ХВИЛЬОВА ЕНЕРГІЯ: ІСТОРІЯ, ЯК ВОНА ПРАЦЮЄ, ПЕРЕВАГИ, НЕДОЛІКИ - СЕРЕДОВИЩЕ - 2025

Енергія хвилі або хвилі - потужність є механічна енергія генерується з допомогою хвилі і яка перетворюється в електричну енергію. Це кінетична енергія води, що виробляється енергією вітру при його терті з поверхнею водойм.

Ця кінетична енергія перетворюється турбінами в електричну енергію, будучи поновлюваною та чистою енергією. Історія використання цієї енергії бере свій початок у ХІХ столітті, але це вже наприкінці ХХ століття, коли вона починає процвітати.

Сила хвиль. Джерело: Mostafameraji

Сьогодні існує велика кількість систем, запропонованих скористатися формами хвильової енергії. До них відносяться коливання хвиль, удар хвилі або коливання тиску під хвилею.

Загальний принцип цих систем схожий і складається з проектування пристроїв, які перетворюють кінетичну енергію хвиль в механічну, а потім в електричну. Однак дизайн та реалізація дуже мінливі, і їх можна встановити на узбережжі або в офшорних зонах.

Обладнання може бути зануреним, напівзатопленим, плаваючим або побудованим на береговій лінії. Існують такі системи, як Пеламіс, де рух хвиль вгору активізує гідравлічні системи при поштовху, що активує двигуни, з'єднані з електричними генераторами.

Інші користуються силою хвиль під час прориву на узбережжі, або натисканням гідравлічних поршнів або стовпчиків повітря, які переміщують турбіни (Приклад: система OWC, коливальна водна колона).

В інших конструкціях сила хвилі використовується, коли вона проривається на берегову лінію для її русла і заповнення водойм. Згодом потенційна енергія акумульованої води використовується для переміщення турбін гравітацією та отримання електричної енергії.

Хвильова енергія має безперечні переваги, оскільки вона поновлювана, чиста, безкоштовна і має низький вплив на навколишнє середовище. Однак він передбачає деякі недоліки, пов'язані з умовами навколишнього середовища, в яких працює обладнання, та характеристиками хвиль.

Умови морського середовища піддають споруди корозії від селітра, дії морської фауни, високої сонячної радіації, вітру та штормів. Тому, залежно від типу системи, умови праці можуть бути важкими, особливо у занурених або прив’язаних офшорних системах.

Так само технічне обслуговування коштує дорого, особливо в офшорних системах, оскільки якір необхідно періодично перевіряти. З іншого боку, залежно від системи та району, вони можуть мати негативний вплив на катання на лодках, риболовлі та відпочинку.

Історія

Він має свої предшественники в 19 столітті, коли іспанець Хосе Барруфет запатентував те, що він назвав "сурмачкою". Ця машина виробляла електрику від вертикальних коливань хвиль і не була комерціалізована до 80-х років 20 століття.

Апарат Барруфета складався з серії буїв, які коливалися хвилями вгору і вниз, керуючи електричним генератором. Система була не дуже ефективною, але, за словами її винахідника, вона могла генерувати 0,36 кВт.

Сьогодні існує понад 600 патентів, щоб використовувати силу хвиль для генерації електричної енергії. Вони можуть працювати за допомогою сили, що створюється вертикальним коливанням, або тієї, що створюється при дії хвилі на берег.

Як працює енергія хвилі?

Перетворювач Pelamis в Пеніче, Португалія. Джерело: дипл. Інд. Гвідо Грассов

Робота хвильових енергосистем залежить від руху, яким ви хочете скористатися від хвиль. На березі є плаваючі або прив’язані системи, які користуються перевагою вертикального коливання води, а інші фіксують силу удару хвилі на узбережжі.

Так само є й такі, що використовують коливання тиску під поверхнею хвилі. У деяких випадках кінетична енергія хвиль дозволяє зберігати морську воду і використовувати її потенційну енергію (падіння сили тяжіння) для активації електричних турбін.

В інших системах механічна енергія хвиль виробляє рухи гідравлічних поршнів або повітряних мас, які активують гідравлічні двигуни або турбіни для отримання електроенергії.

- плаваючі або якірні системи на березі

Ці системи можуть бути напівзатопленими або зануреними і використовувати переваги коливального руху, викликаного наземними хвилями. Деякі системи використовують силу набряку поверхні, а інші - глибокий рух.

Поверхня набрякає

Існують системи суглобових сегментів, таких як Пеламіс або «морська змія», в яких хвилі переміщують шарнірні модулі, що активують гідравлічні моторні системи, пов'язані з електричними генераторами.

