Хвильова електростанція. Хвильова енергетика: приплив сил

Невелика передмова

Основна ідея пошуку альтернативних джерел енергії полягає у використанні ресурсів планети, які дає природа. Їх експлуатація, у свою чергу, не має негативного впливу на навколишнє середовище. Тому зараз вже існують хвильові електростанції, сонячні, вітряні, геотермальні і так далі.

Хвильова електростанція- Об'єкт, розташований у водному середовищі і використовує енергію хвиль. Звідси випливає, що такі ВДЕ будуються далеко не на будь-якій території. На даний момент у світі їх не так багато: у Португалії, Шотландії, Франції, Південній Кореї і так далі.

Переваги хвильових ГЕС

• Хвилювання світового океану – відновлюване джерело енергії.
• Перетворення енергії хвиль в електроенергію не супроводжується викидом чадного газу (СО), вуглекислоти (С02) та оксидів азоту та сірки, пилових забруднювачів та інших шкідливих відходів, що не забруднює грунт.
• Встановлення та експлуатація хвильової ГЕС щодо недорогі, якщо розробка такої станції, призначеної для того, щоб протистояти штормам, не стає технічно переускладненою.
• Великі хвильові ГЕС можуть виробляти величезну кількість електрики.
• Правильно розроблені хвильові ГЕС не надають шкідливого на морську флору і фауну.

Недоліки хвильових ГЕС

• Коли поверхня океану спокійна (штиль) чи майже спокійна, хвильова ГЕС неспроможна виробляти корисну енергію.
• Місця будівництва хвильових ГЕС потрібно ретельно підбирати, щоб мінімізувати вплив шуму від них. При цьому вони повинні розташовуватися саме в тих районах, де вітрові хвилі мають достатній потенціал для вироблення електроенергії.
• "Шторм століття" (hundred year storm) - сукупність штормових показників (постійна швидкість вітру, висота хвилі і т. д.), яка трапляється в даному районі раз на сто років, може зруйнувати хвильову ГЕС, а надмірне технічне її ускладнення з тим, щоб вона могла протистояти такому шторму, призведе до того, що витрати на її спорудження не окупляться.
• У деяких випадках хвильові ГЕС можуть становити небезпеку для навігації, якщо вони не позначені на картах. При спорудженні хвильової ГЕС може знадобитися встановлення бакенів або інших сигнальних індикаторів.

Незважаючи на зазначені недоліки, насправді напрям цей досить перспективний. Фахівці намагаються вдосконалити конструкції хвильових ГЕС, роблячи їх ще безпечнішими та функціональнішими. У цій статті буде описано одну з можливих конструкцій хвильової ГЕС, запропоновану Борисом Володимировичем Сільвестровим(boris_silves [email protected]). Опис запозичено з сайту http://dom-en.ru/.

Проект морської хвильової гідроелектростанції Сільвестрова Б.В.

У зв'язку з подіями, що хвилюють усіх нас на японських АЕС, стало очевидно, що мирний атом теж може принести чимало проблем. Все передбачити просто неможливо. Результат відомий. І водночас відмовитися від нарощування енергетичних потужностей неможливо. Саме тому хотів би ознайомити Вас із одним із способів отримання екологічно чистої енергії. Використовуючи цей метод, не потрібно освоювати будь-які нові технології. Все, що зібрано в цьому методі, вже використовується в різних галузях промисловості, втім як і технології ремонту монтажу та сервісного обслуговування. Потужності ж, які при цьому можна отримати, настільки величезні, що можуть перевершити традиційні джерела енергії. А ось собівартість виробленої електроенергії цілком може виявитися нижчою за традиційну.

Характеристики Морський Хвильовий Гідроелектростанції (МВГе):

• Потужність гідроелектростанції при хвилі в 1м - 3600 МВт
• Продуктивність однієї насосної секції – 9,085 м³/сек
• Загальна продуктивність усіх насосних секцій – 654,12 м³/сек
• Максимальний натиск - 326,4 м.
• Робочий тиск води на лопаті гідротурбіни – 28,64 атм.
• Загальна кількість гідроагрегатів - 12 по 300 мВт кожен
• Окупність станції – 3-4 роки.
• Гранична висота хвиль, що забезпечує роботу секції - 12м.

З повагою інженер-механік із Баку Сильвестрів Борис Володимирович.

Про необхідність альтернативних джерел енергії

Важко уявити сучасний світбез машин та механізмів, без опалювального житла, без багато того, що дарує людству прогрес. Але технічний прогресв сучасному суспільствіпородив найгострішу проблему-проблему зміни клімату на землі, і як наслідок у майбутньому, загибель багатьох живих організмів, зміни всього довкілля, всього живого.

За останні два століття використання вуглеводневого палива зросло багаторазово. Якщо раніше дрова, вугілля, торф, нафта спалювалися переважно для обігріву, то сьогодні левова частка вуглеводнів використовується у промислових процесах, а розвиток автомобільного транспорту та використання двигунів внутрішнього згоряння в кораблебудуванні, авіабудуванні та в залізничному транспорті породило величезний попит на рідке вуглеводневе паливо. Крім цього, котельні та теплові електростанції теж працюють на різних видахвуглеводневого палива.

Спалюючи це паливо, ми викидаємо в атмосферу мільярди кубометрів вуглекислого газу та інші шкідливі супутні гази, поступово змінюючи відсотковий стан газу в атмосфері, змінюючи клімат, вносячи зміни в екосистему землі. Мине тисячоліття, сторіччя, а може й кілька десятиліть, і цей процес стане катастрофічним.

Людство вже сьогодні має шукати інші джерела енергії на альтернативу вуглеводневому паливу. Звичайно, існує ядерна енергетика, існує гідроенергетика, але навіть ці види енергії мають негативні сторони і не можуть вирішити цю проблему. Будівництво гідроелектростанцій має на увазі спорудження гребель і затоплення величезних територій і, у свою чергу, порушує екосистему землі, а відходи від ядерної енергетики — найгостріша проблема сьогодення. Крім того, аварії в атомному енергетичному сегменті змусили задуматися про підвищену небезпеку ядерної енергетики.

Завдання проекту МВГе

Існують такі види енергії як сонячна, геотермальна, вітрова, але частка цих видів енергії в загальному енергетичному балансі дуже скромна через свою дорожнечу. Потрібне нове, екологічно чисте джерело енергії. Одним із таких джерел енергії міг би стати водень. При горінні водень виділяє достатню кількість енергії та є чудовим паливом. Автомобільний транспорт та й усі двигуни внутрішнього згоряння могли б працювати на водні, на вихлопі викидаючи в атмосферу лише пари води. Для обігріву житла в котельнях також можна було б використовувати водень.

Водень - ідеальне екологічно чисте паливо. Електроліз води є процесом отримання з неї водню та кисню, причому в такій кількості, скільки буде потрібно в подальшому, для спалювання отриманої кількості цих газів. Але на сьогоднішній день виробництво водню шляхом розкладання води дороге і потребує чимало електроенергії, яка, в свою чергу, знову-таки, в більшості випадків, виходить шляхом спалювання вуглеводнів. Для вирішення цього завдання необхідно багато дешевої екологічно чистої електроенергії. На вирішення вище описаної проблеми і направлений пропонований проект будівництва морських гідроелектростанцій, які не спалюють вуглеводні, а перетворюють енергію морських хвиль на електричну енергію.

Енергія морських хвиль, можна сказати, безмежна, і на сьогоднішній день завдання бачиться в тому, щоб найефективніше відібрати та перетворити цю енергію. Зробити її прийнятною для використання та поставити її на службу людству. Якраз про це і йтиметься в цій записці пояснення, де буде розглянуто спосіб відбору потужності у морських хвиль, зроблено розрахунки потужності на одиницю обладнання, прораховано загальну потужність обраної установки, проведено порівняльний аналізокупності будівництва подібних до потужності електростанцій.

