Волновая электростанция

Волновая электростанция (ВЭС) — электростанция, расположенная в водной среде, целью которой является получение электроэнергии из кинетической энергии волн.

Конвертеры волновой энергии Pelamis P-750 — элемент волновой электростанции, расположенной в Португалии

Энергетический потенциал волн оценивается в более чем 2 тераватта^[1].

История

• 1799 год — первая заявка на патент волновой мельницы. Заявка подана в Париже, Франция.^[2]
• 1880–1900 гг. — многочисленные попытки использовать энергию волн для получения электричества.^[3]
• 1973 год — увеличение интереса к волновой энергии после нефтяного кризиса.
• 2008 год — в Португалии вошла в коммерческую эксплуатацию первая волновая электростанция.^[4][5]

Конструкция

Основная задача получения электроэнергии из морских волн — преобразование движения вверх-вниз во вращательное, для передачи непосредственно на вал электрогенератора с минимальным количеством промежуточных преобразований, при этом желательно, чтобы большая часть оборудования находилась на суше для простоты обслуживания.

• Поплавковые — производят энергию благодаря движению плавающего поплавка при поднятии его волной;
• Турбинные — благодаря вращению турбины, приводимой в действие воздухом, вытесняется волной из специальной камеры;
• Гидравлические — благодаря движению гидравлических поршней в конвертерах;

• Oscillating water column^[англ.] (колонна колеблющейся воды).

Преимущества и недостатки волновой энергетики

Существует проблема, связанная с тем, что при создании волновых электростанций штормовые волны гнут и сминают даже стальные лопасти водяных турбин. Поэтому приходится применять методы искусственного снижения мощности, отбираемой от волн.

Преимущества:

• Волновые электростанции могут выполнять роль волногасителей, защищая порты, гавани и берега от разрушения;
• Маломощные волновые электрогенераторы некоторых типов могут устанавливаться на стенках причалов, опорах мостов, уменьшая воздействие волн на них;
• Поскольку удельная мощность волнения на 1-2 порядка превышает удельную мощность ветра, волновая энергетика может оказаться более выгодной, чем ветровая.

Недостатки:

• С точки зрения социально-экономических проблем, волновая энергетика (а точнее некоторые типы генераторов) может привести к вытеснению рыбаков из продуктивных рыбопромышленных районов и может представлять опасность для безопасного плавания.^[6]

Эксплуатирующиеся и строящиеся ВЭС

Российский волновой генератор
«Ocean 160»

Первая волновая электростанция

Первая волновая электростанция Aguçadoura Wave Farm^[англ.] была официально открыта португальским министром экономики 23 сентября 2008 года. Расположена в районе Агусадора (Португалия), севернее Порту, на расстоянии 5 километров от берега^[4][5][7]. Мощность данной электростанции составляет 2,25 МВт, этого хватает для обеспечения электроэнергией примерно 1600 домов^[4].

Проект электростанции принадлежит шотландской компании Pelamis Wave Power^[англ.], которая в 2005 году заключила контракт с португальской энергетической компанией Enersis^[англ.] на строительство волновой электростанции в Португалии^[8], стоимость контракта составила 8 миллионов евро^[8]. Первоначально предполагалось, что станция войдёт в эксплуатацию в 2006 году^[8], но развёртывание электростанции произошло на 2 года позже планируемого срока^[4].

В дальнейшем планировалось добавить к трём существующем конвертерам ещё 25, что увеличит мощность электростанции с 2,25 до 21 МВт^[4][9], такой мощности хватит для обеспечения электроэнергией 15 тыс. домов и снизит выбросы углекислого газа на 60 тыс. тонн в год.^[4]

Через два месяца на электростанции возникли неполадки, в результате она была демонтирована^[10].

Устройство и принцип действия

Электростанция состоит из трёх устройств^[4] под названием Pelamis P-750^[англ.]. Это большие плавающие объекты змеевидного типа, размер каждого^[8]:

• длина — 120 метров;
• диаметр — 3,5 метра;
• вес — 750 тонн;
• мощность конвертера — 750 КВт^[11][12]; удельные характеристики: мощность 1 кВт/тонна и 650 Вт на м³ конструкции.

