Чи є майбутнє хвильових електростанцій? Енергія хвиль як альтернативне джерело енергії.

Географія застосування хвильових електроенергетичних установок

Використання хвильових електростанцій незначних потужностей знаходить застосування в отриманні електроживлення для невеликих об'єктів:

• берегових споруд;
• невеликих поселень;
• автономних маяків, буїв;
• науково-дослідних приладів;
• бурових платформ.

Вже близько 400 навігаційних буїв та маяків одержують харчування від хвильових енергоустановок – як, наприклад, плавучий маяк індійського порту Мадрас.

Португалія

Перша у світі велика хвильова електростанція з потужністю 2,25 МВт почала експлуатуватися у 2008 році в районі португальського. містечка Агусадора. Проект установки розробила шотландська компанія Pelamis Wave Power, яка уклала контракт із португальцями на 8 мільйонів євро.

Зараз на станції функціонують три перетворювачі енергії хвиль - змієподібні пристрої, занурені на одну половину у воду. Довжина кожного перетворювача дорівнює 120 метрів, а діаметр – 3,5. Вага так званої морської змії складає 750 тонн. Хвилі приводять у рух секції перетворювачів, а опір гідравлічної системи сприяє виробленню електрики, яка кабелями передається на сушу (станція базується в 5 км від берега). Наразі ведуться роботи зі збільшення потужності цією хвилею станції з 2,25 МВт до 21 МВт: планується додати ще 25 перетворювачів. У цьому випадку установка забезпечить електропостачання 15 тисяч будинків.

Норвегія

Дослідно-промислові хвильові були вперше введені в дію у 1985 році в Норвегії.

Одна з них потужністю до 500 кВт є пневматичною хвильовою установкою, в якій нижня відкрита частина камери занурена під найнижчий поверхневий шар води.

Потужність другої становить 450 квт. Тут застосовується ефект набігання хвилі на 147-метровий конфузорний укіс (пологу конусоподібну поверхню). Канал, що звужується, розташований у фіорді, а турбінний водоприймач височить на 3 м над середнім рівнем моря. Установка, розміщена на березі, виключає проблеми з її ремонтом та обслуговуванням.

Австралія

Одним із найуспішніших проектів щодо переробки енергії океанських хвиль є електростанція турбінного типу Oceanlinx, що працює в акваторії австралійського міста Порт-Кембл. Після реконструкції та переобладнання, розпочатих у 2005 році, станцію знову запустили у 2009 році.

Принцип роботи Oceanlinx полягає у обертанні турбін стисненим повітрям, що надходить зі спеціальної камери. Конструкція станції громіздка і завдяки тяжкості своєї ваги вона стоїть на дні, не порушуючи його структури. Близько 1/3 усієї конструкції, а це становить майже 15 метрів, виступає над поверхнею води.

Важливою перевагою хвильової станції такого типу є виробництво прогнозованої кількості енергії. Платформи працюють внаслідок обурення океанічної поверхні, а чи не самих хвиль. Це дозволяє визначити погодні умови, що впливають на кількість енергії, що виробляється, на 5–7 днів вперед. Потужність Oceanlinx становить 1 МВт, а споживачі одержують близько 450 кВт електрики.

Коректна та ефективна робота міста, і особливо комунального господарства, залежить від надійної техніки. тому приклад.

Поламався холодильник і ви його тягнете на звалище? Не поспішайте - прочитайте!

У вас багато рисового лушпиння, і вже нікуди від нього рятуватися? Потрібний матеріалза посиланням.

Росія

Застосування хвильової енергетики у Росії робить лише перші кроки. Нещодавно хвильова електростанція, аналогічна португальській, була в експериментальному порядку запущена на півострові Гамова в Приморському краї. Випробування проходили у бухті Вітязь на морській експериментальній станції «Мис Шульца». Ініціаторами цієї ідеї стали вчені Уральського федерального університетута дослідники Тихоокеанського океанологічного інституту при Далекосхідному відділенні Російської Академіїнаук.

Випробування показали, що хвильова енергетика має великі перспективи.

Побоювання під час запуску цієї станції викликали:

1. можливі пошкодження генератора від хвиль, що впливають на нього;
2. безпека руху рибальських траулерів у безпосередній близькості від станції.

Водночас хвильова установка, розроблена російськими фахівцями, крім основного завдання – вироблення електричної енергії, може здійснювати низку додаткових функцій:

1. стати хвилегасником, забезпечуючи захист берегових споруд;
2. проводити автоматичну охорону морських кордонів.

Розвивати хвильову енергетикуу Росії необхідно. Однак існуючі запаси вуглеводнів, відпрацьовані, перевірені часом, освоєні до дрібниць технології традиційного вироблення електроенергії, ставлять під сумнів рентабельність використання хвильових електростанцій великих потужностей. Хвильові електростанції нарівні з ймовірно стануть тим необхідним кроком вперед в енергетиці якого всі ми так довго чекаємо.

Є сенс застосовувати альтернативну енергетику в малозаселених районах узбережжя Північного Льодовитого океану, Примор'я, Далекого Сходу.

