Bølgekraftværk: arbejdsprincip

2024 Forfatter: Howard Calhoun | [email protected]. Sidst ændret: 2023-12-17 10:22

Vandene i oceanerne skjuler utallige rigdomme, hvoraf den vigtigste måske er ubegrænsede energikilder i form af havbølger. For første gang blev brugen af den kinetiske energi fra aksler, der rullede i land, tænkt over i det 18. århundrede i Paris, hvor det første patent på en bølgemølle blev præsenteret. Nu er teknologien gået langt frem, og det første kommercielle bølgekraftværk blev skabt af en fælles indsats fra videnskabsmænd, som begyndte at fungere i 2008.

Hvorfor er det gavnligt?

Det er ingen hemmelighed, at naturressourcer er på randen af udtømning. Reserverne af kul, olie og gas - de vigtigste energikilder - er ved at være slut. Ifølge de mest optimistiske prognoser fra videnskabsmænd vil reserverne være nok til 150-300 år af livet. Atomkraft levede heller ikke op til forventningerne. Høj effekt og produktivitet betaler omkostningerne ved konstruktion, drift, men problemerne med affaldsbortskaffelse og miljøskader vil snart tvinge dem til at blive opgivet. Af disse grunde leder forskerne efter nye alternative energikilder. Nu alleredevind- og solkraftværker fungerer. Men for alle deres fordele har de en betydelig ulempe - lav effektivitet. Det vil ikke være muligt at tilfredsstille hele befolkningens behov. Derfor er der brug for nye løsninger.

For at generere elektricitet bruger et bølgekraftværk bølgernes kinetiske energi. Ifølge de mest konservative skøn er dette potentiale anslået til 2 millioner MW, hvilket kan sammenlignes med 1000 atomkraftværker, der opererer med fuld kapacitet, og omkring 75 kW/m3 pr. meter bølgefront. Der er absolut ingen skadelig effekt på miljøet.

Generelt arbejdsplan

Bølgekraftværker er flydende strukturer, der er i stand til at omdanne den mekaniske energi fra bølgebevægelser til elektrisk energi og overføre den til forbrugeren. Samtidig forsøger de at bruge to kilder:

1. Kinetiske reserver. Marineaksler passerer gennem et rør med stor diameter og roterer bladene, som overfører kraft til en elektrisk generator. Det pneumatiske princip anvendes også - vand, der trænger ind i et specielt kammer, fortrænger ilt derfra, som omdirigeres gennem et system af kanaler og roterer turbinebladene.
2. Rullende energi. I dette tilfælde fungerer bølgekraftværket som en flyder. Når den bevæger sig i rummet sammen med bølgens profil, får den turbinen til at rotere gennem et komplekst system af håndtag.

Forskellige lande bruger deres egen teknologi til at konvertere den mekaniske bevægelse af bølger til elektricitet, men den generellede har samme handlingsplan.

Ulemper ved bølgekraftværker

Den største hindring for den udbredte introduktion af bølgekraftværker er deres omkostninger. På grund af det komplekse design og komplekse installation på overfladen af havvand er omkostningerne ved at sætte sådanne installationer i drift højere end for opførelsen af et atomkraftværk eller et termisk kraftværk.

Derudover er der en række andre mangler, som hovedsageligt er forbundet med fremkomsten af socioøkonomiske problemer. Sagen er, at store flydestationer skaber en fare og forstyrrer navigation og fiskeri - et flydebølgekraftværk kan simpelthen tvinge en person ud af fiskeområder. Der er også mulige miljømæssige konsekvenser. Brugen af installationer slukker markant havbølger, gør dem mindre og forhindrer dem i at bryde i land. I mellemtiden spiller bølger en vigtig rolle i processen med gasudveksling i havet og renser dets overflade. Alt dette kan føre til et skift i den økologiske balance.

Positive aspekter af bølgekraftværker

Sammen med ulemperne har et bølgekraftværk også en række fordele, som har en positiv indvirkning på menneskelige aktiviteter:

• installationer, på grund af det faktum, at de slukker bølgeenergi, kan beskytte kyststrukturer (moler, havne) mod ødelæggelse af havets kraft;
• Elektricitet genereres med minimale omkostninger;
• højbølgekraft gør vindmølleparker mere økonomisk rentable end vind- eller solenergianlæg.

