Волновые электростанции. 2 слайд Вступление
 Скачать 58.34 Kb.
|
|
2 слайд Вступление Современные исследования энергетики показали, что запасы многих органических источников энергии истощаются с каждым годом в огромных объемах. В связи с этим в настоящее время поиск новых месторождений и новых видов топлива играет первостепенную задачу для полноценного обеспечения энергией всего мира и отдельные жизненно важные объектов. Огромной проблемой также становятся исследования в области влияния выбросов в атмосферу и другая активная деятельность человека. Поэтому подходящим подходом к дальнейшему развитию человечества является поиски новых источников энергии. Одним из таких направлений является строительство электростанций, вырабатывающих энергию из сил морских волн, волновых электростанций. 3 слайд Что такое волновая электростанция ? Волновая электростанция (ВЭС) — электростанция, расположенная в водной среде, целью которой является получение электроэнергии из кинетической энергии волн. Сила волн на поверхности морей и океанов, как и любая другая энергия, может использоваться для полезной работы, в том числе для обеспечения работы электростанций. По мнению экспертов, волны Мирового океана могут удовлетворить от 20% энергетических потребностей человечества. По самым смелым оценкам, волны генерируют порядка 2 ТВт энергии, что в два раза превосходит совокупный объём выработки энергии во всём мире в настоящее время. Привлекательность использования волн заключается в первую очередь в их высокой удельной мощности. При преобразовании энергии волн, эффективность может существенно превышать прочие альтернативные способы, такие как ветряные и солнечные электростанции, достигая коэффициента полезного использования в 85%. В условиях десятиметровой высоты волн удельная мощность достигает 2 МВт на погонный метр. Технически использование энергии волн возможно только в прибрежных зонах, где мощность составляет максимум 75–80 кВт на метр, а средняя высота волн — до двух метров. Впрочем, такой уровень наблюдается в большей части Мирового океана в спокойных погодных условиях. Усреднённый показатель удельной мощности волн в Северном полушарии составляет в пределах 25 кВт на метр. 4 -5 слайд Регионы, наиболее потенциально пригодные для запуска волновых электростанций Регионы, наиболее потенциально пригодные для запуска волновых электростанций — это территории с побережьем большой протяжённости и наличием стабильных сильных ветров. В такие зоны входят в том числе европейское западное побережье, британский север, берега Тихого океана в Северной и Южной Америке, Новой Зеландии и Австралии, а также Южной Африке. 6 слайд Принцип работы волновой электростанции Работа станций выполняется благодаря воздействию волн на их рабочие тела, в роли которых могут выступать, в зависимости от конкретного проекта, поплавки, лопасти турбин, маятники, трубы, волноприёмники или волноотбойники. Движения волн в конечном итоге трансформируются во вращение генераторов при помощи силовых преобразователей — воздушных и гидравлических турбин, цепных и зубчатых передач или же водяных колёс. Полученная в результате воздействия волн механическая энергия превращается в электрическую, после чего транспортируется потребителям через морской кабель на побережье Кроме генерации электроэнергии, при задействовании дополнительного оборудования волновые станции могут выполнять и другую полезную работу, в том числе выработку тепла, пресной воды, кислорода, водорода и других химических веществ из морской воды при помощи процессов электролиза, а также осуществлять производство сжатого воздуха. 7 Слайд Существует несколько способов устройства подобных станций различных по принципу работы. 1 Принцип «осциллирующего водяного столба». 2 Установка с «искусственным атоллом». 3 Принцип «колеблющегося тела». 8 Слайд 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. 9 Слайд Установка с «искусственным атоллом». Установка с «искусственным атоллом». Это бетонное сооружение состоит из корпуса, на котором размещается 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. 10 Слайд Принцип «колеблющегося тела» 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. Вот некоторые примеры конструкций ВЭС работающих по принципу «колеблющегося тела». 11 Слайд Утка Солтера Проект, известный под названием утка Солтера , представляет собой преобразователь волновой энергии. Рабочей конструкцией является поплавок ( утка ), профиль которого рассчитан по законам гидродинамики. В проекте предусматривается монтаж большого количества крупных поплавков, последовательно укрепленных на общем валу. Под действием волн поплавки приходят в движение и возвращаются в исходное положение силой собственного веса. При этом приводятся в действие насосы внутри вала, заполненного специально подготовленной водой. Через систему труб различного диаметра создается разность давления, приводящая в движение турбины, установленные между поплавками и поднятые над поверхностью моря. Вырабатываемая электроэнергия передается по подводному кабелю. Для более эффективного распределения нагрузок на валу следует устанавливать 20 – 30 поплавков. 