Типы волновых электростанций: плюсы и минусы

Содержание
  1. Волновая электростанция: виды и принцип работы
  2. Как работают волновые электростанции
  3. Принцип качения в работе ВЭС
  4. Волновые электростанции России и других стран
  5. Выгодно ли использовать энергию волн
  6. Типы волновых электростанций: плюсы и минусы
  7. Устройство ВЭС, работающих по принципу качения
  8. «Утка» Солтера
  9. Преобразователи Pelamis
  10. Контурный плот Коккереля
  11. Кинетическая энергия волн в ВЭС
  12. Плюсы волновых электростанций
  13. Недостатки ВЭС
  14. Волновые электростанции
  15. Принцип работы
  16. Волновые электростанции в России
  17. Волновые электростанции в мире
  18. Почему это выгодно?
  19. Плюсы и минусы использования
  20. Принцип работы волновых электростанций
  21. Природа явления
  22. Как работают волновые электростанции?
  23. Преимущества и недостатки
  24. Типы волновых электростанций
  25. ВЭС, работающие по принципу качения
  26. Морские змеи
  27. Утка Солтера
  28. Энергия течений
  29. Буй генератор
  30. Действующие объекты
  31. Демонстрационные объекты
  32. Приливная электростанция плюсы и минусы волновой энергетики
  33. Преимущества приливных электростанций
  34. Недостатки приливных электростанций
  35. Вывод
  36. о плюсах и минусах приливных электростанций
  37. Применение ВИЭ на морских нефтедобывающих платформах

Волновая электростанция: виды и принцип работы

Типы волновых электростанций: плюсы и минусы

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.

Солнечная батарея своими руками

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.

Электричество своими руками

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.

Источник: https://electric-220.ru/news/volnovaja_ehlektrostancija/2019-03-31-1671

Типы волновых электростанций: плюсы и минусы

Типы волновых электростанций: плюсы и минусы

24 декабря 2018

Долгое время в качестве основных источников энергии использовались уголь, нефть и газ. В связи с уменьшением объема этих ресурсов большой толчок в развитии получила альтернативная энергетика.

Примером служат волновые электростанции. Они помогают использовать колоссальную энергию океанов, морей и рек.

Существуют разные типы волновых электростанций (ВЭС), но в основе каждой лежит преобразование механического действия волн.

Устройство ВЭС, работающих по принципу качения

Подобные сооружения располагают на воде. В процессе их строительства учитывают два типа энергии. Первой можно назвать энергию поверхностного качения волн. Здесь используется их способность раскачивать поплавки. Так называют особые преобразователи, которые отслеживают профиль волны. Существует несколько видов поплавков.

«Утка» Солтера

Такое необычное название присвоили цепочке из большого количества поплавков, установленных на одном валу. Чтобы обеспечить эффективную работу ВЭС, их должно быть не менее 20-30 шт. «Утка» – это и есть тот поплавок. Он был разработан инженером Стивеном Солтером. Еще изобретение называют эдинбургской «уткой». Как работает волновая электростанция такого типа:

  1. Волны заставляют поплавки двигаться, но за счет своего веса они возвращаются в начальное положение.
  2. Это заставляет прийти в движение и насосы внутри вала. Предварительно их заполняют специально подготовленной водой.
  3. Далее приводятся в действие турбины между поплавками.
  4. Вырабатывается энергия, которую передают на берег по кабелю на дне.

Подобные системы уже работают. Они расположены у западных берегов Британских островов для обеспечения электроэнергией Великобритании. Мощность установки составляет 45 тыс. кВт. Ее вырабатывают 20-30 поплавков диаметром 15 м на валу длиной 1,2 км.

Преобразователи Pelamis

Так называемые «морские змеи» Pelamis представлены секциями. Они имеют цилиндрическую форму и соединяются между собой шарнирами. Сооружение в воде полузатоплено. Принцип работы волновой электростанции очень прост. Энергия вырабатывается в несколько этапов:

  1. Конструкция начинает изгибаться под влиянием волн.
  2. Гидравлические поршни, расположенные в местах соединения, начинают перемещаться, тем самым перекачивая масло через двигатели.
  3. Последние приводят во вращение электрогенераторы.
  4. Они вырабатывают электричество, которое до берега передают по кабелю, идущему от поплавка на дно.