Хвильова електростанція- енергетична установка, розташована у водному середовищі, метою якої є отримання електричної енергії з кінетичної енергії морських або океанічних хвиль. Як і приливні, хвильові електростанції розташовуються на березі або океані в безпосередній близькості до ВІЛ берега, з метою економії коштів на прокладання підводних електрокомунікацій.

Перша хвильова електростанція розташована у Португалії на відстані 5 кілометрів від берега. Ця хвильова станція була відкрита 23 вересня 2008 року. Потужність даної електростанції становить 2,25 МВт, цього достатньо для

Рис. 4.1.

забезпечення електроенергією близько 1600 невеликих будинків.

Принципова схема хвильової електростанції аналогічна принциповій схемі гідроелектростанції, проте замість греблі з падаючим потоком води тут використовується гідрохвильовий перетворювач, що перетворює енергію хвиль на запасну в пневмогідроакумуляторі енергію робочої рідини.

Як приклад розглянемо пристрій хвильової електростанції Pelamis Р 750. Ця хвильова електростанція складається з декількох пристроїв, що являють собою об'єкти, що плавають, - гідрохвильові поплавкові перетворювачі, з'єднані в один ланцюг. На рис. 4.1. показано схему пристрою цієї хвильової електростанції. Де: 1 - плаваючі поплавкові перетворювачі; 2-гідравлічні поршні; 3-поверхня хвилі; 4 – гідромагістралей; 5 – головний корпус; 6 - контрольно-розподільний пристрій; 7 акумулюючий пристрій; 8 – відведення до споживача.

Розмір кожного гідроволнового перетворювача поплавця: довжина 120 метрів, діаметр 3,5 метра, вага 7S0 тонн. Між перетворювачами кожної секції закріплені гідравлічні поршні. Усередині кожної секції також гідравлічні двигуни та електрогенератори. Під впливом хвиль конвертери гойдаються на поверхні води, і це змушує їх крутитись. Рух кожної секції приводить у роботу гідравлічні поршні, які, у свою чергу, надають руху маслу. Олія проходить через гідравлічні двигуни. Ці гідравлічні двигуни надають руху електричні генератори, які роблять електроенергію. Потужність одного конвертера становить 750 кВт. На електричну енергію перетворюється приблизно 1% енергії хвиль.

Існує багато можливостей отримання енергії з хвиль морів та океанів.

Рис. 4.2.

Серед яких найбільшого поширення набули поглиначі коливань - плаваючі на поверхні атенюатори та встановлені на дні приливні турбіни. Одним із цікавих рішень є енергетичний буй – повністю автономний пристрій. У цьому пристрої використовується гвинтовий компресор, який кріпиться якорем на дно і плаває на поверхні. Електроенергії проводиться за рахунок перетворення поршневої системи та електрогенератором вертикальних переміщень буя на хвилях. На берег електрика подається підводним кабелем.

Цікавий пристрій під назвою Searaser розроблений в Англії та нагадує хвильову електростанцію, що використовує енергію вертикального руху поплавця. Однак сам поплавець не має електричних систем і представляє звичайний механічний насос, який закачує морську воду на висоту в прибережні скелі. Цей проект отримав назву – гідроакумулююча електростанція, на рис. 4.3. наведено пристрій станції: 1 - верхній поплавець; 2 – поверхня хвилі; 3 - нижній поплавець; 4 – клапан; 5 – поршень; 6-шлзнг; 7 – поплавок підтримки шланга; 8, 9 бетонні якорі; 10 – колектор. Як видно з наведеного малюнка, основою установки є 2 поплавці, здатні рухатися один щодо одного. Верхній розгойдується хвилями, нижній з'єднаний з дном за допомогою ланцюга та якоря. Між поплавцями знаходиться "насосна станція" (циліндр з поршнем подвійної дії, ЯКИЙ качає воду під час руху вниз і вгору) і клапанами з вихідними трубами. Автоматичне підстроювання висоти положення верхнього поплавця в залежності від рівня моря, що змінюється на приплив і відлив - телескопічна труба, розсувається і складна під дією сил Архімеда та тяжкості. До цієї "приливної" колони кріпиться насос із верхнім поплавцем. Вода через колектор подається на сушу, в гори. У горах влаштовується басейн, у якому вода накопичується і випускається назад у море, по дорозі обертаючи турбіну електростанції, ідентичної традиційної ГЕС, але без греблі. Один повнорозмірний поплавець Searaser має розвивати потужність до 0,25 МВт. Основні переваги в подібній установці, в порівнянні з іншими,

Рис. 4.3.Гідроакумулююча електростанція

полягають у наступному. У поплавці відсутні дроти, магніти, які або електричні контакти та герметичні відсіки для обладнання, що робить його набагато дешевшим, простішим та надійнішим. Турбіни та електрогенератори хвильової станції, розташовані на березі. На відміну від хвильових електростанцій, інших типів установка Searaser вирішує проблему нерівномірності сили хвиль.

