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.
Содержание:
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:
- в 1799 году во Франции был зарегистрирован патент на устройство, называемое волновой мельницей;
- с 1880 года были предприняты неоднократные попытки с целью получения электричества использовать энергию волн;
- впервые волновая электростанция была официально открыта в сентябре 2008 года в Португалии.
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:
- Принцип «осциллирующий водяной столб».
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.
- Принцип «колеблющееся тело».
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.
- Установка с «искусственным атоллом».
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.
Свою функциональную работу она начала в 2005 году. Через некоторое время ее реконструировали, а затем в 2009 году она вновь вернулась в рабочее состояние. Работа этой электростанции основана на принципе «осциллирующий водяной столб». Сейчас ее мощность составляет 450 кВт.
В 2008 году в Португалии начала свою работу первая коммерческая волновая электростанция. Ее принцип основывается на использовании механической энергии волн. Работа основана по принципу «колеблющееся тело». Мощность составляет 2,3 МВт. Имеется конструктивная возможность смонтировать дополнительные секции, увеличив тем самым ее мощность.
В Великобритании была выстроена волновая электростанция, считающаяся самой большой в мире. Она находится недалеко от полуострова Корнуэлла. В ней имеется четыре генератора, каждый из которых обладает мощностью 150 кВт. Принцип работы электростанции – «колеблющееся тело».
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:
- Такие станции можно использовать в роли гасителей волн, что является защитой от разрушений берегов, а также сооружений, находящихся недалеко от берега.
- Имеется возможность устанавливать волновые электрогенераторы, обладающие не слишком большой мощностью, на опорах мостов и причалах, что снижает негативное воздействие на них воды.
- Волновая энергетика является более выгодной, чем ветровая, поскольку мощность ветра ниже, чем мощность волнения.
- 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.