Несколько подобных «змей» объединяют между собой, а электричество с них передают по одному кабелю. Мощность одной такой ВЭС достигает 21 МВт, что достаточно для снабжения электричеством 15 тыс. домов. Изобретение принадлежит специалистам компании «Океанское энергоснабжение» в Эдинбурге, где подобную ВЭС используют для энергообеспечения местных жителей. Из ее минусов называют:

  • значение среднегодового коэффициента мощности меньше 0,4;
  • завышенный уровень удельных капитальных затрат (суммы затрат при строительстве одного комплекса, деленной на единицу полученного продукта);
  • высокая материалоемкость (количество материалов на производство).

Контурный плот Коккереля

В основе схемы работы волновой электростанции такого типа тоже лежит перемещение относительного друг друга секций, которые соединены шарнирами. Возникшие колебания принимают на себя насосы с электрогенераторами. Плот длиной 100 м, высотой 10 м и шириной 50 м, состоящий из 3 секций, выдает мощность до 2 тыс. кВт.

Эффективность модели достигает 45%, что меньше по сравнению с «уткой» Солтера, но зато конструкция плота схожа с судостроительной. Первое испытание изобретения было проведено в проливе Солент под городом Саутгемптон. Оно было частью проекта «Волновая ферма» фирмы Pelamis Wave Power. Для передачи электроэнергии на берег тоже используют кабель, расположенный на дне моря.

Кинетическая энергия волн в ВЭС

Кинетическая энергия волн просто огромна. К примеру, на шотландском побережье они смогли выломать и сдвинуть каменный блок весом 1350 т. При ударе о побережье длиной 10 миль волн высотой 1 м за 10 секунд вырабатывается более 35 тыс. л. с. мощности. Кинетическую энергию используют двумя способами.

  • волну пропускают через полую камеру, чтобы она вытолкнула воздух, который заставит турбину вращаться;
  • волну направляют в трубу большого диаметра, где она вращает турбинные лопасти, тем самым запуская генератор.

В основе обоих методов лежит один принцип – применение энергии колеблющегося столба воды. При регуляции потока делают так, чтобы он проходил через турбину только в одном направлении.

Плюс таких ВЭС в том, что скорость воздушного потока легко изменить в большую сторону. Этого достигают за счет уменьшения диаметра проходного канала.

В результате даже медленные волны заставляют турбины вращаться с высокой частотой.

Плюсы волновых электростанций

У разных волновых электростанций свои плюсы и минусы, но можно выделить несколько общих пунктов. Преимущества заключаются не только в том, что ВЭС – это хорошая альтернатива нефти, газу и углю. Ученые считают, что именно за волновыми электростанциями будущее. Тому есть веские причины:

  • Станции гасят волны, чем обеспечивают безопасность портов, гаваней и береговых сооружений от разрушений.
  • Можно уменьшить воздействие воды на опоры мостов, если устанавливать на них небольшие волновые генераторы.
  • Волновая энергетика выгоднее, чем ветровая, поскольку удельная мощность волн выше, чем ветра.

Недостатки ВЭС

На ВЭС приходится около 1% всей вырабатываемой электроэнергии, хотя они имеют большой потенциал. Ограничение в использовании связано с ценами на электроэнергию. В сравнении с 1 кВт, сгенерированным на АЭС или ТЭС, тот же киловатт на ВЭС будет стоить в разы дороже. К недостаткам относят и следующее:

  • при покрытии преобразователями значительных площадей акватории можно нанести вред экологии, ведь волны важны для газообмена атмосферы и океана;
  • некоторые типы волновых генераторов опасны для судоходства, что может уменьшить количество рыбаков в крупных рыбопромышленных зонах.

Учитывая достоинства и недостатки волновых электростанций, можно сделать вывод об их эффективности. Сегодня ВЭС нашли свое применение для обеспечения электроэнергией сравнительно небольших объектов.

К ним относят автономные маяки, маленькие поселения, береговые сооружения и буровые платформы. Специалисты продолжают работать над улучшением конструкции ВЭС с целью снизить стоимость получаемой энергии.