У хвильових пристроїв з пневматичними перетворювачами під дією хвиль повітряний потік періодично змінює свій напрямок на зворотний. Для цих умов і розроблена турбіна Уеллса, ротор якого має випрямляючи дію, зберігаючи незмінним напрямок свого обертання при зміні напряму повітряного потоку, отже, підтримується незмінним і напрямок обертання генератора.

Турбіна знайшла широке застосування у різних хвиле-енергетичних пристроях. Хвильовий енергетичний пристрій "Кайма" - найпотужніша діюча енергетична установка з пневматичними перетворювачами - побудована в Японії в 1976 р. У своїй роботі вона використовує хвилі висотою до 6 -10 м. На баржі довжиною 80 м, шириною 12 м і водотоннажністю 500 т встановлені 22 повітряні камери, відкриті знизу. Кожна пара камер працює на одну турбіну Уеллса. Загальна потужність встановлення 1000 кВт. Перші випробування були проведені у 1978 – 1979 pp. у міста Цуруока. Енергія передавалася на берег підводним кабелем довжиною близько 3 км.

У 1985 в Норвегії за 46 км на північний захід від міста Берген побудовано промислову хвильову станцію, що складається з двох установок. Перша установка на острові Тофтесталлен працювала за пневматичним принципом. Вона була залізобетонну камеру, заглиблену в скелі; над нею була встановлена ​​сталева вежа висотою 12,3 мм і діаметром 3,6 м. Вхідні в камеру хвилі створювали зміну об'єму повітря. Потік, що виникає через систему клапанів приводив у обертання турбіну і пов'язаний з нею генератор потужністю 500 кВт, річна вироблення склав 1200000. КВт. год. Проте сильним штормом наприкінці 1988 року вежа станції була зруйнована.

Конструкція другої установки складається з конусоподібного каналу в ущелині довжиною близько 170 м з бетонними стінками висотою 15 м і шириною в основі 55 м, що входить в резервуар між островами, відокремлений від моря дамбами, і греблі з енергетичною установкою. Хвилі, проходячи каналом, звужується збільшують свою висоту з 1,1 до 15 м і вливаються в резервуар, рівень якого на 3 м вищий за рівень моря. З резервуару вода проходить через низьконапірні гідротурбіни потужністю 350 кВт. Станція щорічно виробляє до 2 млн. кВт * год. електроенергії.

У Великій Британії розробляється оригінальна конструкція хвильової енергетичної установкитипу "молюск", в якій як робочі органи використовуються м'які оболонки - камери. У камерах знаходиться повітря під тиском, дещо більшим за атмосферний тиск. Накатом хвиль камери стискуються, утворюється замкнутий повітряний потік з камер каркас установки і назад. На шляху потоку встановлені повітряні турбіни Уеллса з електрогенераторами. Зараз створюється дослідна плавуча установка з байт камер, укріплених на каркасі довжиною 120 м і висотою 8 м. Очікувана потужність 500 кВт. Подальші розробки показали, що найбільший ефектдає розташування камер по колу. У Шотландії на озері Лох-Несс була випробувана установка, що складається з 12 камер та 8 турбін. Теоретична потужність такої установки до 1200 квт.

Проект, відомий під назвою "качка Солтера", є перетворювачем хвильової енергії. Робочою конструкцією є поплавець – "качка", профіль якого розрахований за законами гідродинаміки.

Конструкція цього хвильового перетворювача енергії показано на рис. 3.5. У проекті передбачається монтаж великої кількості великих поплавців, які послідовно укріплені на загальному валу. Під дією хвиль поплавці починають рухатися і повертаються у вихідне положення силою власної ваги. При цьому наводяться насоси всередині валу, заповненого спеціально підготовленою водою. Через систему труб різного діаметра створюється різниця тиску, що приводить в рух турбіни, встановлені між поплавцями і підняті над поверхнею моря. Електроенергія, що виробляється, передається по підводному кабелю. Для більш ефективного розподілунавантажень на валу слід встановлювати 20 – 30 поплавків. У 1978 була випробувана модель установки, що складалася з 20 поплавків діаметром 1 м. Вироблена потужність склали 10 кВт. Розроблено проект потужної установки з 20 – 30 поплавків діаметром 15 м, укріплених на валу, завдовжки 1200 м.

Рис. 4.4.Перетворювач хвильової енергії "качка Солтера"

Ймовірна потужність установки 45 тис. кВт. Подібні системи, встановлені біля західних берегів Британських островів, можуть забезпечити потреби Великобританії в електроенергії.

Як перспективні енергетичні установки можна відзначити перетворювач, що використовує енергію водяного стовпа, коливається. Принцип роботи такого перетворювача ось у чому. При набігу хвилі на частково занурену порожнину, відкриту під водою, стовп рідини в порожнині коливається, викликаючи зміни тиску в газі над рідиною. Порожнина пов'язана з атмосферою через турбіну. Потік може регулюватися так, щоб проходити через турбіну в одному напрямку або може бути використана турбіна Уеллса. Вже відомі принаймні два приклади комерційного використання пристроїв на цьому принципі - сигнальні буї, впроваджені в Японії Масудою та у Великій Британії співробітниками Королівського університету Белфасту. Більше і вперше включено в енергомережу пристрій побудований в Тофтестоллені (Норвегія) фірмою Kvaemor Brug A / S. Основний принцип дії перетворювача, що використовує принцип стовпа, що коливається, показано на рис. 4.4. У цьому Рис.: 1 - хвильовий підйом рівня; 2 – повітряний потік; 3 – турбіна; 4 - система впуску та випуску повітря; S – напрямок хвилі; 6 – опускання хвильового рівня; 7 – морське дно.

