Толқынды электр станциясы: жұмыс принципі

2024 Автор: Howard Calhoun | [email protected]. Соңғы өзгертілген: 2023-12-17 10:33

Мұхиттардың сулары сансыз байлықты жасырады, олардың негізгілері теңіз толқындары түріндегі шексіз энергия көздері болып табылады. Алғаш рет жағада қозғалатын біліктердің кинетикалық энергиясын пайдалану туралы 18 ғасырда толқынды диірменге бірінші патент ұсынылған Парижде ойластырылған. Қазір технология әлдеқайда алға жылжып, 2008 жылы жұмыс істей бастаған ғалымдардың бірлескен күшімен бірінші коммерциялық толқындық электр станциясы құрылды.

Бұл не үшін пайдалы?

Табиғи ресурстардың сарқылу алдында тұрғаны ешкімге құпия емес. Негізгі энергия көздері – көмір, мұнай және газ қоры аяқталуға жақын. Ғалымдардың ең оптимистік болжамдары бойынша қор 150-300 жыл өмір сүруге жетеді. Атом энергетикасы да үмітті ақтай алмады. Жоғары қуат пен өнімділік құрылыс, пайдалану шығындарын өтейді, бірақ қалдықтарды кәдеге жарату және қоршаған ортаға зиян келтіру проблемалары көп ұзамай олардан бас тартуға мәжбүр етеді. Осы себептерге байланысты ғалымдар жаңа баламалы энергия көздерін іздеуде. Қазірдің өзіндежел және күн электр станциялары жұмыс істейді. Бірақ олардың барлық артықшылықтарына қарамастан, олардың айтарлықтай кемшілігі бар - төмен тиімділік. Бүкіл халықтың сұранысын қанағаттандыру мүмкін емес. Сондықтан жаңа шешімдер қажет.

Электр энергиясын өндіру үшін толқындық электр станциясы толқындардың кинетикалық энергиясын пайдаланады. Ең консервативті бағалаулар бойынша бұл әлеует 2 миллион МВт-қа бағаланады, бұл толық қуатында жұмыс істейтін 1000 атом электр станциясымен және толқындық фронттың бір метріне шамамен 75 кВт/м3-ке тең. Қоршаған ортаға мүлдем зиянды әсері жоқ.

Жалпы жұмыс схемасы

Толқынды электр станциялары – толқын қозғалысының механикалық энергиясын электр энергиясына түрлендіруге және оны тұтынушыға беруге қабілетті қалқымалы құрылымдар. Сонымен бірге олар екі дереккөзді пайдалануға тырысады:

1. Кинетикалық қорлар. Теңіз біліктері үлкен диаметрлі құбыр арқылы өтіп, электр генераторына күш беретін қалақтарды айналдырады. Сондай-ақ пневматикалық принцип қолданылады - су арнайы камераға еніп, ол жерден оттегін ығыстырады, ол арналар жүйесі арқылы қайта бағытталады және турбина қалақтарын айналдырады.
2. Айналмалы энергия. Бұл жағдайда толқындық электр станциясы қалтқы ретінде әрекет етеді. Кеңістікте толқын профилімен бірге қозғала отырып, ол турбинаны күрделі тетіктер жүйесі арқылы айналдырады.

Толқындардың механикалық қозғалысын электр энергиясына айналдыру үшін әртүрлі елдер өз технологиясын пайдаланады, бірақ жалпыолардың әрекет схемасы бірдей.

Толқынды электр станцияларының кемшіліктері

Толқынды электр станцияларын кеңінен енгізудегі басты кедергі олардың құны болып табылады. Теңіз суларының бетінде күрделі жобалануы мен күрделі қондырғысы болғандықтан мұндай қондырғыларды іске қосу шығындары АЭС немесе ЖЭС салуға қарағанда жоғары.

Сонымен қатар басқа да бірқатар кемшіліктер бар, олар негізінен әлеуметтік-экономикалық мәселелердің туындауымен байланысты. Мәселе мынада, үлкен қалқымалы станциялар қауіп төндіреді және навигация мен балық аулауға кедергі жасайды - қалқымалы толқын электр станциясы адамды балық аулау аймақтарынан шығаруға мәжбүрлей алады. Экологиялық салдарлар да болуы мүмкін. Қондырғыларды пайдалану теңіз толқындарын айтарлықтай сөндіреді, оларды кішірейтеді және жағаға шығуына жол бермейді. Сонымен қатар, толқындар мұхиттағы газ алмасу процесінде маңызды рөл атқарады, оның бетін тазартады. Мұның бәрі экологиялық тепе-теңдіктің өзгеруіне әкелуі мүмкін.

Толқынды электр станцияларының оң жақтары

Толқынды электр станциясының кемшіліктерімен қатар адам қызметіне оң әсер ететін бірқатар артықшылықтары бар:

• қондырғылар толқын энергиясын сөндіретіндіктен, жағалау құрылыстарын (пирстер, порттар) мұхит күшінің әсерінен бұзылудан сақтай алады;
• Электр энергиясы минималды шығынмен өндіріледі;
• жоғары толқын қуаты жел станцияларын жел немесе күн электр станцияларына қарағанда экономикалық тұрғыдан тиімдірек етеді.

