ВОЛНОВАЯ ЭНЕРГИЯ: ИСТОРИЯ, КАК ЭТО РАБОТАЕТ, ПРЕИМУЩЕСТВА, НЕДОСТАТКИ - ОКРУЖАЮЩАЯ СРЕДА - 2026

Энергия волны или волны - мощность является механическая энергия генерируется с помощью волны и которая преобразуется в электрическую энергию. Это кинетическая энергия воды, производимая энергией ветра при его трении о поверхность водоемов.

Эта кинетическая энергия преобразуется турбинами в электрическую энергию, являющуюся возобновляемой и чистой энергией. История использования этой энергии восходит к девятнадцатому веку, но именно в конце двадцатого века она начинает расти.

Сила волн. Источник: Mostafameraji

Сегодня предлагается большое количество систем, в которых используются преимущества различных форм волновой энергии. К ним относятся колебания волн, ударные волны или колебания давления под волной.

Общий принцип этих систем аналогичен и заключается в разработке устройств, которые преобразуют кинетическую энергию волн в механическую, а затем в электрическую. Однако конструкция и реализация очень разнообразны и могут быть установлены на берегу или в море.

Оборудование может быть погружным, полупогруженным, плавучим или построенным на береговой линии. Есть системы, такие как Pelamis, где восходящее движение волн активирует гидравлические системы за счет тяги, которая активирует двигатели, соединенные с электрическими генераторами.

Другие используют силу волн, разбивающихся о берег, либо толкая гидравлические поршни, либо столбы воздуха, которые перемещают турбины (пример: система OWC, Колеблющаяся водяная колонна).

В других конструкциях сила волны используется при обрушении на берег для ее направления и наполнения резервуаров. Впоследствии потенциальная энергия накопленной воды используется для движения турбин под действием силы тяжести и выработки электроэнергии.

Энергия волн имеет несомненные преимущества, поскольку она возобновляемая, чистая, бесплатная и не оказывает большого воздействия на окружающую среду. Однако он имеет некоторые недостатки, связанные с условиями окружающей среды, в которых работает оборудование, и характеристиками волн.

Условия морской среды подвергают конструкции коррозии от селитры, воздействию морской фауны, высокой солнечной радиации, ветру и штормам. Поэтому, в зависимости от типа системы, условия работы могут быть трудными, особенно в подводных или установленных на якоре морских системах.

Аналогичным образом, обслуживание дорогостоящее, особенно в морских системах, поскольку анкеры необходимо периодически проверять. С другой стороны, в зависимости от системы и района, они могут отрицательно повлиять на катание на лодках, рыбалку и отдых.

история

Он берет свое начало в 19 веке, когда испанец Хосе Барруфет запатентовал то, что он называл «мармотором». Эта машина вырабатывала электричество из вертикальных колебаний волн и не использовалась в коммерческих целях до 80-х годов 20 века.

Аппарат Барруфета состоял из ряда буев, которые колебались вверх и вниз вместе с волнами, приводя в действие электрический генератор. Система была не очень эффективной, но, по словам ее изобретателя, была способна вырабатывать 0,36 кВт.

На сегодняшний день существует более 600 патентов на использование силы волн для выработки электроэнергии. Они могут работать за счет силы, создаваемой вертикальными колебаниями, или силы, создаваемой ударом волны о берег.

Как работает волновая энергия?

Преобразователь пеламиса в Пенише, Португалия. Источник: дипломированный инженер Гвидо Грассов.

Работа систем волнового питания зависит от движения, которым вы хотите воспользоваться от волн. На берегу есть плавучие или закрепленные на якоре системы, которые используют преимущества вертикальных колебаний воды, в то время как другие улавливают силу удара волн на берегу.

Точно так же есть такие, которые используют изменение давления под поверхностью волны. В некоторых случаях кинетическая энергия волн позволяет морской воде накапливаться и использовать ее потенциальную энергию (падение силы тяжести) для активации электрических турбин.

В других системах механическая энергия волн вызывает движения гидравлических поршней или воздушных масс, которые приводят в действие гидравлические двигатели или турбины для выработки электроэнергии.

- Плавучие или заякоренные системы на берегу

Эти системы могут быть полупогруженными или погруженными и использовать колебательное движение, вызываемое прибрежными волнами. Некоторые системы используют силу поверхностного волнения, а другие - глубинное движение.

Набухание поверхности

Существуют системы сочлененных сегментов, такие как Pelamis или «морской змей», в которых волны перемещают сочлененные модули, которые активируют системы гидравлических двигателей, соединенные с электрическими генераторами.