Рис. 4.5.

У Тофтестоллені він використовується в 500-кіловатній установці, побудованій на краю прямовисної скелі. Крім того, національна електрична лабораторія (NEL) Великобританії пропонує конструкцію безпосередньо на морському дні. Головна перевага пристроїв на принципі водяного стовпа, що коливається, полягає в тому, що швидкість повітря перед турбіною може бути значно збільшена за рахунок зменшення прохідного перерізу каналу. Це дозволяє поєднувати повільний хвильовий рух із високочастотним обертанням турбіни. Крім того, тут створюється можливість вилучити генеруючий пристрій із зони безпосереднього впливу солоної морської води.

Існують і інші, менш відомі способиперетворення енергії хвиль на електричну енергію. Так, хвильова електростанція Oceanlinx в акваторії міста Порт-Кемпбелла (Австралія) використовує хвилі для того, щоб нагнітати повітря у величезні хутра. Стиснене повітря під тиском проходить через турбіну, обертаючи її лопаті. Через війну виробляється електроенергія. Установка Oceanlinx у Порт-Кемпбелла постачає в електромережу міста 450 кВт електроенергії. Біля узбережжя США в Орегоні будується "буйкова" електростанція. Буї під впливом хвиль качають магнітний стрижень усередині провідної котушки та генерують електричний струм.

Електробуйки, що розробляються в Орегонському університеті, планується розміщувати на відстані за два-три кілометри від узбережжя. За попередніми розрахунками, територія 25 кв. км зможе поставити електрикою весь штат.

Деякі типи розроблених та розроблюваних хвильових енергетичних установок використовують різницю оцінок гребеня та западини хвилі. За рахунок переливу гребенів хвилі, наприклад, через дамбу, або за рахунок поперемінного відкриття клапанів або засувок відбувається заповнення ємностей - басейнів, перепад, що утворилася, рівнів у ємності та в морі використовується водяним колесом або низьконапірною гідравлічною турбіною для вироблення електроенергії або приводу інших механізмів. Найбільш відомою установкою цього є "шлюз Рассела". З метою збільшення перепаду рівнів (напору) використовується ефект набігання хвилі на пологу поверхню. Для цього робоча поверхня виготовляється у вигляді похилого лотка, що звужується до верху. Морська хвиля висотою 1,1 м, зібрана хвильовим фронтом довжиною 350 м, при концентрації її в 12-метровому каналі, може призвести до виникнення стоячої хвилі з амплітудою 17 м. Експериментально встановлено, що установка, що містить похилу площинуз кутом нахилу 30°, забезпечує підвищення рівня води на 2,5 м при середній висоті хвилі 1,5 м. У США розробляється установка цього типу під назвою "Дем Атол". Основним елементом установки є частина сфери діаметром 100 м та висотою до 30 м, опуклою частиною, що виступає над рівнем моря. На поверхні цього штучного острова розташовані хвиленаправляючі ребра, а в середині - водоприймальний отвір та водовід діаметром до 18 м з гідротурбіною. Горизонтальний тиск хвиль, що набігають, може сприйматися і безпосередньо різними пружними або рухомими стінками, переміщення яких перетворюється на обертання валу генератора або тиск робочого середовища в поршневому насосі. До конструкцій цього типу відноситься установка "триплейт", запропонована Ф.

Фарлі. Випробування установки у Великій Британії в лабораторних умовах при хвилях довжиною від 1,5 до 7 м, а також у натурних умовах на великомасштабній моделі при хвилях довжиною 150 м показали, що розрахунковий ККД може досягати 80-90% і більше.

Нині найпоширенішими хвильовими установками є поплавкові. Робоче тіло таких установок – поплавець – знаходиться на поверхні моря і здійснює вертикальні коливання відповідно до змін рівня води при вітровому хвилюванні. Вертикальні переміщення поплавця використовуються для поперемінного стиснення газу або рідини в будь-якій ємності, або вони перетворяться на обертальний рух електричного генератора і т.п. Наприклад, буй діаметром 16 м, розроблений Норвегії, при амплітуді вертикальних переміщень 8 м здатний при ККД 80% виробляти до 4 млн. кВт год на рік. Амплітуда коливань поплавця може бути суттєво (в 10-12 разів) збільшена за рахунок удосконалення його конструкції. Для збільшення амплітуди (резонансу) вертикальний циліндричний поплавець частково (залежно від параметрів хвилі та поплавця) заповнюється водою або до поплавки підвішується вантаж відповідної маси. Великомасштабна модель резонансного поплавця, досліджена в Японії, мала діаметр 2,2 м, висоту 22 м, масу 13,5 т, пропелерну турбіну діаметром 0,8 м. Амплітуда коливань поплавця досягала 8 м при хвилях висотою від 0,5 до 1, 5 м. На рис. 4.6. показано пристрій такої станції поплавця.

