Волновая электростанция - устройство, обеспечивающее выработку электроэнергии за счет колебательного движения морских волн.
По подсчетам ученых этот энергетический потенциал альтернативного источника получения электричества составляет 2 млн МВт, что можно сравнить с 1000 атомных станций, функционирующих на полную мощность.
Преимуществом таких установок является то, что выработка электроэнергии не наносит вред окружающей среде
Принцип работы волновых электростанций
Принцип работы волновых электростанций основан на преобразовании кинетической энергии волн в электрическую. Разработано несколько разновидностей таких устройств, которые отличаются по принципу работы и конструкции.
Волновая электроустановка представляет собой несколько конвекторов, каждый из которых может вырабатывать электрическую мощность до 1 МВт. Конвектор состоит из нескольких секций, между которыми закрепляются на перемещаемых конструкциях гидравлические поршни.
Каждый поршень связывается с гидравлическим двигателем, приводящим в движение генератор электрической энергии.
Под воздействием волн конвертер начинает возвратно-поступательные движения, приводящие в движение гидравлические поршни.
Поршни обеспечивают создание повышенного давления в гидравлической системе, заполненной маслом, а масло уже в свою очередь приводит в движение двигатели.
Конвертер может иметь длину до 150 м и диаметр до 3 м. Вес установки составляет от 700 до 800 т.
Существует конструкция станции, которая представляет собой отдельные буи, располагающиеся в вертикальном положении. Принцип их работы является аналогичным. Отличие заключается в конструкции гидравлических поршней.
Сложность создания таких конструкций заключается в эксплуатационных особенностях, связанных с функционированием всей установки в агрессивной среде, - соленой морской воде. По этой причине требуется применение специальных покрытий для защиты металлических элементов конвертера.
Для нормального функционирования установки также требуется создание защитных приспособлений, представляющих собой волнорезы и тормозные щиты, которые обеспечивают снижение чрезмерной энергии волн, способной разрушить установку.
Преимуществами волновых энергоустановок являются:
1. Преобразователи могут использоваться в качестве волногасителей для защиты портов и гаваней от разрушения в период большого волнения моря.
2. Небольшие установки можно устанавливать на стенах причалов и опор мостов, что позволяет вырабатывать электрическую энергию и одновременно обеспечивать защиту сооружений от разрушения под воздействием волн.
Недостатком волновой электроэнергетики является то, что некоторые типы энергоустановок требуется размещать в продуктивных, с точки зрения рыболовства, участках моря, а это может привести к вытеснению из этих районов рыбаков.
Размещение в некоторых районах моря таких преобразователей энергии может представлять угрозу для прохода судов.
Передовые волновые электростанции придут на смену ветровым
Волны океанов являются неисчерпаемым источником энергии. В сравнении с ветровой и солнечной, энергия волн имеет большую удельную мощность. При высоте волн в 2 м мощность может достигать 80 кВт/м.
В процессе преобразования движения волны в электроэнергию используется только часть потенциала водного волнения, но коэффициент преобразования выше по сравнению с воздухом и составляет 85%.
Волновые электростанции можно применять для защиты портовых городов от разрушительного действия накатывающихся на береговые сооружения волн, что является одним из преимуществ таких устройств.
Наличие более высокого коэффициента преобразования энергии ставит волновые преобразователи в более выгодное положение по сравнению с ветровыми и солнечными энергоустановками.
Энергия волнового волнения на несколько порядков выше, чем энергия ветра, поэтому использование волновых энергоустановок является более выгодным, по сравнению с ветровыми станциями.
Сколько стоит волновая электростанция?
Стоимость 1 модуля преобразователя энергии движения волн в электрическую, разработанного выпускником МАИ, составляет около 30 тыс. долларов США. Мощность такой модульной конструкции составляет 10 кВт/ч.
Стоимость постройки первого в мире коммерческого преобразователя энергии движения волн в электрическую в Португалии составила около 8 млн евро. Сейчас в строю находится 3 блока, каждый из которых имеет длину 120 м, диаметр 3,5 м и массу 750 т. Дополнительно планируется увеличение количества блоков установки до 25 шт., что позволит увеличить суммарную мощность энергоустановки с 2,25 до 21 МВт. Ввод в действие всех планируемых энергоблоков превратит установку в волновую ферму.
