Обновлено: 02.07.2024

Электростанции обычно работают на угле, газе или нефти. Однако это вылилось в стремительное уменьшение количества природных ресурсов. Поэтому ученые рассматривают альтернативные источники электричества, в том числе энергию волн океана.

Природа явления

Энергия волны – это возможность удовлетворить 20% энергетических потребностей населения Земли. При этом в основном сейчас развивают энергетику приливов.

Согласно оценкам ученых, из бегущей волны можно генерировать 2 ТВт энергии, что вдвое превышает общую выработку в мире. Океанские волны привлекательны тем, что их удельная мощность выше, чем у солнца и ветра. При 10-метровой волне этот показатель составит 2 МВт/пог. м.

Однако существуют ограничения. Использовать волновую энергию можно только при мощности 75-80 кВт на метр и высоте до 2 м. Такие показатели характерны для прибрежных зон на европейском западе, британском севере, тихоокеанских берегах Америки, Австралии и Новой Зеландии, Южной Африке.

Как работают волновые электростанции?

В основе работы ВЭС лежат преобразователи энергии волн из кинетической в электрическую. Такие устройства делятся на виды в зависимости от принципа действия и конструкции:

Почему это выгодно?

Энергия, переносимая волной, возобновляемая. К тому же она способна покрыть 20% потребности в электроэнергии. Так что развивать это направление выгодно во всех отношениях, ведь природные ресурсы истощаются, уголь, нефть и газ однажды закончатся. Атомная энергетика не сможет решить все проблемы. Да и потенциальная опасность тормозит развитие АЭС.

Преимущества и недостатки

Использование потенциальной энергии волны – альтернатива нефти, газу, углю. Однако есть и другие плюсы ВЭС:

• безопасная длительная работа без вреда экологии;
• защитная функция за счет гашения волн у портов и берегов;
• энергия стоячей океанской волны – возобновляемый ресурс;
• низкая себестоимость вырабатываемого электричества.

Однако есть и минусы таких станций:

• хотя волна океана переносит энергию, мощность большинства установок по ее выработке низкая;
• работа ВЭС нестабильная, зависит от погоды и климата;
• создается опасность для рыболовецких и иных судов.

Типы волновых электростанций

Принцип действия всех волновых электростанций в мире неизменный. Конструкторы лишь работают над изменением архитектуры камеры для достижения максимального сжатия воздуха внутри. Модернизированная камера позволяет изменять свой объем и геометрию, исходя из состояния акватории. Это позволило исключить перепады мощности ВЭС при снижении высоты волны и защитить оборудование от повышенных нагрузок и разрушения в период шторма.

ВЭС, работающие по принципу качения

Это поплавковые волновые электростанции на воде. Такие сооружения служат для использования энергии волн при поверхностном качении, речь идет об их способности раскачивать поплавки. Это преобразователи, отслеживающие волновой профиль.

Морские змеи

Такие поплавковые волновые электростанции представлены секциями. Они цилиндрической формы, соединяются шарнирами и стоят в воде полузатопленными.

Мощность одной такой станции – до 21 МВт, чего хватит, чтобы снабдить электричеством 15 000 домов.

Контурный плот Коккереля

В этом случае секции на шарнирах перемещаются относительно друг друга, а колебания принимают на себя насосы с генераторами. Плот из 3 секций вырабатывает до 2 000 кВт. Эффективность – до 45%, меньше, чем у утки Солтера. Однако конструкция плота напоминает судостроительную.

Утка Солтера

Энергия течений

Потенциальная энергия заложена в самых мощных океанских течениях. Сейчас удается получать энергию при скорости потока от 1 м/с, а мощность от 1 кв. м поперечного сечения потока – 1 кВт. Перспективным считается использование Гольфстрима, Куросио и Флоридского течения.

Кинетическая энергия волн в ВЭС

Объем кинетической энергии волн колоссальный. Так, на побережье Шотландии они выломали и сдвинули каменный блок весом 1350 т. От длины волны зависит мощность – так, когда она достигает 10 миль, за 10 сек. вырабатывается 35 000 л. с.

Использовать эту энергию можно двумя способами:

• прохождение волны через полую камеру для выталкивания воздуха, что приводит турбину в движение;
• направление в широкую трубу, где волна вращает лопасти турбины и запускает генератор.

