ЕНЕРГИЯ НА ВЪЛНАТА: ИСТОРИЯ, КАК РАБОТИ, ПРЕДИМСТВА, НЕДОСТАТЪЦИ - ОКОЛЕН СВЯТ - 2024

На енергия вълна или вълна - мощност е механичната енергия, генерирана от вълната и който се превръща в електрическа енергия. Това е кинетичната енергия на водата, произведена от енергията на вятъра при нейното триене с повърхността на водни тела.

Тази кинетична енергия се трансформира от турбините в електрическа енергия, като е възобновяема и чиста енергия. Историята на използването на тази енергия датира от деветнадесети век, но тя е в края на ХХ век, когато започва да процъфтява.

Сила на вълните. Източник: Mostafameraji

Днес има голям брой системи, предложени да се възползват от формите на вълновата енергия. Те включват колебание на вълната, вълнен удар или вариации на налягането под вълната.

Общият принцип на тези системи е подобен и се състои в проектиране на устройства, които трансформират кинетичната енергия на вълните в механична и след това в електрическа. Въпреки това, дизайнът и изпълнението са силно променливи и могат да бъдат инсталирани на брега или в морето.

Оборудването може да бъде потопено, полупотопено, плаващо или изградено на бреговата линия. Има системи като Pelamis, където движението на вълните нагоре активира хидравличните системи чрез тяга, която активира двигатели, свързани с електрически генератори.

Други се възползват от силата на вълните при разбиване на брега, или чрез натискане на хидравлични бутала или колони от въздух, които движат турбини (Пример: OWC система, осцилираща водна колона).

В други дизайни силата на вълната се използва, докато се разрушава на брега, за да я канализира и запълва резервоари. Впоследствие потенциалната енергия на съхранената вода се използва за придвижване на турбините чрез гравитация и генериране на електрическа енергия.

Вълновата енергия има несъмнени предимства, тъй като е възобновяема, чиста, безплатна и има ниско въздействие върху околната среда. Това обаче включва някои недостатъци, свързани с условията на околната среда, в които работи оборудването и характеристиките на вълните.

Условията на морската среда излагат структурите на корозия от селетера, действието на морската фауна, силната слънчева радиация, вятъра и бурите. Следователно, в зависимост от типа на системата, условията на работа могат да бъдат трудни, особено в потопени или закотвени офшорни системи.

По същия начин, поддръжката е скъпа, особено в офшорните системи, тъй като котвите трябва да се проверяват периодично. От друга страна, в зависимост от системата и района, те могат да окажат отрицателно въздействие върху лодките, риболова и развлекателните дейности.

история

Той има своите предшественици през 19-ти век, когато испанецът Жозе Баруфет патентова това, което нарече "мармот". Тази машина произвежда електричество от вертикалното колебание на вълните и не е комерсиализирана до 80-те години на 20 век.

Апаратът на Barrufet се състоеше от поредица шамандури, които се колебаеха нагоре и надолу с вълните, задвижвайки електрически генератор. Системата не беше много ефективна, но според своя изобретател е способна да генерира 0,36 кВт.

Днес има повече от 600 патента за използване на силата на вълните за генериране на електрическа енергия. Те могат да работят с помощта на силата, произведена от вертикалното трептене или генерирана от въздействието на вълната върху брега.

Как работи вълновата енергия?

Пеламис конвертор в Пениче, Португалия. Източник: Дипл. Инж. Гуидо Грассов

Работата на вълновите захранващи системи зависи от движението, което искате да се възползвате от вълните. На брега има плаващи или закотвени системи, които се възползват от вертикалното колебание на водата, а други улавят силата на удара на вълните по брега.

По същия начин има и такива, които използват вариацията на налягането под повърхността на вълната. В някои случаи кинетичната енергия на вълните позволява да се съхранява морската вода и да се възползва от нейната потенциална енергия (падане на гравитацията) за активиране на електрически турбини.

В други системи механичната енергия на вълните произвежда движения на хидравлични бутала или въздушни маси, които активират хидравлични двигатели или турбини за генериране на електричество.

- Плаващи или закотвени системи на сушата

Тези системи могат да бъдат полутопени или потопени и да се възползват от колебателното движение, причинено от бреговите вълни. Някои системи използват силата на повърхността набъбват, а други - дълбокото движение.

Повърхността набъбва

Съществуват системи от съчленени сегменти, като Pelamis или „морска змия“, в която вълните движат съчленени модули, които активират хидравлични двигателни системи, свързани с електрически генератори.