Рис. 4.6.

Де: 1 - поплавець 2 - стислива рідина 3 - електротурбіна з генератором.

Перераховані вище типи хвильових енергетичних установок включають елементи, що знаходяться на поверхні моря і тому схильні до впливу не тільки розрахункових, але і штормових екстремальних хвиль. Для запобігання такому впливу можна розташовувати робоче тіло повністю під рівнем моря. У таких установках "набігаюча хвиля" тиску, обумовлена ​​різницею тисків під гребенем і западиною хвилі, використовується для стиснення еластичних оболонок, покладених на дно моря в напрямку руху хвилі, або впливу на горизонтальну площадку, укріплену на опорах на дні моря. Поштовхи тиску в оболонках або над горизонтальним майданчиком використовуються для підвищення тиску та переміщення робочої рідини чи газу.

У Великобританії запропонована установка "пружна труба", здатна сприймати не тільки вертикальну, а й горизонтальну складову гідростатичного тиску. Дослідження на моделі показали високу швидкість реакції "труби" зміну хвильового тиску. У Брістольському університеті Великобританії ще в 1976 р. була запропонована установка під назвою "Брістольський циліндр". Установка є круговим циліндром, повністю зануреним у поверхневий шар води паралельно фронту хвилі. Циліндр має позитивну плавучість і міститься в затопленому стані якірною системою, у зв'язках якої встановлюються навантажувальні пристрої, наприклад гідроциліндри.

У Японії в ці роки зробили і випробували першу у світі великомасштабну офшорну установку плаваючу "Каїшеї" в Японському морі. Установка включала 9 генераторів на борту, які були встановлені вище за хвиле-приймальні камери, відкриті нижче рівня води. Хвилювання викликало періодичний стиск та розрідження повітря, проганяли через повітряні турбіни з приводом на генератори. Крім того, в Японії були зроблені інші типові великі хвильові установки, включаючи Caisson-type Oscillating Water Column prototype. Ця установка має 4 кесони з габаритними розмірами кожного кесона 20,9 х2 4,3 х 27,0 метра. Робоча глибина води становила 18 м. Кожен кесон мав 4 відкриті з фронтальної частини отвори, звернених до хвиль, що набігали. Кожен отвір відповідав окремому відсіку камери, які розділені перегородками. Поршнева дія осцилуючих водяних колон викликала рух повітря через турбіни Уельсу (1,34 м у діаметрі, 16 лопатей). Використовували генератори на 60 кВт кожен. Цей прототип випробовували в Японському морі в порту Саката у префектурі Ямагата. Португалія реалізує проект 0,5 мегаватної берегової хвильової енергетичної установки на острові Рісо (Азорські острови). Розміри бетонної компресійної камери становлять 12×12 м, а повітропровід для повітряної турбіни Уельсу має діаметр 2,3 м. В Індії побудована дослідна установка на 150 кВт також із турбіною Уельсу біля острова Трівандрум.

Единбурзька фірма Aquamarine Power здала в експлуатацію Європейському дослідному центрі морської енергії (European Marine Energy Centre), найбільшу у світі хвильову електростанцію "Устриця" (Oyster), створену за сприяння вчених із Королівського університету в Белфасті (Queen's University Belfast).

Елементи "Устриці", встановлені на дні навряд, нагадують розтягнуті автонасоси. їх вертикальні стінки зібрані з п'яти великих паралельних труб-поплавців. Хвиля, що йде до берега нахиляє цю стінку (начебто злегка хитає насос ногою) і, повертаючись на петлях навколо горизонтальної осі, приводить у дію поршень, нагнітає воду в трубопровід високого тиску. Вода, що надходить під тиском на берег, крутить ротор електрогенератора. Розташування між морем та сушею пристрою для збору хвильової енергії та електроперетворювачі реалізовано вперше. Вигоди такого варіанта розміщення справді очевидні: матеріали на суші пропрацює довше, та її обслуговувати простіше. Oyster вже включений до споживчої електромережі та почав справно живити енергією кілька сотень будинків на шотландському узбережжі. На сьогодні у морях працюють уже десятки порівняно невеликих хвильових електростанцій. Перша у світі велика комерційна ВЕС почала генерувати струм минулого року у Португалії під містечком Агусадора.

Загалом створення хвильових електростанцій визначається оптимальним виборомакваторії океану із стійким запасом хвильової енергії, ефективною конструкцією станції, в яку вбудовано пристрої згладжування нерівномірного режиму хвилювання. Вважається, що ефективно хвильові станції можуть працювати при використанні потужності близько 80 кВт/м. Досвід експлуатації існуючих установок показав, що електроенергія, що виробляється ними, поки що в 2-3 рази дорожча за традиційну, але в майбутньому очікується значне зниження її вартості. Потужні багатомодульні хвильові установки можуть бути гарною енергетичною базою для створення екологічно чистих об'єктів переробної промисловості морського та прибережного базування.

