Banginė elektrinė: veikimo principas

2024 Autorius: Howard Calhoun | [email protected]. Paskutinį kartą keistas: 2023-12-17 10:34

Vandenynų vandenys slepia daugybę turtų, kurių pagrindinis, ko gero, yra neriboti energijos š altiniai jūros bangų pavidalu. Pirmą kartą apie į krantą riedančių šachtų kinetinės energijos panaudojimą pagalvota XVIII amžiuje Paryžiuje, kur buvo pristatytas pirmasis bangų malūno patentas. Dabar technologijos pažengė toli į priekį, ir bendromis mokslininkų pastangomis buvo sukurta pirmoji komercinė bangų jėgainė, kuri pradėjo veikti 2008 m.

Kodėl tai naudinga?

Ne paslaptis, kad gamtos ištekliai artėja prie išeikvojimo slenksčio. Anglies, naftos ir dujų – pagrindinių energijos š altinių – atsargos baigiasi. Optimistiškiausiomis mokslininkų prognozėmis, atsargų pakaks 150-300 gyvenimo metų. Branduolinė energija taip pat nepateisino lūkesčių. Didelė galia ir našumas atperka statybos, eksploatavimo išlaidas, tačiau atliekų išvežimo problemos ir žala aplinkai netrukus privers jų atsisakyti. Dėl šių priežasčių mokslininkai ieško naujų alternatyvių energijos š altinių. Dabar jauveikia vėjo ir saulės elektrinės. Tačiau nepaisant visų pranašumų, jie turi reikšmingą trūkumą - mažą efektyvumą. Visų gyventojų poreikių patenkinti nepavyks. Todėl reikia naujų sprendimų.

Elektrai gaminti bangų jėgainė naudoja bangų kinetinę energiją. Konservatyviausiais skaičiavimais, šis potencialas vertinamas 2 mln. MW, o tai prilygsta 1000 visu pajėgumu veikiančių atominių elektrinių ir apie 75 kW/m3 vienam bangos fronto metrui. Nėra jokio žalingo poveikio aplinkai.

Bendra darbo schema

Bangų jėgainės yra plūduriuojančios konstrukcijos, galinčios mechaninę bangų judėjimo energiją paversti elektros energija ir perduoti ją vartotojui. Tuo pačiu metu jie bando naudoti du š altinius:

1. Kinetinės atsargos. Jūrų velenai praeina per didelio skersmens vamzdį ir sukasi ašmenis, kurie perduoda jėgą elektros generatoriui. Taip pat taikomas pneumatinis principas – vanduo, prasiskverbęs į specialią kamerą, išstumia iš ten deguonį, kuris nukreipiamas per kanalų sistemą ir sukasi turbinos mentes.
2. Redėjimo energija. Šiuo atveju bangų jėgainė veikia kaip plūdė. Judant erdvėje kartu su bangos profiliu, turbina sukasi per sudėtingą svirčių sistemą.

Skirtingos šalys naudoja savo technologijas mechaniniam bangų judėjimui paversti elektros energija, tačiaujų veikimo schema ta pati.

Banginių jėgainių trūkumai

Pagrindinė kliūtis plačiai įdiegti bangų jėgaines yra jų kaina. Dėl sudėtingo projektavimo ir kompleksinio įrengimo jūros vandens paviršiuje tokių įrenginių eksploatavimo išlaidos yra didesnės nei statant atominę elektrinę ar šiluminę elektrinę.

Be to, yra nemažai kitų trūkumų, kurie daugiausia susiję su socialinių ir ekonominių problemų atsiradimu. Reikalas tas, kad didelės plūdinės stotys kelia pavojų ir trukdo laivybai bei žvejybai – plūduriuojančių bangų jėgainė gali tiesiog priversti žmogų išeiti iš žvejybos plotų. Taip pat galimi aplinkos padariniai. Įrenginių naudojimas žymiai užgesina jūros bangas, sumažina jas ir neleidžia joms išsiveržti į krantą. Tuo tarpu bangos vaidina svarbų vaidmenį dujų mainų procese vandenyne, valo jo paviršių. Visa tai gali lemti ekologinės pusiausvyros pasikeitimą.

Teigiami bangų elektrinių aspektai

Be trūkumų, bangų jėgainė turi ir nemažai privalumų, kurie daro teigiamą poveikį žmogaus veiklai:

• įrenginiai dėl to, kad jie gesina bangų energiją, gali apsaugoti pakrantės statinius (prieplaukas, uostus) nuo vandenyno jėgos sunaikinimo;
• Elektra gaminama minimaliomis sąnaudomis;
• didelių bangų galia daro vėjo jėgaines ekonomiškai perspektyvesnes nei vėjo ar saulės jėgaines.

Energijos atsargas taip pat turi sausumos vandenys, daugiausia upės. Stočių statyba ant tiltų, perėjų, prieplaukų yra šios elektros energijos gamybos srities plėtros perspektyva.

