Вълнова електроцентрала: принцип на работа

2024 Автор: Howard Calhoun | [email protected]. Последно модифициран: 2023-12-17 10:19

Водите на океаните крият безброй богатства, основните от които може би са неограничени източници на енергия под формата на морски вълни. За първи път за използването на кинетичната енергия на валовете, търкалящи се на брега, се мисли през 18 век в Париж, където е представен първият патент за вълнова мелница. Сега технологиите пристъпиха далеч напред и първата комерсиална вълнова електроцентрала беше създадена със съвместни усилия на учени, която започна да работи през 2008 г.

Защо е полезно?

Не е тайна, че природните ресурси са на ръба на изчерпване. Запасите от въглища, нефт и газ - основните енергийни източници - са към своя край. Според най-оптимистичните прогнози на учените, запасите ще стигнат за 150-300 години живот. Ядрената енергия също не оправда очакванията. Високата мощност и производителност изплащат разходите за изграждане, експлоатация, но проблемите с изхвърлянето на отпадъци и щетите върху околната среда скоро ще ги принудят да бъдат изоставени. Поради тези причини учените търсят нови алтернативни източници на енергия. Сега вечеработят вятърни и слънчеви електроцентрали. Но въпреки всичките си предимства, те имат значителен недостатък - ниска ефективност. Няма да е възможно да се задоволят нуждите на цялото население. Следователно са необходими нови решения.

За да генерира електричество, вълновата електроцентрала използва кинетичната енергия на вълните. Според най-консервативните оценки този потенциал се оценява на 2 милиона MW, което е сравнимо с 1000 атомни електроцентрали, работещи на пълен капацитет, и около 75 kW / m3 на метър фронт на вълната. Няма абсолютно никакво вредно въздействие върху околната среда.

Обща схема на работа

Вълновите електроцентрали са плаващи конструкции, които са способни да преобразуват механичната енергия на движението на вълната в електрическа енергия и да я предават на потребителя. В същото време те се опитват да използват два източника:

1. Кинетични резерви. Морските шахти преминават през тръба с голям диаметър и въртят лопатките, които предават сила към електрически генератор. Прилага се и пневматичният принцип - водата, прониквайки в специална камера, измества кислорода от там, който се пренасочва през система от канали и върти лопатките на турбината.
2. Търкаща се енергия. В този случай вълновата електроцентрала действа като плувка. Движейки се в пространството заедно с профила на вълната, тя кара турбината да се върти чрез сложна система от лостове.

Различните страни използват собствена технология за преобразуване на механичното движение на вълните в електричество, но общотоимат същата схема на действие.

Недостатъци на вълновите електроцентрали

Основната пречка пред широкото навлизане на вълнови електроцентрали е тяхната цена. Поради сложния дизайн и сложната инсталация на повърхността на морските води, разходите за въвеждане в експлоатация на такива инсталации са по-високи, отколкото при изграждането на атомна електроцентрала или ТЕЦ.

Освен това има и редица други недостатъци, които са свързани основно с възникването на социално-икономически проблеми. Работата е там, че големите плувни станции създават опасност и пречат на навигацията и риболова - електроцентрала с плаваща вълна може просто да изтласка човек от риболовните зони. Възможни са и екологични последици. Използването на инсталации значително гаси морските вълни, прави ги по-малки и предотвратява избиването им на брега. Междувременно вълните играят важна роля в процеса на газообмен в океана, почиствайки повърхността му. Всичко това може да доведе до промяна в екологичния баланс.

Положителни аспекти на вълновите електроцентрали

Наред с недостатъците, вълновата електроцентрала има и редица предимства, които имат положително въздействие върху човешките дейности:

• инсталациите, поради факта, че гасят вълновата енергия, могат да предпазят крайбрежните структури (кейове, пристанища) от унищожаване от силата на океана;
• Електричеството се генерира с минимални разходи;
• мощността на високите вълни прави вятърните паркове по-икономически жизнеспособни от вятърните или слънчевите електроцентрали.