Буй генератор

Такая конструкция представляет собой 42-метровый буй. Мощность одной станции – 150 кВт.

Буй фиксируется на дне якорями, а на поверхности удерживается 11-метровым поплавком, который перемещается вертикально вслед за колебанием вод и закрепляется на подвижном штоке. Последний – часть линейного генератора, при прохождении обмотки статора он генерирует электричество. Датчики позволяют вручную контролировать ход штока в зависимости от частоты, высоты и силы волн. На период сильного шторма шток автоматически блокируется, чтобы избежать аварии.

Волновые электростанции в мире

В Европе были запущены ВЭС Aguadoura Wave Farm и Mutriku Breakwater. Так, Aguçadoura Wave Farm появилась в Португалии в 2008 г и стала первым коммерческим проектом. В этой установке использовалась механическая энергия плоской волны. Ее мощность – 2,3 МВт, этого хватало, чтобы обеспечить электричеством 1 600 домохозяйств. Однако сейчас ВЭС не функционирует. Зато испанская Mutriku Breakwater на 300 кВт продолжает работу.

Первая промышленная ВЭС – австралийская Oceanlinx, которая появилась в 2005 г. Самой большой волновой электростанцией считается британская Wave Hub у полуострова Корнуэлла.

Действующие объекты

Поплавковые волновые электростанции мало распространены, в основном они представлены экспериментальными установками. На таких генераторах работает порядка 400 маяков и буев в мире. Однако крупных станций мало и большинство из них еще строятся.

Действующие поплавковые волновые электростанции есть в Европе. Это Wave Hub с 4 генераторами мощностью 150 кВт каждый, Mutriku Breakwater в Испании мощностью 450 кВт. Еще действует ВЭС в Австралии. Ее мощность 1 МВт, но потребители получают только 450 кВт электроэнергии.

Еще один объект – Oyster Шотландия, ВЭС в акватории Северного моря. Мощность станции – 600 кВт. Принцип работы заключается в том, что донный насос под воздействием волнового поплавка качает на берег воду, а она уже приводит лопасти в движение. Вырабатываемой энергии хватает для нескольких сотен домохозяйств.

Демонстрационные объекты

Голландская компания Waterstudio построила подводную стену с электрогенераторами на Гудзоне. Это пилотный демонстрационный проект, получивший название Parthenon. В этой установке применяется инновационный волнолом, состоящий из колонн, которые похожи на греческие. Каждая из них – турбина диаметром в 1 м, которую волны заставляют вращаться в обе стороны.

Американский Парфенон и проекты ВМС США пока носят только экспериментальный характер. Однако, по прогнозам ученых, запуск волновых электростанций позволит покрыть 28% потребности страны в электричестве. Планируется, что к 2020 г. ВМС США будут получать 50% электричества из альтернативных источников.

В Украине разработан типовой проект ВЭС мощностью 2 МВт для акватории Черного моря. Станция включает 4 модуля по 500 кВт каждый. Однако пока не известно, когда начнется реализация проекта.

Волновые электростанции в России

Россия имеет выход к морю, поэтому энергия морских волн может использоваться, так что интерес к этой сфере растет. Однако соответствующие установки только начинают появляться. Первая ВЭС появилась в Приморском крае в 2014 г. Ее плюс в том, что она универсальна, может преобразовывать как энергию волн, так и отливов с приливами.

Согласно текущему плану развития зеленой энергетики в РФ до 2020 г, альтернативные источники энергии должны составить 5% от общей выработки электричества в стране. В том числе предполагается развитие сети волновых электростанций. Такие установки позволят генерировать электричество экологически чистым способом и одновременно защитят прибрежную зону и местный порт от разрушительного воздействия волн.

Нетрадиционные и возобновляемые источники энергии

Плюсы и минусы приливных электростанций

Как сделать ветрогенератор своими руками в домашних условиях?