Вибір місця для розташування морської гідроелектростанції

Потужні електричні морські станції можуть бути побудовані на морських платформах, аналогічно діючим нафтовидобувним платформам. Вони будуються на березі, а потім монтуються у відкритому морі. Подібні технології в нафтовидобуванні вже добре відпрацьовані і не становлять жодних труднощів.

Вибираючи місце будівництва морської гідроелектростанції, непогано було б мати статистичні дані щодо середньорічної амплітуди морських хвиль. Відомо, що морські хвилі значно втрачають свою енергію поблизу берегової лінії. І тому, доцільно встановлювати такі платформи на глибині 60-80 м, або на дрібніших глибинах, але близько розташованих до рельєфу дна, що різко знижується. Бажано встановлювати їх ближче до берегової лінії для полегшення транспортування виробленої електроенергії, хоча використовувати цю енергію в окремих випадках можна і безпосередньо в морі, максимально видаляючи шкідливі виробництва від місць компактного проживання людей. Можна будувати енергоємні виробництва у морі, як і з морських підставах.

Відмінність МВГе від традиційної гідроенергетики

В основі вироблення електроенергії лежить стандартне обладнання, звичайні гідрогенератори та гідротурбіни, що використовуються в гідроенергетиці. Новиною є те, що потужні поршневі гідронасоси перетворюють енергію хвиль у потенційну енергію води, а потім водоводами доставляють її до лопатей гідротурбін. Дані гідронасоси використовують принцип роботи двох діаметрально спрямованих сил, сили тяжкості та сили виштовхування води, яка визначається водотоннажністю понтонної частини даного гідронасосу. І що більше ці сили, то потужнішою буде енергоустановка. Ці сили, накладаючись на гребені та западини морських хвиль, виконують роботу у потужних поршневих насосах.

Оскільки конструкція даного гідронасоса за рахунок міцності і жорсткості самої платформи і жорстко пов'язаних з нею водоводів, що є в свою чергу основою нерухомих поршнів, дозволяє використовувати понтони водотоннажністю в сотні тонн, то можна досягти значної продуктивності секції гідронасоса. А за рахунок паритету цих двох сил можна досягти рівномірної роботи даної секції насоса в обох напрямках, при підйомі на гребінь хвилі та при спуску з нього.

Відмінність від традиційної гідроенергетики полягає в тому, що немає необхідності будувати греблі, накопичувати воду, затоплювати території і тим самим змінювати та порушувати екосистему землі. Платформа, де розміщується морська гідроелектростанція, займає зовсім незначну площу. Вода в необмежену кількість забирається з водного середовища, закачується насосами в гідротурбіни і знову скидається в море.

Екологічне вплив на довкілля мінімально. Площі, задіяні під цей технологічний процес, мінімальні. Наслідки можливих аварійних ситуацій незначні і зовсім не зіставні з можливими аваріями на гідроелектростанціях, а потужності, що отримуються, величезні. Ця енергія, як похідна сонячної енергії, вічна. Поки світитиме сонце, відбуватимуться атмосферні процеси, дутимуть вітри та розганятимуть морську хвилю. Тому використання цієї енергії таке привабливе.

Потужність звичайної гідроелектростанції безпосередньо залежить від водозбору і напору, тому обмежена, морська електростанція може бути побудована практично будь-якої потужності, оскільки морські простори не обмежені, потужність морської гідроелектростанції залежить тільки від її масштабності.

Нестача методу МВГе та рішення щодо його подолання

Моря та океани становлять дві третини поверхні землі. Більшість країн світу є морськими державами, і тому цей екологічно чистий метод отримання електроенергії може стати вельми актуальним для них і значно скоротити використання вуглеводнів у всьому світі. Окрім іншого, багато хто з цих країн не має свого вуглеводневого палива, а, маючи доступ до морських просторів, буде зацікавлений у будівництві запропонованих морських електростанцій. Екологічна чистота електроенергії, що виробляється цим методом, також важлива і приваблива у світлі гострих запитів сьогоднішнього дня.

Є лише один істотний недолік у запропонованому способі вироблення електроенергії - це період повної відсутності хвиль, тобто повний штиль на морі. Але це не таке часто і не таке тривале явище і якщо сьогодні будують вітряні електростанції, незважаючи на мінливий характер вітрів, і це вважається досить перспективним напрямом, то будівництво морських гідроелектростанцій буде виправданим через незрівнянно більшої потужностіта дешевшої електроенергії. А в майбутньому загальносвітова енергосистема, закільцьована по всьому світу, зніме цей недолік, оскільки одночасного штилю у всіх куточках планети просто не буває, а вироблений і накопичений водень дозволить у цей період виробити електроенергію на тепловій станції.

Аналоги морської, хвильової гідроелектростанції

Спроби використання енергії морських хвиль як джерела енергії робляться досить давно. Існує безліч розробок хвильових перетворювачів, частина з яких реалізується тією чи іншою мірою. Найбільш відомі проекти— поплавкова ГЕС, пліт Коккереля, «качка» Солтера, що гойдається, остелюючий водяний стовп, пульсуючий водяний стовп Массуди.

Найбільш близьким до цієї пропозиції є винахід британця Ельвіна Сміта, в основі ідеї якого лежить використання насосів для закачування води на якусь берегову гору і, в міру її накопичення, використання її, як у звичайних гідроелектростанціях. Здавалося, ідея та ж, але насоси, на відміну від даної пропозиції, мають іншу конструкцію і є поплавцевим варіантом, тобто є морськими буями, закріпленими на дно або ланцюгами або тросами.

По відношенню до даної пропозиції, ця пропозиція має низку істотних недоліків. Припливи та відливи, а також сама висота хвиль дуже ускладнюють правильну роботунасосів та вимагають складного механізму регулювання довжини ланцюга або троса. Установка буїв на якорях веде до їхнього неминучого дрейфу, закріплення ж їх до спеціальних бетонних блоків різко подорожчає цю конструкцію, вимагає невиправдано дорогих підводних і морських кранових робіт, а, найголовніше, ніякі троси і ланцюги не можуть витримати навантаження в сотні тонн, як це можливо у запропонованому варіанті.

Ще однією з вагомих негативних властивостей розглянутих аналогів є те, що об'єднання насосів у загальний водовід з використанням будь-яких гнучких сполук дуже важко. Немає таких надійних, недорогих, гнучких матеріалів, які могли б витримати тривалі змінні навантаження, як за тиском, так і значною зміною геометричних розмірів. Експлуатація таких насосів, сервісне обслуговування, а також ремонт, якщо й можливі, то дуже утруднені та економічно не обґрунтовані. В цілому ж, всі вище перелічені установки, а також їх різні варіації в незрівнянною мірою малопотужні, ніж пропонована в даному проекті конструкція.

Запропонована в роботі платформа, вирішує відразу всі питання розглянутого аналога. Але найголовніше, і найсуттєвіше це те, що пропоноване рішення в результаті видасть величезну потужність. Жорстка конструкція платформи, її величезна вага дозволяють використовувати поплавкові камери водотоннажністю в десятки і навіть сотні тонн, чого не можуть витримати ніякі ланцюги і троси, а установка під водою опорних блоків в сотні тонн для розглянутих аналогів, невиправдано дороге рішення.

У цьому проекті буде розглянута морська гідроелектростанція з конкретно заданими геометричними і технічними параметрами, хоча в принципі можна задати практично будь-якими вихідними даними. У загальних рисахрозглянуто питання її будівництва, експлуатації, ремонту та сервісного обслуговування, зроблено наближені економічні розрахунки, що обґрунтовують саме її існування, природно та будівництво.