Источник: https://altenergiya.ru/gidro/tipy-volnovyx-elektrostancij.html

Волновые электростанции

Типы волновых электростанций: плюсы и минусы

Волновая электростанция — это электрическая станция, которая располагается в водной природной среде с целью получения электроэнергии из кинетической энергии водных масс. Океаны обладают колоссальной энергией, но человек пока только начинает ее осваивать. Именно эту задачу и выполняют волновые электростанции.

Принцип работы

Принцип работы волновой электростанции основан на преобразовании кинетической энергии волн в электрическую. Существует несколько способов устройства подобных станций различных по принципу работы и конструкции.

  1. Принцип «осциллирующего водяного столба». В этом конструктивном варианте волны,
    осуществляя толчковые движения, заполняют собой специально изготовленные камеры, в которых содержатся воздушные массы. Воздух сжимается, создается избыточное давление, под действием которого он поступает на турбину, вращая ее лопастные механизмы. Вращательное движение турбины передается на генератор, который вырабатывает электрический ток.
  2. Принцип «колеблющегося тела». На принципе «колеблющегося тела» работают разнообразные буи, «морские змеи» и др. В этом варианте конструкции несколько секций соединяются в конвертер, между которыми на подвижных платформах монтируются гидравлические поршни. К поршню (группе поршней) подсоединён гидравлический двигатель, он приводит во вращательное движение электрический генератор. Под раскачивающимся действием волн конвертер приводит в движение поршни, а они, в свою очередь, приводят в работу гидравлический двигатель и соответственно генератор.
  3. Установка с «искусственным атоллом». Это бетонное сооружение состоит из корпуса, на которомразмещается поверхность для наката волн. В средней части располагается накопительный резервуар (бассейн). Из него через приёмное отверстие вода поступает на гидротурбину. Генератор устанавливается в верхней части сооружения. Для поднятия воды в бассейн, который расположен выше уровня моря, используют эффект «набегания волны» на специальную наклонную поверхность.

Волновые электростанции в России

В России, как и во всех странах, имеющих выход к морскому побережью, после многих лет затишья, возвращается интерес к источникам энергии, способным восстанавливаться, к ним относятся и волновые электростанции.

Первая в нашей стране электростанция, основанная на преобразовании энергии волн, построена в 2014 году на Дальнем Востоке в Приморском крае на полуострове Гамова. Это универсальная станция, она способна преобразовывать не только энергию направленных водных масс, но и энергию природных приливов и отливов.

Профильные министерства нашей страны, совместно с руководством государства разработали план развития зеленой энергетики до 2020 года, в соответствии с которым альтернативные энергетические источники будут составлять до 5% от общего количества вырабатываемого электричества в стране. Этим планом предусмотрено и дальнейшее развитие волновых электрических станций.

Волновые электростанции в мире

Первая в мире электростанция на волнах появилась в 1985 году в Норвегии, ее мощность составляла 500 кВт.

Первой в мире промышленной электрической станцией, использующей энергию волн для производства электрической энергии, принято считать Oceanlinx в Австралии.

Она начала своё функционирование в 2005 году, потом была произведена ее реконструкция, и в 2009 году станция заработала вновь. Работа станции основана на принципе «осциллирующего водяного столба».

Мощность установки сейчас составляет 450 кВт.

Первая коммерческая волновая электростанция начала работу в 2008 году в Агусадоре, Португалия. Это установка-пионер, которая использует непосредственно механическую энергию волны.

Работа станции основана на принципе «колеблющегося тела».

Разработала проект английская компания Pelamis Wave Power, мощность станции составила 2,3 МВт, и есть возможность увеличения мощности путем монтирования дополнительных секций.

В Великобритании построили самую большую в мире волновую электростанцию Wave Hub, она расположена у полуострова Корнуэлла. Электростанция оборудована 4-мя генераторами мощностью по 150 кВт каждый. Работа станции основана на принципе «колеблющегося тела».

Почему это выгодно?

В существующем мире человек все чаще задумывается о необходимости применения возобновляемых источников энергии при получении электроэнергии. Одним из таких вариантов является энергия морских волн.

С учетом того, что мировой океан обладает огромным потенциалом, энергией которого можно обеспечить почти 20% от необходимого количества энергопотребления, то и развитие «зеленой»энергетики как нельзя актуально в наше время.