Мощность и производительность
При эксплуатации электростанций, которые преобразуют волновое движение в электроэнергию, возникает проблема, связанная с тем, что штормовые волны гнут и сминают лопасти водяных турбин электрогенераторов. Для решения возникающей проблемы применяются методы снижения мощности, отбираемой от волн. С этой целью для защиты устройств монтируются конструкции, уменьшающие волны и гасящие избыточную силу.
Первая волновая преобразовательная электростанция установлена в Португалии, она имеет мощность 2,25 МВт, этого количества электроэнергии достаточно для энергообеспечения 1600 домов.
Мощность 1 конвертера установки составляет 750 кВт. Конвертер обладает следующими удельными характеристиками:
- мощность - 1кВт в пересчете на 1 т массы установки;
- 650 Вт на 1 куб. м конструкции.
Российский волновой генератор, разработанный выпускником МАИ, обладает мощностью 50 кВт/ч, способен обеспечивать электрической энергией 16 домов.
Великобритания смонтировала волновую установку, мощность которой составляет 20 МВт.
Электростанция Wavestar
Wavestar представляет собой волновую электростанцию, в которой волновые движения преобразуются в электроэнергию при помощи специальных поплавков. Поплавки фиксируются к корпусу через балансиры, прикрепленные к опорам. Движение поплавков передается на генератор электрической энергии.
Диаметр поплавка составляет 5 м. Поплавки изготавливаются с применением стекловолокна. На 1 платформе могут располагаться до 20 буев, передающих волновое перемещение на генераторы.
Рычаги поплавков соединяются с гидравлическими цилиндрами. При помощи этих устройств происходит передача движения волн на вал генератора. Мощность установки составляет 500 кВт. Для увеличения мощности используется модульная конструкция устройства.
Для эффективного функционирования установки требуется, чтобы высота волн не превышала 2,5 м. В случае если высота волн превышает установленные нормативы, то поплавки поднимаются в автоматическом режиме на необходимую высоту для компенсации волнового волнения. Это требуется для предупреждения возникновения аварийной ситуации. Платформа при увеличении высоты волнового волнения способна подниматься на высоту до 10 м.
Основным недостатком конструкции является требуемая глубина моря для нормального функционирования установки, она должна составлять не меньше 7 м.
Поплавковая волновая электростанция от выпусника МАИ
Директор и совладелец компании «Прикладные Технологии», выпускник МАИ Сергей Темеев презентовал разработанную компанией установку преобразования энергии морских волн в электричество.
Компания запатентовала свою технологию.
Электростанция представляет собой поплавок, изготовленный из стали. Поплавок располагается на волнах, внутри него размещен на пружинной подвеске груз. Верхняя часть поплавка занята электрогенератором, обеспечивающим перевод перемещений подпружиненного груза в электроэнергию.
Получаемая электроэнергия по кабелю передается потребителям. Для стационарного размещения установки она заякоривается на морском дне, прикрепляется к кораблю или нефтяной платформе
Инженеры в Шотландии придумали улучшенную технологию получения энергии
Получение дешевой электрической энергии из возобновляемых источников является одной из основных проблем человечества.
Преобразование энергии волн в электроэнергию стало возможным благодаря изобретению инженеров Шотландии.
Изобретенные ими установки являются не только дешевле, но и надежнее используемых турбин, что связано с наличием меньшего количества движущихся элементов. Эти конструкции изготавливаются из материалов повышенной прочности
Изобретение носит название диэлектрический эластомерный генератор. Принцип действия такого устройства основан на возникновении избыточного давления в колоннах, располагающихся вертикально. В устройствах монтируются мембраны. Колонны заливаются водой в процессе наката волн, что приводит к созданию избыточного давления, которое передается мембране.
1 генератор способен осуществлять выработку электричества в объеме до 500 кВт. Этого объема электроэнергии достаточно для обслуживания 100 жилых домов.