий высоту 42 метра. На дне водоема буй зафиксирован якорями, а на водной поверхности его удерживает длинный поплавок, колеблющийся в вертикальной плоскости вместе с колебаниями воды.

Поплавок, закрепленный на подвижном штоке, который служит частью линейного генератора, генерирующего энергию. Контроль хода штока, зависящий от высоты и силы волны, контролируется специальными датчиками. Этим обеспечивается оптимальное прохождение работы. Во избежания во время сильного шторма поломки происходит автоматическая блокировка штока.

Волновые электростанции в мире

Первая электростанция волнового типа была запущена в 1985 году в Норвегии. Мощность этого сооружения составляла 500 кВт.

Первой в мире станцией промышленного назначения, которая использовала для получения электрической энергии энергию волн, является Oceanlinx, находящаяся в Австралии.

Свою функциональную работу она начала в 2005 году. Через некоторое время ее реконструировали, а затем в 2009 году она вновь вернулась в рабочее состояние. Работа этой электростанции основана на принципе «осциллирующий водяной столб». Сейчас ее мощность составляет 450 кВт.

В 2008 году в Португалии начала свою работу первая коммерческая волновая электростанция. Ее принцип основывается на использовании механической энергии волн. Работа основана по принципу «колеблющееся тело». Мощность составляет 2,3 МВт. Имеется конструктивная возможность смонтировать дополнительные секции, увеличив тем самым ее мощность.

В Великобритании была выстроена волновая электростанция, считающаяся самой большой в мире. Она находится недалеко от полуострова Корнуэлла. В ней имеется четыре генератора, каждый из которых обладает мощностью 150 кВт. Принцип работы электростанции – «колеблющееся тело».

Волновые электростанции в России

Интерес к этой области получения энергии новым способом в России растет, поскольку страна имеет выход к морю и имеется возможность использования энергии морских волн. Однако, волновые электростанции, существующие в России, стали появляться сравнительно недавно.

В 2014 году в Приморском крае появилась первая из них. Особенность ее заключается в том, что имеется возможность преобразовывать энергию, как самих волн, так и энергию приливов и отливов, что является универсальным.

По существующему плану альтернативные источники энергии вскоре должны составить 5% от общей энергетической выработки. В их число входят волновые электростанции. Еще одним преимуществом будет защита прибрежных зон от разрушительного действия набегающих на них волн.

Преимущества и недостатки волновой энергетики

На волновые электростанции сейчас приходится лишь один процент получаемой энергии, несмотря на то, что они обладают огромным потенциалом.

Такое ограничение в первую очередь связано с тем, что такая энергия является слишком дорогой, что экономически невыгодно. Киловатт энергии, полученный методом ВЭС, в несколько раз дороже, чем такое же количество энергии, которое было сгенерировано обычными способами.

Преимущества

К преимуществам использования волновой энергетики относятся:

1. Такие станции можно использовать в роли гасителей волн, что является защитой от разрушений берегов, а также сооружений, находящихся недалеко от берега.
2. Имеется возможность устанавливать волновые электрогенераторы, обладающие не слишком большой мощностью, на опорах мостов и причалах, что снижает негативное воздействие на них воды.
3. Волновая энергетика является более выгодной, чем ветровая, поскольку мощность ветра ниже, чем мощность волнения.
4. Для того, чтобы вырабатывалась электрическая энергия с помощью волн, не требуется углеводородного сырья, чьи запасы уже невелики.

Недостатки

К недостаткам использования волновой энергии относятся экологические соображения. Экологии может повредить покрытие значительной части водной поверхности преобразователями энергии волн. Дело в том, что волны играют немалую роль в газообмене воды и атмосферы, а также в освобождении водной поверхности от различных загрязнений.

Еще одним недостатком является то, что некоторые генераторы могут представлять опасность для нормального судоходства. Может произойти вытеснение рыбоводства из рыбопромышленных объектов и многие люди потеряют работу.

Потенциал использования энергетики волн

В современном мире потребление энергии характеризуется стремительным ростом. Помимо истощения природных ресурсов в виде нефти и газа, встает проблема возникновения неблагоприятной экологической обстановки. Поэтому популярность альтернативных источников энергии постоянно растет.

ВЭС относятся к возобновляемым источникам энергии. Их экономический потенциал не является таким уж большим, и составляет порядка 25%. Однако, за последние пятнадцать лет выработка электроэнергии на основе волновой энергетике является в Европе самым быстрорастущим сектором. Такими же быстрыми темпами происходит и развитие в мире.

Источник