МОРСКАЯ ВОЛНОВАЯ ГИДРОЭЛЕКТРОСТАНЦИЯ

Морской волновой прибрежный электрогенератор

Волновая электростанция – электростанция, расположенная в водной среде, целью которой является получение электроэнергии из кинетической энергии волн.

Автором создано устройство оригинальной конструкции, позволяющее добывать энергию в прибрежной зоне.

Громадный потенциал

Потенциал волн огромен: он оценивается более чем в 2 млн МВт. Наиболее пригодны для волновой энергетики западное побережье Европы, северное побережье Великобритании и тихоокеанское побережье Северной, Южной Америки, Австралии и Новой Зеландии, а также побережье Южной Африки. Но и в других местах энергию волн можно использовать.

Еще в 1799 г. во Франции была подана первая заявка на патент волновой мельницы. С тех пор энергию волн пытались использовать неоднократно. Интерес особо увеличился после нефтяного кризиса в 1973 г. А в 2008 г. в Португалии, в районе Агусадора вошла в эксплуатацию первая волновая электростанция. Она расположена в 5 км от берега. Мощность ее составляет 2,25 МВт, что хватает для обеспечения электроэнергией примерно 1600 домов. Проект электростанции принадлежит шотландской компании «Pelamis Wave Power».

Электростанция состоит из трех больших плавающих объектов Pelamis P-750 змеевидного типа длиной 120 метров. Объекты состоят из секций, между которыми закреплены гидравлические поршни. Внутри каждой секции также есть гидравлические двигатели и электрогенераторы. Под воздействием волн конвертеры качаются на поверхности воды, и это заставляет их изгибаться. Движение этих соединений приводит в работу гидравлические поршни, которые, в свою очередь, приводят в движение масло. Масло проходит через гидравлические двигатели. А гидравлические двигатели приводят в движение электрические генераторы, которые производят электроэнергию.

Планировалось добавить к трем существующем конвертерам еще 25, что увеличит мощность электростанции до 21 МВт. Такой мощности хватит для обеспечения электроэнергией 15 ­ 000 домов и снизит выбросы углекислого газа на 60  000 тонн в год.

Другие проекты

В 2009 г. у берегов Оркнейских островов, в северной части Шотландии, было запущено еще одно уникальное сооружение. Это генератор «Oyster» («Устрица»). Он представляет собой большой поплавок-насос, который раскачивается волнами вперед и назад и приводит, таким образом, в движение двухсторонний насос, расположенный на дне, на глубине около 16 м. Вся электрическая часть устройства вынесена на берег, а связь между двумя частями – поплавком-насосом и береговой электростанцией – осуществляется через трубу, по которой морская вода под давлением устремляется к гидроэлектрогенератору. Максимальная мощность системы – 600 кВт.

На территории Москвы планировалось строительство производственного научно-исследовательского предприятия, которое будет разрабатывать модуль поплавковой волновой электростанции. А ученые УрФУ разработали мобильную волновую электростанцию. Кроме того, в России планировалось построить волновой генератор «Ocean 160».

А в Великобритании, у побережья Корнуолла, – электростанцию «Wave Hub» мощностью в 20 МВт. Здесь комплекс генераторов соединяется с берегом при помощи силового кабеля. Сам комплекс работает за счет вертикального перемещения поплавков, которые скользят по колоннам, заякоренным у дна. Общая мощность системы из 400 буев запланирована на 50 МВт.

Это крупнейшая волновая электростанция в мире. Буи расположены в море начиная с расстояния 16 км от берега и дальше, на протяжении 1800 м.

Буи устроены следующим образом. Колонна содержит внутри генератор, который за счет системы поршней приводится в движение, и вырабатывает электричество, когда буй колеблется на волнах. Электрический ток от каждого буя передается по проводам на подводную подстанцию, от которой силовой кабель передает электроэнергию на сушу.

Проблемы и преимущества

Основная проблема при создании волновых электростанций связана с тем, что штормовые волны гнут и сминают даже стальные лопасти водяных турбин. Поэтому приходится применять методы искусственного снижения мощности, отбираемой от волн. Кроме того, они могут представлять опасность для безопасного плавания.

Тем не менее у таких станций есть и свои преимущества. Они могут выполнять роль волногасителей, защищая гавани и берега от разрушения. Некоторые маломощные типы могут устанавливаться на стенках причалов и опорах мостов, уменьшая воздействие волн на них. При преобразовании энергии волн эффективность может существенно превышать прочие альтернативные способы, такие, как ветряные и солнечные электростанции, достигая коэффициента полезного использования в 85 %.

Энергию из морских колебаний можно получить, преобразовав движение волн вверх и вниз в электрическую энергию посредством генератора. В простейшем случае генератор должен получать вращательный момент на вал, при этом промежуточных преобразований не должно быть много, а большая часть оборудования должна находиться по возможности на суше.

