РОЗДІЛ 4. Хвильош електростанції

Хвильова електростанція - енергетична установка, розташована у водному середовищі, метою якої є одержання електричної енергії з кінетичної енергії морських або океанічних хвиль. Як і приливні, хвильові електростанції розташовуються на березі або океані в безпосередній близькості віл берега, з метою економії засобів на прокладку підводних електрокомунікацій.

Перша хвильова електростанція розташована в Португалії на відстані 5 кілометрів від берега. Ця хвильова станція була відкрито 23 вересня 2008 року. Потужність даної електростанції становить 2,25 МВт, цього вистачає для

Рис. 4.1. Пристрій хвильової електростанції Pelamis Р-750

забезпечення електроенергією приблизно 1600 невеликих будинків.

Принципова схема хвильової електростанції аналогічна принциповій схемі гідроелектростанції, однак замість греблі з падаючим потоком води тут використовується гідрохвильовий перетворювач, що перетворить енергію хвиль у запасену в пневмогідроакумуляторі енергію робочої рідини.

Як приклад розглянемо пристрій хвильової електростанції Pelamis Р- 750. Ця хвильова електростанція складається з декількох пристроїв, які являють собою плаваючі об'єкти - гідрохвильові поплавкові перетворювачі, з'єднані в один ланцюг. На рис. 4.1. показана схема пристрою цієї хвильової електростанції. Де: 1 - плаваючі поплавкові перетворювачі; 2-гідравлічні поршні; 3 -поверхня хвилі; 4 - гідромагістраль; 5 - головний корпус; 6 - контрольно-розподільний пристрій; 7 що акумулює пристрій; 8 - відвід до споживача.

Розмір кожного гідрохвильового поплавкового перетворювача: довжина 120 метрів, діаметр 3,5 метра, вага 7S0 тонн. Між перетворювачами кожної секції закріплені гідравлічні поршні. Усередині кожної секції також є гідравлічні двигуни й електрогенератори. Під впливом хвиль конвертери гойдаються на поверхні води, і це змушує їх звиватися. Рух кожної секції приводить у роботу гідравлічні поршні, які, у свою чергу, надають руху маслу. Масло проходить через гідравлічні двигуни. Ці гідравлічні двигуни приводять у рух електричні генератори, які роблять електроенергію. Потужність одного такого конвертера становить 750 КВт. В електричну енергію перетворюється приблизно 1% енергії хвиль.

Існує багато можливостей одержання енергії із хвиль морів і океанів.

Рис. 4.2. Зовнішній вигляд хвильової електростанції Pelamis Р-750

Серед яких найбільше розповсюдження одержали поглиначі коливань - плаваючі на поверхні аттенюатори й установлені на дні приливні турбіни. Одним із цікавих розв'язків є енергетичний буй - повністю автономний пристрій. У цьому пристрої використовується гвинтовий компресор, який кріпиться якорем до дна океану й плаває на поверхні. Електроенергії виробляється за рахунок перетворення поршневою системою й електрогенератором вертикальних переміщень буя на хвилях. На берег електрика подається по підводному кабелю.

Цікавий пристрій за назвою Searaser розроблено в Англії і нагадує хвильову електростанцію, що використовує енергію вертикального руху поплавця. Однак сам поплавець не має електричних систем і представляє звичайний механічний насос, який накачує морську воду на більшу висоту в прибережні скелі. Цей проект одержав назву – гідроакумулююча електростанція, що на рис. 4.3. наведено пристрій станції: 1- верхній поплавець; 2 - поверхня хвилі; 3 - нижній поплавець; 4 - клапан; 5 - поршень; 6-шлзнг; 7 - поплавець підтримки шланга; 8, 9 бетонні якорі; 10 - колектор. Як видне з наведеного малюнка, основою установки є 2 поплавця, здатних рухатися друг щодо друга. Верхній розгойдується хвилями, нижній з'єднаний із дном за допомогою ланцюга і якоря. Між поплавцями перебуває “насосна станція” (циліндр із поршнем подвійної дії, ЯКИЙ качає воду при русі вниз і нагору) і клапанами з вихідними трубами. Автоматичне підстроювання висоти положення верхнього поплавця залежно від рівня моря, який міняється в приплив і відлив - телескопічна труба, що розсовується й складна під дією сил Архімеда й ваги. До цієї “приливної” колони кріпиться насос із верхнім поплавцем. Вода, через колектор подається на сушу, у гори. У горах улаштовується басейн, у якому вода накопичується й випускається назад у море, по шляху обертаючи турбіну електростанції, ідентичної традиційної ГЕС, але без дамби. Один повнорозмірний поплавець Searaser повинен розбудовувати потужність до 0,25 Мвт. Основна переваги в подібної установки, у порівнянні з іншими,

