Энергия волн океана это

Энергия волн океана

Эне́ргия волн океана — энергия, переносимая волнами на поверхности океана. Может использоваться для совершения полезной работы — генерации электроэнергии, опреснения воды и перекачки воды в резервуары. Энергия волн — неисчерпаемый источник энергии.

Мощность волнения оценивают в кВт на погонный метр, то есть в кВт/м. По сравнению с ветровой и солнечной энергией энергия волн обладает гораздо большей удельной мощностью. Так, средняя мощность волнения морей и океанов, как правило, превышает 15 кВт/м. При высоте волн в 2 м мощность достигает 80 кВт/м. То есть, при освоении поверхности океанов не может быть нехватки энергии. Конечно, в механическую и электрическую энергию можно использовать только часть мощности волнения, но для воды коэффициент преобразования выше, чем для воздуха — до 85 %.

Волновая энергия представляет собой сконцентрированную энергию ветра и, в конечном итоге, солнечной энергии. Мощность, полученная от волнения всех океанов планеты, не может быть больше мощности, получаемой от Солнца. Но удельная мощность электрогенераторов, работающих от волн, может быть гораздо большей, чем для других альтернативных источников энергии.

Несмотря на схожую природу, энергию волн принято отличать от энергии приливов и океанских течений. Выработка электроэнергии с использованием энергии волн не является распространённой практикой, в настоящее время в этой сфере проводятся только экспериментальные исследования.

Представляет интерес и использование энергии волн для движения судов (движители волновые). Удельная мощность волнения превышает удельную мощность ветра, т. е. размеры волнового привода могут быть существенно меньше, чем парусное оснащение. Качка судна, как правило, превышает по своей мощности мощность необходимой силовой установки. Волнение на море бывает даже в штиль. Волнение — это колебательный процесс. В отличие от ветра, который может дуть и против движения судна, волнение можно использовать при любом направлении движения фронта волн относительно судна. При шторме волновой привод может обеспечить судну достаточно энергии для борьбы со стихией.

Содержание

Потенциал использования энергии волн

Энергия морских волн значительно выше энергии приливов. Приливное рассеяние (трение, вызванное Луной) составляет порядка 2,5 ТВт. Энергия волн значительно выше и может быть использована значительно шире, чем приливная. Страны с большой протяжённостью побережья и постоянными сильными ветрами, такие как Великобритания и Ирландия, могут генерировать до 5 % требуемой электроэнергии за счёт энергии волн. В частности в Великобритании построен волновой генератор Oyster. Избыток генерируемой энергии (общая проблема всех непостоянных источников энергии) может быть использован для выработки водорода или алюминия.

Основная задача получения электроэнергии из морских волн — преобразование движения вверх-вниз во вращательное для передачи непосредственно на вал электрогенератора с минимальным количеством промежуточных преобразований, при этом желательно, чтобы большая часть оборудования находилась на суше для простоты обслуживания. Недавно выдан Российский патент № 82283 на механизм, позволяющий преобразовывать движения качания поплавка на волнах с любой амплитудой во вращение [источник не указан 1063 дня] . Выходной вал устройства вращается как от движения поплавка вниз, так и вверх. Механизм, находящийся на берегу, соединяется с поплавком штангой. Кроме того, механизмы можно секционировать на общий вал для получения большей суммарной мощности.

Источник

Энергия волн как альтернативный источник энергии

Энергия волн – энергия, которую волны переносят по поверхности воды. Это неисчерпаемый источник, пригодный для получения электричества. Для преобразования энергии волны в электроэнергию сооружают электростанции волновые. Их монтируют непосредственно в воду.

В перспективе волновая генерация может за год выдать 4 ТВт в прибрежных зонах и до нескольких десятков ТВт в открытом море.

Природа явления

Волнообразование – есть результат воздействия солнечных лучей. Солнце нагревает воздушные массы, из-за чего они перемещаются в пространстве. В процессе перетекания воздух соприкасается с поверхностью океана, инициируя возникновение волны.

Энергоемкость конкретного волнового вала определяется:

• силой ветров;
• продолжительностью порывов;
• шириной воздушного фронта.