Spręstinos problemos

Pagrindinė mokslo bendruomenės dabartinė užduotis yra tobulinti dizainą, kuris sumažins bangų elektrinių gaminamos elektros energijos sąnaudas. Veikimo principas turėtų išlikti toks pat, tačiau kuriant įrenginius bus naudojamos naujos technologijos ir medžiagos.

Vidutinė bangos galia yra 75–85 kW/m – tai yra diapazonas, kuriuo derinama dauguma stočių. Tačiau per audrą jūros bangų stiprumas padidėja kelis kartus ir kyla įrenginių sunaikinimo pavojus. Jau ne vienas peiliukas buvo susiglamžęs ar sulinkęs po audros. Norėdami išspręsti šią problemą, mokslininkai dirbtinai sumažina specifinę bangų galią. Viena iš problemų yra ta, kad masinis bangų stočių naudojimas sukels klimato kaitą. Elektros energijos generavimas vyksta dėl Žemės sukimosi (taip susidaro bangos). Dėl plataus stočių naudojimo planeta suksis lėčiau. Žmogus skirtumo nepajus, tačiau tai sunaikins daugybę srovių, kurios vaidina svarbų vaidmenį Žemės šilumos mainuose.

Pirmasis pasaulyje eksperimentinis WPP

Pirmoji bangų jėgainė pasirodė 1985 m. Norvegijoje. Jo galia buvo 500 kW, o ji patibuvo prototipas. Jo veikimo principas pagrįstas cikliniu terpės suspaudimu ir išplėtimu:

• cilindras atviru dugnu panardinamas į vandenį taip, kad jo kraštas būtų žemiau bangos įdubos – žemiausio jos taško;
• periodiškai tekantis vanduo suspaudžia orą vidinėje ertmėje;
• kai pasiekiamas tam tikras slėgis, atsidaro vožtuvas, kuris leidžia suslėgtam deguoniui patekti į turbiną.

Ši elektrinė pagamino 500 kW energijos, to pakako įrenginių, kurie prisidėjo prie jų plėtros, efektyvumui patvirtinti.

Pirmoji pasaulyje pramoninė elektrinė

Pirmasis pasaulyje pramoninio masto įrenginys yra „Oceanlinx“jūroje esantis Port Kemble, Australija. Jis pradėtas eksploatuoti 2005 m., bet vėliau išsiųstas rekonstrukcijai ir vėl pradėjo veikti 2009 m., todėl dabar regione naudojamos ir potvynių, ir bangų jėgainės. Jo veikimo principas yra toks:

1. Bangos periodiškai patenka į specialias kameras, todėl oras susispaudžia.
2. Kai pasiekiamas kritinis slėgis, suspaustas oras sukasi elektros generatorių kanalų tinklu.
3. Siekdami užfiksuoti bangų judėjimą ir jėgą, turbinos mentės keičia savo pasvirimo kampą.

Įrenginio galia buvo apie 450 kW, nors kiekviena stoties sekcija gali tiekti nuo 100 kWh iki 1,5 MWh elektros energijos.

Pirmasis pasaulyje komercinis vėjo jėgainių parkas

Pirmoji komercinė bangų elektrinėPaskyrimas gautas 2008 m. Agusadoro mieste, Portugalijoje. Be to, tai pirmasis įrenginys pasaulyje, kuris tiesiogiai naudoja mechaninę bangos energiją. Projektą parengė Anglijos įmonė Pelamis Wave Power.

Struktūrą sudaro kelios dalys, kurios išleidžiamos ir kyla kartu su bangos profiliu. Sekcijos yra vyriais pritvirtintos prie hidraulinės sistemos ir judant ją įjungia. Hidraulinis mechanizmas priverčia suktis generatoriaus rotorių, dėl kurio susidaro elektra. Portugalijoje naudojamos bangų jėgainės turi pliusų ir minusų. Instaliacijos privalumas yra jo didelė galia – apie 2,25 MW, taip pat galimybė įrengti papildomas sekcijas. Yra tik vienas sistemos įrengimo trūkumas – kyla sunkumų perduodant elektros energiją laidais vartotojui.

Pirmoji bangų elektrinė Rusijoje

Rusijoje pirmasis vėjo jėgainių parkas pasirodė 2014 m. Primorsky teritorijoje. Kūrimą atliko mokslininkų komanda iš Uralo federalinio universiteto ir Rusijos mokslų akademijos Tolimųjų Rytų skyriaus Ramiojo vandenyno instituto. Diegimas yra eksperimentinis. Jo ypatumas yra tai, kad jis naudoja ne tik bangų, bet ir potvynių energiją.

Maskvoje planuojama statyti tyrimų laboratoriją, kuri sukurs ir sukurs pirmąją buitinę plūdinę stotį. Galbūt po to bangų elektrinės Rusijoje taip pat turės pramoninę ar komercinę paskirtį.