Энергетика океана
режима работы: как генератор, как насос и как водопропускное отверстие,
что обеспечивает эффективную эксплуатацию ПЭС. По оценкам специалистов, ПЭС
Ранс экономически оправдана. Годовые издержки эксплуатации ниже, чем на
гидроэлектростанциях, и составляют 4% капитальных вложений.
Энергия волн
Идея получения электроэнергии от морских волн была изложена еще в
1935 г. советским ученым К.Э.Циолковским.
В основе работы волновых энергетических станций лежит воздействие
волн на рабочие органы, выполненные в виде поплавков, маятников, лопастей,
оболочек и т.п. Механическая энергия их перемещений с помощью
электрогенераторов преобразуется в электрическую.
В настоящее время волноэнергетические установки используются для
энергопитания автономных буев, маяков, научных приборов. Попутно крупные
волновые станции могут быть использованы для волнозащиты морских буровых
платформ, открытых рейдов, марикультурных хозяйств. Началось промышленное
использование волновой энергии. В мире уже около 400 маяков и
навигационных буев получают питание от волновых установок. В Индии от
волновой энергии работает плавучий маяк порта Мадрас. В Норвегии с 1985 г.
действует первая в мире промышленная волновая станция мощностью 850 кВт.
Создание волновых электростанций определяется оптимальным выбором
акватории океана с устойчивым запасом волновой энергии, эффективной
конструкцией станции, в которую встроены устройства сглаживания
неравномерного режима волнения. Считается, что эффективно волновые станции
могут работать при использовании мощности около 80 кВт/м. Опыт
эксплуатации существующих установок показал, что вырабатываемая ими
электроэнергия пока в 2-3 раза дороже традиционной, но в будущем ожидается
значительное снижение ее стоимости.
Установки с пневматическим преобразователем
В волновых установках с пневматическими преобразователями под
действием волн воздушный поток периодически изменяет свое направление на
обратное. Для этих условий и разработана турбина Уэллса, ротор которой
обладает выпрямляющим действием, сохраняя неизменным направление своего
вращения при смене направления воздушного потока, следовательно,
поддерживается неизменным и направление вращения генератора. Турбина нашла
широкое применение в различных волноэнергетических установках.
Волновая энергетическая установка
"Каймей"
Волновая энергетическая установка "Каймей" ("Морской свет") –
самая мощная действующая энергетическая установка с пневматическими
преобразователями – построена в Японии в 1976 г. Она использует волнение
высотой до 6 – 10 м. На барже длиной 80 м, шириной 12 м,
высотой в носовой части 7 м, в кормовой – 2,3 м, водоизмещением 500 т
установлены 22 воздушных камеры, открытые снизу; каждая пара камер
работает на одну турбину Уэллса. Общая мощность установки 1000 кВт. Первые
испытания были проведены в 1978 – 1979 гг. близ города Цуруока. Энергия
передавалась на берег по подводному кабелю длиной около 3 км,
Норвежская промышленная волновая станция
В 1985 г. в Норвегии в 46 км к северо-западу от города Берген
построена промышленная волновая станция, состоящая из двух установок.
Первая установка на острове Тофтесталлен работала по пневматическому
принципу. Она представляла собой железобетонную камеру, заглубленную в
скале; над ней была установлена стальная башня высотой 12,3 мм и
диаметром 3,6 м. Входящие в камеру волны создавали изменение объема
воздуха. Возникающий поток через систему клапанов приводил во
вращение турбину и связанный с ней генератор мощностью 500 кВт, годовая
выработка составляла 1,2 млн. кВт.ч. Зимним штормом в конце 1988 г.
башня станции была разрушена. Разрабатывается проект новой башни из
железобетона.
Конструкция второй установки состоит из конусовидного канала в
ущелье длиной около 170 м с бетонными стенками высотой 15 м и шириной в
основании 55 м, входящего в резервуар между островами, отделенный от моря
дамбами, и плотины с энергетической установкой. Волны, проходя по
сужающемуся каналу, увеличивают свою высоту с 1,1 до 15 м и вливаются в
резервуар площадью 5500 кв. м, уровень которого на 3 м выше уровня моря.
