Волноэнергетические установки электроэнергии

Еще один тип волновой энергетической установки представляет собой стационарную микроэлектрической станцию. Она выглядит как ящик и устанавливается на небольшой глубине на опорах. Проникая в ящик, волны приводят турбину в действие. В описанных выше случаях достаточно небольшого волнения моря для выработки электричества.

Волноэнергетические установки в настоящее время применяют для питания автономных маяков, буев, научных приборов. Также крупные волновые станции можно использовать для защиты морских буровых платформ от волн. В середине 80-х п. гг в. началось использование энергии волн в промышленности. Так, в 1985 г. в Норвегии была создана первая в мире промышленная волновая станция, мощность которой составляла 850 кВт.

Промышленная волновая станция была построена в Норвегии в 1985 г. Состояла она из двух установок. Первая установка располагалась на острове Тофтесталлен, работала она по пневматическому принципу. Эта установка представляла собой заглубленную в скале камеру из железобетона, на которой установили стальную башню. Волны, входящие в камеру, создавали изменение объема воздуха. Через систему клапанов воздушный поток приводил во вращение турбину и генератор мощностью 500 кВт. Башня станции быта разрушена в 1988 г. в результате шторма.

Вторая установка представляет собой конусовидный канал с бетонными стенками, расположенный в ущелье, и плотину с энергетической установкой. Проходя по сужающемуся каналу, волны увеличиваются в высоте и вливаются в резервуар. Резервуар расположен выше уровня моря. Из него вода проходит сквозь низконапорные гидротурбины, мощность которых 350 кВт. Каждый год станция производит 2 млн кВт/ч электроэнергии.

В Великобритании ведутся работы по созданию оригинальной волновой энергоустановки. Установка относится к типу «МОЛЛЮСК», В качестве рабочих органов в ней применяются мягкие оболочки - камеры. Камеры заполнены воздухом под более высоким, нежели атмосферное. Под воздействием волны камеры сжимаются, при этом образуется замкнутый поток воздуха из камер в каркас установки и обратно. Воздушные турбины Уэллса с электрогенераторами установлены на пути потока.

На данный момент планируется создание опытной плавучей установки из 6 камер, которые будут закреплены на каркасе 120 х 8 м. Предполагаемая мощность будущей волновой электростанции 500 кВт. Согласно проведенным испытаниям, наиболее эффективна установка, в которой камеры расположены по кругу.

В нашей стране конструкция волнового плота была впервые запатентована в 1926 г. В Великобритании в 1978 г. появились опытные модели океанских электростанций на основе волнового плота. Волновой плот Коккерела создан по следующему принципу: секции соединяются шарнирно, и перемещение их относительно друг друга передается на насосы, оборудованные электрогенераторами. Конструкция плота фиксируется якорями. Волновой плот Коккерела состоит из трех секций и может вырабатывать мощность до 2000 кВт.

Еще один проект волновой станции известен под названием «yткa Солтера». Он представляет собой преобразователь волновой энергии. Основой преобразователя является поплавок - «утка». Проект предусматривает большое количество таких поплавков, смонтированных последовательно на общем валу. Под воздействием волн поплавки приходят в движение, возвращаются в первоначальное положение они под силой собственного веса.

Посредством движения поплавков приводятся в действие насосы, оборудованные внутри вала. Разность давления создается через систему труб, различных по диаметру, что приводит в движение турбины, которые установлены между поплавками и подняты над поверхностью моря. Электроэнергия, вырабатываемая при этом, передается по подводному кабелю. Наиболее эффективным распределение нагрузок является при действии 20-30 поплавков.

Работы по созданию волновых электростанций продолжаются по всему миру. Предполагается, что вскоре будет создана коммерчески рентабельная волновая электростанция. Разработка такой станции ведется в Австралии. На нее предлагается установить несколько энергоблоков весом по 486 тонн неподалеку от Сиднея, вблизи к полосе прибоя. Австралийская волновая электростанция же представляет собой профилированные каналы параболической формы, вода в них сжимает воздух с высокой скоростью. Поток воздуха разгоняет турбину, связанную с электрогенератором. Сейчас волновая электростанция может быть оборудована в океанической акватории с устойчивым запасом энергии волн. Не менее важна эффективность конструкции станции. В станцию должны быть встроены устройства, сглаживающие неравномерный режим волнения. Специалисты подсчитали, что в настоящее время электроэнергия, полученная с использованием волновой электростанции, дороже традиционной в 2-3 раза. В перспективе ожидается значительное снижение стоимости электричества, полученного с помощью волн.