Это можно объяснить следующим причинами:

  1. Природные богатства планеты находятся на грани истощения, запасы традиционных источников энергии: угля, нефти и газа – подходят к концу.
  2. Атомная энергетика из-за своей потенциальной опасности не получила должного распространения.
  3. «Зеленая» энергетика не вредит окружающей среде и является возобновляемой.
  4. Потенциал волновых электростанций оценивается в 2,0 млн. МВт, что сравнимо по мощности с тысячей работающих атомных станций.

Ученые всего мира продолжают работы по совершенствованию способов преобразования энергии волн океана, и перечисленные выше причины являются важным аргументом для продолжения этих изысканий.

Плюсы и минусы использования

У любого агрегата всегда есть положительные и отрицательные аспекты его использования, и именно соотношение этих параметров определяет целесообразность его применения. Волновые электростанции не являются исключением, рассмотрим все за и против использования этого источника энергии.

К плюсам использования можно отнести:

  • Экологическая безопасность установок;
  • Волновые электростанции могут выполнять защитные функции, путем гашения волн вблизи портовых акваторий и прочей береговой линии;
  • Возобновляемый источник энергии;
  • Низкая себестоимость получаемой электроэнергии;
  • Продолжительный срок эксплуатации.

К минусам данного типа электростанций относятся:

  • Малая мощность вырабатываемой энергии;
  • Не стабильный характер работы, вызванный атмосферными явлениями в окружающей среде;
  • Может создавать опасность для хода судов и промышленного лова рыбы.

Приведенные выше «минусы» использования постепенно утрачивают свою актуальность, ученые и конструкторы продолжают свою работу. Разработка новых, более мощных генераторов, позволяет получать большее количество электрической энергии, при тех же исходных параметрах первичной энергии, которой является энергия волн. Решаются задачи по передаче полученной энергии на большие расстояния.

Источник: https://alter220.ru/voda/volnovye-elektrostantsii.html

Принцип работы волновых электростанций

Типы волновых электростанций: плюсы и минусы

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.

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.

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.

Советуем почитать:  Как разобрать пианино для утилизации и перевозки?

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.

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.

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.

Советуем почитать:  Оборудование для мясоперерабатывающего цеха и завода

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.

регионов по силе волн

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.

Приливная электростанция плюсы и минусы волновой энергетики

Типы волновых электростанций: плюсы и минусы

› Альтернатива ›

Мистика приливов и отливов со времен Юлия Цезаря интересовала людей. До того, как было открыто влияние Луны на уровень воды, этот процесс приписывали подводным Богам. С 2020 года человечество использует волновую энергетику в качестве альтернативных видов энергии.

Приливные электростанции (ПЭС) относятся к автономным видам электрической энергии, и в качестве движущего механизма применяется сила движения воды. Строительство приливных электростанций наблюдается на морских побережьях.

На территории России электростанции расположены в северной части государства — в этой области воздействия, Луна оказывает на воду сильное воздействие. Какие преимущества имеет приливная станция плюсы и минусы будут рассмотрены в этой статье.

Преимущества приливных электростанций

Преимущество приливной станции в том, что процесс работы экологически чистый для природы. Поэтому, подобная электростанция считается передовым источником альтернативной энергии.

Во время работы не происходит вредных выбросов в атмосферу, а это основной плюс. Построенные во время СССР ТЭЦ, постепенно утрачивают работоспособность и отходят на второй план.

Кроме перечисленного выше, ПЭС имеет большое количество плюсов:

  • срок эксплуатации станции, по расчетам ученых превышает 50 лет;
  • рассчитывается количество получаемой энергии, на основании статистических данных;
  • полученная энергия обладает дешевой стоимостью — главное достоинство ПЭС;
  • отсутствие необходимости в отчуждении земель, под расположение станции;
  • при аварийной ситуации отсутствуют факторы катастрофы;
  • происходит смягчение ледового режима;
  • расположение турбин на морском дне, убирает угрозу для морского движения;
  • поступление энергии независимо от месяца и времени года;
  • учитывая строение приливной электростанции, берег получает дополнительную защиту во время шторма;
  • главный фактор — безопасность для морских обитателей.

