Bølgekraftverk: arbeidsprinsipp

2024 Forfatter: Howard Calhoun | [email protected]. Sist endret: 2023-12-17 10:37

Vannet i havene skjuler utallige rikdommer, hvorav den viktigste kanskje er ubegrensede energikilder i form av havbølger. For første gang ble bruken av den kinetiske energien til sjakter som ruller i land tenkt på på 1700-tallet i Paris, hvor det første patentet for en bølgemølle ble presentert. Nå har teknologien gått langt fremover, og det første kommersielle bølgekraftverket ble opprettet av felles innsats fra forskere, som begynte å operere i 2008.

Hvorfor er det nyttig?

Det er ingen hemmelighet at naturressurser er på randen av utarming. Reservene av kull, olje og gass - de viktigste energikildene - går mot slutten. I følge forskernes mest optimistiske prognoser vil reservene være nok for 150-300 år av livet. Atomkraft klarte heller ikke å leve opp til forventningene. Høy kraft og produktivitet betaler kostnadene ved bygging, drift, men problemene med avfallshåndtering og miljøskader vil snart tvinge dem til å bli forlatt. Av disse grunnene leter forskere etter nye alternative energikilder. Nå alleredevind- og solkraftverk er i drift. Men for alle fordelene deres har de en betydelig ulempe - lav effektivitet. Det vil ikke være mulig å tilfredsstille hele befolkningens behov. Derfor trengs nye løsninger.

For å generere elektrisitet bruker et bølgekraftverk den kinetiske energien til bølger. I følge de mest konservative estimatene er dette potensialet estimert til 2 millioner MW, som kan sammenlignes med 1000 atomkraftverk som opererer med full kapasitet, og ca. 75 kW/m3 per meter bølgefront. Det er absolutt ingen skadelig effekt på miljøet.

Generell arbeidsplan

Bølgekraftverk er flytende strukturer som er i stand til å konvertere den mekaniske energien til bølgebevegelser til elektrisk energi og overføre den til forbrukeren. Samtidig prøver de å bruke to kilder:

1. Kinetiske reserver. Marine aksler passerer gjennom et rør med stor diameter og roterer bladene, som overfører kraft til en elektrisk generator. Det pneumatiske prinsippet brukes også - vann, som trenger inn i et spesielt kammer, fortrenger oksygen derfra, som omdirigeres gjennom et system av kanaler og roterer turbinbladene.
2. Rullende energi. I dette tilfellet fungerer bølgekraftverket som en flottør. Når den beveger seg i rommet sammen med profilen til bølgen, får den turbinen til å rotere gjennom et komplekst system av spaker.

Ulike land bruker sin egen teknologi for å konvertere den mekaniske bevegelsen av bølger til elektrisitet, men den generellede har samme handlingsplan.

Ulemper med bølgekraftverk

Den største hindringen for den utbredte innføringen av bølgekraftverk er kostnadene deres. På grunn av den komplekse utformingen og den komplekse installasjonen på overflaten av sjøvann, er kostnadene ved å sette slike installasjoner i drift høyere enn for bygging av et kjernekraftverk eller et termisk kraftverk.

I tillegg er det en rekke andre mangler, som hovedsakelig er knyttet til fremveksten av sosioøkonomiske problemer. Saken er at store flytestasjoner skaper en fare og forstyrrer navigering og fiske - et flytebølgekraftverk kan rett og slett tvinge en person ut av fiskeområder. Det er også mulige miljøkonsekvenser. Bruk av installasjoner slokker havbølger betydelig, gjør dem mindre og hindrer dem i å bryte i land. I mellomtiden spiller bølger en viktig rolle i prosessen med gassutveksling i havet, og renser overflaten. Alt dette kan føre til en endring i den økologiske balansen.

Positive aspekter ved bølgekraftverk

Sammen med ulempene har et bølgekraftverk også en rekke fordeler som har en positiv innvirkning på menneskelige aktiviteter:

• installasjoner, på grunn av det faktum at de slukker bølgeenergi, kan beskytte kyststrukturer (brygger, havner) mot ødeleggelse av havets kraft;
• Elektrisitet genereres til minimale kostnader;
• høybølgekraft gjør vindparker mer økonomisk levedyktige enn vind- eller solkraftverk.

Energireserver er også besatt av landvann, hovedsakelig elver. Bygging av stasjoner på broer, kryssinger, brygger er et perspektiv for utviklingen av dette området for elektrisitetsproduksjon.