Pelamis P-750 состоит из секций, между секциями 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, за что конструкции стали называть «морскими змеями» («sea-snake»)^[13]. Движение этих соединений приводит в работу гидравлические поршни, которые, в свою очередь, приводят в движение масло. Масло проходит через гидравлические двигатели. Эти гидравлические двигатели приводят в движение электрические генераторы, которые производят электроэнергию^[8][11].

Прочие

• В 2009 году на Оркнейских островах (архипелаг на северо-востоке от Шотландии) была введена в эксплуатацию волновая электростанция^[14];
• ВЭС Mutriku Breakwater Wave Plant^[англ.] в Басконии, Испания, на берегу Бискайского залива; введена в строй в июле 2011 г. (бетонный мол с преобразовтелями типа поршень в цилиндре — воздушный винт, Oscillating water column^[англ.]);
• Волновой генератор Oyster, крупнейший в мире волновой электрогенератор, в Великобритании;
• В Великобритании, на южной оконечности острова, строится волновая электростанция Wave Hub^[англ.] мощностью в 20 МВт^[15]; проект заморожен (отменён?) в 2018 г.

Российские разработки

На территории Москвы может быть начато строительства производственного научно-исследовательского предприятия, которое будет разрабатывать модуль поплавковой волновой электростанции. Инвестор планирует строительство опытно-промышленного предприятия, включающего в себя производственную научно-исследовательскую лабораторию.^[16]

Учёные УрФУ разработали мобильную волновую электростанцию^[17]. В 2014 г. её испытания начались в бухте Витязь на Морской экспериментальной станции «Мыс Шульца» Тихоокеанского океанологического института им. В. И. Ильчева ДВО РАН, расположенной на полуострове Гамова (Приморье)^[18].

Еще одна российская разработка волновой электростанции презентована в апреле 2013 года. Это поплавок-капсула, находящаяся в открытом море, которая при качании на волне производит электрическую энергию. Компании «Ocean RusEnergy» из Екатеринбурга удалось достичь уникальных результатов в удельных характеристиках — свыше 4 кВт на одну тонну веса волнового генератора^[19]. 4 декабря 2014 г. компания получила ежегодную бизнес-премию «Стартап года» как лучший бизнес-проект Свердловской области.

Производители оборудования для волновых и приливных электростанций

• Voith Siemens Hydro Power Generation;
• Marine Current Turbine^[20];
• Ocean Power Delivery Ltd^[21] — производитель Pelamis;
• Ocean RusEnergy^[22];
• Wavegen^[23];
• Ocean Power Technologies^[24];
• AquaEnergy Group, Ltd^[25].

См. также

• Энергия волн океана
• Приливная электростанция
• Альтернативная энергетика / Возобновляемая энергия

Литература

• Bray, James. Wind and Ocean Power Generators : [англ.] / James Bray, Ruben Fair, K. Haran // IEEE Transactions on Applied Superconductivity : J. — 2014. — Vol. 24, no. 3 (June). — P. 1–7. — ISSN 1051-8223. — doi:10.1109/TASC.2013.2282698.
• Алексашина, Виктория Васильевна. Перспективы развития мировой энергетики и проблемы сохранения экологического равновесия в биосфере : Часть II. Альтернативная энергетика // Akademia. Архитектура и градостроительство : журн. — М. : Российская академия архитектуры и строительных наук, 2013. — № 3. — С. 60–71. — ISSN 2077-9038.
• Thorpe, T. W. An Overview of Wave Energy Technologies : Status, Performance and Costs : [арх. 7 октября 2009] // Wave Power : Moving Towards Commercial Viability : [англ.] / PEP (Professional Engineering Publishers). — Wiley, 2000. — May. — 118 p. — ISBN 978-1-860-58305-6.