Морська гідроелектростанція, схема якої показана на рис №1, представляє багатоярусну споруду.

Рис.1. Схема морської хвильової гідроелектростанції

Дана конструкція, базується на морському, опорному підставі 1, хоча можливі варіанти, коли гідротурбіни і гідрогенератори можуть розташовуватися на окремій підставі, що дозволить зменшити висоту підйому води до гідроагрегатів, і тим самим збільшити тиск води на лопатки гідротурбіни на 3 - 4 атм.

• 2- трубопровід скидання води, після відпрацювання в гідротурбіні.
• 3- гідротурбіну.
• 4-гідрогенератор.
• 5 високовольтний кабель транспортування виробленої електроенергії.
• 6- трансформатори.
• 7- вертолітний майданчик.
• 8-побутові приміщення.
• 9- РУ «распредустройства».
• 10 - кабель передачі виробленої електроенергії від генераторів до розподільчого пристрою.
• 11-генераторне відділення.
• 12-турбінне відділення.
• 13-компенсаційна колона.
• 14-водівник.
• 15-насосне відділення.
• 16 нерухомі поршні насосної секції.
• 17-насосна секція.
• 18-напрямна клітина.

Принцип роботи даної установки полягає в наступному: Насосна секція 17 разом з хвилею переміщається вгору і вниз усередині напрямної клітини 18 рис. №1, охоплюючи, нерухомий поршень 9 показаний на іншому малюнку,- на рис. №4 (окремо робота насосної секції буде описана нижче). Вода під тиском, водоводів 14 подається в компенсаційну колону 13, звідки потрапляє на лопатки гідротурбіни 3. Гідротурбіна пов'язана єдиним валом з гідрогенератором 4, ротор якого, обертаючись, виробляє електроенергію. Відпрацьована вода водоводом 2 скидається назад у море. Вироблена електроенергія по кабелю передачі 10 передається в распредустройства 9 і далі на трансформатор 6, звідки високовольтному кабелю 5, вона готова до передачі на найближчу до споживачів підстанцію.

План морської хвильової гідроелектростанції

У разі буде розглянуто багатоярусний варіант. Габарити надводної частини, обумовлені розмірами L*S, виберемо приблизно рівними 130х130м див. рис. №2. Нижній ярус є насосним відділенням. Саме ця частина проекту буде розглянута найбільш докладно, оскільки саме вона є пропонованим нововведенням у гідроенергобудуванні.

Мал. 2. План насосного відділення

Мал. 3. Фронтальний розріз насосного відділення

Цей ярус розташований на висоті 12 м. від поверхні моря і являє собою три самостійні зали габаритами L1*S довжиною близько 130 м і шириною 40 м. Висота насосних залів дорівнює 30 м, між кожними двома залами, є чотириметровий простір, показаний на кресленні розміром L2, призначене для розміщення водоводів, що подають воду на верхній ярус. Кожен із залів забезпечений мостовим краном вантажопідйомністю 250-300 т.

Крім того, у нижньому настилі кожного залу з торцевої сторони є відкриті отвори А*В, у розглянутому проекті дані розміри дорівнюють 25 м. на 16 м. обгороджені поручнями та службовці для швартування суден та можливості обслуговування мостовим краном. У кожному насосному залі з обох боків розміщуються по 12 насосних секцій. Загальна кількість насосних секцій у трьох залах дорівнює 72 шт. див. рис. №2, який є планом насосного відділення. Мостові крани дозволяють проводити монтаж та демонтаж насосних секцій та приєднаних до них водоводів, як при монтажі, так і при сервісному обслуговуванні та ремонті, крім того, з їх допомогою обслуговуються пришвартовані судна. Водоводи секцій прилеглих до зовнішніх стін конструкції розміщені на зовнішніх стінах даної конструкції.

На другому ярусі станції розташовані гідротурбінні зали, які також забезпечені мостовими кранами та ремонтними майданчиками. До надходження в гідротурбіну на водоводах розміщені компенсатори, що є резервуарами діаметром 5-6 м. і висотою 10-12 м. вхід і вихід води в які, розміщений в нижній частині резервуара. Сам апарат є резервуар великого тиску, частково заповнений повітрям, частково водою з зворотними клапанами на вході і виході і призначений для згладжування пульсуючого характеру подачі води.

На третьому ярусі розташований гідрогенераторний зал або кілька залів, також обладнаних мостовими кранами.

На четвертому ярусі розташований трансформаторний майданчик і зали з розподільними пристроями.

І, нарешті, на п'ятому ярусі розташовані побутові приміщення та ремонтні цехи.

На верхній точці розташований вертолітний майданчик.

Конструкція понтонної насосної секції

Тепер розглянемо конструкцію насосів. Понтонна, насосна секція є геометричну фігуру, в основі якої лежить квадрат зі сторонами F1, у нашому випадку рівними 7,5м * 7,5м і висотою N1 в даному варіантіця висота дорівнює 13м. У верхній частині цього понтона є розширена частина перетином F, розміри якої дорівнюють 8,5м * 8,5м, і заввишки 2м. дивись малюнок № 4, та рис №4а:

Мал. 4. Принцип дії морської хвильової гідроелектростанції

На малюнку №4:

• 1 водовод, що є стійкою нерухомого поршня.
• 2-роз'ємна втулка.
• 3- гумове кільце ущільнювача.
• 4- гумове кільце ущільнювача.
• 5 клапан приймання забортної води камери «А».
• 6 клапан затоплення при великих хвилях.
• 7 - опорні ролики.
• 8 нагнітальний клапан камери «А».
• 9- гумові ущільнення.
• 10 - нагнітальний клапан камери «В».
• 11 - внутрішньонні порожнини насосної секції.
• 12- клапан надходження забортної води камери «В».

Мал. 4а. Схема понтона у розрізі

Загальна висота понтона, позначена рис. №4а N, у даному проекті обрано рівною 15 м. Виготовлено понтонну секцію з корабельного заліза товщиною 15 мм. Усередині понтона є чотири циліндричні камери діаметром D (3 м) і висотою N1 (13 м), пов'язані із зовнішнім корпусом ребрами жорсткості див. рис №4а.

Конструкція опорного ролика та напрямної клітини

По зовнішнім сторонам понтона розташовані опорні ролики в кілька рядів по кожній стороні і кілька рядів по висоті. Приблизна конструкція опорного ролика показана на рис. №5.

Рис.5 Конструкція опорного ролика

У проекті розміри опорного ролика L=650, S=250, R=500, V=300, H=550. Дані ролики служать для обмеження переміщення насосної секції в просторі і дозволяють переміщатися тільки у вертикальному напрямку. Опорна, гумова поверхня ролика переміщається по внутрішньої поверхнішвелера №40, з яких виготовлена ​​напрямна клітина див. рис №6 і рис №7. У проекті розміри клітини H=20000 мм W=10000 мм L=7500 мм S=8386 мм див. рис№6.

У верхній частині понтона на рівні позначки 13 м у внутрішній частині і на рівні 15 м по зовнішній частині, є роз'ємні кришки дозволяють герметизувати внутрішню порожнину понтона, дані кришки охоплюють нерухомі труби водоводів і в процесі роботи разом з секцією переміщаються уздовж нерухомих водоводів. рис. №4.