Energireserver er også besat af landvand, hovedsageligt floder. Opførelsen af stationer på broer, krydsninger, moler er en udsigt til udviklingen af dette område med elproduktion.

Problemer, der skal løses

Den vigtigste opgave for det videnskabelige samfund nu er at forbedre designet, hvilket vil reducere omkostningerne ved elektricitet genereret af bølgekraftværker. Driftsprincippet bør forblive det samme, men nye teknologier og materialer vil blive brugt til at skabe installationer.

Bølgens gennemsnitlige effekt er 75-85 kW/m - dette er det område, som de fleste stationer er indstillet til. Men under en storm stiger havbølgernes styrke flere gange, og der er fare for ødelæggelse af installationer. Allerede nu var mere end et blad krøllet eller bøjet efter en storm. For at løse dette problem reducerer forskere kunstigt den specifikke kraft af bølgerne. Et af problemerne er, at den massive brug af bølgestationer vil føre til klimaforandringer. Generering af elektrisk energi udføres på grund af jordens rotation (det er sådan, bølger dannes). Den udbredte brug af stationer vil få planeten til at rotere langsommere. En person vil ikke mærke forskellen, men dette vil ødelægge en række strømme, der spiller en vigtig rolle i Jordens varmeudveksling.

Verdens første eksperimentelle WPP

Det første bølgekraftværk dukkede op i 1985 i Norge. Dens effekt var 500 kW, og hun selvvar en prototype. Dets driftsprincip er baseret på cyklisk komprimering og udvidelse af mediet:

• en cylinder med åben bund er nedsænket i vand, så dens kant er under bølgens hulning - dens laveste punkt;
• periodisk komprimerer rindende vand luften i det indre hulrum;
• når et vist tryk er nået, åbner en ventil, som tillader komprimeret ilt at passere til turbinen.

Dette kraftværk producerede 500 kW energi, hvilket var nok til at bekræfte effektiviteten af installationerne, hvilket bidrog til deres udvikling.

Verdens første industrielle kraftværk

Verdens første installation i industriel skala er Oceanlinx offshore Port Kemble, Australien. Den blev sat i drift i 2005, men blev derefter sendt til genopbygning og begyndte at fungere igen i 2009, hvorfor både tidevands- og bølgekraftværker nu bruges i regionen. Dens funktionsprincip er som følger:

1. Bølger løber med jævne mellemrum ind i specielle kamre, hvilket får luften til at komprimere.
2. Når det kritiske tryk er nået, roterer trykluft den elektriske generator gennem et netværk af kanaler.
3. For at fange bølgernes bevægelse og kraft ændrer turbinebladene deres hældningsvinkel.

Installationens kapacitet var omkring 450 kW, selvom hver sektion af stationen er i stand til at levere fra 100 kWh til 1,5 MWh elektrisk energi.

Verdens første kommercielle vindmøllepark

Det første kommercielle bølgekraftværkUdnævnelse opnået i 2008 i Agusador, Portugal. Desuden er det den første installation i verden, der direkte bruger bølgens mekaniske energi. Projektet er udarbejdet af det engelske firma Pelamis Wave Power.

Strukturen omfatter flere sektioner, der frigives og stiger sammen med bølgeprofilen. Sektionerne er hængslet til det hydrauliske system og aktiverer det under bevægelse. Den hydrauliske mekanisme får generatorrotoren til at rotere, på grund af hvilken elektricitet genereres. Bølgekraftværker brugt i Portugal har plusser og minusser. Fordelen ved installationen er dens høje effekt - omkring 2,25 MW, samt muligheden for at installere yderligere sektioner. Der er kun én ulempe ved at installere systemet - der er vanskeligheder med transmissionen af elektrisk energi gennem ledninger til forbrugeren.

Det første bølgekraftværk i Rusland

I Rusland dukkede den første vindmøllepark op i 2014 i Primorsky-territoriet. Udviklingen blev udført af et team af forskere fra Ural Federal University og Pacific Oceanological Institute of the Far Eastern Branch af det russiske videnskabsakademi. Installationen er eksperimentel. Dens ejendommelighed er, at den bruger energien fra ikke kun bølger, men også tidevand.

I Moskva er det planlagt at bygge et forskningslaboratorium, der skal udvikle og skabe den første indenlandske flydestation. Måske vil bølgekraftværker i Rusland derefter også have et industrielt eller kommercielt formål.