Сравнивая гидроэлектростанцию и приливную станцию, нужно рассмотреть одну особенность. Кормовая база для подводных обитателей (планктон), в пределах ГЭС погибает до 99%. А в зоне работы ПЭС показатель составляет 2-8%.

Перечисленные преимущества не оказывают вредного воздействия на окружающий мир и человечество в частности. Соленость воды изменяет свой показатель на 0,06%, что при общем уровне практически незаметно. Все остальные факторы оказывают положительное воздействие: на плотине можно проложить автомобильную или железную дорогу; рельеф дна выравнивается и многое другое.

Недостатки приливных электростанций

Не регулярная работа является главным недостатком приливной электростанции. Процесс работы осуществляется в цикличном режиме, Луна оказывает разное воздействие на магнитное поле земли периодически. Поэтому волновой силы становится недостаточно для кручения турбин. Кроме этого минуса, нужно перечислить недостатки приливных электростанций:

  • В течение дня происходит несколько циклов работы ПЭС. Активная фаза занимает не более 6 часов, подразделяемые циклы — по 1-2 часа. Остальное время электростанция находится в пассивном режиме.
  • Низкая эффективность — долгая окупаемость. Обычно затраты на производство альтернативных видов энергии окупаются спустя 8-10 лет.
  • Отсутствие возможности использовать на побережье туристический бизнес. Площадь, ПЭС занимает значительную, с охранными зонами. Поэтому туристическое направление на подобном побережье проблематично организовать. Этим объясняется расположенность станций в северных областях страны.
  • Оптимальным берегом для строительства должна служить изрезанная береговая линия. Приливный фактор в таких местах является максимальным.

Учитывая редкость подобных подстанций, данный вид деятельности может привлекать туристов в регионы строительства. А учитывая цикличность отливов и приливов, легко рассчитать количество получаемой электрической энергии. Учитывая этот фактор, приливные электростанции относятся к перспективным источникам энергии получаемой в природных зонах.

Вывод

Учитывая мировой океан как источник энергии, его потенциал может выдавать более 20% электроэнергии используемой во всем мире. Рассматривая преимущества и недостатки приливных электростанций, хочется отметить их малый уровень распространенности. Причины малой распространённости ПЭС заключаются в том, что:

  1. для строительства электрической станции основанной на работе приливов и отливов, необходимо выполнять изменение прибрежной полосы. Подготавливать специальный резервуарный бассейн, обеспечивать возведение охранных сооружений и прочее;
  2. стоимость строительства высокая при низкой продуктивности. Вследствие чего длительная окупаемость.

Но эти факторы отходят на второй план и не являются основными. Ученые разработали новый вид турбинно-лопастных агрегатов, для которых подготовка бассейного резервуара не требуется. А значит, стоимость возведения будет ниже, а срок окупаемости меньше на радость инвесторам.

Также в строительстве используются новые виды генераторов, которые обладая высокой мощностью, вырабатывают большее количество электроэнергии. А установка новых типов накопителей, позволяет аккумулировать полученную электроэнергию в больших объемах.

Приливная электростанция является отличным видом альтернативной энергии в будущем.

о плюсах и минусах приливных электростанций

Плюсы и минусы приливных электростанций Ссылка на основную публикацию

Источник: https://akbzona.ru/alternativa/prilivnaya-elektrostantsiya-plyusy-i-minusy

Применение ВИЭ на морских нефтедобывающих платформах

Типы волновых электростанций: плюсы и минусы
|Журнал|№2 2019|Применение ВИЭ на морских нефтедобывающих платформах        Тимур Урусов, Аника Чебан

В жизни современного общества ведущая роль экономики принадлежит энергоресурсам – нефть и природный газ, которые добывают морские нефтяные платформы. В настоящий момент установки снабжены типовым инженерным оборудованием. Исходя из этого, возможно применение возобновляемых источников энергии, которые улучшат морские буровые платформы.

В жизни современного общества ведущая роль экономики принадлежит энергоресурсам, в число которых входят нефть и природный газ. Ежедневно мы расходуем более 80млн барралей нефти и 7 млрд кубометров природного газа. Находить нефть и газ становится все труднее и труднее.