Води Світового океану приховують незліченні багатства, головними з яких, мабуть, є безмежні джерела енергії у вигляді морських хвиль. Вперше про використання кінетичної енергії валів, що накатуються на берег, задумалися в 18 столітті в Парижі, де був представлений перший патент на хвильовий млин. Зараз технології зробили крок далеко вперед, і спільними зусиллями вчених була створена перша комерційна хвильова електростанція, яка почала експлуатуватися в 2008 році.

Чому це вигідно?

Ні для кого не секрет, що природні багатствазнаходяться на межі виснаження. Запаси вугілля, нафти та газу - основних енергетичних джерел - добігають кінця. За найоптимістичнішими прогнозами вчених, запасів вистачить на 150-300 років життя. Атомна енергетика також не виправдала очікувань. Велика потужністьта продуктивність окупають витрати на будівництво, експлуатацію, але проблеми поховання відходів та заподіяння шкоди навколишньому середовищінезабаром змусять відмовитися і від них. З цих причин вчені шукають нові Наразі вже діють вітрові та сонячні електростанції. Але за всіх своїх переваг вони мають істотний недолік - низький ККД. Задовольнити потреби населення не вдасться. Тому потрібні нові рішення.

Для вироблення електрики хвильова електростанція використовує кінетичну енергію хвиль. За найскромнішими підрахунками, цей потенціал оцінюється в 2 млн МВт, що порівняно з 1000 атомних електростанцій, що працюють на повну потужність, а на один метр фронту хвилі припадає близько 75 кВт/м. При цьому немає абсолютно ніякого шкідливого впливу на довкілля.

Загальна схема роботи

Хвильовими електростанціями називають плавучі споруди, які здатні перетворювати рухи хвиль в електричну та передавати її споживачеві. При цьому намагаються використати два джерела:

1. Кінетичні запаси. Морські вали проходять через трубу великого діаметра та обертають лопаті, які передають зусилля на електрогенератор. Застосовується і пневматичний принцип - вода, проникаючи у спеціальну камеру, витісняє звідти кисень, який перенаправляється системою каналів і обертає лопаті турбіни.
2. Енергія кочення. І тут хвильова електростанція виступає у ролі поплавка. Переміщаючись у просторі разом із профілем хвилі, вона у вигляді складної системи важелів змушує обертатися турбіну.

Різними країнами використовуються власні технології перетворення механічного руху хвиль на електрику, але загальна схема дії вони однакова.

Недоліки хвильових електростанцій

Основним перешкодою шляху до великому запровадження хвильових електростанцій є їхня вартість. Через складну конструкцію та складну установку на поверхню морських вод витрати на впровадження подібних установок в експлуатацію вищі, ніж на будівництво АЕС або ТЕС.

Крім того, спостерігається й низка інших недоліків, які здебільшого пов'язані з появою соціально-економічних проблем. Справа все в тому, що великі поплавкові станції створюють небезпеку і заважають мореплавству та рибальству – поплавкова хвильова електростанція може просто витіснити людину з промислових зон. Можливі та екологічні наслідки. Використання установок значно гасить морські вали, робить їх менше та не дає пробитися на берег. Тим часом хвилі відіграють важливу роль у процесі газообміну океану, очищення його поверхні. Все це може призвести до усунення екологічної рівноваги.

Позитивні сторони хвильових електростанцій

Разом з недоліками хвильова електростанція має і ряд переваг, які позитивно впливають і на діяльність людини:

• установки, завдяки тому, що гасять енергію хвилі, можуть захищати прибережні споруди (причали, порти) від руйнування силою океану;
• вироблення електрики відбувається з мінімальними витратами;
• висока потужність хвилювання робить ВЕС економічно вигіднішими, ніж вітрові або сонячні електростанції.

Запаси енергії мають і води суші, головним чином річки. Спорудження станцій на мостах, переправах, причалах є перспективою розвитку цієї галузі вироблення електроенергії.

Проблеми, які треба вирішити

Основне завдання, яке стоїть перед науковою спільнотою зараз, – це вдосконалення конструкції, що дозволить знизити собівартість електрики, яку виробляють хвильові електростанції. Принцип роботи повинен залишитися тим самим, але застосовуватися для створення установок будуть нові технології та матеріали.

Середня потужність хвилі становить 75-85 кВт/м – саме на такий діапазон налаштовується більшість станцій. Однак під час шторму сила морських валів збільшується у кілька разів і створюється небезпека руйнування установок. Вже не одна лопатка була зім'ята або погнута після шторму. Для вирішення цієї проблеми вчені штучними методами знижують питому потужність хвиль. Однією з проблем є те, що масове використання хвильових станцій призведе до зміни клімату. Генерація електричної енергії здійснюється за рахунок обертання Землі (саме так утворюються хвилі). Повсюдне використання станцій змусить планету обертатися повільніше. Людина різницю не відчує, але це знищить низку течій, які відіграють важливу роль у теплообміні Землі.