Использование энергии морских приливов и отливов

Геотермальные электростанции: плюсы и минусы выработки электроэнергии ГеоТЭС

Проект, известный под названием утка Солтера , представляет собой преобразователь волновой энергии. Рабочей конструкцией является поплавок ( утка ), профиль которого рассчитан по законам гидродинамики. В проекте предусматривается монтаж большого количества крупных поплавков, последовательно укрепленных на общем валу. Под действием волн поплавки приходят в движение и возвращаются в исходное положение силой собственного веса. При этом приводятся в действие насосы внутри вала, заполненного специально подготовленной водой. Через систему труб различного диаметра создается разность давления, приводящая в движение турбины, установленные между поплавками и поднятые над поверхностью моря. Вырабатываемая электроэнергия передается по подводному кабелю. Для более эффективного распределения нагрузок на валу следует устанавливать 20 – 30 поплавков.

В 1978 г. была испытана модель установки длиной 50 м, состоявшая из 20 поплавков диаметром 1 м. Выработанная мощность составили 10 кВт. Разработан проект более мощной установки из 20 – 30 поплавков диаметром 15 м, укрепленных на валу, длиной 1200 м. Предполагаемая мощность установки 45 тыс.кВт. Подобные системы установлены у западных берегов Британских островов, могут обеспечить потребности Великобритании в электроэнергии.

Большое внимание приобрела океанотермическая энергоконверсия (ОТЭК), т.е. получение электроэнергии за счет разности температур между поверхностными и засасываемыми насосом глубинными океанскими водами, например при использовании в замкнутом цикле турбины таких легкоиспаряющихся жидкостей как пропан, фреон или аммоний. В какой-то мере аналогичными, но как пока кажется, вероятно, более далекими представляются перспективы получения электроэнергии за счет различия между соленой и пресной, например морской и речной водой.

Уже немало инженерного искусства вложено в макеты генераторов электроэнергии, работающих за счет морского волнения, причем обсуждаются перспективы электростанций с мощностями на многие тысячи киловатт. Еще больше сулят гигантские турбины на таких интенсивных и стабильных океанских течениях, как Гольфстрим и Куросио, несущих соответственно 83 и 55 млн. куб.м/с воды со скоростью до 2 м/с, и Флоридского течения (30 млн. куб.м/с, скорость до 1,8 м/с). Cовременный уровень техники позволяет извлекать энергию течений при скорости потока более 1 м/с. При этом мощность от 1 кв.м поперечного сечения потока составляет около 1 кВт. Для океанской энергетики представляют интерес течения в проливах Гибралтарском, Ла-Манш, Курильских.

Волновая энергетика, по сути, служит альтернативой существующей гидроэнергетике. Ее особенность заключается в том, что происходит использование энергии волн, появляемых в морских просторах и в океане. Удельная мощность таких волн превосходит мощность энергии солнца и ветра, поэтому это является перспективным развитием источников энергии, являющихся постоянно возобновляемыми.

Как работают волновые электростанции

Образование такого явления как волны является результатом воздействия солнечных лучей. Они нагревают воздух, в результате чего происходит перемещение в пространстве. Перемещаемый воздух приходит в соприкосновение с водной поверхностью, результатом чего является возникновение волн.

Энергетическая емкость волны зависит от силы ветра, длительности его порывов и длины воздушного фронта. На мелководье величина энергоемкости каждой волны уменьшается вследствие трения о дно.

Волновые электростанции при их применении используют кинетическую энергию перемещающихся масс морской и океанской воды. Независимо от вариантов преобразования используется энергия движущихся морских волн или соответственно энергия движущихся волн океана.

История появления

Поскольку объем используемых до этого газа, нефти и угля значительно уменьшился, альтернативное получение энергии с помощью волновых электростанций стало весьма актуальной проблемой.

История появления волновых электростанций имеет несколько этапов:

Расположена она на расстоянии пяти километров от линии берега.

Устройство

Волновая электростанция независимо от ее типа имеет принцип работы, основанный на преобразовании кинетической энергии в электрическую. Принцип действия является одинаковым как для стационарных моделей, так и для плавучих.

Энергия волн, совершающих колебательные движения вверх-вниз, преобразуется в электрическую энергию.

Имеется несколько видов устройств станций:

В таком устройстве волны заполняют специальные камеры. Воздух в них сжимается. Создавая давление, имеющее избыточный характер. Под воздействием этого воздух поступает на турбину. Лопасти турбины начинают крутиться. Вращательное движение с помощью генератора вырабатывает электроэнергию.