Существуют различные виды волновых электростанций. Например, в установках с пневматическими преобразователями энергии воздушный поток под действием волн периодически изменяет направление. Для таких условий была разработана так называемая турбина Уэллса. Ротор турбины Уэллса обладает выпрямляющим  действием, он сохраняет направление вращения неизменным даже при смене направления воздушного потока. Как следствие, направление вращения генератора также поддерживается в неизменном состоянии. Турбина Уэллса используется в различных волновых электростанциях. Среди альтернативных источников электроэнергии существуют также приливные электростанции. Для их устройства необходим бассейн, который представляет собой залив или устье реки, перекрытое плотиной. В плотине есть водопропускные отверстия, а также установлены гидротурбины, вращающие генератор. Первая приливная электростанция называется Паужетская, она была построена на Камчатке и вырабатывала мощность 5 МВт.

Приливная электростанция с гидротурбиной

Гидротурбина представляет собой лопаточную машину. Во вращение  ее приводит поток жидкости, в частности речной воды. Гидравлические турбины по принципу действия подразделяются на активные (свободоструйные) и реактивные (напороструйные). По конструкции они могут быть горизонтальными  или вертикальными. Гидрогенераторы подразделяются на горизонтальные и вертикальные в зависимости от расположения оси вращения. В зависимости от частоты вращения различают тихоходные (до 100 об/мин) и быстроходные (более 100 об/мин) гидрогенераторы. Гидрогенераторы могут быть мощностью от десятков до нескольких сотен МВт.

Принцип работы приливной электростанции заключается в следующем. Вода поступает в бассейн реки во время прилива. Когда уровень воды в море и бассейне сравниваются, закрываются затворы пропускных отверстий. При наступлении отлива понижается уровень воды в море. Когда напор воды становится достаточным, начинают работать турбины и электрогенераторы, соединенные с ними. В результате вода постепенно ухода из бассейна.

Экономически целесообразным строительство приливных электростанций считается в районах, приливные колебания уровня моря в которых не менее 4 м. Мощность приливной электростанции находится зависимости от характера прилива, объема и площади приливного бассейна и от числа установленных теле плотины турбин. Существуют приливные электростанции двустороннего действия. В них турбины работают при движении воды из моря в бассейн и обратно. Такие приливные электростанции способны вырабатывать электричество непрерывно в течение 4-5 ч, прерываясь в работе на -2 ч четыре раза в сутки. Есть и более сложные схемы приливных электростанций, позволяющие увеличить время работы станции. Для этого могут быть задействованы два и более водных бассейна. Но подобные проекты отличаются достаточно высокой стоимостью.

Недостатками приливных электростанций являются следующие особенности. Строятся они исключительно на берегу моря или океана, вырабатывают не слишком высокую мощность, а приливы бывают дважды в сутки. Помимо этого, приливные электростанции не безопасны в плане экологии. Они способствуют нарушению нормального обмена пресной соленой воды, тем самым нарушая условия жизни морских обитателей. Влияют такие электростанции на климат, поскольку изменяют скорость и территорию перемещения морских волн.

Потенциальным источником энергии являются мощные океанические течения. При современном уровне развития техники энергия течений может быть извлечена при скорости потока, превышающей 1 м/с. При этом мощность тока от поперечного сечения потока воды в 1 м кв составляет 1 кВт. Представляется перспективным использование в целях получения электроэнергии таких мощных течет как Куросио и Гольфстрим, Флоридское течение Гибралтар и т. д.

