Здравствуйте, в этой статье мы постараемся ответить на вопрос: «Есть ли будущее у волновых электростанций? Почему это выгодно? Волновые электростанции в России.». Если у Вас нет времени на чтение или статья не полностью решает Вашу проблему, можете получить онлайн консультацию квалифицированного юриста в форме ниже.
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.
Как работают волновые электростанции
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.
В поисках способа укротить океан
Британская компания Sea Wave Energy, Ltd (SWEL) уже более десяти лет работает над плавающим устройством, собирающим энергию волн. Оно называется Waveline Magnet. Несколько прототипов, протестированных на суше и за ее пределами, по словам компании, обеспечивают «сверхнизкую стоимость» при высокой производительности.
Здесь не нужно никаких специальных реагентов, как в солнечных батареях, и не нужно никак менять существующую экосистему. Устройство просто скользит по поверхности волн, собирая энергию их движения, и никак не влияет на то, что происходит вокруг.
Войдите в прибой при условиях высоких волн, посмотрите, какой хаос происходит во время шторма, оцените разницу между приливом и отливом, и станет очевидным, что в океане есть огромное количество энергии, которая только и ждет, чтобы её как-то использовали. Это тебе не ресурсы каких-то рек, тут масштабы в миллиард раз серьезнее. И здесь не только энергия океана, но ещё и энергия движения Луны. Если как-то научиться её собирать — этого должно с запасом хватить для всего человечества.
Волны — куда более весомый проводник энергии, чем ветер, удельная мощность на квадратный сантиметр здесь выше в сотни раз. Поэтому люди отчаянно пытаются найти способ как-то их укротить. В последние годы появилось много идей и проектов, связанных с энергией волн или приливов. Существует множество прототипов и небольших коммерческих установок, строящихся или уже работающих.
Недостатки волновых электростанций
Главным препятствием на пути к обширному внедрению волновых электростанций является их стоимость. Из-за сложной конструкции и сложной установки на поверхность морских вод затраты на внедрение подобных установок в эксплуатацию выше, чем на строительство АЭС или ТЭС.
Кроме того, наблюдается и ряд других недостатков, которые в основном связаны с появлением социально-экономических проблем. Дело все в том, что крупные поплавковые станции создают опасность и мешают мореходству и рыболовству — поплавковая волновая электростанция может просто вытеснить человека из промысловых зон. Возможны и экологические последствия. Использование установок значительно гасит морские валы, делает их меньше и не дает пробиться на берег. Между тем волны играют важную роль в процессе газообмена океана, очищения его поверхности. Все это может привести к смещению экологического равновесия.
Волновые электростанции
Гидроэлектростанции — это плавучие сооружения, способные преобразовывать механическую энергию движения волн в электрическую и передавать ее потребителю. При этом стараются использовать два источника:
- 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.
- 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.
Впервые такой объект появился в Норвегии около сорока шести пяти лет назад. Он обладал мощностью пятьсот киловатт. Если рассматривать промышленную сферу, то в ней первой электрообъектом принято считать австралийский. Он заработал 15 лет назад, затем провели ее реконструкции, и спустя четыре года станция заработала снова.
Сейчас его мощность достигает четыреста пятьдесят киловатт.
Принято считать, что первый коммерческий объект начал свою работу тринадцать лет назад в Португалии. Речь идет об установке, использующей механическую волновую энергию. Она работает по принципу под названием «колеблющееся тело». Проектная разработка является трудом английской компании.
В Великобритании была построена самая габаритная в мире станция Wave Hub. Ее местоположение – полуостров Корнуэлла. Объект имеет четыре генератора, каждый из которых достигает мощности по сто пятьдесят киловатт. Принцип работы, как у предыдущей модели.
Первая в мире коммерческая ВЭС
Первая волновая электростанция коммерческого назначения заработала в 2008 году в Агусадоре, Португалия. Более того, она первая в мире установка, которая использует непосредственно механическую энергию волны. Проект подготовила английская компания Pelamis Wave Power.
