Vågkraftverk: arbetsprincip

2024 Författare: Howard Calhoun | [email protected]. Senast ändrad: 2023-12-17 10:41

Vattnen i haven döljer otaliga rikedomar, vars främsta kanske är obegränsade energikällor i form av havsvågor. För första gången tänkte man på användningen av den kinetiska energin hos schakt som rullar iland på 1700-talet i Paris, där det första patentet för en vågkvarn presenterades. Nu har tekniken gått långt framåt, och det första kommersiella vågkraftverket skapades av forskare som började arbeta 2008.

Varför är det fördelaktigt?

Det är ingen hemlighet att naturresurser är på gränsen till utarmning. Reserverna av kol, olja och gas - de viktigaste energikällorna - håller på att ta slut. Enligt forskarnas mest optimistiska prognoser kommer reserverna att räcka för 150-300 år av livet. Kärnkraften levde inte heller upp till förväntningarna. Hög effekt och produktivitet betalar kostnaderna för konstruktion, drift, men problemen med avfallshantering och miljöskador kommer snart att tvinga dem att överges. Av dessa skäl letar forskare efter nya alternativa energikällor. Nu redanvind- och solkraftverk fungerar. Men för alla sina fördelar har de en betydande nackdel - låg effektivitet. Det kommer inte att vara möjligt att tillgodose hela befolkningens behov. Därför behövs nya lösningar.

För att generera elektricitet använder ett vågkraftverk den kinetiska energin från vågor. Enligt de mest försiktiga uppskattningarna uppskattas denna potential till 2 miljoner MW, vilket är jämförbart med 1000 kärnkraftverk som arbetar med full kapacitet och cirka 75 kW/m3 per meter vågfront. Det finns absolut ingen skadlig effekt på miljön.

Allmänt arbetsschema

Vågkraftverk är flytande strukturer som kan omvandla den mekaniska energin från vågrörelser till elektrisk energi och överföra den till konsumenten. Samtidigt försöker de använda två källor:

1. Kinetiska reserver. Marina axlar passerar genom ett rör med stor diameter och roterar bladen, som överför kraft till en elektrisk generator. Den pneumatiska principen tillämpas också - vatten, som tränger in i en speciell kammare, tränger undan syre därifrån, som omdirigeras genom ett system av kanaler och roterar turbinbladen.
2. Rullande energi. I detta fall fungerar vågkraftverket som en flottör. När den rör sig i rymden tillsammans med vågens profil får den turbinen att rotera genom ett komplext system av spakar.

Olika länder använder sin egen teknik för att omvandla den mekaniska rörelsen av vågor till elektricitet, men den allmännade har samma handlingsschema.

Nackdelar med vågkraftverk

Det främsta hindret för det omfattande införandet av vågkraftverk är deras kostnad. På grund av den komplexa designen och den komplexa installationen på havsvattenytan är kostnaderna för att driftsätta sådana installationer högre än för byggandet av ett kärnkraftverk eller ett värmekraftverk.

Dessutom finns det en rad andra brister, som främst är förknippade med uppkomsten av socioekonomiska problem. Saken är den att stora flytstationer skapar en fara och stör navigering och fiske - ett flytvågkraftverk kan helt enkelt tvinga ut en person från fiskeområdena. Det finns också möjliga miljökonsekvenser. Användningen av installationer släcker havsvågorna avsevärt, gör dem mindre och förhindrar att de bryter i land. Samtidigt spelar vågor en viktig roll i processen för gasutbyte i havet och rensar dess yta. Allt detta kan leda till en förändring i den ekologiska balansen.

Positiva aspekter av vågkraftverk

Tillsammans med nackdelarna har ett vågkraftverk också ett antal fördelar som har en positiv inverkan på mänskliga aktiviteter:

• installationer, på grund av det faktum att de släcker vågenergi, kan skydda kuststrukturer (pirer, hamnar) från förstörelse av havets kraft;
• El genereras till minimal kostnad;
• högvågskraft gör vindkraftsparker mer ekonomiskt lönsamma än vind- eller solkraftverk.

Energireserver ägs också av landvatten, främst floder. Byggandet av stationer på broar, korsningar, pirer är en möjlighet för utvecklingen av detta område för elproduktion.