Іншою альтернативою є Salter Duck, де буї, закріплені на осі, здійснюють пітчінг з хвилями, також активуючи гідравлічні двигуни. З іншого боку, існує ціла низка пропозицій на основі буїв, коливання яких також активує гідравлічні системи.

Рух глибокого гойдання

Хвильовий генератор Archimedean складається з двох циліндрів, встановлених послідовно на конструкції, прикріпленій до морського дна. Верхній циліндр має бічні магніти і рухається вертикально вниз з тиском хвилі.

Коли циліндр опускається, він натискає на нижній циліндр, який містить повітря, і коли тиск хвилі поступається, тиск повітря рухає систему вгору. Коливальний рух у вертикальному напрямку намагніченого циліндра дозволяє генерувати електрику за допомогою котушки.

Хвильовий Дракон

Він складається з плаваючої платформи, прив’язаної до дна плавниками, які дозволяють їй отримувати воду, що рухається хвилями, спричиняючи затоплення конструкції. Вода накопичується і потім циркулює через центральну колону через турбіну.

- Прибережні системи

Ці системи встановлені на узбережжі і використовують переваги енергії, що утворюється при розбиванні хвиль. Обмеження цих систем полягає в тому, що вони працюють лише на узбережжях з сильними хвилями.

Прикладом може слугувати система, розроблена баскським інженером Іньякі Валле, яка складається з платформи, прикріпленої до похилого узбережжя з магнітом на рейках. Хвиля штовхає магніт вгору, він спускається гравітацією і рух спонукає котушку виробляти електрику.

Система

Він складається із системи пластин, які коливаються туди-сюди з поштовхом та потоком хвиль, і цей рух за допомогою поршневого насоса активує електричну турбіну.

Система

У цьому випадку мова йде про плаваючі пластини, прикріплені до узбережжя, які отримують силу розриву хвилі і активують гідравлічну систему. Гідравлічний мотор в свою чергу приводить в дію турбіну, яка виробляє електроенергію.

Система CETO

Він складається з серії занурених буїв, які прикріплені до морського дна і коливання яких активують гідравлічні насоси, які переносять морську воду до узбережжя. Накачана вода активує турбіну для отримання електрики.

Системи, що використовують потенційну енергію

Існує ряд систем, які зберігають морську воду в резервуарах, а потім, сила тяжіння, можуть активувати турбіни Kaplan і виробляти електроенергію. Вода досягає резервуарів, що приводяться в рух самою хвилею, як у системі TAPCHAN (Конічна енергосистема хвильових каналів) або енергії хвилі SSG (Генератор щілинних конусів морської хвилі).

Системи водно-повітряних стовпців

В інших випадках сила води, що рухається хвилями, використовується для переміщення стовпчика повітря, який при проходженні через турбіну виробляє електрику.

Наприклад, в системі OWC (коливальна водяна колона) вода в хвильовому потоці надходить через канал і проганяє повітря в приміщення. Повітряна колона піднімається через димохід і проходить через турбіну, щоб вийти назовні.

Коли вода відступає в потік хвиль, повітря знову потрапляє в димохід, знову переміщуючи турбіну. Це конструкція, яка змушує її рухатися в одному напрямку в обох потоках.

Іншою подібною системою є ORECON, де коливання води всередині камери приводить в рух поплавок, який в свою чергу тисне повітря, щоб пройти через турбіну. Ця система працює однаково, рухаючи повітря в обох напрямках.

Перевага

Хвиля ферми. Джерело: P123

Відновлювальна енергія

Це енергія практично невичерпного природного джерела, такого як океанські хвилі.

Джерело енергії безкоштовно

Джерелом хвильової енергії є океанські хвилі, над якими не здійснюється жодна економічна власність.

Чиста енергія

Хвильова енергія не утворює відходів, і запропоновані до цього часу системи для її використання також не утворюють відповідних відходів у процесі.

Низький вплив на навколишнє середовище

Будь-яке втручання у водне чи прибережне середовище справляє певний вплив на навколишнє середовище, але більшість запропонованих систем мають малий вплив.

Асоціація з іншими продуктивними цілями

Деякі хвильові енергетичні системи дозволяють видобувати морську воду для проведення процесів опріснення та отримання питної води, або для отримання водню.

Наприклад, ті, чия експлуатація передбачає збір і зберігання морської води на узбережжі, наприклад, TAPCHAN і енергія хвиль SSG.

Недоліки

Більшість недоліків не є абсолютними, але залежать від конкретної хвильової системи, яку ми оцінюємо.

Сила хвилі та регулярність

Швидкість виробництва енергії залежить від випадкової поведінки хвиль у регулярності та силі. Тому сфери, де використання цієї енергії може бути ефективним, обмежені.

