Волновая энергетика что такое, как работает и каков потенциал

Природа явления

Энергия волн – это возможность удовлетворить 20% энергетических потребностей населения мира. В то же время сейчас в основном осваивается приливная энергетика.

По мнению исследователей, бегущей волной может быть получено 2 ТВт энергии, что в два раза превышает общую генерацию 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/п.м.

Однако существуют ограничения. Энергию волн можно использовать только при мощности 75-80 кВт на метр и высоте до 2 м. Такие показатели характерны для прибрежных зон Европейского Запада, Британского Севера, тихоокеанского побережья Америки, Австралии и Новой Зеландия и Южная Африка.

Как работают волновые электростанции

Образование такого явления, как волны, является результатом воздействия солнечных лучей. Они нагревают воздух, в результате чего в помещении происходит движение. Переносимый воздух соприкасается с поверхностью воды, в результате чего образуются волны.

Энергоемкость волны зависит от силы ветра, продолжительности порывов и длины воздушного фронта. На мелководье энергоемкость каждой волны уменьшается из-за трения о дно.

В своем применении волновые электростанции используют кинетическую энергию движущихся масс морской и океанской воды. Независимо от вариантов преобразования используется энергия движущихся океанских волн или энергия движущихся волн в океане.

История появления

Поскольку объемы газа, нефти и угля, используемых в прошлом, значительно сократились, производство альтернативной энергии с использованием волновых электростанций стало очень актуальной проблемой.

История возникновения волновых электростанций имеет несколько этапов:

• в 1799 г во Франции был зарегистрирован патент на устройство, называемое волновой мельницей;
• с 1880 г предпринимались неоднократные попытки использовать энергию волн для получения электричества;
• электростанция первой волны была официально открыта в сентябре 2008 года в Португалии.

Он расположен на расстоянии пяти километров от побережья.

Устройство

Волновая электростанция независимо от типа имеет принцип работы, основанный на преобразовании кинетической энергии в электрическую. Принцип работы одинаков как для стационарных, так и для плавающих моделей.

Энергия волн, которые колеблются вверх и вниз, преобразуется в электрическую энергию.

Существует несколько типов приводных устройств:

1. Принцип «колебательного столба воды».

В таком устройстве волны заполняют специальные камеры. Воздух в них сжат. Создавая слишком большое давление. Под воздействием этого воздух поступает в турбину. Лопасти турбины начинают вращаться. Вращательное движение с помощью генератора вырабатывает электричество.

1. Принцип «колеблющегося тела».

Структура имеет несколько разделов. Поршни установлены на площадках между ними. Платформы мобильные. С поршнем соединен гидромотор, который приводит в действие электрогенератор.

1. Установка с «искусственным атоллом».

На корпусе бетонной конструкции есть площадка, по которой накатывают волны. Их собирают в специальный резервуар. Из него вода поступает в гидротурбину.

Во всех случаях энергия используется для движущегося водоема. Предпринимаются попытки изменить конструкцию камеры так, чтобы воздух внутри нее максимально сжимался.

Почему это выгодно

Моря и океанские волны – это безграничный источник энергии, который постоянно обновляется. Волновые электростанции расположены в естественной среде, что позволяет использовать колоссальную энергию морей и океанов.

Типы волновых электростанций

Все волновые электростанции имеют схожий принцип работы, где используется энергия волн. Есть некоторые отличия в конструкции этих массивных сооружений.

ВЭС, работающие по принципу качения

Такие конструкции размещаются на воде. Принцип качения предполагает работу, основанную на энергии, возникающей, когда поверхность качается на волнах. Они качаются на качелях, выполненных в виде поплавков. Существует несколько вариантов таких конструкций.

Морские змеи

Они выполнены в виде нескольких секций, каждая из которых имеет форму цилиндра. Секции соединяются шарнирами. Вся конструкция находится в частично затопленном состоянии.

Когда волны поворачиваются, змеевидная структура начинает изгибаться. Это приводит в движение гидравлические поршни, расположенные в шарнирах. Генерируемый электрический ток передается на берег по кабелю, проложенному на участке, где находится дно водоема.

Контурный плот Коккереля

При такой конструкции секции перемещаются относительно друг друга с помощью шарниров. Вибрации передаются на насосы, к которым присоединены генераторы. Такая конструкция обеспечивает высокий прикладной эффект.

Утка Солтера

Аналогичное название получили волновые электростанции, состоящие из большого количества поплавков. Все размещены на одном валу. Чтобы работа произвела нужный эффект, таких поплавков должно быть около двадцати-тридцати.

Читайте также: Напряженность электрического поля — как найти?

Энергия течений

Течения в морях и океанах содержат огромную потенциальную энергию. Можно достичь достаточно высокой энергетической ценности. В будущем будет целесообразно использовать энергию таких течений, как Флорида и Гольфстрим.