У нижній частині понтона біля самого дна, а також у верхній частині на рівні позначки 13 м по всьому периметру розташовані приймальні клапани забортної води. Знизу верхньої, розширеної частини понтону розташовуються аварійні клапани, призначені для екстреного затоплення понтона, див. рис № 4 у разі надмірно великої амплітуди хвиль. В цьому випадку понтон заповнюється водою до втрати плавучості і повисає у підводному положенні на спрямовуючій решітці. Коли амплітуда хвиль знову увійде до розрахункових параметрів з понтона буде видавлена ​​вода за допомогою стисненого повітря, і він знову прийде в робочий стан. Гнучкий шланг високого тиску під'єднується до понтона і залишається таким при робочому положенні понтона.

Як вже було сказано, понтон переміщається всередині спрямовуючої решітки, показаної на рис №6 і рис №7. Грати є звичайною клітиною, звареною з потужних швелерів і привареною до днища морської основи. Виготовлені грати, ще на березі, разом із самою платформою, і для більшої жорсткості ряд, розташований по кожній стороні, є єдиним цілим. Усі секційні клітини, кожного ряду, пов'язані між собою та прикріплені до днища нижнього ярусу надводної частини морської основи. Частина напрямної решітки перебуває у повітрі, під нижнім ярусом, частина під водою. По краях бокових поверхонь надводної частини направляючих решіток розташовуються оглядові майданчики, обгороджені поручнями і сходи на верхній ярус.

Конструкція насосної секції та блоку водоводів

За місцем розташування кожної, насосної секції, жорстко, за допомогою болтових з'єднань, закріплено чотири водоводи, об'єднані в єдиний блок, див. рис №8.

Мал. 8. Водоводи в єдиному блоці

Згідно з цим малюнком, N=18500 мм M=9500 мм F=4000 мм. Даний блок водоводів, у свою чергу, є нерухомими поршнями і монтуються всередину насосної секції, а у верхній частині насосної секції вони охоплюються і герметизуються роз'ємними кришками. рис. №4.
Кожен даний водовід представляє високонапірну трубу діаметром 0,8 м. Товстостінні труби водоводів дозволяють витримувати значні змінні навантаження і довго працювати в режимі поперемінного стиснення і розтягування. У нижній частині кожного водоводу є потовщення діаметром близько 3 м. Воно те і є нерухомим поршнем, на якому є впускні і випускні клапани, а по бічних поверхнях є ущільнювальні канавки, заповнені щільною гумою круглого перерізу. Під час роботи ця гума ущільнювача додатково підтискається натиском води.

Мал. № 9. Конструкція насосної секції

• 1-водовід
• 2-циліндр насосної секції.
• 3-нагнітальний клапан камери «А»
• 4 гумові ущільнення.
• 5 нагнітальний клапан камери «В».

Зрозуміло, досягти повної герметизації по робочих камерах не вдасться, та вона і не потрібна, незначними протіканнями можна знехтувати, з камери «В» протікання можливі тільки через ущільнення в камеру «А», а вода, що незначно протікає з верхньої камери стиснення «А» , буде стікати назад у водоймище. Більшість вище описаної конструкції занурена у воду. Відразу ж зазначу, що конструкція даної насосної секції взята довільно, лише для того, щоб довести саму життєздатність цієї ідеї, не заперечую, що, напевно, існують більш оптимальні рішення даної конструкції.

Розрахунки продуктивності та потужності

Розрахунок роботи насосної секції

Оскільки енергія і робота це одне єдине поняття, а робота в даному випадку це витвір сили на переміщення, необхідно домогтися, щоб плавучість секції, і її загальна вага були б рівні, саме ці сили визначать продуктивність секції.

Зробимо розрахунок обсягу однієї секції що забезпечує плавучість цієї секції.

Об'єм однієї секції дорівнює:

Qнс = А * В * Н = 7,5 * 7,5 * 13 = 731,25 м³

Об'єм верхньої частини насосної секції дорівнює:

Qвчнс = - [1 * 0,5 * 8] * 2 = 136,5 м³

Таким чином сумарний обсяг насосної секції, без вирахування обсягу чотирьох робочих циліндрів дорівнюватиме:
Qнс = 731,25 м ³ + 136,5 м ³ = 867,75 м ³

Об'єм чотирьох робочих циліндрів дорівнює:

Qрц = πr²h * 4 = 3,14 * 1,5 ² * 13 * 4 = 367,38 м³

Таким чином, обсяг забезпечує плавучість робочої секції дорівнює: Qпл = 867,75 м ³ - 367,38 м ³ = 499,88 м ³

Зробимо розрахунок ваги всієї конструкції насосної секції, для чого вирахуємо об'єм металу, з якого виготовлена ​​дана секція, враховуючи, що насосна секція виготовлена ​​в основному з листового металу товщиною 15 мм.

Q = 7,5 * 7,5 * 0,015 + 7,5 * 4 * 13 * 0,015 + [8,5 + 2] * 4 * 2 * 0,015 + [8,5 * 8,5 -0,5 * 1 * 8] * 0,015 * 2 + 2 * 3,14 * 1,5 * 13 * 4 * 0,015 = 0,844 + 5,85 + 1,26 + 0,097 + 7,347 = 15,398 м³

Таким чином, з урахуванням ребер жорсткості, бічних роликів, клапанів прийому забортної води, приймемо загальний об'єм металу приблизно рівним 20 м³. Щоб знайти паритет між плавучістю та вагою частково заповнимо насосну секцію водою до стану рівності цих сил.

: 2 = 327,94 т

І так у подальших розрахунках приймемо зусилля, з яким працюватиме насосна секція, як при підйомі на гребінь хвилі, так і при спуску з неї 327,94 т. Округлено, — 328т

Розрахунок продуктивності та потужності насосної електростанції

Тепер розглянемо роботу окремо взятого робочого циліндра насосної секції, показаного на рис № 4. На цьому малюнку насосна секція разом з хвилею рухається вгору, що показано стрілкою. Принцип дії даного насоса полягає в наступному: перемістившись нагору, на хвилі дана насосна секція накопичує потенційну енергію. Камера А збільшується в обсязі і заповнюється водою через клапана забортної води 5 рис. №4. У момент, коли вся секція разом із хвилею почне опускатися в камері «А», створиться тиск. Приймальні клапани №5 забортної води закриються, а клапани нагнітання № 8 відкриються, і обсяг води, що знаходиться в камері «А», видавиться у водовід. При цьому в камері відбувається зворотний процес. Через відкриті клапани забортної води №12 відбувається заповнення водою камери "В". Нагнітальний клапан №10 камери "В" при цьому закритий. У міру підняття на гребінь хвилі такт стиснення і виштовхування води у водовід через клапан №10 відбувається в камері «В» і.т.д.

На рис №9 крупним планомпоказаний поршневий вузол, де 1 це водовід, за яким вода подається на верхній ярус, на якому розташоване гідротурбінне відділення. Водночас цей водовод є жорсткою стійкою поршневої системи. Оскільки в насосній секції в єдиному блоці чотири водоводи, то кожен з них несе поперемінну навантаження, як на стиск, так і на розтяг приблизно 82 т. [328 т: 4 = 82 т].

• 2 - циліндр насосної секції.
• 3 - клапана нагнітання камери "А".
• 4 - поршневі ущільнення, виконані з жорсткої гуми, такий, як та, що використовується в підшипниках на гідрогенераторах, крім того, ці гумові кільця постійно підтискуються тиском води всередині поршня.
• 5 - клапан нагнітання камери "В".

На малюнку №9 насосна секція разом з хвилею рухається вгору, що показано стрілкою, при цьому клапана №3 закриються, а клапана №5 відкриються, і водовод видавиться об'єм води з камери «В».