Новых месторождений на земле становится меньше. Отсюда, в последнее время в мире наблюдается большой интерес к добыче углеводородного сырья морей и океанов.

Процесс добычи – трудоемкий, исходя из этого, применяют специальные инженерные системы, называемые морскими буровыми платформами.

Морские нефтедобывающие платформы делятся на два типа: стационарные и плавучие. В зависимости от климатических условий могут быть обычные и ледостойкие (Рис.1а, б). Таким образом, возможна установка платформ во всех широтах планеты – как в северных, так и в южных. Это дает возможность добывать сырье в любом уголке Земли.

В основном все морские буровые платформы снабжены типовым инженерным оборудованием. Для ледостойких платформ, проектируемых на арктическом шельфе Дальнего Востока, необходимо следующие значения потребления электроэнергии и тепла:

«Платформы с буровым комплексом:

  • Потребление электроэнергии – 24000кВт;
  • Потребление тепла – 12500кВт

Платформы без бурового комплекса:

  • Потребление электроэнергии – 16000кВт;
  • Потребление тепла – 9500кВт»[1].

Основное обеспечение электроэнергией и теплом для всей нефтебуровой морской платформы выполняют газотурбогенераторные установки (ГТУ).

На каждой платформе в случаи аварии ГТУ, предусматриваются аварийные дизель-генераторы, обеспечивающие бесперебойное питание и позволяющие платформе функционировать постоянно, а также предусмотрены аккумуляторные блоки.

Работу всех систем платформы обеспечивает две самые главные силовые установки приводом от газовых турбин.

Исходя из этого, внутренние инженерное оборудование – типовое. С каждым годом оно исчерпывает свои технико-эксплуатационные характеристики. Замена нового оборудования требует дополнительных затрат, а во время ремонтных работ морская буровая платформа не функционирует.

Следовательно, не происходит добычи углеводородного сырья. Отсюда, необходимо автоматизировать инженерное оборудование на морских нефтедобывающих платформах.

Исходя из этого, стоит использовать возобновляемые источники энергии, которые позволят платформе постоянно функционировать и быть самогенерирующими, экологичными и не вредить при этом окружающей среде.

Кроме этого, в настоящее время практически нигде не применяются системы с использованием ВИЭ – возобновляемые источники энергии. Используются лишь некоторые элементы, например, ветроэнергетические установки, и то не везде, поэтому нет и аналогов данного энергетического оборудования.

На основе проведенных исследований наиболее оптимальные возобновляемые источники энергии – это энергия солнца, воды, воздуха и энергия физическо-химических процессов.

Фотоэлектрические панели

Солнце, как известно, является первым и основным источником энергии для нашей планеты. Исходя их этого, за последние тридцать лет помимо тепловых, атомных, ветряных и гидроэлектростанции, широко набирает обороты и солнечная энергетика.

Неисчерпаемая и экологически безопасная солнечная энергия имеет постоянный спрос в южных регионах с большим количеством безоблачных дней, где такая энергия применяется не только для общественного пользования, но и для добычи углеводородного сырья.

В Германии немецкие инженеры построили корабль, работающий только от фотоэлектрических панелей общей площадью 537м2 – Planet Solar Türanor, который является экологически чистым и бесшумным. Корпус такого судна выполнен целиком из пластмасс, армированных углеродным волокном. На сегодняшний день является самым первым и крупнейшим в мире судном, работающий на солнечной энергии (Рис.2).

Благодаря двум электродвигателям, которые получают энергию от фотогальванических панелей, судно двигается со средней скоростью 10км/ч (максимальная скорость 26км/ч). Вся поверхность такого корабля покрыто 825 модулями, содержащие около 38000 фотоэлектрических панелей. Внутри судно разделено на 6 накопительных блоков, которые получают и накапливают энергию.

Применение такой технологии позволило команде из 6 человек совершить кругосветную экспедицию, используя только солнечную энергию.

Ветряные установки на воде

В 2005 году ученые из Стэнфордского университета провели исследования потенциального развития мировой ветроэнергетики и получили результаты, что ветер способен дать нам в семь раз больше электроэнергии.