В состав конструкции входит несколько секций, которые отпускаются и поднимаются вместе с профилем волны. Секции шарнирно скреплены с гидравлической системой и во время движения приводят ее в действие. Гидравлический механизм заставляет вращаться ротор генератора, благодаря чему и вырабатывается электроэнергия. Используемые в Португалии волновые электростанции плюсы и минусы имеют. Преимущество установки заключается в большой мощности – около 2,25 МВт, а также в возможности установки дополнительных секций. Недостаток установки системы один – возникает сложности с передачей электрической энергии по проводам к потребителю.
Недостатки волновых электростанций
Главным препятствием на пути к обширному внедрению волновых электростанций является их стоимость. Из-за сложной конструкции и сложной установки на поверхность морских вод затраты на внедрение подобных установок в эксплуатацию выше, чем на строительство АЭС или ТЭС.
Кроме того, наблюдается и ряд других недостатков, которые в основном связаны с появлением социально-экономических проблем. Дело все в том, что крупные поплавковые станции создают опасность и мешают мореходству и рыболовству — поплавковая волновая электростанция может просто вытеснить человека из промысловых зон. Возможны и экологические последствия. Использование установок значительно гасит морские валы, делает их меньше и не дает пробиться на берег. Между тем волны играют важную роль в процессе газообмена океана, очищения его поверхности. Все это может привести к смещению экологического равновесия.
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 выработки электроэнергии, является Oceanlinx, расположенная в Австралии.
Свою трудовую деятельность она начала в 2005 году. Через некоторое время она была реконструирована, а в 2009 году снова вернулась в рабочее состояние. Работа этой силовой установки основана на принципе «колебательного водяного столба». Сейчас мощность составляет 450 кВт.
В 2008 году в Португалии заработала первая коммерческая волновая электростанция. Принцип основан на использовании энергии механических волн. Работа основана на принципе «колеблющегося тела». Мощность 2,3 МВт. Есть конструктивная возможность монтировать дополнительные секции, тем самым увеличивая вместимость.
В Великобритании построена волновая электростанция, которая считается крупнейшей в мире. Он расположен недалеко от полуострова Корниш. Он имеет четыре генератора, каждый мощностью 150 кВт. Принцип работы силовой установки — «качающееся тело».
Первая в мире коммерческая ВЭС
Первая волновая электростанция коммерческого назначения заработала в 2008 году в Агусадоре, Португалия. Более того, она первая в мире установка, которая использует непосредственно механическую энергию волны. Проект подготовила английская компания Pelamis Wave Power.
В состав конструкции входит несколько секций, которые отпускаются и поднимаются вместе с профилем волны. Секции шарнирно скреплены с гидравлической системой и во время движения приводят ее в действие. Гидравлический механизм заставляет вращаться ротор генератора, благодаря чему и вырабатывается электроэнергия. Используемые в Португалии волновые электростанции плюсы и минусы имеют. Преимущество установки заключается в большой мощности – около 2,25 МВт, а также в возможности установки дополнительных секций. Недостаток установки системы один – возникает сложности с передачей электрической энергии по проводам к потребителю.
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.
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.
Выбор места для расположения морской гидроэлектростанции
Мощные электрические морские станции могут быть построены на морских платформах, аналогично уже действующим нефтедобывающим платформам. Строятся они на берегу, а затем монтируются в открытом море. Подобные технологии в нефтедобыче уже хорошо отработаны и не представляют никакой трудности.
Выбирая место строительства морской гидроэлектростанции, неплохо было бы иметь статистические данные по среднегодовой амплитуде морских волн. Известно, что морские волны, значительно теряют свою энергию вблизи береговой линии. И потому, целесообразно устанавливать такие платформы на глубине 60-80 м, или на более мелких глубинах, но близко расположенных к резко понижающемуся рельефу дна. Желательно устанавливать их ближе к береговой линии, для облегчения транспортировки выработанной электроэнергии, хотя использовать эту энергию в отдельных случаях можно и непосредственно в море, максимально удаляя вредные производства от мест компактного проживания людей. Можно строить энергоемкие производства непосредственно в море, так же на морских основаниях.