Так, предполагается создание энергетической установки, использующей энергию течений, Флоридском проливе, где будет установлено 242 турбины с двумя рабочими колесами, вращающимися в противоположных направлениях, диаметр каждого из которых 168 м. Рабочие колеса разместят в полой алюминиевой камере, благодаря чему будет обеспечена плавучесть турбины. Лопасти колес предполагается сделать гибкими, что повысит эффектность установки. Вся система, получившая назван «Кориолис», будет ориентирована по основному потоку. Длина ее составит 60 км, ширина 30 км, турбины будут расположены в 22 ряда по 11 в каждом. Планируется заглубить агрегаты на 30 м, благодаря чему установка не будет препятствовать судоходству.

Сила течения здесь достаточна, чтобы привести в движение турбину, оборудованную лопастями. Вал турбины соединяется с электрогенератором. Ток передается на берег по подводному кабелю. Создание турбины предполагается из алюминия. Постоянное место ее будет под водой. Работа системы «Кориолис» практически не зависит от температур воды и глубины погружения. Лопасти турбины вращаются медленно, благодаря чему не представляют опасности для фауны: небольшие рыбы смогут проплывать через турбину. На турбине предполагается установить предохранительную сетку, которая будет препятствовать ходу крупных рыб. Американские разработчики данной установки уверены, что постройка такой системы будет более дешевой, нежели возведение тепловой электростанции.

Также значительно меньше эксплуатационные расходы. Полезная мощность каждой турбины составит 3%, что позволит на 10% удовлетворить потребности штата Флорида (США) в электроэнергии. Был испытан первый опытный образец такой системы диаметром 1,5 м. Также разработан проект турбины мощностью 400 кВт, с рабочим колесом 2 м в диаметре. На сегодняшний момент, однако, создание электростанций на основе энергии течений сопряжено рядом технических трудностей. Прежде всего, энергетические установки больших размеров представляют угрозу судоходству.

Геотермальные источники энергии

Еще один вариант альтернативных источников электроэнергии это геотермальные электростанции. Они работают благодаря глубинному теплу Земли. Около 4% водных запасов Земли находится под землей, в глубине горных пород. Если температура воды превышает 20 С, такой источник называется термальным. Подземные водоемы нагреваются в результате химических реакций и радиоактивных процессов, происходящих в недрах земной коры.

В районах вулканической активности, на глубине от 500 до 1000 м, встречаются бассейны, температура воды в которых 150-250 С. Вода не кипит, поскольку находится под высоким давлением. В горах термальные воды в ряде случаев выходят на поверхность. Это горячие источники, температура воды в которых достигает 90 С. В регионах, где термальные воды расположены близко к поверхности, создаются геотермальные электростанции. Такие электростанции преобразуют тепловую энергию воды в электрическую.

В нашей стране первая геотермальная электростанция была создана в 1966 г. на юге Камчатки. Она вырабатывала мощность 5 МВт. Спустя 15 лет мощность этой станции составляла уже 11 МВт. Геотермальные станции представляют собой достаточно. простые конструкции. Себестоимость электроэнергии, полученной таким образом, в несколько раз ниже, чем полученной традиционны способами.

Разработан целый ряд схем для получения электроэнергии посредством геотермальной электростанции. Прямая схема действует следующим образом: природный пар по трубам направлен в турбины, которые соединены с электрогенераторами. Непрямая схема действует так: пар предварительно до попадания в турбины очищается от газов, которые могут вызвать разрушение труб. Существует и смешанная схема получения электричества посредством геотермальной электростанции: при этом неочищенный пар попадает в турбины, а из полученной в результате конденсации воды удаляются газы, которые в ней не растворятся.

Среди недостатков геотермальных электростанций следует упомянуть возможность локального оседания грунтов, а также пробуждение сейсмической активности. Газы, выходящие из-под земли, могут создавать высокий уровень зашумленности, а также содержать отравляющие вещества. Помимо этого, далеко не везде можно построить геотермальную электростанцию, поскольку для ее создания необходимы определенные условия.

Итак, существует огромное разнообразие электростанций, как традиционных, так и альтернативных. Соответственно, широк и ценовой диапазон на них, а также различно их предназначение. Оптимальным считается сочетание различных видов электростанций. Российский рынок в настоящее время предоставляет широчайший выбор автономных источников электроэнергии. Однако каждый делает выбор сам.