12 -13 Слайд Преобразователи Pelamis Преобразователи Pelamis — так называемые «морские змеи» — соединенные шарнирами цилиндрические секции. Волны вынуждают плавающую «змею» изгибаться, за счет чего внутри – в местах, где секции соединяются – гидравлические поршни перемещаются и прокачивают масло через гидравлические двигатели, которые, в то же время заставляют вращаться электрогенераторы. Полученное электричество поступает в кабель, проходящий с поплавка на дно. Несколько подобных «змей» могу быть объединены электрически – общая мощность передается на берег по одному кабелю. 14 Слайд Волновая станция Oyster В акватории Северного моря, у шотландского побережья Оркнейских островов, заработала волновая станция Oyster мощностью 600 кВт, построенная местной компанией Aquamarine Power. Генератор работает с использованием донного насоса, который под воздействием волнового поплавка закачивает на берег морскую воду. Поступающая вода, в свою очередь, обеспечивает движение лопастей генератора. Станция обеспечивает энергией несколько сотен домохозяйств. 15 Слайд Волновая электростанция Wavestar (ДАНИЯ)Компания Wave Star Energy в экспериментальном порядке запустила опытную установку в районе мыса Ханстхольм (Северное море), расположив её в трёх сотнях метров от побережья. Работает пока один генерирующий модуль электростанции мощностью 500 кВт. Необычность конструкции заключается в устройстве поплавков, участвующих в преобразовании кинетической энергии волн в электричество Также разработчики предложили обеспечить полную защиту станции от штормовых волн путём предоставления полной свободы движения поплавковой системе. В частности, при высоте волны до 2,5 метра установка работает в штатном режиме. Если же волны превышают 3 метра, система поплавков просто поднимается и опускается вслед за увеличившимися колебаниями морской поверхности. Свободное перемещение поплавков обеспечивается специальными подвижными балансирами, опоры которых закрепляются на дне. Впрочем, станция имеет определённые ограничения в работе, а именно не предназначена для использования на глубинах более семи метров. Тем не менее, подходящих районов для запуска таких станций на европейской территории вполне достаточно, в том числе в Ирландии, Франции, Великобритании и Португалии. 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. 16 Слайд Недостатки ВЭС Главным препятствием на пути к обширному внедрению волновых электростанций является их стоимость. Из-за сложной конструкции и сложной установки на поверхность морских вод затраты на внедрение подобных установок в эксплуатацию выше, чем на строительство АЭС или ТЭС. Кроме того, наблюдается и ряд других недостатков, которые в основном связаны с появлением социально-экономических проблем. Дело все в том, что крупные поплавковые станции создают опасность и мешают мореходству и рыболовству – поплавковая волновая электростанция может просто вытеснить человека из промысловых зон. Возможны и экологические последствия. Покрытие значительной части акватории преобразователями волн может навредить экологии, поскольку волны играют большую роль в газообмене океана и атмосферы, в очищении водной поверхности от загрязнений. Все это может привести к смещению экологического равновесия. К минусам данного типа электростанций относятся: Высокие капитальные вложения Малая мощность вырабатываемой энергии; Не стабильный характер работы, вызванный атмосферными явлениями в окружающей среде; Может создавать опасность для хода судов и промышленного лова рыбы; Нарушение естественного газообмена морской среды, в котором участвуют волны. 17 Слайд Преимущества ВЭС Вместе с недостатками волновая электростанция имеет и ряд преимуществ Очевидно, что основным преимуществом волновой энергетики является то, что в ней используются исключительно возобновляемые источники. На фоне истощающихся запасов углеводородного сырья, глобального загрязнения окружающей среды выбросами ТЭС и снижения популярности атомных станций на фоне их повышенной опасности, любая альтернативная генерация имеет большой потенциал для развития. Также установки, благодаря тому что гасят энергию волны, могут защищать прибрежные сооружения (причалы, порты) от разрушения силой океана; выработка электричества происходит с минимальными затратами; высокая мощность волнения делает ВЭС экономически более выгодными, нежели ветровые или солнечные электростанции. К плюсам использования можно отнести: Возобновляемый источник энергии; Отсутствие вредных выбросов Волновые электростанции могут выполнять защитные функции, путем гашения волн Низкая себестоимость получаемой электроэнергии; Основной задачей разработчиков волновых электростанций является усовершенствование конструкции станции таким образом, чтобы значительно снизить себестоимость получаемой электроэнергии. 