Амплітуда і напрям хвилі мають тенденцію бути нерегулярними, тому вхідна потужність є випадковою. Це ускладнює пристрій для отримання максимальної продуктивності протягом усього частотного діапазону, а ефективність перетворення енергії не висока.

Технічне обслуговування

Утримання задіяних конструкцій тягне за собою певні труднощі та витрати, враховуючи корозійний вплив морської селітри та вплив самих хвиль. Що стосується офшорних та занурених споруд, то вартість технічного обслуговування збільшується через труднощі доступу та потребу в періодичному нагляді.

Кліматичні та екологічні умови загалом

Структури захоплення хвильової енергії та перетворення її в електричну енергію піддаються екстремальним умовам у морському середовищі. До них відносяться вологість, сілець, вітри, дощі, шторми, урагани.

Бурі означають, що пристрій повинен витримувати навантаження в 100 разів більше, ніж номінальні, що може призвести до пошкодження або повного пошкодження обладнання.

морське життя

Морське життя також є фактором, який може впливати на функціональність обладнання, такого як великі тварини (акули, китоподібні). З іншого боку, молюски та водорості прилягають до поверхні обладнання, викликаючи значні погіршення.

Початкові інвестиції

Початкові економічні інвестиції високі, через необхідне обладнання та труднощі з його встановленням. Обладнання потребує спеціальних матеріалів та покриттів, герметичних та анкерних систем.

Вплив на антропну діяльність

Залежно від типу використовуваної системи, вони можуть впливати на навігацію, риболовлю та туристичну привабливість у цьому районі.

Країни, які використовують хвильову енергію

Хвильова електростанція Мотріко (Іспанія). Джерело: Txo

Іспанія

Хоча потенціал Середземного моря низький за енергією хвиль, у Кантабрійському морі та в Атлантичному океані він дуже високий. У місті Басків Мутріку працює електростанція, побудована в 2011 році з 16 турбінами (потужністю 300 кВт).

У Сантоні (Кантабрія) є ще одна хвильова електростанція, яка використовує 10 занурених буїв, щоб скористатися енергією вертикальних коливань хвиль та генерувати електрику. На Канарських островах існує кілька проектів з метою підвищення енергії хвиль завдяки сприятливим умовам їх узбережжя.

Португалія

У 2008 році компанія Ocean Power Delivery (OPD) встановила три машини Pelamis P-750, розташовані в 5 км від португальського узбережжя. Вони розташовані поблизу Póvoa de Varim, встановленою потужністю 2,25 МВт.

Шотландія (Великобританія)

Технологія OWC використовується на острові Оркней, де система встановлена ​​з 2000 року під назвою LIMPET. Максимальна потужність цієї системи - 500 кВт.

Данія

У 2004 році в Данії було встановлено пілотний проект типу Wave Dragon, розміри якого - 58 х 33 м і максимальною потужністю 20 кВт.

Норвегія

Встановлюється установка для енергетичної системи SSG Wave у Сваахеї (Норвегія).

нас

У 2002 році в Нью-Джерсі було встановлено пілотний проект пристрою Power Buoy, який має офшорний буй діаметром 5 м, довжиною 14 м і максимальною потужністю 50 кВт.

В Орегоні в порту Гарібальді було встановлено пілотну установку енергії SSG Wave Energy. Так само на Гаваях вони просувають поновлювані джерела енергії, а у випадку острова Мауї основним відновлювальним джерелом є хвильова енергія.

Список літератури

1. Amundarain M (2012). Поновлювана енергія від хвиль. Ікастораца. Електронний журнал дидактики 8. Переглянуто 03.03.2019 р. З ehu.eus
2. Cuevas T і Ulloa A (2015). Енергія хвилі. Семінар з питань звичайної та відновлюваної енергії для будівельних інженерів. Факультет фізико-математичних наук, Університет Чилі. 13 стор.
3. Falcão AF de O (2010). Використання хвильової енергії: огляд технологій. Відгуки про відновлювані джерела енергії та сталу енергію 14: 899–918.
4. Rodríguez R і Chimbo M (2017). Використання хвильової енергії в Еквадорі. Інгеній 17: 23-28.
5. Suárez-Quijano E (2017). Енергетична залежність і хвильова енергія в Іспанії: великий потенціал моря. Ступінь географії та просторового планування, факультет філософії та листів, Університет Кантабрії. 52 с.
6. Vicinanza D, Margheritini L, Kofoed JP та Buccino M (2012). Перетворювач енергії хвиль SSG: продуктивність, стан та останні розробки. Енергії 5: 193-226.
   Weebly. Онлайн: taperedchannelwaveenergy.weebly.com