Problemer som skal løses

Hovedoppgaven det vitenskapelige miljøet står overfor nå er å forbedre designet, noe som vil redusere kostnadene for elektrisitet generert av bølgekraftverk. Driftsprinsippet bør forbli det samme, men nye teknologier og materialer vil bli brukt for å lage installasjoner.

Den gjennomsnittlige effekten til bølgen er 75-85 kW/m – dette er rekkevidden de fleste stasjoner er innstilt på. Men under en storm øker styrken på havbølgene flere ganger og det er fare for ødeleggelse av installasjoner. Allerede var mer enn ett blad krøllet eller bøyd etter en storm. For å løse dette problemet reduserer forskere kunstig den spesifikke kraften til bølgene. Et av problemene er at massiv bruk av bølgestasjoner vil føre til klimaendringer. Generering av elektrisk energi utføres på grunn av jordens rotasjon (dette er hvordan bølger dannes). Den utbredte bruken av stasjoner vil føre til at planeten roterer saktere. En person vil ikke føle forskjellen, men dette vil ødelegge en rekke strømmer som spiller en viktig rolle i jordens varmeveksling.

Verdens første eksperimentelle WPP

Det første bølgekraftverket dukket opp i 1985 i Norge. Effekten var 500 kW, og hun selvvar en prototype. Driftsprinsippet er basert på syklisk komprimering og utvidelse av mediet:

• en sylinder med åpen bunn senkes i vann slik at kanten er under bølgens hulrom - dets laveste punkt;
• periodisk komprimerer rennende vann luften i det indre hulrommet;
• når et visst trykk er nådd, åpnes en ventil som lar komprimert oksygen passere til turbinen.

Dette kraftverket produserte 500 kW energi, noe som var nok til å bekrefte effektiviteten til installasjonene, noe som bidro til utviklingen deres.

Verdens første industrielle kraftverk

Verdens første installasjon i industriell skala er Oceanlinx offshore Port Kemble, Australia. Den ble satt i drift i 2005, men ble deretter sendt til gjenoppbygging og startet i drift igjen i 2009, og det er derfor både tidevanns- og bølgekraftverk nå brukes i regionen. Driftsprinsippet er som følger:

1. Bølger renner med jevne mellomrom inn i spesielle kammer, og får luften til å komprimeres.
2. Når det kritiske trykket er nådd, roterer trykkluft den elektriske generatoren gjennom et nettverk av kanaler.
3. For å fange bevegelsen og kraften til bølgene, endrer turbinbladene sin helningsvinkel.

Kapasiteten til installasjonen var omtrent 450 kW, selv om hver del av stasjonen er i stand til å levere fra 100 kWh til 1,5 MWh elektrisk energi.

Verdens første kommersielle vindpark

Det første kommersielle bølgekraftverketUtnevnelse oppnådd i 2008 i Agusador, Portugal. Dessuten er det den første installasjonen i verden som direkte bruker den mekaniske energien til bølgen. Prosjektet ble utarbeidet av det engelske selskapet Pelamis Wave Power.

Strukturen inkluderer flere seksjoner som frigjøres og stiger sammen med bølgeprofilen. Seksjonene er hengslet til det hydrauliske systemet og aktiverer det under bevegelse. Den hydrauliske mekanismen får generatorrotoren til å rotere, på grunn av dette genereres elektrisitet. Bølgekraftverk som brukes i Portugal har plusser og minuser. Fordelen med installasjonen er dens høye effekt - ca 2,25 MW, samt muligheten for å installere ekstra seksjoner. Det er bare én ulempe ved å installere systemet - det er vanskeligheter med overføring av elektrisk energi gjennom ledninger til forbrukeren.

Det første bølgekraftverket i Russland

I Russland dukket den første vindparken opp i 2014 i Primorsky-territoriet. Utviklingen ble utført av et team av forskere fra Ural Federal University og Pacific Oceanological Institute of the Far Eastern Branch of the Russian Academy of Sciences. Installasjonen er eksperimentell. Dens særegne er at den bruker energien fra ikke bare bølger, men også tidevann.

I Moskva er det planlagt å bygge et forskningslaboratorium som skal utvikle og lage den første innenlandske flytestasjonen. Kanskje vil bølgekraftverk i Russland etter det også ha en industriell eller kommersiell hensikt.