Другой альтернативой является Salter Duck, где буи, закрепленные на оси, совершают качающееся движение с волнами, также приводя в действие гидравлические двигатели. С другой стороны, существует целый ряд предложений, основанных на буях, колебание которых также приводит в действие гидравлические системы.

Глубокое качательное движение

Генератор архимедовых волн состоит из двух цилиндров, установленных последовательно на конструкции, закрепленной на морском дне. Верхний цилиндр имеет боковые магниты и движется вертикально вниз под давлением волны.

Когда цилиндр опускается, он давит на нижний цилиндр, содержащий воздух, и по мере ослабления давления волны давление воздуха толкает систему вверх. Колебательное движение в вертикальном направлении намагниченного цилиндра позволяет вырабатывать электричество с помощью катушки.

Волновой дракон

Он состоит из плавучей платформы, привязанной к дну с помощью ребер, которые позволяют ей принимать воду, перемещаемую волнами, вызывая затопление конструкции. Вода накапливается и затем циркулирует через центральную колонну через турбину.

- Прибрежные системы

Эти системы устанавливаются на берегу и используют энергию, генерируемую прибойными волнами. Ограничение этих систем в том, что они работают только на побережьях с сильными волнами.

Примером может служить система, разработанная баскским инженером Иньяки Валле, которая состоит из платформы, прикрепленной к наклонному берегу с помощью магнита на рельсах. Волна толкает магнит вверх, он опускается под действием силы тяжести, и движение заставляет катушку производить электричество.

система

Он состоит из системы пластин, которые колеблются взад и вперед вместе с приливом и отливом волн, и это движение с помощью поршневого насоса приводит в действие электрическую турбину.

Система

В данном случае речь идет о плавающих плитах, прикрепленных к берегу, которые воспринимают силу обрушения волны и активируют гидравлическую систему. Гидравлический двигатель, в свою очередь, приводит в действие турбину, вырабатывающую электричество.

Система CETO

Он состоит из серии подводных буев, прикрепленных к морскому дну, колебания которых приводят в действие гидравлические насосы, которые доставляют морскую воду к берегу. Перекачиваемая вода приводит в действие турбину для выработки электроэнергии.

Системы, использующие потенциальную энергию

Существует ряд систем, которые хранят морскую воду в резервуарах, а затем под действием силы тяжести могут активировать турбины Каплана и вырабатывать электричество. Вода достигает резервуаров, приводимых в движение самой волной, как в системе TAPCHAN (система питания волн с коническим каналом) или в системе SSG Wave Energy (генератор щелевых конусов морских волн).

Системы водовоздушной колонны

В других случаях сила воды, приводимой в движение волнами, используется для перемещения столба воздуха, который, проходя через турбину, генерирует электричество.

Например, в системе OWC (колеблющаяся водяная колонна) вода в волновом потоке поступает через канал и приводит в движение воздух в помещении. Столб воздуха поднимается через дымоход и проходит через турбину, чтобы выйти наружу.

Когда вода отступает на отливе волн, воздух снова попадает в дымоход, снова приводя в движение турбину. Его конструкция позволяет ему двигаться в одном направлении в обоих потоках.

Другой подобной системой является ORECON, в которой колебания воды внутри камеры приводят в движение поплавок, который, в свою очередь, заставляет воздух проходить через турбину. Эта система работает одинаково, перемещая воздух в обоих направлениях.

преимущество

Волновая ферма. Источник: P123

Возобновляемая энергия

Это энергия практически неиссякаемого природного источника, такого как океанские волны.

Источник энергии бесплатный

Источником волновой энергии являются океанские волны, на которые не распространяется экономическая собственность.

Чистая энергия

Энергия волн не создает отходов, и системы, предложенные до сих пор для ее использования, также не образуют соответствующих отходов в процессе.

Низкое воздействие на окружающую среду

Любое вмешательство в водную или прибрежную среду оказывает определенное воздействие на окружающую среду, но большинство предлагаемых систем малоэффективны.

Связь с другими производственными целями

Некоторые волновые энергетические системы позволяют извлекать морскую воду для проведения процессов опреснения и получения питьевой воды или для производства водорода.

Например, те, чья работа включает сбор и хранение морской воды на берегу, такие как TAPCHAN и SSG Wave Energy.

Недостатки

Большинство недостатков не абсолютны, но зависят от конкретной волновой системы, которую мы оцениваем.

Волновая сила и регулярность

Скорость производства энергии зависит от случайного поведения волн по регулярности и силе. Поэтому области, в которых использование этой энергии может быть эффективным, ограничены.