Кинетическая энергия волн в ВЭС

Кинетическая энергия, которой обладают волны в таких структурах, огромна. Его можно использовать по-разному.

Во-первых, волна проходит через полую камеру. При этом он вытесняет воздух внутрь. Турбина начинает вращаться.

Во втором способе волна входит в трубу большого диаметра. Там он начинает вращать лопасти турбины, приводя в движение генератор.

Принцип обоих методов одинаков. Это использование энергии, которой обладает водяной столб, когда он качается. Поток воздуха можно регулировать, изменяя диаметр канала потока. Тогда даже медленно катящиеся волны смогут вращать турбины с высокой частотой.

Буй генератор

Аналогичной конструкции является буй высотой 42 метра. На дне водоема буй закреплен якорями, а на поверхности воды удерживается длинным поплавком, совершающим колебания в вертикальной плоскости вместе с колебаниями воды.

Поплавок, закрепленный на подвижном стержне, действует как часть линейного генератора, вырабатывающего ток. Контроль хода удилища в зависимости от высоты и силы волны осуществляется специальными датчиками. Это обеспечивает оптимальный рабочий процесс. Во избежание повреждений во время сильных бурь багажник автоматически блокируется.

Волновые электростанции в мире

Первая волновая электростанция была запущена в 1985 году в Норвегии. Мощность этой конструкции составляла 500 кВт.

Первой в мире промышленной станцией, использующей энергию волн для выработки электроэнергии, является Oceanlinx, расположенная в Австралии.

Свою трудовую деятельность она начала в 2005 году. Через некоторое время она была реконструирована, а в 2009 году снова вернулась в рабочее состояние. Работа этой силовой установки основана на принципе «колебательного водяного столба». Сейчас мощность составляет 450 кВт.

В 2008 году в Португалии заработала первая коммерческая волновая электростанция. Принцип основан на использовании энергии механических волн. Работа основана на принципе «колеблющегося тела». Мощность 2,3 МВт. Есть конструктивная возможность монтировать дополнительные секции, тем самым увеличивая вместимость.

В Великобритании построена волновая электростанция, которая считается крупнейшей в мире. Он расположен недалеко от полуострова Корниш. Он имеет четыре генератора, каждый мощностью 150 кВт. Принцип работы силовой установки — «качающееся тело».

Волновые электростанции в России

Интерес к этой области для получения энергии новым способом в России растет, так как страна имеет выход к морю и есть возможность использовать энергию для океанских волн. Однако волновые электростанции, встречающиеся в России, стали появляться относительно недавно.

В 2014 году первый из них появился в Приморском крае. Его особенность заключается в том, что в нем можно преобразовывать энергию как самих волн, так и энергию прилива, которая универсальна.

Согласно существующему плану, альтернативные источники энергии скоро составят 5% от общего производства энергии. К ним относятся волновые электростанции. Еще одним преимуществом станет защита прибрежных зон от разрушительного воздействия на них волн.

Преимущества и недостатки волновой энергетики

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

Это ограничение связано в первую очередь с тем, что такая энергия слишком дорогая, что экономически не оправдано. Киловатт энергии, вырабатываемой ВЭС, в несколько раз дороже, чем такое же количество энергии, вырабатываемой традиционными способами.

Преимущества

К преимуществам использования волновой энергии относятся:

1. Такие станции могут использоваться в качестве волногасителей, являющихся защитой от разрушения берега, а также сооружений, расположенных вблизи берега.
2. Возможна установка волногенераторов, не обладающих слишком большой мощностью, на мостовых опорах и опорах, что снижает негативное воздействие на них воды.
3. Энергия волн более выгодна, чем энергия ветра, поскольку энергия ветра меньше энергии волн.
4. Для выработки электрической энергии с помощью волн нет необходимости в углеводородном сырье, запасы которого и так невелики.

Недостатки

К недостаткам использования волновой энергии относятся экологические проблемы. Нанести вред экологии можно, покрыв значительную часть водной поверхности преобразователями волновой энергии. Дело в том, что волны играют значительную роль в газообмене воды и атмосферы, а также в освобождении водной поверхности от различных загрязняющих веществ.

Еще одним недостатком является то, что некоторые генераторы могут представлять опасность для обычных перевозок. Может произойти вытеснение рыбоводства с рыбных ферм, и многие потеряют работу.

Потенциал использования энергетики волн

В современном мире потребление энергии характеризуется стремительным ростом. Помимо истощения природных ресурсов в виде нефти и газа возникает проблема с возникновением неблагоприятной экологической ситуации. Поэтому популярность альтернативных источников энергии постоянно растет.

ВЭС относится к возобновляемым источникам энергии. Их экономический потенциал не столь велик и составляет около 25%. Тем не менее, за последние пятнадцать лет производство волновой энергии было самым быстрорастущим сектором в Европе. Мир развивается такими же стремительными темпами.