Волновые_электростанции_принцип_работы

Волновые_электростанции_принцип_работы

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.

Читайте также:  Поршневой_компрессор_гонит_масло_в_воздушную_систему

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.

Дата публикации: 24 декабря 2018

Долгое время в качестве основных источников энергии использовались уголь, нефть и газ. В связи с уменьшением объема этих ресурсов большой толчок в развитии получила альтернативная энергетика. Примером служат волновые электростанции. Они помогают использовать колоссальную энергию океанов, морей и рек. Существуют разные типы волновых электростанций (ВЭС), но в основе каждой лежит преобразование механического действия волн.

Устройство ВЭС, работающих по принципу качения

Подобные сооружения располагают на воде. В процессе их строительства учитывают два типа энергии. Первой можно назвать энергию поверхностного качения волн. Здесь используется их способность раскачивать поплавки. Так называют особые преобразователи, которые отслеживают профиль волны. Существует несколько видов поплавков.

«Утка» Солтера

Такое необычное название присвоили цепочке из большого количества поплавков, установленных на одном валу. Чтобы обеспечить эффективную работу ВЭС, их должно быть не менее 20-30 шт. «Утка» – это и есть тот поплавок. Он был разработан инженером Стивеном Солтером. Еще изобретение называют эдинбургской «уткой». Как работает волновая электростанция такого типа:

  1. Волны заставляют поплавки двигаться, но за счет своего веса они возвращаются в начальное положение.
  2. Это заставляет прийти в движение и насосы внутри вала. Предварительно их заполняют специально подготовленной водой.
  3. Далее приводятся в действие турбины между поплавками.
  4. Вырабатывается энергия, которую передают на берег по кабелю на дне.

Подобные системы уже работают. Они расположены у западных берегов Британских островов для обеспечения электроэнергией Великобритании. Мощность установки составляет 45 тыс. кВт. Ее вырабатывают 20-30 поплавков диаметром 15 м на валу длиной 1,2 км.

Преобразователи Pelamis

Так называемые «морские змеи» Pelamis представлены секциями. Они имеют цилиндрическую форму и соединяются между собой шарнирами. Сооружение в воде полузатоплено. Принцип работы волновой электростанции очень прост. Энергия вырабатывается в несколько этапов:

  1. Конструкция начинает изгибаться под влиянием волн.
  2. Гидравлические поршни, расположенные в местах соединения, начинают перемещаться, тем самым перекачивая масло через двигатели.
  3. Последние приводят во вращение электрогенераторы.
  4. Они вырабатывают электричество, которое до берега передают по кабелю, идущему от поплавка на дно.

Несколько подобных «змей» объединяют между собой, а электричество с них передают по одному кабелю. Мощность одной такой ВЭС достигает 21 МВт, что достаточно для снабжения электричеством 15 тыс. домов. Изобретение принадлежит специалистам компании «Океанское энергоснабжение» в Эдинбурге, где подобную ВЭС используют для энергообеспечения местных жителей. Из ее минусов называют:

  • значение среднегодового коэффициента мощности меньше 0,4;
  • завышенный уровень удельных капитальных затрат (суммы затрат при строительстве одного комплекса, деленной на единицу полученного продукта);
  • высокая материалоемкость (количество материалов на производство).

Контурный плот Коккереля

В основе схемы работы волновой электростанции такого типа тоже лежит перемещение относительного друг друга секций, которые соединены шарнирами. Возникшие колебания принимают на себя насосы с электрогенераторами. Плот длиной 100 м, высотой 10 м и шириной 50 м, состоящий из 3 секций, выдает мощность до 2 тыс. кВт.

Эффективность модели достигает 45%, что меньше по сравнению с «уткой» Солтера, но зато конструкция плота схожа с судостроительной. Первое испытание изобретения было проведено в проливе Солент под городом Саутгемптон. Оно было частью проекта «Волновая ферма» фирмы Pelamis Wave Power. Для передачи электроэнергии на берег тоже используют кабель, расположенный на дне моря.