Перша у світі досвідчена ВЕС

Перша хвильова електростанція з'явилася 1985 року в Норвегії. Її потужність склала 500 кВт, а сама вона була дослідним зразком. Її принцип дії заснований на циклічному стисканні та розширенні середовища:

• циліндр з відкритим дном занурений у воду так, щоб його край був нижчим за улоговину хвилі - найнижчої її точки;
• періодично набігає вода стискає повітря у внутрішній порожнині;
• після досягнення певного тиску відкривається клапан, який дає прохід стиснутому кисню до турбіни.

Така електростанція виробляла 500 кВт енергії, щоб було достатньо для підтвердження дієвості установок, що сприяло їхньому розвитку.

Перша у світі промислова електростанція

Першою у світі установкою промислового масштабу вважається Oceanlinx в акваторії Порт-Кембл, Австралія. Вона введена в експлуатацію у 2005 році, але потім була відправлена ​​на реконструкцію та у 2009 році знову запрацювала, через що в регіоні тепер використовуються і приливні, і хвильові електростанції. Її принцип дії полягає в наступному:

1. Хвилі періодично забігають у спеціальні камери, змушуючи стискати повітря.
2. Після досягнення критичного тиску через мережу каналів обертає електрогенератор.
3. Для уловлювання руху та сили хвиль лопаті турбіни змінюють свій кут нахилу.

Потужність установки склала близько 450 кВт, хоча кожна секція станції здатна видавати від 100 кВт * год до 1,5 МВт * год електричної енергії.

Перша у світі комерційна ВЕС

Перша хвильова електростанція комерційного призначення запрацювала у 2008 році в Агусадорі, Португалія. Більше того, вона перша у світі установка, яка використовує безпосередньо механічну енергію хвилі. Проект підготувала англійська компанія Pelamis Wave Power.

До складу конструкції входить кілька секцій, які відпускаються та піднімаються разом із профілем хвилі. Секції шарнірно скріплені з гідравлічною системою та під час руху приводять її в дію. Гідравлічний механізм змушує обертатися ротор генератора, завдяки чому виробляється електроенергія. Хвильові електростанції, що використовуються в Португалії, плюси і мінуси мають. Перевага установки полягає у великій потужності - близько 2,25 МВт, а також можливості встановлення додаткових секцій. Недолік установки системи один - виникає складності з проводів до споживача.

Перша в Росії хвилева електростанція

У Росії перша ВЕС з'явилася у 2014 році у Приморському краї. Розробкою займався колектив вчених з і Тихоокеанського океанологічного інституту ДВО РАН. Встановлення має експериментальний характер. Її особливість у тому, що вона використовує енергію не лише хвиль, а й припливів/відливів.

У Москві передбачається будівництво науково-дослідної лабораторії, яка займеться розробкою та створенням першої вітчизняної поплавкової станції. Можливо, після цього хвильові електростанції в Росії також матимуть промислове чи комерційне призначення.

Використання: до гідроенергетики, перетворення енергії хвиль на електричну енергію. Сутність винаходу: хвильовий генератор містить опору, вертикальний циліндричний корпус з кришкою і днищем, в якому виконано хвилеприймальний отвір, зворотний клапан і перетворювач енергії хвиль у вигляді вертикального валу, жорстко з'єднаний з кришкою корпусу, у нижній частині бічної стінки якого виконані вертикальні тангенційно розташовані щілинні отвори. Новим є те, що конструкції є другий вертикальний циліндричний корпус, електрогенератор, хвилеприймальні отвори, причому другий вертикальний циліндричний корпус рухомо пов'язаний з першим корпусом за допомогою вертикального валу, жорстко з'єднаного з кришкою другого корпусу, і на валу жорстко посаджений магнітний кільцевий ротор електрогенератора, а статор жорстко з'єднаний з днищем першого корпусу, який пов'язаний з опорою, причому вертикальні тангенціально розташовані щілинні отвори другого корпусу спрямовані в протилежну сторону таким же отворам першого корпусу. 3 іл.

