Elektrana na valove: princip rada

2024 Autor: Howard Calhoun | [email protected]. Zadnja promjena: 2023-12-17 10:29

Vode oceana kriju bezbrojna bogatstva od kojih su glavni, možda, neograničeni izvori energije u obliku morskih valova. O korištenju kinetičke energije šahtova koji se kotrljaju na obalu prvi put se razmišljalo u 18. stoljeću u Parizu, gdje je predstavljen prvi patent za mlin s valovima. Sada je tehnologija iskoračila daleko naprijed, a zajedničkim naporima znanstvenika stvorena je prva komercijalna elektrana na valove, koja je počela s radom 2008.

Zašto je to korisno?

Nije tajna da su prirodni resursi na rubu iscrpljivanja. Zalihe ugljena, nafte i plina - glavni energenti - pri kraju. Prema najoptimističnijim predviđanjima znanstvenika, rezerve će biti dovoljne za 150-300 godina života. Nuklearna energija također nije ispunila očekivanja. Visoka snaga i produktivnost nadoknađuju troškove izgradnje, rada, no problemi zbrinjavanja otpada i štete po okoliš uskoro će ih prisiliti na napuštanje. Iz tih razloga znanstvenici traže nove alternativne izvore energije. Sad većrade vjetroelektrane i solarne elektrane. Ali uz sve svoje prednosti, imaju značajan nedostatak - nisku učinkovitost. Neće biti moguće zadovoljiti potrebe cjelokupnog stanovništva. Stoga su potrebna nova rješenja.

Za proizvodnju električne energije, valna elektrana koristi kinetičku energiju valova. Prema najkonzervativnijim procjenama, taj se potencijal procjenjuje na 2 milijuna MW, što je usporedivo s 1000 nuklearnih elektrana koje rade punim kapacitetom, i oko 75 kW/m3 po metru valnog fronta. Nema apsolutno nikakvog štetnog utjecaja na okoliš.

Opća shema rada

Valne elektrane su plutajuće strukture koje su sposobne pretvoriti mehaničku energiju kretanja valova u električnu energiju i prenijeti je potrošaču. U isto vrijeme pokušavaju koristiti dva izvora:

1. Kinetičke rezerve. Pomorska okna prolaze kroz cijev velikog promjera i rotiraju lopatice, koje prenose silu na električni generator. Primjenjuje se i pneumatski princip - voda, prodirajući u posebnu komoru, istiskuje kisik odatle, koji se preusmjerava kroz sustav kanala i okreće lopatice turbine.
2. Energija kotrljanja. U ovom slučaju, valna elektrana djeluje kao plovak. Krećući se u prostoru zajedno s profilom vala, čini da se turbina okreće kroz složeni sustav poluga.

Različite zemlje koriste vlastitu tehnologiju za pretvaranje mehaničkog kretanja valova u električnu energiju, ali općenitoimaju istu shemu djelovanja.

Nedostaci valnih elektrana

Glavna prepreka raširenom uvođenju valnih elektrana je njihova cijena. Zbog složenog dizajna i složene instalacije na površini mora, troškovi puštanja u rad takvih instalacija veći su nego kod izgradnje nuklearne elektrane ili termoelektrane.

Osim toga, postoji niz drugih nedostataka, koji su uglavnom povezani s pojavom socio-ekonomskih problema. Stvar je u tome da velike plovne stanice stvaraju opasnost i ometaju plovidbu i ribolov - elektrana na plutajući valovi može jednostavno istjerati osobu iz ribolovnih područja. Moguće su i ekološke posljedice. Korištenje instalacija značajno gasi morske valove, čini ih manjim i sprječava njihovo izbijanje na obalu. U međuvremenu, valovi igraju važnu ulogu u procesu izmjene plina u oceanu, čisteći njegovu površinu. Sve to može dovesti do pomaka u ekološkoj ravnoteži.

Pozitivni aspekti elektrana na valove

Uz nedostatke, elektrana na valove ima i niz prednosti koje pozitivno utječu na ljudske aktivnosti:

• instalacije, zbog činjenice da gase energiju valova, mogu zaštititi obalne strukture (pristaništa, luke) od uništenja snagom oceana;
• Struja se proizvodi uz minimalnu cijenu;
• snaga visokih valova čini vjetroelektrane ekonomski isplativijim od vjetroelektrana ili solarnih elektrana.

Zalihe energije također posjeduju kopnene vode, uglavnom rijeke. Izgradnja stanica na mostovima, prijelazima, stupovima perspektiva je razvoja ovog područja proizvodnje električne energije.