Читайте также:  Сбрун_10_кв_расшифровка

Кинетическая энергия волн в ВЭС

Кинетическая энергия волн просто огромна. К примеру, на шотландском побережье они смогли выломать и сдвинуть каменный блок весом 1350 т. При ударе о побережье длиной 10 миль волн высотой 1 м за 10 секунд вырабатывается более 35 тыс. л. с. мощности. Кинетическую энергию используют двумя способами.

  • волну пропускают через полую камеру, чтобы она вытолкнула воздух, который заставит турбину вращаться;
  • волну направляют в трубу большого диаметра, где она вращает турбинные лопасти, тем самым запуская генератор.

В основе обоих методов лежит один принцип – применение энергии колеблющегося столба воды. При регуляции потока делают так, чтобы он проходил через турбину только в одном направлении. Плюс таких ВЭС в том, что скорость воздушного потока легко изменить в большую сторону. Этого достигают за счет уменьшения диаметра проходного канала. В результате даже медленные волны заставляют турбины вращаться с высокой частотой.

Плюсы волновых электростанций

У разных волновых электростанций свои плюсы и минусы, но можно выделить несколько общих пунктов. Преимущества заключаются не только в том, что ВЭС – это хорошая альтернатива нефти, газу и углю. Ученые считают, что именно за волновыми электростанциями будущее. Тому есть веские причины:

  • Станции гасят волны, чем обеспечивают безопасность портов, гаваней и береговых сооружений от разрушений.
  • Можно уменьшить воздействие воды на опоры мостов, если устанавливать на них небольшие волновые генераторы.
  • Волновая энергетика выгоднее, чем ветровая, поскольку удельная мощность волн выше, чем ветра.

Недостатки ВЭС

На ВЭС приходится около 1% всей вырабатываемой электроэнергии, хотя они имеют большой потенциал. Ограничение в использовании связано с ценами на электроэнергию. В сравнении с 1 кВт, сгенерированным на АЭС или ТЭС, тот же киловатт на ВЭС будет стоить в разы дороже. К недостаткам относят и следующее:

  • при покрытии преобразователями значительных площадей акватории можно нанести вред экологии, ведь волны важны для газообмена атмосферы и океана;
  • некоторые типы волновых генераторов опасны для судоходства, что может уменьшить количество рыбаков в крупных рыбопромышленных зонах.

Учитывая достоинства и недостатки волновых электростанций, можно сделать вывод об их эффективности. Сегодня ВЭС нашли свое применение для обеспечения электроэнергией сравнительно небольших объектов. К ним относят автономные маяки, маленькие поселения, береговые сооружения и буровые платформы. Специалисты продолжают работать над улучшением конструкции ВЭС с целью снизить стоимость получаемой энергии.

Вам нужно войти, чтобы оставить комментарий.

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.

Читайте также:  Видеокамера_мвк_схема_подключения

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
Вишня_брянский_талисман_описание_сорта
Яблоня: Азимут, Апорт АСС, Виктория, Вирджиния, Гайа, Гранатовое, Заилийское, Империал Павла, Кетни, Красная шапочка, Любимое Дутовой, Мантуанское, Пиотош, Подарок Ставрополью,...
Виды_рукояток_шаровых_кранов
Спор на тему "Как правильно говорить : кран шаровый или кран шаровой ?" возникнет еще не один раз, поэтому уточним...
Вишня_брянский_талисман_описание_сорта
Яблоня: Азимут, Апорт АСС, Виктория, Вирджиния, Гайа, Гранатовое, Заилийское, Империал Павла, Кетни, Красная шапочка, Любимое Дутовой, Мантуанское, Пиотош, Подарок Ставрополью,...
Волновой_канал_для_дмв_своими_руками
В продолжении темы антенн для цифрового телевидения, сегодня мы с вами, уважаемый аноним, рассмотрим подробнее весьма популярную антенну Yagi-Uda (или...
Adblock detector