Максимальное значение энергоемкости одной волны достигает 100 кВт на 1 м. Данный показатель существенно понижается на мелководье, что объясняется трением о дно водоема.

Принцип действия классической волновой электростанции

Осциллирующая водяная колонна с воздушной турбиной Уэллса являет собой классический, наиболее проработанный вид волновой электростанции. Аналогичное оборудование успешно функционирует как в море, так и в прибрежной зоне.

Принцип работы одинаков и для стационарных, и для плавучих моделей. Волной в, наполовину погруженной в воду, камере поднимается уровень воды. Благодаря заполнению внутреннего объема агрегата водой, воздух, находящийся внутри, под давлением выдавливается из сосуда. Образовавшиеся воздушные потоки пропускаются через лопасти реверсивной турбины низкого давления Уэллса. Когда возникает откат воды, воздух возвращается в камеру, минуя все те же турбинные лопатки. Уэллс добился сохранения направления вращения вала турбины вне зависимости от направления движения волны, что обеспечивает непрерывность передачи крутящего момента на вал генератора.

Турбина Алана Артура Уэллса избавлена от сложных механизмов измерения шага, а также систем клапанов. Агрегат имеет симметричное сечение и сравнительно большой угол атаки лопастей. В целом механизм характеризуется:

• малым отношением скорости вращения к скорости потока воздуха;
• высоким коэффициентом лобового сопротивления;
• периодическими провалами мощности;
• КПД на уровне 40-70%;
• шумностью – издаваемые им, звуки сопоставимы со звучанием огромного органа.

Совершенствование классической модели

Принцип действия подобных агрегатов сохраняется неизменным. Конструкторы пытаются изменить архитектуру камеры, чтобы добиться максимального сжатия воздушной массы внутри нее. Усовершенствованная модель камеры позволяет изменять ее объем и геометрию в зависимости от состояния акватории.

Эффективность этой идеи доказали и теоретически, и практически. В итоге удалось избавиться от перепадов мощности станции, обусловленных падением высоты волны, и защитить оборудование от чрезмерных нагрузок и разрушения во время штормов.

Такая станция с «дышащей» камерой функционирует в Атлантике у португальских берегов. Ее мощности в 750 кВт достаточно для обеспечения электричеством около 1000 семей. Там планируется создать огромный прибрежный генерирующий каскад.

В перспективе плавучие волновые станции этого типа будут строить там, где функционируют ветровые фермы, используя единую якорную систему для электростанций обоих видов.

Буй-генератор

Ocean Power Technologies (OPT) – инжиниринговая компания из Шотландии – представила PowerBuoy PB150. Это огромный буй длиной 42 м, удерживаемый одиннадцатиметровым поплавком и якорной системой. Мощность одной станции 150 кВт.

Агрегат способен преобразовывать в электроэнергию вертикальные колебания. Погруженная часть буя-генератора зафиксирована на дне якорной системой. Поплавок перемещается по вертикали в унисон колебанию морских вод – он закреплен на подвижном штоке. Шток – часть линейного генератора, который во время прохождения обмотки статора вырабатывает электричество.

Конструкция оснащена системой датчиков, благодаря которой можно вручную адаптировать ход штока согласно силе, высоте и частоте волн, добиваясь наиболее рационального режима работы оборудования. Во избежание аварий в периоды сильных штормов шток поплавка блокируется автоматически.

К месту дислокации агрегат доставляют буксиры. Несколько подобных буев, установленные рядом, использующие общую якорную систему и единый силовой контур, образуют волновую ферму. Для установки системы мощностью 10МВт необходимо 0,125 квадратных км водной поверхности. Первый такой буй разместили в 33 морских милях от Инвергордона (Шотландия). Анализ среды вблизи функционирующего генератора показал, что он экологически нейтрален.

Преимущества и недостатки

Преимущества волновой энергетики:

• волновая электростанция способна заменить волногасители, защищающие береговую линию и прибрежные сооружения от разрушения;
• волновые электрогенераторы малой мощности можно монтировать непосредственно на мостовых опорах, причалах, принимая мощность волн;
• удельная мощность волнения волн выше удельной мощности ветров на 1-2 порядка, соответственно волновая энергетика может оказаться выгоднее, нежели ветряная.