Problemi koje treba riješiti

Glavni zadatak s kojim se sada susreće znanstvena zajednica je poboljšati dizajn, što će smanjiti cijenu električne energije koju proizvode elektrane na valove. Princip rada trebao bi ostati isti, ali će se za izradu instalacija koristiti nove tehnologije i materijali.

Prosječna snaga vala je 75-85 kW/m - to je raspon na koji je podešena većina postaja. Međutim, tijekom oluje jačina morskih valova se višestruko povećava i postoji opasnost od uništenja instalacija. Već je više od jedne oštrice bilo zgužvano ili savijeno nakon oluje. Kako bi riješili ovaj problem, znanstvenici umjetno smanjuju specifičnu snagu valova. Jedan od problema je što će masovna uporaba valnih stanica dovesti do klimatskih promjena. Generiranje električne energije odvija se zbog rotacije Zemlje (tako nastaju valovi). Široka upotreba postaja uzrokovat će sporiju rotaciju planeta. Osoba neće osjetiti razliku, ali to će uništiti brojne struje koje igraju važnu ulogu u Zemljinoj razmjeni topline.

Prvi eksperimentalni WPP na svijetu

Prva elektrana na valove pojavila se 1985. u Norveškoj. Snaga mu je bila 500 kW, a ona samabio prototip. Njegov princip rada temelji se na cikličkoj kompresiji i ekspanziji medija:

• cilindar s otvorenim dnom uronjen je u vodu tako da mu je rub ispod udubljenja vala - njegove najniže točke;
• povremeno tekuća voda komprimira zrak u unutarnjoj šupljini;
• kada se postigne određeni tlak, otvara se ventil koji omogućuje komprimirani kisik da prođe do turbine.

Ova elektrana proizvela je 500 kW energije, što je bilo dovoljno da potvrdi učinkovitost instalacija, što je doprinijelo njihovom razvoju.

Prva industrijska elektrana na svijetu

Prva svjetska instalacija industrijskog razmjera je Oceanlinx na moru Port Kemble, Australija. Puštena je u pogon 2005. godine, ali je potom poslana na rekonstrukciju i ponovno je počela s radom 2009. godine, zbog čega se danas u regiji koriste i elektrane na plimu i val. Njegov princip rada je sljedeći:

1. Valovi povremeno ulaze u posebne komore, uzrokujući sabijanje zraka.
2. Kada se dosegne kritični tlak, komprimirani zrak rotira električni generator kroz mrežu kanala.
3. Da bi uhvatili kretanje i snagu valova, lopatice turbine mijenjaju svoj kut nagiba.

Kapacitet instalacije bio je oko 450 kW, iako je svaki dio stanice sposoban isporučiti od 100 kWh do 1,5 MWh električne energije.

Prva svjetska komercijalna vjetroelektrana

Prva komercijalna elektrana na valoveImenovanje je stečeno 2008. u Agusadoru, Portugal. Štoviše, to je prva instalacija na svijetu koja izravno koristi mehaničku energiju vala. Projekt je pripremila engleska tvrtka Pelamis Wave Power.

Konstrukcija uključuje nekoliko dijelova koji se oslobađaju i dižu zajedno s profilom vala. Sekcije su zglobno spojene na hidraulični sustav i pokreću ga tijekom kretanja. Hidraulički mehanizam uzrokuje rotaciju rotora generatora, zbog čega se stvara električna energija. Elektrane na valove koje se koriste u Portugalu imaju pluse i minuse. Prednost instalacije je velika snaga - oko 2,25 MW, kao i mogućnost ugradnje dodatnih sekcija. Postoji samo jedan nedostatak instalacije sustava - postoje poteškoće s prijenosom električne energije kroz žice do potrošača.

Prva elektrana na valovima u Rusiji

U Rusiji se prva vjetroelektrana pojavila 2014. na Primorskom teritoriju. Razvoj je proveo tim znanstvenika s Uralskog federalnog sveučilišta i Pacifičkog oceanološkog instituta Dalekoistočnog ogranka Ruske akademije znanosti. Instalacija je eksperimentalna. Njegova je posebnost u tome što koristi energiju ne samo valova, već i plime.

U Moskvi se planira izgraditi istraživački laboratorij koji će razviti i stvoriti prvu domaću plutajuću stanicu. Možda će nakon toga elektrane na valove u Rusiji imati i industrijsku ili komercijalnu svrhu.