Винахід відноситься до гідроенергетики та може бути використане у всіх галузях народного господарства для створення додаткових джерел енергії. Відомий хвильовий двигун, що містить вертикальний корпус з хвилеприймаючим отвором, клапан і перетворювач енергії хвиль, де корпус виконаний циліндричним з кришкою і дном, хвилеприймальний отвір виконано в днищі, клапан виконаний зворотним і встановлений в отворі, перетворювач являє собою вертикальний вал і жорстко з'єднаний з кришкою корпусу, при цьому в нижній частині бічної стінки корпусу виконані вертикальні тангенціально розташовані щілинні отвори. Недоліком відомої конструкції є низький ККД. Технічним результатом винаходу є підвищення ККД. Технічний результат досягається тим, що у хвильовому генераторі, що містить вертикальний циліндричний корпус з кришкою і днищем, в якому виконано хвилеприймальний отвір, зворотний клапан і перетворювач енергії хвиль у вигляді вертикального валу, жорстко з'єднаний з кришкою корпусу, в нижній частині бічної стінки якого виконані вертикальні тангенціально розташовані щілинні отвори, який відрізняється тим, що додатково містить другий вертикальний циліндричний корпус, електричний генератор, опору, хвилеприймальні отвори, причому другий вертикальний циліндричний корпус рухомо пов'язаний з першим корпусом за допомогою вертикального валу, жорстко з'єднаного з кришкою другого корпусу, і на валу жорстко посаджений ротор генератора, а статор жорстко з'єднаний з днищем першого корпусу, який пов'язаний з опорою, причому вертикальні тангенціально розташовані щілинні отвори другого корпусу спрямовані у бік, протилежний таким же отворам першого корпусу. На фіг.1 зображено хвильовий генератор; на фіг.2 і 3 перший і другий відповідно циліндричні корпуси, розріз. Хвильовий генератор містить вертикальний циліндричний корпус 1 з кришкою і дном, в якому виконано хвилеприймальний отвір 2, зворотний клапан 3 і перетворювач енергії хвиль у вигляді вертикального валу 4, жорстко з'єднаний з кришкою корпусу, в нижній частині бічної стінки якого виконані вертикальні тангенціально розташовані щілинні 5. Основними відмітними ознакамиє другий вертикальний циліндричний корпус 6, електрогенератор 7, опора 8, хвилеприймальні отвори 9, причому другий вертикальний циліндричний корпус 6 рухомо пов'язаний з першим корпусом 1 за допомогою вертикального валу 10, жорстко з'єднаного з кришкою другого корпусу, і на валу 10 жорстко посаджений магнітний кільце 11 електрогенератора 7, а статор 12 жорстко з'єднаний з днищем першого корпусу 1, який пов'язаний з опорою 8, причому вертикальні тангенціально розташовані щілинні отвори 13 другого корпусу 6 спрямовані в бік, протилежну таким же отворам 5 першого корпусу 1. Хвильовий генератор та працює наступним чином. При збільшенні гідростатичного тиску зростає тиск і всередині вертикальних корпусів 1 і 6. Через зворотні клапани 3, встановлені в отворах хвилеприймальних 2 і 9 вода вливається в корпуси 1 і 6 і призводить до зменшення об'єму повітряних зазорів, які утворюються при установці генератора на глибину і знаходяться у верхніх частинах корпусів 1 і 6. Далі при спаді гідростатичного тиску під дією пружних сил стисненого повітря вода з реактивною силою викидається через тангенціально спрямовані щілинні отвори 5 і 13, що викликає обертальний рух корпусів 1 і 6, а отже, магнітного кільця і статора 12, причому вони обертаються в протилежні один від одного боку, оскільки. вертикальні тангенціально спрямовані щілинні отвори 5 і 13 корпусів 1 і 6 направлені протилежні сторони відносно один одного. При цьому магнітні силові лінії ротора 11, пронизуючи статорну обмотку 12, наводять в них ЕРС. Якщо обмотку статора замкнути через зовнішній ланцюг, то цього ланцюга, а також в обмотках статора 12 виникає струм.

формула винаходу

Хвильовий генератор, що містить опору, вертикальний циліндричний корпус з кришкою і днищем, в якому виконано хвилеприймальний отвір, зворотний клапан і перетворювач енергії хвиль, виконаний у вигляді вертикального валу, жорстко з'єднаного з кришкою корпусу, в нижній частині бічної стінки якого виконані вертикальні щілини тангенціально отвори, який відрізняється тим, що він забезпечений електричним генератором і другим вертикальним циліндричним корпусом з хвилеприймаючими і вертикальними тангенціально розташованими щілинними отворами, причому другий корпус рухомо пов'язаний з першим за допомогою додаткового вертикального валу, жорстко з'єднаного з кришкою другого корпусу, на додатковому валу жорстко закріплений ротор електричного генератора, статор якого з'єднаний з днищем першого корпусу, пов'язаного з опорою, при цьому щілинні отвори другого корпусу спрямовані у бік, протилежний щілинним отворам першого корпусу.

Рух океанських хвиль супроводжується виділенням фантастичних обсягів енергії. Однак людство поки що так і не навчилося ефективно переробляти цю енергію для своїх цілей. Одна з найуспішніших на даний момент спроб – хвильова електростанція Oceanlinx в акваторії міста Порт-Кембла, Австралія.

В даний час у світі проводяться випробування шести хвильових електростанцій. Електростанція Oceanlinx біля берегів Австралії була введена в експлуатацію ще в 2005 році, проте потім була демонтована для реконструкції і переобладнання, і тільки зараз знову запущена в дію.

Принцип роботи хвильової електростанції полягає в тому, що хвилі, що проходять через неї, поштовхами заповнюють водою спеціальну камеру, витісняючи що міститься в цій камері повітря. Стиснене повітря під тиском проходить через турбіну, обертаючи її лопаті. В результаті виробляється електрика.

Основним елементом, що визначає ефективність роботи хвильової електростанції, є турбіна. Через те, що напрямок руху хвиль та їхня сила постійно змінюються, звичайні турбіни для вироблення хвильової електроенергії непридатні. Тому на станції Oceanlinx використовується турбіна Denniss-Auld з регульованим кутом повороту лопатей.

Одна силова установка Oceanlinx має потужність (у піковому режимі) від 100 кВт до 1,5 МВт. Установка Порт-Кембла постачає в електромережу міста 450 кВт електрики.