Рис. 4.3. Гідроакумулююча електростанція

полягають у наступному. У поплавці відсутні дроти, магніти, які або електричні контакти й герметичні відсіки для встаткування, що робить його набагато більш дешевим, простим і надійним. Турбіни й електрогенератори хвильової станції, розташовані на березі. На відміну від хвильових електростанцій, інших типів, установка Searaser вирішує проблему нерівномірності сили хвиль.

У хвильових пристроях із пневматичними перетворювачами під дією хвиль повітряний потік періодично змінює свій напрямок на зворотній. Для цих умов і розроблена турбіна Уеллса, ротор якої має випрямляючу дію зберігаючи незмінним напрямок свого обертання при зміні напрямку повітряного потоку, отже, підтримується незмінним і напрямок обертання генератора.

Турбіна знайшла широке застосування в різних хвиле-енергетичних пристроях. Хвильовий енергетичний пристрій "Каймей" - сама потужна діюча енергетична установка із пневматичними перетворювачами - побудована в Японії в 1976 р. У своїй роботі вона використовує хвилі висотою до 6 -10 м. На баржі довжиною 80 м, шириною 12 м і водотоннажністю 500т установлено 22 повітряних камери, відкриті знизу. Кожна пара камер працює на одну турбіну Уеллса. Загальна потужність установки 1000 кВт. Перші випробування були проведено в 1978 - 1979 pp. біля міста Цуруока. Енергія передавалася на берег по підводному кабелю довжиною близько 3 км.

В 1985 р. у Норвегії в 46 км до північно-заходу від міста Берген побудована промислова хвильова станція, що полягає із двох установок. Перша установка на острові Тофтесталлен працювала по пневматичному принципу. Вона являла собою залізобетонну камеру, заглиблену в скелі; над нею була встановлена сталева вежа висотою 12,3 мм і діаметром 3,6 м. Вхідні в камеру хвилі створювали зміна обсягу повітря. Виникаючий потік через систему клапанів приводив в обертання турбіну й пов'язаний з нею генератор потужністю 500 кВт, річний виробіток становив 1,2 млн. кВт. ч. Однак сильним штормом наприкінці 1988 р. вежа станції була зруйнована.

Конструкція другої установки складається з конусоподібного каналу в ущелині довжиною близько 170 м з бетонними стінками висотою 15 м і шириною в підставі 55 м, що входить у резервуар між островами, відділений від моря дамбами, і греблі з енергетичною установкою. Хвилі, проходячи по каналу, що звужується збільшують свою висоту з 1,1 до 15 м і вливаються в резервуар, рівень якого на 3 м вище рівня моря. З резервуара вода проходить через низьконапірні гідротурбіни потужністю 350 кВт. Станція щорічно виробляє до 2 млн. кВттод. електроенергії.

У Великобританії розробляється оригінальна конструкція хвильової енергетичної установки типу "молюск", у якій у якості робочих органів використовуються м'які оболонки - камери. У камерах знаходиться повітря під тиском, трохи більшим атмосферного тиску. Накатом хвиль камери стискуються, утворюється замкнений повітряний потік з камер у каркас установки й назад. На шляху потоку встановлені повітряні турбіни Уеллса з електрогенераторами. Зараз створюється дослідна плавуча установка з б камер, укріплених на каркасі довжиною 120 м і висотою 8 м. Очікувана потужність 500 кВт. Подальші розробки показали, що найбільший ефект дає розташування камер по колу. У Шотландії на озері Лох-Несс була випробувана установка, що полягає з 12 камер і 8 турбін. Теоретична потужність такої установки до 1200 кВт.

Проект, відомий за назвою "качка Солтера", являє собою перетворювач хвильової енергії. Робочою конструкцією є поплавець - "качка", профіль якого розрахований за законами гідродинаміки.