В конструкции имеется несколько секций. На платформах между ними смонтированы поршни. Платформы являются подвижными. К поршню подсоединяется двигатель, имеющий гидравлический характер, приводящий во вращение электрический генератор.

На корпусе бетонного сооружения размещается площадка, на которую происходит накат волн. Они накапливаются в специальном резервуаре. Из него вода попадает на гидротурбину.

Во всех вариантах происходит использование энергии движущейся водяной массы. Существуют попытки изменить конструкцию камеры, чтобы воздух внутри нее был максимально сжат.

Почему это выгодно

Морские и океанические волны являются безграничным источником энергии, который постоянно возобновляется. Волновые электростанции расположены в природной среде, что позволяет использовать колоссальную энергию морей и океанов.

Типы волновых электростанций

Любые волновые электростанции имеют похожий принцип действия, при котором используется энергия волн. Некоторое различие имеют конструкции этих массивных сооружений.

ВЭС, работающие по принципу качения

Такие сооружения находятся на воде. Принцип качения предполагает работу, основанную на энергии, которая возникает при поверхностном покачивании волн. Они раскачивают преобразователи, выполненные в виде поплавков. Имеется несколько вариантов подобных конструкций.

Морские змеи

Они изготовлены в виде нескольких секций, каждая из которых имеет форму цилиндра. Между собой секции соединены шарнирами. Вся конструкция находится в полузатопленном состоянии.

При колебании волн змеевидная конструкция начинает изгибаться. Это приводит в движение гидравлические поршни, которые находятся в местах соединений. Вырабатываемый электрический ток на берег передается по кабелю, проложенному в месте, где находится дно водоема.

Контурный плот Коккереля

При этой конструкции осуществляется перемещение секций друг относительно друга при помощи шарниров. Колебания передаются насосам, на которых закреплены генераторы. Такая конструкция дает высокий эффект примения.

Утка Солтера

Подобное название получили волновые электростанции, которые состоят из большого количества поплавков. Все они расположены на одном валу. Чтобы работа давала необходимый эффект, таких поплавков должно быть порядка двадцать-тридцать.

Энергия течений

В течениях океанов и морей заложена огромная потенциальная энергия. Имеется возможность получать достаточно высокое значение энергии. В перспективе будет целесообразно использовать энергию таких течений, как Флоридское и Гольфстрим.

Кинетическая энергия волн в ВЭС

Кинетическая энергия, которой обладают волны в подобных сооружениях, является огромной. Ее использование может происходить различными способами.

Первый заключается в том, что волна проходит через полую камеру. При этом она вытесняет имеющийся внутри воздух. Турбина начинает вращаться.

При втором способе волна попадает в трубу, имеющую большой диаметр. Там она начинает приводить во вращение лопасти турбины, приводя в действие генератор.

Принцип обоих способов является одинаковым. Происходит использование энергии, которой обладает столб воды при его колебании. Скорость потока воздуха можно регулировать путем изменения диаметра проходного канала. Тогда даже неторопливо катящиеся волны смогут вращать турбины с большой частотой.

Буй генератор

Подобная конструкция представляет собой буй, имеющий высоту 42 метра. На дне водоема буй зафиксирован якорями, а на водной поверхности его удерживает длинный поплавок, колеблющийся в вертикальной плоскости вместе с колебаниями воды.

Поплавок, закрепленный на подвижном штоке, который служит частью линейного генератора, генерирующего энергию. Контроль хода штока, зависящий от высоты и силы волны, контролируется специальными датчиками. Этим обеспечивается оптимальное прохождение работы. Во избежания во время сильного шторма поломки происходит автоматическая блокировка штока.

Волновые электростанции в мире

Первая электростанция волнового типа была запущена в 1985 году в Норвегии. Мощность этого сооружения составляла 500 кВт.

Первой в мире станцией промышленного назначения, которая использовала для получения электрической энергии энергию волн, является Oceanlinx, находящаяся в Австралии.

Волновые электростанции в России

Интерес к этой области получения энергии новым способом в России растет, поскольку страна имеет выход к морю и имеется возможность использования энергии морских волн. Однако, волновые электростанции, существующие в России, стали появляться сравнительно недавно.