Из резервуара вода проходит через низконапорные гидротурбины мощностью
350 кВт. Станция ежегодно производит до 2 млн. кВт. ч электроэнергии.
Английский "Моллюск"
В Великобритании разрабатывается оригинальная конструкция
волновой энергетической установки типа "моллюск", в которой в качестве
рабочих органов используются мягкие оболочки – камеры, в которых
находится воздух под давлением, несколько большим атмосферного. Накатом
волн камеры сжимаются, образуется замкнутый воздушный поток из камер в
каркас установки и обратно. На пути потока установлены воздушные турбины
Уэллса с электрогенераторами.
Сейчас создается опытная плавучая установка из 6 камер,
укрепленных на каркасе длиной 120 м и высотой 8 м. Ожидаемая мощность 500
кВт. Дальнейшие разработки показали, что наибольший эффект дает
расположение камер по кругу. В Шотландии на озере Лох-Несс была
испытана установка, состоящая из 12 камер и 8 турбин, укрепленных на
каркасе диаметром 60 м и высотой 7 м. Теоретическая мощность такой
установки до 1200 кВт.
Волновой плот Коккерела
Впервые конструкция волнового плота была запатентована в СССР
еще в 1926 г. В 1978 г. в Великобритании проводились испытания опытных
моделей океанских электростанций, в основе которых лежит аналогичное
решение. Волновой плот Коккерела состоит из шарнирно соединенных секций,
перемещение которых относительно друг друга передается насосам с
электрогенераторами. Вся конструкция удерживается на месте якорями.
Трехсекционный волновой плот Коккерела длиной 100 м , шириной 50 м и
высотой 10 м может дать мощность до 2 тыс. кВт.
В СССР модель волнового плота испытывалась в 700-х гг. на Черном
море. Она имела длину 12 м, ширину поплавков 0,4 м . На волнах высотой
0,5 м и длиной 10 – 15 м установка развивала мощность 150 кВт.
"Утка Солтера"
Проект, известный под названием "утка Солтера", представляет собой
преобразователь волновой энергии (см. рис.5). 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.
В 1978 г. была испытана модель установки длиной 50 м, состоявшая из
20-ти поплавков диаметром 1 м. Выработанная мощность составили 10 кВт.
Разработан проект более мощной установки из 20 – 30 поплавков
диаметром 15 м, укрепленных на валу, длиной 1200 м. Предполагаемая мощность
установки 45 тыс.кВт.
Подобные системы установлены у западных берегов Британских
островов, могут обеспечить потребности Великобритании в электроэнергии.
Энергия ветра
Использование энергии ветра имеет многовековую историю. Идея
преобразования энергии ветра в электрическую возникла в конце Х1Хв.
В СССР первая ветровая электростанция (ВЭС) мощностью 100 кВт была
построена в 1931 г. у города Ялта в Крыму. Тогда это была крупнейшая ВЭС в
мире. Среднегодовая выработка станции составляла 270 МВт.час. В 1942 г.
станция была разрушена.
В период энергетического кризиса 70-х гг. интерес к использованию
энергии возрос. Началась разработка ВЭС как для прибрежной зоны, так и для
открытого океана. Океанские ВЭС способны вырабатывать энергии больше, чем
расположенные на суше, поскольку ветры над океаном более сильные и
постоянные.
Строительство ВЭС малой мощности (от сотен ватт до десятков
киловатт) для энергоснабжения приморских поселков, маяков, опреснителей
морской воды считается выгодным при среднегодовой скорости ветра 3,5-4 м/с.
Возведение ВЭС большой мощности (от сотен киловатт до сотен мегаватт) для
передачи электроэнергии в энергосистему страны оправдано там, где
среднегодовая скорость ветра превышает 5,5-6 м/с. (Мощность, которую можно
получить с 1 кв.м поперечного сечения воздушного потока, пропорциональна
скорости ветра в третьей степени). Так, в Дании – одной из ведущих стран
мира в области ветроэнергетики действует уже около 2500 ветровых установок