Друга алтернатива е Salter Duck, където шамандурите, фиксирани към оста, извършват движение на коня с вълните, като също активират хидравлични двигатели. От друга страна, има цяла поредица от предложения, базирани на шамандури, чието колебание активира и хидравличните системи.

Дълбоко люлеещо се движение

Архимедският вълнов осцилатор се състои от два цилиндъра, монтирани последователно върху конструкция, закрепена към морското дъно. Горният цилиндър има странични магнити и се движи вертикално надолу с налягането на вълната.

Когато цилиндърът се спуска надолу, той натиска долния цилиндър, който съдържа въздух и, тъй като налягането на вълната отстъпва, налягането на въздуха задвижва системата нагоре. Колебателното движение във вертикална посока на намагнетизирания цилиндър позволява да се генерира електричество с помощта на намотка.

Вълнов дракон

Състои се от плаваща платформа, завързана на дъното с перки, които й позволяват да приема водата, преместена от вълните, което води до наводняване на конструкцията. Водата се натрупва и след това се циркулира през централна колона през турбина.

- крайбрежни системи

Тези системи са инсталирани на брега и се възползват от енергията, генерирана от счупване на вълни. Ограничението на тези системи е, че те работят само на брегове със силни вълни.

Пример е системата, проектирана от башкия инженер Иняки Вале, която се състои от платформа, закотвена към наклонения бряг с магнит на релси. Вълната избутва магнита нагоре, той се спуска от гравитацията и движението индуцира намотка за производство на електричество.

Система

Състои се от система от плочи, които се колебаят напред и назад с изливането и потока на вълните и това движение с помощта на бутална помпа задейства електрическата турбина.

Система на

В този случай става въпрос за плаващи плочи, закотвени до брега, които получават силата на счупване на вълната и активират хидравлична система. Хидравличният мотор от своя страна задвижва турбина, която генерира електричество.

Система CETO

Състои се от поредица потопени шамандури, закрепени към морското дъно и чието трептене активира хидравлични помпи, които пренасят морската вода до брега. Изпомпаната вода активира турбината за генериране на електричество.

Системи, които използват потенциална енергия

Съществуват редица системи, които съхраняват морска вода в резервоари и след това чрез гравитация могат да активират турбините на Каплан и да генерират електричество. Водата достига до резервоарите, задвижвани от самата вълна, както в системата TAPCHAN (Tapered Channel Wave System) или SSG Wave Energy (Морска вълна на слот-конус генератор).

Системи за колони вода-въздух

В други случаи силата на водата, задвижвана от вълните, се използва за придвижване на колона въздух, която при преминаване през турбина генерира електричество.

Например в системата OWC (осцилираща водна колона) водата във вълновия поток влиза през канал и задвижва вътрешния въздух. Въздушната колона се издига през комин и преминава през турбината, за да излезе навън.

Когато водата се оттегли в прилива на вълните, въздухът отново влиза в комина, като отново движи турбината. Това има дизайн, който го кара да се движи в една и съща посока и в двата потока.

Друга подобна система е ORECON, при която трептенето на водата вътре в камерата задвижва поплавък, който от своя страна притиска въздуха да премине през турбината. Тази система работи еднакво, като се движи въздух в двете посоки.

предимство

Вълнова ферма. Източник: P123

Възобновяема енергия

Това е енергия от почти неизчерпаем природен източник като океанските вълни.

Източникът на енергия е безплатен

Източникът на вълновата енергия са океанските вълни, над които не се упражнява икономическа собственост.

Чиста енергия

Вълновата енергия не генерира отпадъци и предлаганите досега системи за нейното използване също не генерират съответните отпадъци в процеса.

Ниско въздействие върху околната среда

Всяка намеса във водната или крайбрежната среда поражда известно въздействие върху околната среда, но повечето от предложените системи са с ниско въздействие.

Асоциация с други продуктивни цели

Някои енергийни системи за вълни позволяват извличането на морска вода за извършване на процеси за обезсоляване и получаване на питейна вода или за производство на водород.

Например тези, чиято експлоатация включва събиране и съхранение на морска вода на брега, като TAPCHAN и SSG Wave Energy.

Недостатъци

Повечето от недостатъците не са абсолютни, а зависят от конкретната вълнова система, която оценяваме.

Вълнова сила и редовност

Скоростта на производство на енергия зависи от случайното поведение на вълните в редовността и силата. Следователно областите, в които използването на тази енергия може да бъде ефективно, са ограничени.