В 2014 году в Приморском крае появилась первая из них. Особенность ее заключается в том, что имеется возможность преобразовывать энергию, как самих волн, так и энергию приливов и отливов, что является универсальным.

По существующему плану альтернативные источники энергии вскоре должны составить 5% от общей энергетической выработки. В их число входят волновые электростанции. Еще одним преимуществом будет защита прибрежных зон от разрушительного действия набегающих на них волн.

Преимущества и недостатки волновой энергетики

На волновые электростанции сейчас приходится лишь один процент получаемой энергии, несмотря на то, что они обладают огромным потенциалом.

Такое ограничение в первую очередь связано с тем, что такая энергия является слишком дорогой, что экономически невыгодно. Киловатт энергии, полученный методом ВЭС, в несколько раз дороже, чем такое же количество энергии, которое было сгенерировано обычными способами.

Преимущества

К преимуществам использования волновой энергетики относятся:

1. Такие станции можно использовать в роли гасителей волн, что является защитой от разрушений берегов, а также сооружений, находящихся недалеко от берега.
2. Имеется возможность устанавливать волновые электрогенераторы, обладающие не слишком большой мощностью, на опорах мостов и причалах, что снижает негативное воздействие на них воды.
3. Волновая энергетика является более выгодной, чем ветровая, поскольку мощность ветра ниже, чем мощность волнения.
4. Для того, чтобы вырабатывалась электрическая энергия с помощью волн, не требуется углеводородного сырья, чьи запасы уже невелики.

Недостатки

К недостаткам использования волновой энергии относятся экологические соображения. Экологии может повредить покрытие значительной части водной поверхности преобразователями энергии волн. Дело в том, что волны играют немалую роль в газообмене воды и атмосферы, а также в освобождении водной поверхности от различных загрязнений.

Еще одним недостатком является то, что некоторые генераторы могут представлять опасность для нормального судоходства. Может произойти вытеснение рыбоводства из рыбопромышленных объектов и многие люди потеряют работу.

Потенциал использования энергетики волн

В современном мире потребление энергии характеризуется стремительным ростом. Помимо истощения природных ресурсов в виде нефти и газа, встает проблема возникновения неблагоприятной экологической обстановки. Поэтому популярность альтернативных источников энергии постоянно растет.

ВЭС относятся к возобновляемым источникам энергии. Их экономический потенциал не является таким уж большим, и составляет порядка 25%. Однако, за последние пятнадцать лет выработка электроэнергии на основе волновой энергетике является в Европе самым быстрорастущим сектором. Такими же быстрыми темпами происходит и развитие в мире.

Характерные особенности поверхностных волн на глубокой воде. Основы преобразования энергии волн. Преобразователи энергии волн. Колеблющийся водяной столб. Преимущества подводных устройств. Преимущества подводных устройств. Экология энергии океана.
Краткое сожержание материала:

Приливные и волновые электростанции

План

1. Основы преобразования энергии волн

Огромные количества энергии можно получить от морских волн. Мощность, переносимая волнами на глубокой воде, пропорциональна квадрату их амплитуды и периоду. Поэтому наибольший интерес представляют длиннопериодные (Т ? 10 с) большой амплитуды (а ? 2 м), позволяющие снимать с единицы длины гребня в среднем от 50 до 70 кВт/м.

Наибольшее число волновых энергетических устройств разрабатывается для извлечения энергии из волн на глубокой воде. Это наиболее общий тип волн, существующий при условии, что средняя глубина моря D превышает величину половины длины волны л / 2.

Поверхностные волны на глубокой воде имеют следующие основные характерные особенности:

волны являются неразрушающимися синусоидальными с нерегулярной длиной, фазой и направлением прихода;

движение каждой частицы жидкости в волне является круговым (в то время как изменяющиеся очертания волн свидетельствуют о распространении волнового движения, сами по себе частицы не связаны с этим движением и не перемещаются в его направлении);

амплитуда движения частиц жидкости экспоненциально уменьшается с глубиной.

существенно, что амплитуда волны а не зависит от ее длины л, скорости распространения c, периода T, а зависит лишь от характера предшествовавшего взаимодействия ветра с морской поверхностью.