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.
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.
Советуем изучить — Условия эксплуатации электродвигателей
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.
Поплавковые электростанции
Принцип работы поплавковых электростанций основан на использовании кинетической энергии волн. Когда волна поднимается, поплавок поднимается вместе с ней, что приводит к движению генератора и созданию электроэнергии. Когда волна опускается, поплавок также опускается, опять же, вызывая движение генератора. Таким образом, электростанция перерабатывает кинетическую энергию волн в электроэнергию.
Поплавковые электростанции имеют ряд преимуществ по сравнению с другими типами волновых электростанций. Во-первых, они могут быть размещены как ближе к берегу, так и в открытом море, что позволяет использовать более широкий спектр мест для установки. Во-вторых, они имеют меньше негативного воздействия на морскую экосистему, так как они не требуют строительства плотин или преград для сбора волн. Кроме того, поплавковые электростанции более эффективны при переводе кинетической энергии волн в электроэнергию.
Поплавковые электростанции могут использоваться для обеспечения электроэнергией прибрежных территорий, а также для снабжения удаленных островов и буровых платформ. Они могут быть частью смешанных энергетических систем, включающих другие источники возобновляемой энергии, такие как солнечные и ветровые установки.
Методика расчета параметров МВГэ по заданной мощности
1. Задается требуемая мощность морской волновой электростанции .
2. Под заданную мощность подбирается серийно выпускаемые гидротурбина и гидрогенератор, или несколько единиц энергооборудования в сумме дающих заданную мощность.
3. По справочным данным определяется требуемое количество воды (в м³/сек и напор, измеряемый в метрах водяного столба) на единицу оборудования.
5. Выбираются диаметр неподвижного водовода и самого поршня.
6. Выбирается конструкция насосной секции, которая может состоять из одного поршня или спаренного блока поршней.
7. В зависимости от глубины установки морской платформы и соответственно этому максимально возможной высоте волны в данном месте, принимается максимальный ход поршня.
8. В зависимости от максимального хода поршня принимаются габаритные размеры самой понтонной части насосной секции.
9. По габаритным размерам подвижной камеры насосной секции (за исключением объемов поршневых камер «А» и «В» вычисляется плавучесть (водоизмещение) насосной секции.
10. Вычисляется вес понтонной камеры исходя из геометрических размеров самой камеры и толщин материала, из которого она изготовлена.
11. Посредством частичного затопления понтонной камеры выбирается паритет сил (веса понтона в сумме с водой внутри него и плавучестью).
12. Вычисляются объемы воды рабочих камер «А» и «В» при заданном перемещении понтонной камеры относительно неподвижного поршня.
13. Исходя из периодичности волн, в районе установки морской платформы, вычисляется производительность одной насосной секции за одну секунду.
14. Подбирается необходимое, минимальное количество насосных секций, обеспечивающих работу гидроустановки при заданной высоте волны.
15. С учетом симметричного, равномерного расположения насосных секций по всей площади морской платформы (в данном случае количество насосных секций может оказаться больше расчетного числа) выбираются геометрические размеры самой платформы. В случае большего количества насосных секций, заданная мощность будет достигнута при более низких волнах, чем расчетная их высота.
16. Исходя из того, что данная конструкция насосных секций одновременно может рассматриваться и как поршневой насос и как гидропресс, и, зная диаметр поршня и диаметр трубопровода подвода воды к лопаткам гидротурбины, можно рассчитать давление воды в момент попадания ее на эти лопатки.
17. Методом подбора сечения водовода в месте попадания воды на лопатки гидротурбины доводим напор до требуемых параметров.
18. Вся лишняя вода при отсутствии резервного гидрооборудования сбрасывается обратно в водоем. При наличии такого оборудования оно может быть задействовано, так же и при волне выше расчетной. Но во всех случаях отработавшая и лишняя вода сбрасывается в водоем.