Одна из ветряных электростанций на воде является London Array, мощостью 630МВт, построенная в открытом море (Юго-восток Великобритании). Ветроэлектростанция состоит из 340 ветряных турбин протяженностью 20км в прибрежной полосе графств Кент и Эссекс. Станция работает с июля 2013 года (Рис.3).

 «Электростанция состоит из одной наземной подстанции и двух морских подстанций. Всего под водой протянуто более 400км кабеля. В целом данная ветролектростанция занимает площадь около 100км2»[2].

Проект London Array играет ключевую роль в программе правительства Великобритании по выполнению целей по защите окружающей среды и возобновляемой энергии.

Предварительные исследования показали, что автономный плавучий ветряк можно применять без дорогостоящих модификаций на любых глубоководных нефтегазовых разработках.

Волновая энергия

Сила волн на поверхности морей и океанов, как и любая другая энергия, может использоваться для полезной работы. По мнению экспертов, волны Мирового океана могут удовлетворить от 20% энергетических потребностей человечества.

Одна из известных установок на воде, получающая энергию за счет волн – волновая электростанция «Утка» Солтера, которая начала свое развитие в 1978 году.

Такая электростанция состоит из поплавков, напоминающие форму утки. Поплавки между собой объединяются при помощи единого вала, а внутри них находятся преобразователи и другие инженерные системы. Энергия вырабатывается за счет колебания поплавков, которые вызывают волны. Получаемая электроэнергия передается по подводному кабелю.

Электростанция Солтера мощностью 45МВт, расположена у западных берегов Британских островов, обеспечивающая электроэнергией Великобританию, которую вырабатывают 20-30 поплавков диаметром 15м. Общая длина такой станции – 1,2км              (Рис.4).

Энергия за счет подводного течения

В морях и океанах за счет постоянного перетока с одного места в другое холодной и теплой воды образуются подводные течения. Массы таких течений позволяют извлекать энергию даже при скорости 1м/с и выработать энергию около 1кВт.

Во Флоридском проливе в 30км восточнее города Майами планируется установить подводную станцию – система «Кориолис», способную выработать энергию за счет подводного течения.

Система «Кориолис» представляет собой 242 турбины общей длиной около 60км и шириной 30км с двумя рабочими колесами, которые вращаются в разных направлениях. Колеса установлены внутри полой камеры из алюминия, обеспечивающие плавучесть турбины (Рис.5).

Полезная мощность каждой турбины составляет 43МВт, что позволит удовлетворить потребности штата Флориды (США) на 10%.

Нидерландские инженеры разработали подводную стену «Parthenon», которую можно использовать для свайных нефтедобывающих платформ (Рис.6а). Стена «Parthenon» не только производит энергию экологически чистым способом, но и выступает в роли защиты прибрежной зоны и местного порта от волнового воздействия. Но такой проект еще не построен.

Установка состоит из большого количество колонн, что и напоминает греческий Парфенон в Афинах. Каждая колонна представляет собой турбину метрового диаметра, вращающуюся во все стороны из-за воздействий речных волн (Рис.6б).

Ядерный реактор

Ядерные станции обеспечивают нашу страну 17% электроэнергией, на Северо-Западе – более 40%. В России работают более 10 АЭС и 33 энергоблока. В основном применяются обычные реакторы разом­кнутого цикла, которые работают на низкообогащённом уране. Отсюда, они сильно не дожигают топливо, в результате чего, происходит накопление радиоактивных отходов.

В 2018 году Россия запустила единственную в мире плавучую атомную электростанцию длинной 1,5 футбольного поля (футбольное поле-106м) и высотой в 9-и этажный дом эксплуатационным сроком 40лет. Работает АЭС как в умеренных, так и в суровых климатических условиях. Ее прочный корпус может выдержать 7-и метровые волны, ветер со скоростью 200км/ч и столкновение с айсбергом (Рис.7).

В случае нештатной ситуации происходит автоматическое охлаждение реактора, обесточивание приводов и снижение давления, но «в материалах проекта не предусмотрено надежное обеспечение аварийного расхолаживания реактора при полном обесточивании АЭС»[3].

Плавучая АЭС включает двухреакторную энергоустановку, которая вырабатывает до 80МВт электричества. Следовательно, может обеспечить жизнедеятельность города около 100т.чел. Кроме этого, станция работает как опреснительное сооружение, отвечая всем экологическим нормам и безопасности.