В волнах на глубокой воде нет поступательного движения жидкости. В подповерхностном слое жидкости ее частицы совершают круговое движение с радиусом орбиты a, равным амплитуде волны (рис. 2). Высота волны H от вершины гребня до основания равна ее удвоенной амплитуде (Н = 2а). Угловая скорость движения частиц w измеряется в радианах в секунду. Изменение формы волновой поверхности таково, что наблюдается поступательное движение, хотя сама вода не перемещается в направлении распространения волны (слева направо). Это кажущееся перемещение есть результат наблюдения фаз смещения последовательно расположенных частиц жидкости; как только одна частица в гребне опускается, другая занимает ее место, обеспечивая сохранение формы гребня и распространение волнового движения вперед.

Рисунок 2. Характеристики волны

2. Преобразователи энергии волн

Преобразователи, отслеживающие профиль волны основаны на разработках профессора Эдинбургского университета Стефана Солтера, названной в честь создателя "утка Солтера". Техническое название такого преобразователя - колеблющееся крыло. Форма преобразователя обеспечивает максимальное извлечение мощности (рисунок 3).

Волны, поступающие слева, заставляют утку колебаться. Цилиндрическая форма противоположной поверхности обеспечивает отсутствие распространения волны направо при колебаниях утки вокруг оси. Мощность может быть снята с оси колебательной системы с таким расчетом, чтобы обеспечить минимум отражения энергии. Отражая и пропуская лишь незначительную часть энергии волн (примерно 5 %), это устройство обладает весьма высокой эффективностью преобразования в широком диапазоне частот возбуждающих колебаний (рисунок 4).

приливная волновая электростанция энергия

а - схема преобразования энергии волны; б - вариант конструкции преобразователя; 1 - плавучая платформа; 2 - цилиндрическая опора с размещенными в ней приводами и электрогенераторами; 3 - ассиметричный поплавок.

Рисунок 3. "Утка Солтера"

Рисунок 4. Эффективность "утки Солтера" (d=15 м, ось зафиксирована)

Первоначально Солтером был создан макет достаточно узкополосного по частоте устройства. В волновом бассейне оно поглощало до 90 % падающей энергии. Первые испытания в условиях, близких к морским, были проведены в мае 1977 г. на оз. Лох-Несс.50-метровая гирлянда из 20-метровых "уток" общей массой 16 т была спущена на воду и испытывалась в течение 4 месяцев при различных волновых условиях. В декабре того же года эта модель в 1/10 будущей величины океанского преобразователя была вновь спущена на воду и дала первый ток. В течение 3 мес. одного из самых суровых зимних периодов модель первой английской волновой электростанции работала с КПД около 50 %.

Дальнейшие разработки Солтера направлены на то, чтобы обеспечить утке способность противостоять ударам максимальных волн и создать заякоренную гирлянду преобразователей в виде достаточно гибкой линии. Предполагается, что характерный размер реальной утки будет равен примерно 0,1л, что для 100-метровых атлантических волн соответствует 10 м. Нить из уток протяженностью несколько километров предполагается установить в районе с наиболее интенсивным волнением западнее Гебридских островов. Мощность всей станции будет примерно 100 МВт.

Наиболее серьезными недостатками для "уток Солтера" оказались следующие: необходимость передачи медленного колебательного движения на привод генератора; необходимость снятия мощности с плавающего на значительной глубине устройства большой протяженности; вследствие высокой чувствительности системы к направлению волн необходимость отслеживать изменение их направления для получения высокого КПД преобразования; затруднения при сборке и монтаже из-за сложность формы поверхности "утки".

Другой вариант волнового преобразователя с качающимся элементом - контурный плот Коккерелла. Его модель также в 1/10 величины испытывалась в том же, что и "утка Солтера", году в проливе Солент вблизи г. Саутгемптона. Контурный плот - многозвенная система из шарнирно соединенных секций (рисунок 5). Как и "утка", он устанавливается перпендикулярно к фронту волны и отслеживает ее профиль.

1 - колеблющаяся секция; 2 - преобразователь; 3 - тяга; 4 - шарнир.