Енергийните резерви се притежават и от сухоземните води, главно реките. Изграждането на станции на мостове, кръстовища, кейове е перспектива за развитието на тази област на производство на електроенергия.

Проблеми за решаване

Основната задача пред научната общност сега е да подобри дизайна, което ще намали цената на електроенергията, генерирана от вълнови електроцентрали. Принципът на действие трябва да остане същият, но ще бъдат използвани нови технологии и материали за създаване на инсталации.

Средната мощност на вълната е 75-85 kW/m - това е диапазонът, към който са настроени повечето станции. По време на буря обаче силата на морските вълни се увеличава няколко пъти и има опасност от разрушаване на инсталации. Вече повече от едно острие беше смачкано или огънато след буря. За да решат този проблем, учените изкуствено намаляват специфичната мощност на вълните. Един от проблемите е, че масовото използване на вълнови станции ще доведе до изменение на климата. Генерирането на електрическа енергия се осъществява поради въртенето на Земята (така се образуват вълни). Широкото използване на станции ще накара планетата да се върти по-бавно. Човек няма да усети разликата, но това ще унищожи редица токове, които играят важна роля в топлообмена на Земята.

Първата в света експериментална WPP

Първата вълнова електроцентрала се появява през 1985 г. в Норвегия. Мощността му беше 500 kW, а тя саматабеше прототип. Принципът му на работа се основава на циклично компресиране и разширяване на средата:

• цилиндър с отворено дъно се потапя във вода, така че ръбът му да е под кухината на вълната - най-ниската й точка;
• периодично течаща вода компресира въздуха във вътрешната кухина;
• при достигане на определено налягане се отваря клапан, който позволява на сгъстен кислород да премине към турбината.

Тази електроцентрала произведе 500 kW енергия, което беше достатъчно, за да потвърди ефективността на инсталациите, което допринесе за тяхното развитие.

Първата в света индустриална електроцентрала

Първата инсталация в индустриален мащаб в света е Oceanlinx в морето Порт Кембъл, Австралия. Въведена е в експлоатация през 2005 г., но след това е изпратена за реконструкция и започва да работи отново през 2009 г., поради което сега в региона се използват както приливни, така и вълнови електроцентрали. Принципът му на работа е както следва:

1. Вълните периодично се стичат в специални камери, причинявайки компресия на въздуха.
2. Когато се достигне критичното налягане, сгъстен въздух завърта електрическия генератор през мрежа от канали.
3. За да уловят движението и силата на вълните, лопатките на турбината променят ъгъла си на наклон.

Капацитетът на инсталацията беше около 450 kW, въпреки че всяка секция от станцията е в състояние да доставя от 100 kWh до 1,5 MWh електрическа енергия.

Първата търговска вятърна ферма в света

Първата комерсиална вълнова електроцентралаНазначение, получено през 2008 г. в Агусадор, Португалия. Освен това, това е първата инсталация в света, която използва директно механичната енергия на вълната. Проектът е изготвен от английската компания Pelamis Wave Power.

Структурата включва няколко секции, които се освобождават и се издигат заедно с профила на вълната. Секциите са шарнирно закрепени към хидравличната система и я задействат по време на движение. Хидравличният механизъм кара ротора на генератора да се върти, поради което се генерира електричество. Вълновите електроцентрали, използвани в Португалия, имат плюсове и минуси. Предимството на инсталацията е нейната висока мощност – около 2,25 MW, както и възможността за монтиране на допълнителни секции. Има само един недостатък при инсталирането на системата - има трудности с предаването на електрическа енергия по проводници към потребителя.

Първата вълнова електроцентрала в Русия

В Русия първият вятърен парк се появи през 2014 г. в Приморския край. Разработката е извършена от екип от учени от Уралския федерален университет и Тихоокеанския океанологически институт на Далекоизточния клон на Руската академия на науките. Инсталацията е експериментална. Неговата особеност е, че използва енергията не само на вълните, но и на приливите.

В Москва се планира изграждането на изследователска лаборатория, която ще разработи и създаде първата местна плаваща станция. Може би след това вълновите електроцентрали в Русия също ще имат промишлена или търговска цел.