Заключение

В последнее время в мире наблюдается большой интерес к добыче углеводородного сырья морей и океанов, таких как нефть и природный газ.  Процесс добычи – трудоемкий, исходя из этого, применяют специальные инженерные системы, называемые морскими буровыми платформами.

По своему типу нефтяные и газоперерабатывающие платформы могут быть стационарные и плавающие, а по климатическим характеристикам – обычные и ледостойкие. Таким образом, возможно добывать сырье в любом уголке Земли.

Для проведения буровых работ морские нефтяные платформы потребляют 24000кВт электроэнергии и 12500кВт тепла. Отсюда, все морские буровые платформы снабжены типовым инженерным оборудованием.

Но с каждым годом оно исчерпывает свои технико-эксплуатационные характеристики. Замена нового оборудования требует дополнительных затрат, а во время ремонтных работ морская буровая платформа не функционирует.

Исходя из этого, стоит использовать возобновляемые источники энергии (Рис.8).

На основе проведенных исследований наиболее оптимальные инженерные оборудования возобновляемых источников энергии, которые можно применить для нефтедобывающих морских платформ, следующие:

  1. 1.      Фотоэлектрические панели (использовать на вертикальных конструкциях нефтедобывающей платформы);
  2. 2.      Ветряные установки (использовать в объемно-планировочном решение нефтедобывающей платформы, а также рядом с платформой);
  3. 3.      Ядерный реактор (возможно применять вместо турбогенератовров и дизельных двигателей);
  4. 4.      Станции, вырабатывающие энергию за счет волн (такую станцию возможно использовать рядом с нефтяной платформой);
  5. 5.      Станции, вырабатывающие энергию за счет подводного течения (на данный момент, использование такой технологии непосредственно вблизи нефтяной платформы, либо на опорном основании, применив конструкцию волновой электростанции – «Parthenon» (Нидерланды)).

Благодаря применению перечисленного автоматизированного инженерного оборудования, они позволят практически в 2 раза сократить потребление дизельного топлива в период бурения скважин и попутного газа на собственные нужды в период добычи нефти. Обеспечить требуемой энергией как для платформы, так и недалеко расположенных от месторождений поселков или небольших городов (расстояние от месторождений – 50-100км) (Рис.9).

Кроме этого, автоматизированные оборудования, которые находятся в воде, как и нефтяные буровые платформы, эксплуатируются долго (30-40лет). Исходя из этого, ученые предложили их не демонтировать после срока эксплуатации. Согласно данным нового исследования, они могут стать основой для искусственных рифов, где обитает большое разнообразие организмов.

Отсюда, стоит сказать, что внедрение возобновляемых источников энергии для добычи углеводородного сырья, позволят нефтяным морским платформам быть самогенерирующими, экологичными и не вредить при этом окружающей среде.

Список литературы

Научная литература:

  1. Булатов А.И., Проселков Ю.М. Морские нефтегазовые сооружения. – Краснодар: Просвещение – Юг, 2006.
  2. Елистратов В.В. Энергетика возобновляемых источников в XXI: материалы Междунар. науч.- техн. семинара. – Сочи: РИО СГУТ и КД 2001. – С. 6-12.

Иностранные источники:

  1. Нестли Т.Ф., Стендиус Л., Йохансон. М. Дж., Абрахамсон А., Кьяер Ф.С. Снабжение электроэнергией газодобывающей платформы Troll. АББ Ревю 2003. С. 15-20.
  2. Твайделл Дж., Уэйр А. Возобновляемые источники энергии: Пер. с англ. — М. Энергоатомиздат. 1990.
  3. Laird, B., Holm, M., Hauge, F. (May 2007). Electrification of offshore platforms. Bellona Foundation report

Интернет источники:

  1. Деятельность плавучей атомной электростанции. [Электронный ресурс]: URL: https://knowledge.allbest.ru/physics/3c0a65635a2bc69b4c43b89421306c37_0.html (дата обращения: 10.03.2019)

Источник: http://zvt.abok.ru/articles/610/Primenenie_VIE_na_morskih_neftedobivayuchshih_platformah

Pravo-consut
Добавить комментарий