Авторская идея

Автор давно занимается разработкой проектов использования прибрежной волновой энергии.

В настоящее время морская прибрежная волновая энергия практически не используется, хотя запасы ее неисчерпаемы. Среди возобновляемых источников энергия волны обладает наибольшей удельной мощностью: 15 кВт / погонный метр.

Прибрежная волновая электростанция, по мнению автора, должна удовлетворять следующим требованиям:

1. Энергия волн идет по поверхности, под водой движения практически нет, т. е. забор энергии происходит только с поверхности воды. Движущиеся части под водой исключены. Забор энергии идет в зоне максимальной волновой энергии в полосе прибоя;

2. Используется не только фактор подъема и спада волны, но и фактор движения волн в определенном направлении;

3. То, что станция «прибрежная», предполагает близкое наличие дна, поэтому обязательно использование опоры о дно. Забор энергии волны только от подъема и спада без опоры – неэффективен;

4. Генератор должен обязательно находиться над водой, под водой генератор устанавливать нельзя или практически сложно. Низкоэффективный «линейный» возвратно-поступательный генератор следует исключить.

В основе предыдущей авторской идеи – тележка с килем и баллонами большого диаметра на осях по краям тележки. Это – по примеру одной из осей автомобиля повышенной проходимости с колесами большого диаметра. Сама тележка находится на оси конца силового рычага, другой конец которого – на верху столба (колонны), выполняющего опорные функции. Силовая часть – между опорой (столбом) и верхним концом рычага (патент № 2597342).

Недостаток устройства – удаленность центра тяжести силовой части от оси опорной башенки с опорой на дне, ограничение угла действия силовой части. Эти факторы могут привести к не совсем стабильной работе и в сильный шторм вызвать поломку и отказ в работе устройства.

Новая задача

Задачей являлось создание устройства, позволяющего более свободно и эффективно производить забор волновой энергии с поверхности волн недалеко от берега на небольшой глубине, где максимальна волновая амплитуда, и работа которого слабо зависит от искаженной формы волны, вносимой гребнем (буруном).

Технический эффект такого изобретения достигается путем усовершенствования устройства, которое с помощью рычага с поплавком вращает круговые генераторы, расположенные над поверхностью воды, в котором используется фактор направления движения волн и свойство баллонов тороидальной формы большого диаметра в движении преодолевать крупные волны с закрученным гребнем.

Состав устройства

Предлагаемое устройство состоит из: полой цилиндрической башенки с опорой, корпуса силовой части на верху башенки с возможностью разворота без ограничений на 360 градусов на оси башенки, генераторов на корпусе силовой части, рычага, поплавка на оси внизу рычага в виде тележки с килем и баллонами тороидальной формы на осях вращения по краям тележки. Внутри корпуса силовой части находится втулка с маховым колесом. Втулка соединена с осью, к которой с двух сторон закреплен рычаг, через механизмы одностороннего вращения (храповики). Шестерня на оси генераторов зацеплена с маховым колесом.

На башенку сверху, как продолжение башенки, вставлен держатель колец кольцевого токосъемника, на нем, в свою очередь, установлена шаровая опора для корпуса силовой части, который дополнительно держится не опорном кольце. Между корпусом силовой части и башенкой с держателем находятся игольчатые подшипники. Через нишу корпуса силовой части вставляется щеткодержатель со щетками, которые контактируют с кольцами токосъемника на держателе колец. Провод от генераторов позволяет свободно вытаскивать и вставлять щеткодержатель в нишу. Ниша закрывается крышкой. Провод для потребителя изнутри соединен с кольцами, затем через полую башенку уходит ко дну и далее – на потребителя.

Принцип работы

Волна килем ориентирует корпус силовой части рычагом по направлению своего движения на оси башенки, поднимает рычаг за счет баллонов и с помощью механизма одностороннего вращения раскручивает маховое колесо, которое в свою очередь вращает шестерню с генераторами.

Генераторы, подключенные синфазно, вырабатывают электроэнергию. После прохождения волны рычаг падает, но, т. к. вступают в работу механизмы одностороннего вращения, маховое колесо продолжает вращаться. Следующая волна повторяет цикл, т. е. идет периодическая «подкрутка» махового колеса. Электрический ток от генераторов через провод, контакты кольцевого токосъемника и силовой провод поступает по дну на берег (к контроллеру зарядки, батарее, инвертору и т. д.).

Следует заметить, преобразование механической энергии в электрическую – энергетически достаточно затратный процесс. Безопорный забор энергии волны только от подъема и спада энергетически неэффективен. Заявленное изобретение – наиболее перспективный путь получения и преобразования океанской или морской прибрежной волновой энергии.

Александр САВИН