Зробимо деякі розрахунки що дозволяють судити про продуктивність цієї насосної секції. Отже, при хвилі в 1м тіло, що знаходиться на плаву, піднімається вгору на 0,5 м, а потім опускається на 0,5 м. нижче спокійного рівня води. Оскільки у водоводах створюватиметься протитиск, то хід поршня буде дещо меншим. Умовно виберемо таку висоту хвилі при якій загальний хід поршня дорівнюватиме 1м. Тоді обсяг води, витіснений у водовід один цикл з камери «А» дорівнює (див рис.9):

Va = ∏r1²h – Пr²2h

де: r1 -радіус циліндра насосної секції 1,5 м

r2 -радіус водоводу рівний 0,4м.

h – висота хвилі дорівнює 1 м-коду.

Va = 3,14 * 1,5? * 1 -3,14 * 0,4? * 1 = 7,065-0,5024 = 6,5626 м³

Тоді обсяг води витіснений у водовід з камери «В» дорівнюватиме:

Vв= ∏r1²h = 7,065 м³

Сумарний об'єм води камери "А" та камери "В" за один цикл дорівнює:

Vs = Va + Vв = 6,5626 +7,065 = 13,6276 м³

Так як в одній насосній секції чотири циліндри то сумарний об'єм дорівнюватиме:

Vнс = Vs * 4 = 13,6276 * 4 = 54,5104 м³

Періодичність морських хвиль дорівнює 5-6 сік. Приймемо період між хвилями, що дорівнює 6сек. Тоді продуктивність однієї секції за одну секунду дорівнюватиме:

Qнс= 54,5104:6 =9,085м³/сек.

Тоді загальна продуктивність 72 насосних секцій дорівнюватиме:

ΣQнс=9,085м³/сек * 72 =654,12 м³/сек

Вище в розрахунках було показано, що тиск у кожному циліндрі, як при підйомі на хвилю, так і при спуску разом з нею дорівнює 82 т. Оскільки, кожні два циліндри мають вихід у єдиний водовід, що має діаметр 0,8 м, то тиск у водоводі дорівнюватиме 164 т. Площа перетину водоводу дорівнює:

S = ∏r² = 3,14 * 0,4 ² = 0,5024 м ² = 5024 см ²

Таким чином, тиск на кожен квадратний сантиметр дорівнюватиме:

164000 кг: 5024 см ² = 32,64атм

Якщо врахувати, що гідротурбіни знаходяться на другому ярусі на висоті приблизно 40 м від рівня водойми, то втрата тиску на підйом води складе 4 атм, таким чином на лопатки гідротурбіни вода потрапить під тиском 28,64 атм. Але на відміну від гідроспоруд де напір води на лопатки гідротурбіни обумовлений висотою греблі в даному випадку поршневий насос працює і як гідропрес. Іншими словами при зменшенні діаметра перерізу водоводу тиск усередині нього зростає. І це можна використовувати під час вибору необхідного натиску. Існує формула розрахунку можливої ​​потужності, яка дорівнює:

Потужність [квт] = Натиск [м] * Витрата води [т/сек] * Прискорення вільного падіння [9,81 м/сек²] * ККД [0,6]

Таким чином, передбачувана потужність при хвилі в 1 м дорівнюватиме:

N = 286,4 м * 654,12 * 9,81 м/сек? * 0,6 = 1102683 квт = 1102,6 мВт

Висота внутрішньої камери насосної секції була прийнята рівною 13 м, тоді дані насосні секції можуть бути використані при висоті хвилі не більше 12 м. нормальної роботидостатньо хвилі в 1 м, вся зайва вода буде скинута у водойму.

Якщо хвилі будуть більше 12 м, то поршень [торкнувшись] відкриє спеціальний запобіжний клапан і затопить насосні секції, вони повиснуть у підводному положенні, кожна на своєму каркасі. Крім цього, як було сказано раніше, секція може бути затоплена за допомогою гнучкого штатного трубопроводу, що постійно під'єднаний до неї, і виведена з роботи при необхідності. Коли шторм припиниться і висота хвиль наблизиться до розрахункових параметрів, у насосні секції буде закачено певну кількість повітря і вони знову прийдуть у робочий стан.

Зробимо розрахунок можливої ​​максимальної потужності обраної станції при хвилі 5м.

Vа = 3,14 * 1,5? * 5 - 3,14 * 0,4? * 5 = 32,813м³

Vв=3,14*1,5²*5=35,325м³

Vs=Vа + Vв= 32,813м³ + 35,325м³ =68,138м³ *4 =272,552м³

За одну секунду продуктивність насосної секції при хвилі в 5м дорівнюватиме:

Qнс = 272,552м³: 6 =45,425м³/сек

ΣQнс=72*45,425м³=3270,6 м³/сек

Таким чином, передбачувана потужність при хвилі в 5м дорівнюватиме:

N = 286,4 м * 3270,6 м ³ / сек * 9,81 м / сек ² * 0,6 = 9189042 квт = 9189 МВт

Розрахунок окупності проекту МВГе

На Нурекской Г.Э.С., річці Вахш, що у горах Таджикистану, встановлені гидроагрегаты потужністю 300 мвт кожен. Висота греблі на даній Г.Е.С. дорівнює 300 м. Розрахунковий напір дорівнює 275 м. Сумарна витрата води на 9 гідроагрегатів дорівнює 450 м / сек. Витрата води на кожен агрегат дорівнює 50 м³/сек. Якщо прийняти ці дані за аналог, то в нашому випадку при натиску 286,4 м і сумарному витраті води 654,12 м?/сек можна задіяти на аналізованій морської електростанціїпри хвилі в 1м 13 гідроагрегатів загальною потужністю:

Nхвиля1м=ΣQнс:50м³/сек х 300Мвт =654,12 м³/сек:50м³/сек х300Мвт =3900Мвт/год

Відповідно при хвилі в 5м вироблена сумарна потужність дорівнюватиме:

Nволна5м=3270,6 м³/сек: 50 м³/сек * 300Мвт = 65*300 =19500Мвт

Та кількість води, яка обумовлена ​​продуктивністю 72 насосних секцій на хвилі 5 м, могла б задіяти 65 агрегатів, кожен потужністю по 300 МВт. Зрозуміло, що таку кількість гідроагрегатів встановити на заданій площі просто неможливо.

Приймемо умовно, що на платформі буде встановлено 12 таких агрегатів, по чотири агрегати в кожному з трьох машинних залів. Розміри кожного із залів, як було сказано на початку пояснювальної записки, дорівнюють 130м * 40 м. Приймемо, що середньорічна хвиля приблизно дорівнює 2,5 м (для нормальної завантаженості дванадцяти агрегатів достатньо хвилі близько 1м) і що вироблена енергія дорівнюватиме приблизно тому Що могли б виробити 12 агрегатів, працюючи безперервно протягом 10 місяців. Приймемо умовно, що два місяці на рік стоятиме повна штильова погода. Тоді сумарна електроенергія, вироблена за 10 місяців дванадцятьма агрегатами, дорівнюватиме:

ΣN10 = 300МВт * 12агрегатів * 24години * 300днів = 25920000 МВт

Вартість 1МВт дорівнює 60 манат (60: 0,8 = 75 $). Тоді за рік дана електростанція може виробити електроенергії на рівну суму:

25920000 * 60 = 1555200000 манат = 1944000000 $

Якщо врахувати, що вартість останньої встановленої на Каспійському морі нафтовидобувної платформи в 2008 році дорівнює 3,5 - 4 млрд. манат і якщо прийняти, що вартість даної електростанції обійдеться в 1,5 рази дорожче, то термін окупності даної електростанції приблизно буде дорівнює від 3 до 4 років.

Таким чином, термін окупності запропонованої морської електростанції набагато менше, ніж термін окупності аналогічних за потужністю гідроелектростанцій, побудованих на землі, крім пов'язаних із побудованими гідроспорудами небажаних екологічних наслідків.