Амплитуда и направление волны имеют тенденцию быть нерегулярными, поэтому приходящая мощность является случайной. Это затрудняет получение устройством максимальной производительности во всем диапазоне частот, а эффективность преобразования энергии невысока.

Обслуживание

Обслуживание задействованных конструкций связано с определенными трудностями и расходами, учитывая коррозионное воздействие морской селитры и воздействие самих волн. В случае морских и подводных сооружений стоимость обслуживания увеличивается из-за трудностей доступа и необходимости периодического наблюдения.

Климатические и природные условия в целом

Конструкции для улавливания волновой энергии и преобразования ее в электрическую энергию подвергаются экстремальным условиям в морской среде. К ним относятся влажность, селитра, ветры, дожди, штормы, ураганы и другие.

Штормы подразумевают, что устройство должно выдерживать нагрузки, в 100 раз превышающие номинальные, что может вызвать повреждение или полное повреждение оборудования.

морская жизнь

Морская жизнь также является фактором, который может повлиять на функциональность оборудования, например, крупных животных (акул, китообразных). С другой стороны, двустворчатые моллюски и водоросли прилипают к поверхности оборудования, вызывая значительный износ.

Начальные инвестиции

Первоначальные экономические вложения высоки из-за необходимого оборудования и трудностей его установки. Для оборудования необходимы специальные материалы и покрытия, герметики и анкерные системы.

Воздействие на антропную деятельность

В зависимости от типа используемой системы они могут повлиять на навигацию, рыбалку и туристические достопримечательности в этом районе.

Страны, использующие волновую энергию

Motrico Wave Power Plant (Испания). Источник: Txo

Испания

Хотя потенциал Средиземного моря низок с точки зрения энергии волн, в Кантабрийском море и Атлантическом океане он очень высок. В баскском городе Мутрику есть построенная в 2011 году электростанция с 16 турбинами (мощность 300 кВт).

В Сантонье (Кантабрия) есть еще одна волновая электростанция, которая использует 10 погруженных буев, чтобы использовать энергию вертикальных колебаний волн и генерировать электричество. На Канарских островах есть несколько проектов по увеличению энергии волн за счет благоприятных условий их побережья.

Португалия

В 2008 году компания Ocean Power Delivery (OPD) установила три машины Pelamis P-750 в 5 км от побережья Португалии. Они расположены недалеко от Повуа-де-Варим, с установленной мощностью 2,25 МВт.

Шотландия (Великобритания)

Технология OWC используется на острове Оркнейские острова, где с 2000 года была установлена ​​система под названием LIMPET. Эта система имеет максимальную мощность 500 кВт.

Дания

В 2004 году в Дании был установлен пилотный проект типа Wave Dragon с размерами 58 x 33 м и максимальной мощностью 20 кВт.

Норвегия

Продолжается монтаж установки для системы SSG Wave Energy в Сваахейя (Норвегия).

НАС

В 2002 году в Нью-Джерси был установлен пилотный проект устройства Power Buoy с морским буем диаметром 5 м, длиной 14 м и максимальной мощностью 50 кВт.

В Орегоне пилотная установка SSG Wave Energy была установлена ​​в порту Гарибальди. Точно так же на Гавайях продвигаются возобновляемые источники энергии, а в случае острова Мауи основным возобновляемым источником является энергия волн.

Ссылки

1. Амундарайн М (2012). Возобновляемая энергия от волн. Ikastorratza. Электронный дидактический журнал 8. Отредактировано 03.08.2019 на сайте ehu.eus
2. Куэвас Т. и Уллоа А. (2015). Волновая энергия. Семинар по рынку обычных и возобновляемых источников энергии для инженеров-строителей. Факультет физических наук и математики Чилийского университета. 13 п.
3. Фалькао А.Ф. де О (2010). Использование энергии волн: обзор технологий. Обзоры возобновляемой и устойчивой энергетики 14: 899–918.
4. Родригес Р. и Чимбо М. (2017). Использование волновой энергии в Эквадоре. Ингений 17: 23-28.
5. Суарес-Кихано Э (2017). Энергетическая зависимость и энергия волн в Испании: огромный потенциал моря. Ученая степень по географии и пространственному планированию, факультет философии и литературы, Университет Кантабрии. 52 с.
6. Vicinanza D, Margheritini L, Kofoed JP и Buccino M (2012). Конвертер волновой энергии SSG: производительность, состояние и последние разработки. Энергии 5: 193-226.
   Weebly. Онлайн: taperedchannelwaveenergy.weebly.com