• штормовая волна способна смять лопасти водяных турбин. Проблема решается методами искусственного уменьшения мощности, заключенной в волнах;
• некоторые типы генераторов представляют реальную угрозу для безопасности мореплавания;
• в местах установки отдельных видов агрегатов промышленное рыболовство становится невозможным.

Источник

Энергия волн океана

Энергия волн — это энергия, которая заключена в волнах на поверхности океана. Ее можно использовать для совершения механической работы, а следовательно — перекачки воды, добычи электроэнергии. Такой вид энергии является на 100% возобновляемым.

Мерой измерения мощности волновой энергии является кВт на погонный метр — кВт/м. Удельная мощность энергии волн в разы больше ветровой и солнечной энергии. Обычная средняя мощность волнения океанов составляет около 15 кВт/м. Мощность растет с ростом высоты волн и при 2 м может достигать 80 кВт/м. Конечно, всю энергию преобразовать в электричество невозможно, однако коэффициент преобразования выше, чем у воздуха, и может доходить до 85%.

Если сравнивать источники, то мощность энергии Солнца конечно же больше, чем мощность всех океанов. Однако удельная мощность генераторов, работающих на волнах, может быть в разы больше других альтернативных источников.

Несмотря на схожую природу процесса, энергию волны отличают от энергии океанических течений и приливов. В данный момент добыча энергии из волн находится только на стадии развития. Проводятся эксперименты и исследования в этой сфере.

Потенциал использования энергии волн

Энергия приливов значительно меньше энергии морских волн. Прибрежные страны, имеющие протяженные береговые линии могут получать до 5% требуемой энергии из океанических и морских волн. В Англии уже есть волновой генератор Oyster. Существует проблема непостоянности таких источников энергии. Избыточная энергия может использоваться для производства алюминия и выработки водорода.

Основной принцип добычи энергии из волн — преобразование во вращательное движение движений вверх-вниз. Важно, чтобы большая часть оборудования размещалась на суше. Недавно был выдан патент на устройство, преобразующее движения поплавка во вращательное движение. Это устройство способно передавать вращение оборудованию на берегу. Также возможно соединение этих механизмов в общий для увеличения суммарной мощности на выходе.

Источник

Принцип работы волновых электростанций

Электростанции обычно работают на угле, газе или нефти. Однако это вылилось в стремительное уменьшение количества природных ресурсов. Поэтому ученые рассматривают альтернативные источники электричества, в том числе энергию волн океана.

Природа явления

Энергия волны – это возможность удовлетворить 20% энергетических потребностей населения Земли. При этом в основном сейчас развивают энергетику приливов.

Согласно оценкам ученых, из бегущей волны можно генерировать 2 ТВт энергии, что вдвое превышает общую выработку 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/пог. м.

Однако существуют ограничения. Использовать волновую энергию можно только при мощности 75-80 кВт на метр и высоте до 2 м. Такие показатели характерны для прибрежных зон на европейском западе, британском севере, тихоокеанских берегах Америки, Австралии и Новой Зеландии, Южной Африке.

Как работают волновые электростанции?

В основе работы ВЭС лежат преобразователи энергии волн из кинетической в электрическую. Такие устройства делятся на виды в зависимости от принципа действия и конструкции:

1. «Осциллирующий водяной столб».
   Принцип работы – осуществление толчковых движений, заполняющих камеры с воздушными массами. При сжатии воздуха создается избыточное давление, подающее его на турбину и вращающее лопасти. Турбина вращается и передает воздух на генератор, вырабатывающий электроток.
2. «Колеблющееся тело».
   Суть в том, что секции объединяются в конвертер, а между ними на подвижных платформах устанавливаются гидравлические поршни, на которые подсоединен гидравлический двигатель. Он заставляет вращаться электрогенератор. Раскачивающееся действие волн заставляет двигаться поршни, а они запускают двигатель и генератор. При этом объем вырабатываемой энергии волн зависит от их частоты, высоты, силы – на основе этих параметров вручную адаптируется ход штока, чтобы добиться рационального режима работы оборудования.
3. «Искусственный атолл».
   Это бетонное сооружение, на корпусе которого размещена поверхность для наката волн. В середине находится бассейн, в него вода поднимается «набеганием волны» на наклонную поверхность, а потом через приемное отверстие поступает на гидротурбину.