МВГе - невичерпне джерело енергії з необмеженою потужністю

Якщо потужність гідроелектростанції на будь-якій річці обумовлена ​​можливістю водозбору, то у разі будівництва морської гідроелектростанції кількість необхідної води завжди буде в достатку, тому що площа розміщення гідроагрегатів завжди дозволить розмістити необхідна кількістьвисокопродуктивних насосних секцій Іншими словами, можна будувати електростанції абсолютно будь-якої необхідної потужності. А надлишок води та можливість домагатися досить великого тиску дозволить у майбутньому проектувати турбіни зі значно меншими габаритами.

Крім того, необмежена потужність даних станцій дозволить будувати опріснювальні установки у прибережних посушливих районах землі. А в перспективі розміщувати у морі енергоємні заводи. Зокрема, заводи з виробництва водню, який у свою чергу є найбільш екологічно чистим автомобільним паливом. Крім того, у перерахунку на малопотужні енергетичні установки[5 -10 МВт], подібні установки можуть бути використані при будівництві морських нафтовидобувних платформ, для забезпечення власних потреб, що також дозволить економити вуглеводневе паливо та не забруднювати атмосферу.

Монтаж та демонтаж

Залишилося розглянути ще один дуже суттєвий фактор – це монтаж та демонтажнасосних секцій як при загальному монтажі станції, так і при сервісному обслуговуванні. Складність полягає в тому, що роботу доведеться робити не тільки в штильову погоду, а це передбачає певні труднощі. Розіб'ємо виконання цієї роботи на окремі етапи.

Першим етапом встановлюються дві опорні балки над відкритим отвором у підлозі на місці розташування насосної секції, що монтується. Потім за допомогою мостового крана насосна секція опускається в отвір, кожен з роликів прямує своєю опорною поверхнею і секція встановлюється своєю верхньою, розширеною частиною на балки.

Другим етапом за допомогою мостового крана монтуються поршнева група з чотирьох жорстких водоводів і опускається всередину до установки на дно насосної секції.

Третім етапом монтуються внутрішні кришки, втулки та верхні кришки.

Четвертим етапом монтують спеціальний пристрій, що є опорною стійкою, що охоплює секційний отвір, висотою приблизно 4-5 м, з укріпленими на ній блочками на верхній площині, встановленими по обидва боки, і потужні дві лебідки, закріплені на підлозі по штатних місцях, вантажопідйомністю приблизно 600 т. кожна. На цьому ж етапі приєднуються до секції штатні, гнучкі, високонапірні шланги повітря та води. Шланг води необхідний для затоплення секції за потребою, а повітряний шланг, щоб витіснити частину води і надати секції плавучість.

На п'ятому етапі за допомогою лебідок секція разом з поршневими стійками піднімається і виводяться опорні балки.

Шостим етапом проводиться спуск насосної секції на своє робоче місцеза допомогою двох допоміжних лебідок, при цьому поршнева група застроплена на крані. У міру торкання секцією води, вона поетапно заповнюється водою для того, щоб позбавити її плавучості, але при цьому не перевантажити лебідки, що опускають. Спуск проводиться до тих пір, поки секція не повисне на решітці. Усе це здійснювалося у тому, щоб виключити негативний чинник впливу хвиль.

Сьомим етапом за допомогою крана остаточно монтується поршнева група. Відбувається приєднання до підлоги та з'єднання водоводів між собою. Після цього демонтуються допоміжні пристрої та закріплюються верхні кінці стропувальних тросів, за допомогою яких здійснювався спуск насосної секції. Вони приєднуються до натяжного механізму, що по конструкції нагадує механізм втягування звичайної рулетки. Нижні кінці залишаться приєднаними до насосної секції та у подальшій її роботі. Вони будуть використані надалі при демонтажі секції. Це робиться для того, щоб унеможливити ризик надалі, при стропуванні секції на хвилі. Для остаточної готовності секції до роботи з неї за допомогою повітря треба видавити певну кількість води.

Методика розрахунку параметрів МВГе за заданою потужністю

1. Задається потрібна потужність морської хвильової електростанції.

2. Під задану потужність підбирається серійно випускаються гідротурбіну і гідрогенератор, або кілька одиниць енергообладнання в сумі, що дають задану потужність.

3. За довідковими даними визначається необхідна кількість води (у м³/сек та напір, що вимірюється в метрах водяного стовпа) на одиницю обладнання.

5. Вибираються діаметр нерухомого водоводу та самого поршня.

6. Вибирається конструкція насосної секції, яка може складатися з одного поршня або парного блоку поршнів.

7. Залежно від глибини установки морської платформи і відповідно до цього максимально можливої ​​висоті хвилі в даному місці приймається максимальний хід поршня.

8. Залежно від максимального ходу поршня приймаються габаритні розміри понтонної частини насосної секції.

9. За габаритними розмірами рухомої камери насосної секції (за винятком обсягів поршневих камер «А» та «В» обчислюється плавучість (водотоннажність) насосної секції.

10. Обчислюється вага понтонної камери виходячи з геометричних розмірів самої камери та товщини матеріалу, з якого вона виготовлена.

11. За допомогою часткового затоплення понтонної камери вибирається паритет сил (ваги понтона у сумі з водою всередині нього та плавучістю).

12. Обчислюються об'єми води робочих камер "А" і "В" при заданому переміщенні понтонної камери щодо нерухомого поршня.

13. З періодичності хвиль, у районі установки морської платформи, обчислюється продуктивність однієї насосної секції за секунду.

14. Підбирається необхідна мінімальна кількість насосних секцій, що забезпечують роботу гідроустановки при заданій висоті хвилі.

15. З урахуванням симетричного, рівномірного розташування насосних секцій по всій площі морської платформи (у даному випадку кількість насосних секцій може виявитися більшою за розрахункове число) вибираються геометричні розміри самої платформи. В разі більшої кількостінасосних секцій, задана потужність буде досягнута за більш низьких хвиль, ніж розрахункова їх висота.

16. Виходячи з того, що дана конструкція насосних секцій одночасно може розглядатися як поршневий насос і як гідропрес, і, знаючи діаметр поршня і діаметр трубопроводу підведення води до лопаток гідротурбіни, можна розрахувати тиск води в момент попадання її на ці лопатки.

17. Методом підбору перерізу водоводу у місці попадання води на лопатки гідротурбіни доводимо натиск до необхідних параметрів.

18. Вся зайва вода за відсутності резервного гідрообладнання скидається назад у водойму. За наявності такого обладнання воно може бути задіяне, так само і при хвилі вище за розрахункову. Але у всіх випадках відпрацьована і зайва вода скидається у водойму.

Ряд питань, які потребують експериментальної перевірки

Залишається ще ряд питань, відповіді на які можна отримати тільки експериментальним шляхом.

Це, як поводитиметься вся конструкція при тривалих змінних, багатотонних навантаженнях на основу нижнього ярусу.

Це, як працюватимуть ущільнення на стирання, зазнаючи багатотонних навантажень, який матеріал найбільш оптимальний для цих ущільнень.

Це, які стропа треба буде вибрати, і з якого матеріалу вони будуть виготовлені, враховуючи, що вони постійно будуть в контакті з морською водою.

Це як зробити так, щоб ці стропа були натягнутими при роботі насосної секції.

Це, як будуть вести себе лопатки гідротурбіни, працюючи в морському агресивному середовищі, зазнаючи пульсуючих навантажень, і, напевно, ще чимало інших питань, але з усім цим можна буде працювати тоді, коли буде вирішено головне питання— чи є у запропонованому проекті перспектива його використання та розвитку.

В даний час знаходять практичне застосуванняустановки з використання енергії хвиль у морях і океанах, сумарна потужність яких за різними методиками оцінюється більш ніж у 100 млрд. кВт.