Problem som ska lösas

Huvuduppgiften för forskarvärlden nu är att förbättra designen, vilket kommer att minska kostnaden för el som genereras av vågkraftverk. Funktionsprincipen bör förbli densamma, men ny teknik och material kommer att användas för att skapa installationer.

Vågens genomsnittliga effekt är 75-85 kW/m – det här är intervallet som de flesta stationer är inställda på. Under en storm ökar dock havsvågornas styrka flera gånger och det finns risk för förstörelse av installationer. Redan mer än ett blad var skrynkligt eller böjt efter en storm. För att lösa detta problem minskar forskare på konstgjord väg vågornas specifika kraft. Ett av problemen är att den massiva användningen av vågstationer kommer att leda till klimatförändringar. Genereringen av elektrisk energi utförs på grund av jordens rotation (det är så vågor bildas). Den utbredda användningen av stationer kommer att få planeten att rotera långsammare. En person kommer inte att känna skillnaden, men detta kommer att förstöra ett antal strömmar som spelar en viktig roll i jordens värmeväxling.

Världens första experimentella WPP

Det första vågkraftverket dök upp 1985 i Norge. Dess effekt var 500 kW, och hon självvar en prototyp. Dess funktionsprincip är baserad på cyklisk komprimering och expansion av mediet:

• en cylinder med öppen botten är nedsänkt i vatten så att dess kant ligger under vågens hålighet - dess lägsta punkt;
• regelbundet komprimerar rinnande vatten luften i den inre kaviteten;
• när ett visst tryck uppnås öppnas en ventil som låter komprimerat syre passera till turbinen.

Detta kraftverk producerade 500 kW energi, vilket var tillräckligt för att bekräfta installationernas effektivitet, vilket bidrog till deras utveckling.

Världens första industriella kraftverk

Världens första installation i industriell skala är Oceanlinx offshore Port Kemble, Australien. Den togs i drift 2005, men skickades sedan på återuppbyggnad och började fungera igen 2009, varför både tidvatten- och vågkraftverk nu används i regionen. Dess funktionsprincip är som följer:

1. Vågor löper med jämna mellanrum in i speciella kammare, vilket gör att luften komprimeras.
2. När det kritiska trycket uppnås, roterar tryckluft den elektriska generatorn genom ett nätverk av kanaler.
3. För att fånga vågornas rörelse och kraft ändrar turbinbladen sin lutningsvinkel.

Installationens kapacitet var cirka 450 kW, även om varje sektion av stationen kan leverera från 100 kWh till 1,5 MWh elektrisk energi.

Världens första kommersiella vindkraftspark

Det första kommersiella vågkraftverketUtnämning intjänad 2008 i Agusador, Portugal. Dessutom är det den första installationen i världen som direkt använder vågens mekaniska energi. Projektet förbereddes av det engelska företaget Pelamis Wave Power.

Strukturen innehåller flera sektioner som släpps och stiger tillsammans med vågprofilen. Sektionerna är ledade till hydraulsystemet och aktiverar det under rörelse. Den hydrauliska mekanismen får generatorrotorn att rotera, vilket gör att elektricitet genereras. Vågkraftverk som används i Portugal har plus och minus. Fördelen med installationen är dess höga effekt - cirka 2,25 MW, samt möjligheten att installera ytterligare sektioner. Det finns bara en nackdel med att installera systemet - det finns svårigheter med överföringen av elektrisk energi genom ledningar till konsumenten.

Det första vågkraftverket i Ryssland

I Ryssland dök den första vindkraftparken upp 2014 i Primorsky-territoriet. Utvecklingen utfördes av ett team av forskare från Ural Federal University och Pacific Oceanological Institute of the Far Eastern Branch of the Russian Academy of Sciences. Installationen är experimentell. Dess egenhet är att den använder energin från inte bara vågor utan även tidvatten.

I Moskva är det planerat att bygga ett forskningslaboratorium som ska utveckla och skapa den första inhemska flytstationen. Kanske kommer vågkraftverk i Ryssland efter det också att ha ett industriellt eller kommersiellt syfte.