Почему это выгодно?

Энергия, переносимая волной, возобновляемая. К тому же она способна покрыть 20% потребности в электроэнергии. Так что развивать это направление выгодно во всех отношениях, ведь природные ресурсы истощаются, уголь, нефть и газ однажды закончатся. Атомная энергетика не сможет решить все проблемы. Да и потенциальная опасность тормозит развитие АЭС.

Преимущества и недостатки

Использование потенциальной энергии волны – альтернатива нефти, газу, углю. Однако есть и другие плюсы ВЭС:

• безопасная длительная работа без вреда экологии;
• защитная функция за счет гашения волн у портов и берегов;
• энергия стоячей океанской волны – возобновляемый ресурс;
• низкая себестоимость вырабатываемого электричества.

Однако есть и минусы таких станций:

• хотя волна океана переносит энергию, мощность большинства установок по ее выработке низкая;
• работа ВЭС нестабильная, зависит от погоды и климата;
• создается опасность для рыболовецких и иных судов.

Типы волновых электростанций

Принцип действия всех волновых электростанций в мире неизменный. Конструкторы лишь работают над изменением архитектуры камеры для достижения максимального сжатия воздуха внутри. Модернизированная камера позволяет изменять свой объем и геометрию, исходя из состояния акватории. Это позволило исключить перепады мощности ВЭС при снижении высоты волны и защитить оборудование от повышенных нагрузок и разрушения в период шторма.

ВЭС, работающие по принципу качения

Это поплавковые волновые электростанции на воде. Такие сооружения служат для использования энергии волн при поверхностном качении, речь идет об их способности раскачивать поплавки. Это преобразователи, отслеживающие волновой профиль.

Морские змеи

Такие поплавковые волновые электростанции представлены секциями. Они цилиндрической формы, соединяются шарнирами и стоят в воде полузатопленными.

Мощность одной такой станции – до 21 МВт, чего хватит, чтобы снабдить электричеством 15 000 домов.

Контурный плот Коккереля

В этом случае секции на шарнирах перемещаются относительно друг друга, а колебания принимают на себя насосы с генераторами. Плот из 3 секций вырабатывает до 2 000 кВт. Эффективность – до 45%, меньше, чем у утки Солтера. Однако конструкция плота напоминает судостроительную.

Утка Солтера

Такое название дали поплавковой волновой электростанции, состоящей из множества поплавков на одном валу. Для эффективной работы их должно быть минимум 20-30. «Утка» – тот самый поплавок, его разработал инженер Стивен Солтер.

Энергия течений

Потенциальная энергия заложена в самых мощных океанских течениях. Сейчас удается получать энергию при скорости потока от 1 м/с, а мощность от 1 кв. м поперечного сечения потока – 1 кВт. Перспективным считается использование Гольфстрима, Куросио и Флоридского течения.

Кинетическая энергия волн в ВЭС

Объем кинетической энергии волн колоссальный. Так, на побережье Шотландии они выломали и сдвинули каменный блок весом 1350 т. От длины волны зависит мощность – так, когда она достигает 10 миль, за 10 сек. вырабатывается 35 000 л. с.

Использовать эту энергию можно двумя способами:

• прохождение волны через полую камеру для выталкивания воздуха, что приводит турбину в движение;
• направление в широкую трубу, где волна вращает лопасти турбины и запускает генератор.

Буй генератор

Такая конструкция представляет собой 42-метровый буй. Мощность одной станции – 150 кВт.

Буй фиксируется на дне якорями, а на поверхности удерживается 11-метровым поплавком, который перемещается вертикально вслед за колебанием вод и закрепляется на подвижном штоке. Последний – часть линейного генератора, при прохождении обмотки статора он генерирует электричество. Датчики позволяют вручную контролировать ход штока в зависимости от частоты, высоты и силы волн. На период сильного шторма шток автоматически блокируется, чтобы избежать аварии.