При середній висоті хвиль у Світовому океані 2,5 м і періоді 8 питомий потік енергії, що припадає на 1 м фронту хвилі, становить 75 кВт/м. Питома енергія вітрових хвиль, наприклад, у морях країн СНД (кВт/м): Азовське – 3, Чорне – 6–8, Каспійське – 7–11, Охотське – 12–20, Берингове – 15–44, Баренцово – 22– 29, Японське - 21-31, а сумарна потужність хвиль, що набігають на узбережжя (у межах СНД), становить (млн.кВт): на Чорному морі - 14,7; Каспійському 67,5; Баренцевому – 56, Охотському – 129.

До позитивних факторів хвильової енергіївідносяться значний сумарний потенціал, збільшення потужності в осінньо-зимовий період, коли зростає споживання електроенергії, а до недоліків – її уривчастість.

У різних країнахексплуатується велика кількість навігаційних буїв, що використовують енергію хвиль. У 1985 р. в Норвегії було введено в дію та підключено до енергосистеми дві перші у світі дослідно-промислові хвильові електростанції.

Хвильові гідроенергетичні установки складаються з трьох основних частин – робочого тіла (або водоприймача), силового перетворювача з генератором електроенергії та системи кріплення.

Робоче тіло (тверде, рідке або газоподібне), безпосередньо контактуючи з водою, переміщається під дією хвиль або змінює тим чи іншим чином умови для їх поширення. Як робоче тіло можуть використовуватися поплавці, хвилеприймальні камери, еластичні труби, хвилевідбійні споруди та інші.

Силовий перетворювач призначений для перетворення енергії, запасеної робочим тілом (механічної енергії руху твердого тіла, перепаду рівнів води в басейнах, тиску повітря або рідини), енергію, придатну для передачі на відстань або для безпосереднього використання. Як силові перетворювачі можуть застосовуватися гідравлічні та повітряні турбіни, водяні колеса, зубчасті або ланцюгові передачі та інші пристрої.

Система кріплення забезпечує утримання дома хвильової установки.

Різні типи хвильових установок відрізняються тією складовою енергії вітрових хвиль (різновидом кінетичної чи потенційної енергії), яку робоче тіло установки перетворює на інший вид енергії.

Однією з найефективніших вважається пневматична хвильова електростанція (рис. 2.28). Основною частиною такої установки є камера, нижня відкрита частина якої занурена під найнижчий рівеньводи (ложину хвилі). При піднятті та опусканні рівня води в морі в камері відбувається циклічний стиск та розширення повітря, рух якого через систему клапанів приводить у обертання повітряну турбіну. Така система широко застосовується у світі для живлення електроенергією навігаційних буїв.

Одна з перших у світі хвильових електростанцій потужністю близько 500 кВт в Норвегії також є пневматичним хвильовим встановленням, основною частиною якої є камера з нижньою відкритою частиною, зануреною під нижчий рівень поверхні води.

Друга з двох перших у світі хвильових електростанцій потужністю 450 кВт в Норвегії, що використовує ефект набігання хвилі на пологу звужувальну поверхню (конфузорний укіс), включає розташований у фьорді канал довжиною 147 м, що звужується, з турбінним водоприймачем, розташованим на 3 м вище середнього рівня моря. Установки такого типу, розташовані на березі, мають переваги перед іншими типами хвильових установок, за винятком труднощів, пов'язаних з їх обслуговуванням та ремонтом.

Одна з найуспішніших на даний момент спроб ефективно переробляти енергію океанських хвиль – хвильова електростанція Oceanlinx в акваторії міста Порт-Кембл (Австралія). Вона була введена в експлуатацію ще в 2005 році, потім була демонтована для реконструкції та переобладнання та лише на початку 2009 р. знову запущена в дію.

Принцип її роботи полягає в тому, що хвилі, що проходять через неї, поштовхами заповнюють водою спеціальну камеру, витісняючи повітря, що міститься в цій камері. Стиснене повітря під тиском проходить через турбіну, обертаючи її лопаті. Через те, що напрямок руху хвиль та їхня сила постійно змінюються, на станції «Oceanlinx» використовується турбіна Denniss-Auld c регульованим кутом повороту лопатей. Одна силова установкастанції «Oceanlinx» має потужність (у піковому режимі) від 100 кВт до 1,5 МВт. Установка Порт-Кембла постачає в електромережу міста 450 кВт електрики.

У вересні 2008 року в містечку Агусадор (Португалія) для забезпечення місцевих жителів електроенергією було введено в дію комерційну хвильову електростанцію. Проект був створений англійською компанією Pelamis Wave Power, що давно експериментує з енергією океанів. Поки що на станції працюють лише три перетворювачі хвильової енергії – змієподібні пристрої, наполовину занурені у воду. Діаметр кожного перетворювача – 3.5 метри, довжина – 140 метрів. Саме вони конвертують силу хвиль на електрику.

Принцип дії перетворювачів простий: хвилі піднімають і опускають їх секції, а внутрішня гідравлічна система чинить опір руху, на основі чого виробляється електрика, яка по кабелях передається на берег.

Наразі потужність станції 2,25 МВт. Через якийсь час буде додано ще 25 перетворювачів, і тоді потужність станції зросте до 21 МВт, що достатньо для постачання 15 тис. будинків.

Хвилі світу можуть генерувати 2 терават енергії, що приблизно в 2 рази перевищує обсяг всієї виробленої електроенергії. Природно, кількість енергії, що виробляється, залежить від сили хвиль, яка, як відомо, непостійна в часі. Але ресурс, який використовується хвильовою електростанцією, абсолютно відновлюваний.

. Місця з найбільшим потенціалом для хвильової енергетики. Західне побережжяЄвропи, північне узбережжя Великобританії та Тихоокеанське узбережжя Північної, Південної Америки, Австралії та Нової Зеландії, а також узбережжя Південної Африки [ ] .

Історія

Перша хвильова електростанція

Перша хвильова електростанція розташована в районі Агусадора, Португалія, на відстані 5 кілометрів від берега. Була офіційно відкрита 23 вересня 2008 португальським міністром економіки. Потужність цієї електростанції становить 2,25 МВт, цього вистачає для забезпечення електроенергією приблизно 1600 будинків. Спочатку передбачалося, що станція увійде в експлуатацію в 2006 році, але розгортання електростанції відбулося на 2 роки пізніше за планований термін. Проект електростанції належить шотландській компанії Pelamis Wave Power, яка у 2005 році уклала контракт із португальською енергетичною компанією Enersis на будівництво хвильової електростанції у Португалії. Вартість контракту становила 8 мільйонів євро.

Параметри електростанції

Електростанція складається з 3 пристроїв під назвою Pelamis P-750. (англ.)російська.. Це великі плаваючі об'єкти змієподібного типу, розмір кожного:

Потужність одного такого конвертера складає 750 кВт. Питомі характеристики: потужність 1 кВт/тонну та 650 Вт на м³ конструкції. На електрику перетворюється приблизно 1% енергії хвилювання. [ ]

Пристрій та принцип дії

Pelamis P-750 складається з секцій, між секціями закріплені гідравлічні поршні. Усередині кожної секції також є гідравлічні двигуни та електрогенератори. Під впливом хвиль конвертери гойдаються на поверхні води, і це змушує їх згинатися, за що конструкції стали називати морськими зміями (sea-snake). Рух цих сполук приводить у роботу гідравлічні поршні, які, у свою чергу, надають руху масло. Олія проходить через гідравлічні двигуни. Ці гідравлічні двигуни надають руху електричні генератори, які виробляють електроенергію.

