Большинство электростанций работают на угле, газе или нефтяных продуктах. Подобная ситуация привела к тому, что природные ресурсы стали заметно уменьшаться. В связи с этим, уже долгое время ведутся исследования, выполняются практические разработки, касающиеся использования альтернативных источников электроэнергии. К настоящему времени внедряются гелиосистемы, ветряные электростанции и другие установки. Среди них особое место занимает волновая электростанция, использующая огромные запасы энергии морей и океанов.
Как работают волновые электростанции
Вся работа волновых электростанций основывается на кинетической энергии движущихся масс морской и океанской воды.
Преобразование может выполняться в нескольких вариантах:
- Волна проходит сквозь пустую камеру, выталкивает из нее воздух, под действием которого начинается вращение турбины. Далее вращательное движение передается генератору.
- Волна пропускается через большую трубу с установленными в ней лопастями. Они начинают вращаться и приводят в действие генератор.
- «Колеблющееся тело». Данный вариант предусматривает соединение нескольких плавающих секций в общий конвертер. Между ними устанавливаются подвижные платформы с гидравлическими поршнями. Затем один или несколько поршней соединяются с гидравлическим двигателем, обеспечивающим движение электрического генератора. Волны раскачивают и последовательно приводят в движение всю систему.
- «Искусственный атолл». Представляет собой сооружение из бетона с поверхностью, на которую накатываются волны. Его средняя часть отведена для накопительного резервуара, расположенного выше уровня моря. Вода поднимается в бассейн по специальной наклонной поверхности за счет эффекта набегающей волны. Далее, через отверстие водяной поток попадает на турбину и вращает лопасти.
Во всех случаях используется энергия движущейся водяной массы. Поток регулируется таким образом, чтобы его движение через турбину происходило в одном направлении. В случае необходимости скорость воздушного потока можно увеличить путем снижения диаметра проходной трубы. Частота вращения турбины возрастет даже при незначительной скорости движения волн.
Принцип качения в работе ВЭС
Принцип качения, используемый в работе волновых электростанций, следует рассмотреть более подробно. Большинство подобных сооружений работают на основе энергии, возникающей при поверхностном качении волн. Именно они осуществляют раскачивание специальных преобразователей, изготовленных в виде поплавков и способных отслеживать профиль волны. Подобные конструкции выпускаются в нескольких вариантах:
Первый вариант представляет собой цепочку с большим количеством поплавков, установленных на общий вал. Из-за своей конфигурации конструкция получила название «Утка» Солтера. Для эффективной работы станции их требуется от 20 до 30 единиц. Каждый из поплавков и является так называемой «уткой», разработанной инженером Солтером.
Действие такой электростанции осуществляется в следующем порядке:
- Под влиянием волн поплавки двигаются, но под собственным весом они приходят в первоначальное состояние.
- Подобные колебания вызывают движение насосов, установленных внутри вала. Внутри них находится предварительно залитая вода.
- Турбины, расположенные между поплавками, приходят в действие, после чего начинается выработка электроэнергии, передаваемой на берег по проложенному кабелю.
Подобные системы уже используются на практике. Их средняя мощность находится в пределах 45 тысяч кВт. Общая длина вала составляет 1,2 км, количество поплавков разное – от 20 до 30 шт. Диаметр каждого – 15 м.
Другой вариант получил название «морских змеев», изготовленных в виде секций цилиндрической формы и соединенных друг с другом шарнирами. Сооружение погружено в воду и находится в полузатопленном положении.
Выработка электроэнергии происходит следующим образом:
- Колебания волн приводят к изгибу конструкции.
- В местах соединений располагаются гидравлические поршни. Изгиб цилиндра приводит их в движение, после чего начинается перекачивание масла через движители, соединенные с генераторами.
- Начинается выработка электрического тока, передаваемого на берег по кабелю, проложенному на дне.
Одна система объединяет сразу несколько конструкций, поэтому их общая мощность может достигать показателя более 21 МВт.
Еще одна волновая электростанция представлена так называемым контурным плотом Коккереля. В данной конструкции секции также перемещаются относительно друг друга, а соединение осуществляется с помощью шарниров. Возникающие колебания передаются насосам, соединенным с генераторами. Длина сооружения составляет 100 м, ширина – 50 м и высота – 10 м. Всего в конструкцию входит три секции, производящие мощность 2 тысячи кВт.
Волновые электростанции России и других стран
Наша страна имеет протяженную береговую линию, а многие места пригодны для установки таких сооружений. Поэтому российские инженеры ведут активные разработки в области волновых электростанций, работающих на возобновляемых источниках энергии.
Первое сооружение подобного типа уже построено на полуострове Гамова Приморского края, географически расположенного на Дальнем Востоке. Данная станция считается универсальной, поскольку кроме энергии направленных волн, она способна преобразовывать и использовать в работе энергию, заключенную в приливах и отливах. Установка признана перспективной, дающей толчок дальнейшему развитию волновых электростанций.
Если рассматривать установки других государств, то самое первое сооружение в мире, использующее энергию волн, появилось в Норвегии в 1985 году. Это была экспериментальная конструкция мощностью всего 500 кВт. Промышленный вариант был сооружен в Австралии в 2005 году. Это станция Oceanlinx, мощность которой после реконструкции 2009 года достигает 450 кВт.
Первая установка, построенная на коммерческой основе, появилась в португальском городе Агусадоре в 2008 году. Данная установка работает на принципе колеблющегося тела, непосредственно используя механическую энергию волн. Ее мощность достигла 2,3 МВт и этот показатель может быть увеличен за счет дополнительных конструктивных элементов.
Выгодно ли использовать энергию волн
Энергия волн считается возобновляемой, к тому же огромный потенциал океана может дать около 20% от всей потребной электроэнергии. Развитие этого направления выгодно со всех сторон, поскольку природные ресурсы начинают активно истощаться, а уголь, нефть и газ рано или поздно закончатся.
Атомная энергетика не сможет решить всех будущих проблем. В связи с потенциальной опасностью и отсутствием гарантированной защиты, АЭС развиваются не так активно, как это необходимо.
К положительным качествам ВЭС можно отнести следующие:
- Безопасная продолжительная эксплуатация без нарушений экологии.
- Станции заодно гасят волны возле портов и берегов, выполняя функции защиты.
- Волны являются возобновляемым источником энергии.
- Низкая себестоимость полученной электроэнергии.
Минусами волновых установок считаются:
- Небольшая мощность большинства установок.
- Отсутствие стабильности в работе под влиянием погоды и природных условий.
- Возможная опасность для рыболовецких и других судов.