Амплитудата и посоката на вълната обикновено са нередовни, така че входящата сила е произволна. Това затруднява апаратурата да постигне максимална производителност в целия честотен диапазон, а ефективността на преобразуване на енергия не е висока.

Поддръжка

Поддръжката на съответните конструкции води до определени трудности и разходи, като се имат предвид корозивните ефекти на морската селитра и въздействието на самите вълни. В случай на офшорни и потопени съоръжения разходите за поддръжка се увеличават от затруднения с достъпа и необходимостта от периодичен надзор.

Климатични и екологични условия като цяло

Структурите за улавяне на вълновата енергия и превръщането й в електрическа енергия са подложени на екстремни условия в морската среда. Те включват влажност, селитра, ветрове, дъждове, бури, урагани, наред с други.

Бурите предполагат, че устройството трябва да издържа на товари 100 пъти по-големи от номиналните, което може да причини повреда или пълна повреда на оборудването.

морски живот

Морският живот също е фактор, който може да повлияе на функционалността на оборудване като големи животни (акули, китоподобни). От друга страна, двучерупчестите и водораслите се прилепват към повърхността на оборудването, причинявайки значително влошаване.

Първоначална инвестиция

Първоначалната икономическа инвестиция е висока, поради необходимото оборудване и трудностите при монтажа му. Оборудването се нуждае от специални материали и покрития, херметични и закрепващи системи.

Въздействие върху антропните дейности

В зависимост от вида на използваната система, те могат да повлияят на навигацията, риболова и туристическата атракция в района.

Държави, които използват вълнова енергия

Волна електроцентрала Motrico (Испания). Източник: Txo

Испания

Въпреки че потенциалът на Средиземно море е нисък по отношение на енергията на вълните, в Кантабрийско море и в Атлантическия океан той е много висок. В башкия град Мутрику има електроцентрала, построена през 2011 г. с 16 турбини (мощност 300kW).

В Сантоня (Кантабрия) има още една вълнова електроцентрала, която използва 10 потопени шамандури, за да се възползва от енергията на вертикалните колебания на вълните и да генерира електричество. На Канарските острови има няколко проекта с цел увеличаване на енергията на вълните поради благоприятните условия на техните брегове.

Португалия

През 2008 г. компанията Ocean Power Delivery (OPD) инсталира три машини Pelamis P-750, разположени на 5 км от португалския бряг. Те се намират близо до Póvoa de Varim, с инсталирана мощност 2,25 MW.

Шотландия (Великобритания)

OWC технологията се използва на остров Оркни, където от 2000 г. е инсталирана система, наречена LIMPET. Тази система има максимална мощност от 500 KW.

Дания

През 2004 г. в Дания е инсталиран пилотен проект от тип Wave Dragon, чиито размери са 58 x 33 m и с максимална мощност 20 KW.

Норвегия

Монтажът на инсталация за системата SSG Wave Energy в Сваахея (Норвегия) е в ход.

нас

През 2002 г. в Ню Джърси е инсталиран пилотен проект за устройство Power Buoy с офшорна шамандура с диаметър 5 m, дължина 14 m и максимална мощност 50 KW.

В Орегон в пристанище Гарибалди беше инсталирана пилотна централа SSG Wave Energy. По същия начин, на Хаваите те насърчават възобновяемите енергийни източници, а в случая на остров Мауи основният възобновяем източник е вълновата енергия.

Препратки

1. Amundarain M (2012). Възобновяема енергия от вълни. Ikastorratza. Електронен вестник по дидактика 8. Ревизиран на 03.03.2019 от ehu.eus
2. Cuevas T и Ulloa A (2015). Вълнова енергия. Конвенционален семинар за пазара на възобновяеми енергийни източници за граждански инженери. Факултет по физически науки и математика, Университет на Чили. 13 стр.
3. Falcão AF de O (2010). Използване на вълновата енергия: преглед на технологиите. Прегледи за възобновяема и устойчива енергия 14: 899–918.
4. Rodríguez R и Chimbo M (2017). Използване на вълнова енергия в Еквадор. Ингений 17: 23-28.
5. Suárez-Quijano E (2017). Енергийна зависимост и вълнова енергия в Испания: големият потенциал на морето. Специалност „География и пространствено планиране“, Философски факултет и писма, Университет в Кантабрия. 52 стр.
6. Vicinanza D, Margheritini L, Kofoed JP и Buccino M (2012). SSG Wave Energy Converter: производителност, състояние и последните разработки. Енергии 5: 193-226.

   Weebly. Онлайн: taperedchannelwaveenergy.weebly.com