Перспективи

Надалі планується додати до трьох існуючих конвертерів ще 25, що збільшить потужність електростанції з 2,25 МВт до 21 МВт. Такої потужності вистачить для забезпечення електроенергією 15 000 будинків та знизить викиди вуглекислого газу на 60 000 тонн на рік.

Російські розробки

На території Москви може бути розпочато будівництво виробничого науково-дослідного підприємства, яке розроблятиме модуль поплавкової хвильової електростанції. Інвестор планує будівництво дослідно-промислового підприємства, що включає виробничу науково-дослідну лабораторію.

Інші хвильові електростанції, що експлуатуються і будуються.

Переваги та недоліки хвильової енергетики

Існує проблема, пов'язана з тим, що при створенні хвильових електростанцій штормові хвилі гнуть і зминають навіть сталеві лопаті водяних турбін. Тому доводиться застосовувати методи штучного зниження потужності, що відбирається від хвиль.

Переваги

• Хвильові електростанції можуть виконувати роль хвилегасників, захищаючи порти, гавані та береги від руйнування.
• Маломощние хвильові електрогенератори деяких типів можуть встановлюватися на стінках причалів, опорах мостів, зменшуючи вплив хвиль на них.
• Оскільки питома потужність хвилювання на 1-2 порядку перевищує питому потужність вітру, хвильова енергетика може бути вигіднішою, ніж

Вашій увазі представляється схема генератора хвиль Шуманана основі універсального таймера NE 555. Конструкція генератора проста і особливих налаштувань не потребує. Особливістю схеми є біфілярна котушка, виконана друкованим способом.

Зі сторінок Вікіпедії про резонанс Шумана називається явище освіти стоячих електромагнітних хвильнизьких і наднизьких частот між поверхнею Землі та іоносферою.

Це глобальне явище електромагнітного резонансу названо на честь фізика Вінфріда Отто Шумана, який передбачив це математично в 1952 році. Резонанс Шуман відбувається тому, що простір між поверхнею Землі та іоносферою діє як замкнутий хвилевод-резонатор для низьких і наднизьких частотхвиль низьких. Вважається, що розряди блискавки є первинним природним джереломзбудження резонансу Шумана. Найбільш чітко спостерігаються піки на частотах приблизно 8, 14, 20, 26, 32 Гц.Основна частота резонансу Шумана – 7,83 Гц.

На даний момент у продажу є безліч пристроїв, що генерують частоти резонансу Шумана. Вважається, що хвилі Шумана сприятливо впливають на організм людиниhttp://udalov-boris.narod2.ru/volni_shumana_i_mozg/ , а також цей генератор використовує народ як додаткову «примочку» до своїх музичних систем для посилення сприйняття музичного твору. Як висловився один друг, "допомагає легше бути втягнутим у музику", але в цьому випадку необхідно поекспериментувати з розташуванням девайсу.

Рис.1 Схема генератора

Налаштування частоти виконується елементами R 1, R 2, C 1. Краще використовувати підстроювальний резистор R 2 номіналом 100К. За його допомогою виставляється частота 7,83 Гц. Резистор R3- струмообмежуючий.

Рис.2 Друкована плата пристрою

У нижній правій частині Рис.2 розведення схеми живлення на стабілітроні 7805.

Рис.3 Загальний вигляд

Рис.4 Пристрій у зборі

Сьогодні головними джерелами енергії є вуглеводнева сировина – нафта, вугілля, газ. Як показують дослідження, вугільних покладів за нинішніх темпів видобутку буде достатньо ще на 4 століття, а поклади нафти та газу вичерпаються через 4 десятки та 6 десятків років відповідно.

Подібне швидке скорочення кількості корисних копалин потребує пошуку інших методів видобутку енергії. Найбільш перспективним видом є такий вид гідроенергетики як хвильова.

Єдина структура станцій хвильової енергетики

Станція хвильової енергетики - це будова, що знаходиться на воді, здатна за рахунок хвиль виробляти електричну енергію. При їх зведенні необхідно зважати на дві обставини:

Енергія руху хвиль. Хвилі, що прямують у колектор значного кола, змушують обертатися лопаті турбін, що приводять у робочий стан генератор. Існує й інший спосіб - хвиля рухається крізь відкриту ємність, витісняючи стиснене повітря, змушує двигун працювати.

Енергія поверхневого кочення. Тут отримання електроенергії відбувається завдяки перетворювачам - поплавкам, які стежать за напрямом хвилі, перебуваючи на поверхні води.

Існують такі типи подібних поплавців:

Качка "Солтера" - має на увазі величезну кількість поплавців, які встановлені на одному валу. Для більшої результативності цього виду поплавця необхідно прикріпити на вал їх до 30 штук.

Пліт Коккереля є будовою з 4 осередків, що мають з'єднання за допомогою шарнір, які рухаються через силу хвиль і змушують працювати гідроциліндричні пристрої, що забезпечують діяльність генераторів.

Перетворювачі Pelamis навіюються ще морськими зміями, сегменти у вигляді циліндрів з'єднуються шарнірним способом і під дією віл створена змія згинається, змушуючи працювати гідравлічні поршні.

Переваги та недоліки гідроенергетики хвиль

Сьогодні всього лише 1% електричної енергії, що добувається гідроенергетикихвиль, та їх ресурси величезні. Незначне застосування станцій хвильової енергетики пояснюється дорогою на виході енергією.

Мінусами застосування станцій хвильової енергетики є певні умови:

Екологічні. Величезна кількість перетворювачів хвиль здатне завдати шкоди екологічній системі, тому що хвилі значно впливають на газообмін океану та атмосфери, на очищення поверхні води від засмічень.

Соціально-економічні. Певні види генераторів, що використовуються в гідроенергетиці хвиль, можуть завдати шкоди судноплавству. Що вплине на роботу рибалок, яким доведеться залишити великі рибопромислові місця.

Проте хвильові електростанції крім мінусів мають і низку певних переваг:

1. станції можуть виступати як хвилегасники, а значить, здатні захистити береги від розломів та обвалів;
2. можна розташувати хвильові електрогенератори невеликої потужності на конструкціях мостів, причалів, скорочуючи дію ними;
3. значну перевагу перед вітровою енергетикою;
4. електроенергія одержувана завдяки морським хвиль не завитий і не потребує вуглеводневої сировини, поклади яких значно скорочуються.

Найважливішою метою творців станцій хвильової енергетики є модернізація його спорудження в такий спосіб, щоб відчутно скоротити собівартість виробленої електрики.

Територіальне будівництво хвильових електростанцій

Зведення хвильових електростанцій малих потужностей використовується для живлення електроенергією невеликих об'єктів:

Побудов по береговій лінії;

Малих селищ;

Незалежних маяків, буїв;

Наукових та дослідницьких пристроїв;

Букові установки.

Португалія

У районі Агусадора у 2008 році відбулася значна подія у гідроенергетиці – вперше розпочала свою роботу хвилева електростанція з потужністю 2,25 МВт. Розробкою займалася компанія Pelamis Wave із Шотландії, яка підписала з Португалією договір на 8 млн. євро.

На даний момент на станції працюють 3 перетворювачі за типом змії, які на половину знаходяться у воді. Одна «змія» має довжину 120 метрів, а важить 750 тонн. Сама станція розташовується за 5 км від берегової лінії, на неї кабелями надходить електрика. На станції проводяться роботи, що сприяють зростанню потужності цієї хвильової станції до 21 МВт, у планах встановити 25 додаткових перетворювачів, що дозволить забезпечити електрику 15 тисяч будинків.

Норвегія

Поява хвильових станцій для промислових цілей зафіксовано 85-го року XX століття Норвегії.

Ця станція – повітряна хвильова споруда, що має потужність до 500 кВт. Її опускають на найнижчий шар поверхні води.