Энергия қорларына құрлық сулары, негізінен, өзендер де ие. Көпірлерде, өткелдерде, пирстерде станциялар салу электр энергиясын өндірудің осы саласын дамытудың болашағы болып табылады.

Шешілетін мәселелер

Қазіргі уақытта ғылыми қауымдастықтың алдында тұрған басты міндет – толқындық электр станциялары өндіретін электр энергиясының өзіндік құнын төмендететін жобаны жетілдіру. Жұмыс принципі өзгеріссіз қалуы керек, бірақ қондырғыларды жасау үшін жаңа технологиялар мен материалдар пайдаланылады.

Толқынның орташа қуаты 75-85 кВт/м – бұл көптеген станциялар реттелетін диапазон. Дегенмен, дауыл кезінде теңіз толқындарының күші бірнеше есе артып, қондырғылардың бұзылу қаупі бар. Дауылдан кейін бірнеше жүзі мыжылған немесе майысқан. Бұл мәселені шешу үшін ғалымдар толқындардың меншікті күшін жасанды түрде азайтады. Мәселелердің бірі - толқындық станцияларды жаппай пайдалану климаттың өзгеруіне әкеледі. Электр энергиясының генерациясы Жердің айналуы есебінен жүзеге асырылады (толқындар осылай пайда болады). Станцияларды кеңінен қолдану планетаның баяу айналуына әкеледі. Адам айырмашылықты сезбейді, бірақ бұл Жердің жылу алмасуында маңызды рөл атқаратын бірқатар токтарды жояды.

Әлемдегі бірінші эксперименттік WPP

Бірінші толқынды электр станциясы 1985 жылы Норвегияда пайда болды. Оның қуаты 500 кВт болды, оның өзіпрототипі болды. Оның жұмыс принципі ортаның циклдік қысылуына және кеңеюіне негізделген:

• түбі ашық цилиндр суға батырылады, оның шеті толқынның ойығынан төмен - оның ең төменгі нүктесі;
• мезгіл-мезгіл ағынды су ішкі қуыстағы ауаны қысады;
• белгілі бір қысымға жеткенде, қысылған оттегінің турбинаға өтуіне мүмкіндік беретін клапан ашылады.

Бұл электр станциясы 500 кВт энергия өндірді, бұл қондырғылардың тиімділігін растауға жеткілікті болды, бұл олардың дамуына ықпал етті.

Әлемдегі алғашқы өнеркәсіптік электр станциясы

Өнеркәсіптік ауқымдағы әлемдегі алғашқы қондырғы – Oceanlinx теңіз порты, Австралия. Ол 2005 жылы пайдалануға берілді, бірақ кейін қайта жөндеуге жіберіліп, 2009 жылы қайтадан жұмыс істей бастады, сондықтан қазір облыста толқынды және толқынды электр станциялары қолданылады. Оның жұмыс принципі келесідей:

1. Толқындар мезгіл-мезгіл арнайы камераларға түсіп, ауаның қысылуына себеп болады.
2. Критикалық қысымға жеткенде, сығылған ауа электр генераторын арналар желісі арқылы айналдырады.
3. Толқындардың қозғалысы мен күшін түсіру үшін турбина қалақтары көлбеу бұрыштарын өзгертеді.

Орнатудың қуаты шамамен 450 кВт болды, дегенмен станцияның әрбір бөлімі 100 кВт/сағ-тан 1,5 МВт/сағ электр энергиясын жеткізуге қабілетті.

Әлемдегі алғашқы коммерциялық жел электр станциясы

Бірінші коммерциялық толқын электр станциясы2008 жылы Португалия, Агусадор қаласында тағайындалды. Оның үстіне бұл толқынның механикалық энергиясын тікелей пайдаланатын әлемдегі алғашқы қондырғы. Жобаны ағылшындық Pelamis Wave Power компаниясы дайындаған.

Құрылым толқын профилімен бірге шығарылатын және көтерілетін бірнеше бөлімдерді қамтиды. Секциялар гидравликалық жүйеге топсалы және қозғалыс кезінде оны іске қосады. Гидравликалық механизм генератор роторының айналуын тудырады, соның арқасында электр энергиясы пайда болады. Португалияда қолданылатын толқынды электр станцияларының плюс және минустары бар. Орнатудың артықшылығы оның жоғары қуаты - шамамен 2,25 МВт, сондай-ақ қосымша секцияларды орнату мүмкіндігі. Жүйені орнатудың бір ғана кемшілігі бар - электр энергиясын тұтынушыға сымдар арқылы жеткізуде қиындықтар бар.

Ресейдегі бірінші толқын электр станциясы

Ресейде бірінші жел электр станциясы Приморск өлкесінде 2014 жылы пайда болды. Әзірлеуді Орал федералды университетінің және Ресей ғылым академиясының Қиыр Шығыс филиалының Тынық мұхиттану институтының ғалымдар тобы жүргізді. Орнату эксперименттік болып табылады. Оның ерекшелігі толқындардың ғана емес, толқындардың да энергиясын пайдаланады.

Мәскеуде алғашқы отандық жүзу станциясын дамытатын және жасайтын ғылыми-зерттеу зертханасын салу жоспарлануда. Осыдан кейін Ресейдегі толқынды электр станциялары да өндірістік немесе коммерциялық мақсатқа ие болуы мүмкін.