Рисунок 5. Вариант выполнения контурного плота Коккерелла

Детальные лабораторные испытания модели плота в масштабе 1/100 показали, что его эффективность составляет около 45 %. Это ниже, чем у "утки" Солтера (но плот привлекает другим достоинством: близость конструкции к традиционным судостроительным). Изготовление таких плотов не потребует создания новых промышленных предприятий и позволит поднять занятость в судостроительной промышленности.

3. Колеблющийся водяной столб

При набегании волны на частично погруженную полость, открытую под водой, столб жидкости в полости колеблется, вызывая изменения давления в газе над жидкостью. Полость может быть связана с атмосферой через турбину. Поток может регулироваться так, чтобы проходить через турбину в одном направлении, или может быть использована турбина Уэлса. Уже известны по крайней мере два примера коммерческого использования устройств на этом принципе - сигнальные буи, внедренные в Японии Масудой (рисунок 6) и в Великобритании сотрудниками Королевского университета Белфаста. Более крупное и впервые включенное в энергосеть устройство построено в Тофтестоллене (Норвегия) фирмой Kvaernor Brug A/S. Основной принцип действия колеблющегося столба показан на рисунке 7. В Тофтестоллене он используется в 500-киловаттной установке, построенной на краю отвесной скалы. Кроме того, национальная электрическая лаборатория (NEL) Великобритании предлагает конструкцию, устанавливаемую непосредственно на морском дне.

Главное преимущество устройств на принципе водяного колеблющегося столба состоит в том, что скорость воздуха перед турбиной может быть значительно увеличена за счет уменьшения проходного сечения канала. Это позволяет сочетать медленное волновое движение с высокочастотным вращением турбины. Кроме того, здесь создается возможность удалить генерирующее устройство из зоны непосредственного воздействия соленой морской воды.

1 - волновой подъем уровня; 2 - воздушный поток; 3 - турбина; 4 - выпуск воздуха; 5 - направление волны; 6 - опускание уровня; 7 - впуск воздуха

Рисунок 6. Схема установки, в которой используется принцип колеблющегося водного столба (разработана Национальной инженерной лабораторией NEL, Великобритания, размещается непосредственно на грунте, турбина приводится в действие потоком одного направления)

1 - корпус; 2 - электрогенератор; 3 - клапан; 4 - воздушная турбина.

Рисунок 7. Пневмобуй Масуды

4. Подводные устройства

Преимущества подводных устройств состоят в том, что эти устройства позволяют избежать штормового воздействия на преобразователи. Однако при их использовании увеличиваются трудности, связанные с извлечением энергии и обслуживанием.

Для примера можно рассмотреть преобразователь типа "бристольский цилиндр", относящийся к группе устройств, работающих под действием скоростного напора в волне.

Наполненный воздухом плавучий корпус (цилиндр.), имеющий среднюю плотность 0,6ч0,8 т/м 3 , закреплен под водой на опорах, установленных на грунте. Цилиндр.

Приливные электростанции
Понятие приливной электростанции, особенности принципов действия. Анализ работы российской приливной электростанции на примере Кислогубской электроста.

Приливные электростанции
Истощение топливных ресурсов. Энергетический кризис. Интерес к новым источникам энергии. Электростанция, преобразующая энергию морских приливов в элек.

Энергия океанических течений, волновые и приливные энергоустановки
Роль и место альтернативных источников энергии в современной энергетике. Причины, вызывающие движение водных масс в океанах. Объемы выработки электроэ.

Возобновляемые источники энергии
Системы преобразования энергии ветра, экологические и экономические аспекты ее использования. Характеристика и особенности применения волновых энергет.

Приливные океанические электростанции и их экологические проблемы
Влияние притяжения Луны и Солнца на периодические поднятия, опускания поверхности морей, океанов – приливы, отливы. Приливо-отливные течения в морях.

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

Устройство ВЭС, работающих по принципу качения

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

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

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

Преобразователи Pelamis

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

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

Контурный плот Коккереля

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

Кинетическая энергия волн в ВЭС

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

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

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

Плюсы волновых электростанций

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

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

Недостатки ВЭС

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

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

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

Читайте также:

  
• Реферат эмблема лыжного спорта фис и ее история
  
• Физическое воспитание детей с зпр реферат
  
• Старение и бессмертие реферат
  
• Реферат кенесары хан на русском
  
• Реферат поэзия чистого искусства фета