Волновые электростанции в мире

Впервые волновая электростанция появилась в Норвегии в 1985 г. Она была пневматической и выдавала мощность 500 кВт. Вторая на 450 кВт функционирует по принципу «атолла».

В Европе были запущены ВЭС Aguadoura Wave Farm и Mutriku Breakwater. Так, Aguçadoura Wave Farm появилась в Португалии в 2008 г и стала первым коммерческим проектом. В этой установке использовалась механическая энергия плоской волны. Ее мощность – 2,3 МВт, этого хватало, чтобы обеспечить электричеством 1 600 домохозяйств. Однако сейчас ВЭС не функционирует. Зато испанская Mutriku Breakwater на 300 кВт продолжает работу.

Первая промышленная ВЭС – австралийская Oceanlinx, которая появилась в 2005 г. Самой большой волновой электростанцией считается британская Wave Hub у полуострова Корнуэлла.

Действующие объекты

Поплавковые волновые электростанции мало распространены, в основном они представлены экспериментальными установками. На таких генераторах работает порядка 400 маяков и буев в мире. Однако крупных станций мало и большинство из них еще строятся.

Действующие поплавковые волновые электростанции есть в Европе. Это Wave Hub с 4 генераторами мощностью 150 кВт каждый, Mutriku Breakwater в Испании мощностью 450 кВт. Еще действует ВЭС в Австралии. Ее мощность 1 МВт, но потребители получают только 450 кВт электроэнергии.

Еще один объект – Oyster Шотландия, ВЭС в акватории Северного моря. Мощность станции – 600 кВт. Принцип работы заключается в том, что донный насос под воздействием волнового поплавка качает на берег воду, а она уже приводит лопасти в движение. Вырабатываемой энергии хватает для нескольких сотен домохозяйств.

Демонстрационные объекты

Голландская компания Waterstudio построила подводную стену с электрогенераторами на Гудзоне. Это пилотный демонстрационный проект, получивший название Parthenon. В этой установке применяется инновационный волнолом, состоящий из колонн, которые похожи на греческие. Каждая из них – турбина диаметром в 1 м, которую волны заставляют вращаться в обе стороны.

Американский Парфенон и проекты ВМС США пока носят только экспериментальный характер. Однако, по прогнозам ученых, запуск волновых электростанций позволит покрыть 28% потребности страны в электричестве. Планируется, что к 2020 г. ВМС США будут получать 50% электричества из альтернативных источников.

В Украине разработан типовой проект ВЭС мощностью 2 МВт для акватории Черного моря. Станция включает 4 модуля по 500 кВт каждый. Однако пока не известно, когда начнется реализация проекта.

Волновые электростанции в России

Россия имеет выход к морю, поэтому энергия морских волн может использоваться, так что интерес к этой сфере растет. Однако соответствующие установки только начинают появляться. Первая ВЭС появилась в Приморском крае в 2014 г. Ее плюс в том, что она универсальна, может преобразовывать как энергию волн, так и отливов с приливами.

Согласно текущему плану развития зеленой энергетики в РФ до 2020 г, альтернативные источники энергии должны составить 5% от общей выработки электричества в стране. В том числе предполагается развитие сети волновых электростанций. Такие установки позволят генерировать электричество экологически чистым способом и одновременно защитят прибрежную зону и местный порт от разрушительного воздействия волн.

Нетрадиционные и возобновляемые источники энергии

Плюсы и минусы приливных электростанций

Как сделать ветрогенератор своими руками в домашних условиях?

Использование энергии морских приливов и отливов

Геотермальные электростанции: плюсы и минусы выработки электроэнергии ГеоТЭС

Альтернативная энергетика и экология: виды и пути развития

Альтернативная энергетика своими руками для дома

Достоинства и недостатки солнечной энергетики

Плюсы и минусы геотермальной энергетики

10 самых загрязненных Морей в мире

Что такое гидроэнергия, ее источники, плюсы и минусы

Экологические проблемы Черного моря и его берегов

Источник