18 Слайд Волновые электростанции в России В России первая ВЭС появилась в 2014 году в Приморском крае. Разработкой занимался коллектив ученых из Уральского федерального университета и Тихоокеанского океанологического института ДВО РАН. Установка имеет экспериментальный характер. Ее особенность в том, что она использует энергию не только волн, но и приливов/отливов. В Екатеринбурге, компания OceanRusEnergy выпускает небольшие волновые генераторы для частного пользования, в перспективе планируется выпуск генераторов мощностью до 1 МВт. Иными словами можно сказать что развитие ВЭС в России только начинает развиваться в нашей стране. Также есть информация что на территории Москвы может быть начато строительства производственного научно-исследовательского предприятия, которое будет разрабатывать модули поплавковых волновых электростанций. Конец История развития волновой энергетикиЧеловечество давно задумывалось, как задействовать мощь стихии океана себе на службу. Так, в Париже, в 1799 году, Жирар Пьер Симон и его сын подали заявку на патент первой волновой мельницы. В конце 19 века велись многочисленные опыты по преобразованию энергии волн в электрическую. В Руайане, рядом с Бордо во Франции, в 1910 году была установлена небольшая волновая установка, питавшая электроэнергией частный дом. С 1833 по 1973 год только в Великобритании было выдано 340 патентов на частные изобретения волновых устройств. Бывший японский морской военнослужащий Йошуа Масуда, в 1940-1950 годах, проверил на сотне навигационных буев, различные типы устройств для преобразования энергии волн в электричество. В наше время Йошуа Масуду рассматривают как отца технологий волновой энергетики. В 1985 году, в Норвегии, были впервые введены в строй опытно-промышленные волновые электростанции, использовавшие принцип турбины. Первая в мире опытная ВЭС Первая волновая электростанция появилась в 1985 году в Норвегии. Ее мощность составила 500 кВт, а сама она представляла собой опытный образец. Ее принцип действия основан на циклическом сжатии и расширении среды: цилиндр с открытым дном погружен в воду так, чтобы его край был ниже ложбины волны – самой нижней ее точки; периодически набегающая вода сжимает воздух во внутренней полости; по достижении определенного давления открывается клапан, который дает проход сжатому кислороду к турбине .Такая электростанция вырабатывала 500 кВт энергии, чтобы было достаточно для подтверждения действенности установок, что способствовало их развитию. Первая в мире промышленная электростанция Первой в мире установкой промышленного масштаба считается Oceanlinx в акватории Порт-Кембл, в Австралии. Она введена в эксплуатацию в 2005 году, но затем была отправлена на реконструкцию и в 2009 году вновь заработала, из-за чего в регионе теперь используются и приливные, и волновые электростанции. Ее принцип действия состоит в следующем: Волны периодически забегают в специальные камеры, заставляя сжиматься воздух.По достижении критического давления сжатый воздух через сеть каналов вращает электрогенератор.Для улавливания движения и силы волн лопасти турбины меняют свой угол наклона.Мощность установки составила порядка 450 кВт, хотя каждая секция станции способна выдавать от 100 кВт*ч до 1,5 МВт*ч электрической энергии. Первая в мире коммерческая ВЭС Первая волновая электростанция коммерческого назначения заработала в 2008 году в Агусадоре, Португалия. Более того, она первая в мире установка, которая использует непосредственно механическую энергию волны. Проект подготовила английская компания PelamisWavePower. В состав конструкции входит несколько секций, которые отпускаются и поднимаются вместе с профилем волны. Секции шарнирно скреплены с гидравлической системой и во время движения приводят ее в действие. Гидравлический механизм заставляет вращаться ротор генератора, благодаря чему и вырабатывается электроэнергия. Используемые в Португалии волновые электростанции плюсы и минусы имеют. Преимущество установки заключается в большой мощности – около 2,25 МВт, а также в возможности установки дополнительных секций. Недостаток установки системы один – возникает сложности с передачей электрической энергии по проводам к потребителю. Виды волновых генераторов Волновые электростанции существуют совершенно разных типов, сильно различающихся между собой. На настоящий день, нет общепризнанных по эффективности видов волновых электростанций, ведется много исследований в этом направлении, в том числе в России, появляются новые изобретения. Есть два основных типа конструкций — турбина, через которую проходят волны и вращают генератор, и поплавки-преобразователи расположенные на поверхности волн. Есть три вида распространенных конструкций поплавков-преобразователей: Схема морской волновой гидроэлектростанцииМорская гидроэлектростанция, схема которой показана на рис №1, представляет многоярусное сооружение.  Рис.1. Схема морской волновой гидроэлектростанции Данная конструкция, базируется на морском, опорном основании 1, хотя возможны и варианты, когда гидротурбины и гидрогенераторы могут располагаться на отдельном основании, что позволит уменьшить высоту подъема воды до гидроагрегатов, и тем самым увеличить давление воды на лопатки гидротурбины на 3 — 4 атм.
Принцип действия морской волновой гидроэлектростанцииПринцип работы данной установки заключается в следующем: Насосная секция 17 вместе с волной перемещается вверх и вниз внутри направляющей клетки 18 рис. №1, охватывая, неподвижный поршень 9 показанный уже на другом рисунке,- на рис. №4 {отдельно работа насосной секции будет описана ниже}. Вода под давлением, по водоводам 14 подается в компенсационную колонну 13, откуда попадает на лопатки гидротурбины 3. Гидротурбина связана единым валом с гидрогенератором 4, ротор которого, вращаясь, вырабатывает электроэнергию. Отработавшая вода по водоводу 2 сбрасывается обратно в море. Выработанная электроэнергия по кабелю передачи 10 передается в распредустройства 9 и далее на трансформатор 6, откуда по высоковольтному кабелю 5, она готова к передаче на ближайшую к потребителям подстанцию. |