Новые концепции в развитии волновых электростанций как перспективное направление альтернативной энергетики

Волновая электростанция Главной причиной волнообразования является ветер. При малых его скоростях возникает рябь система мелких равномерных волн. Они появляются с каждым порывом ветра и мгновенно затухают. Наибольшие ветровые волны наблюдались в Южном полушарии, где океан наиболее обширен и где западные ветры наиболее постоянны и сильны. Здесь волны достигают 25 метров в высоту и 400 метров в длину. Скорость передвижения их около 20 м/с. В морях волны меньше даже в большом Средиземном море они достигают только 5 м. В настоящее время для оценки ветровых волн существует 9- бальная шкала. Уже достаточно давно существует несколько типов волновых электростанций, позволяющих преобразовывать энергию волн в электрическую энергию. Принципиальная схема волновой электростанции аналогична принципиальной схеме гидроэлектростанции, где вместо плотины с падающим потоком воды используется гидроволновой преобразователь, преобразующий энергию волн в запасенную в пневмогидроаккумуляторе энергию рабочей жидкости.

Оборудование волновой электростанции состоит из двух частей: стандартного оборудования и вновь разрабатываемого. Ко вновь разрабатываемому оборудованию относятся все технические средства, преобразующие и обеспечивающие передачу энергии волн в пневмогидроаккумулятор для привода гидроагрегата и система самоочистки фильтров от водорослей и планктона. Гидроагрегат, пневмогидроаккумулятор и остальное оборудование электростанции – стандартное.

ГВП – гидроволновой преобразователь ГМ – гидромагистраль КРУ – комплектное распределительное устройство Оборудование главного корпуса: - гидропневмоаккумулятор - гидроагрегат (гидромотор + гидрогенератор) - АСУ ТП электростанции Рис. 1. Схема волновой электростанции ГВП Главный корпус КРУ ГМ Трансформатор Корпус хемотермического аккумулирования

Генерирующая часть электростанции, состоящая из пневмогидроаккумулятора и гидроагрегата располагается в главном корпусе на берегу или в колоколе на дне (при удалении более 1 км). Во втором случае вырабатываемая электроэнергия передается от генератора на берег по кабелю. Электростанция комплектуется блоком аккумулирования энергии, работающим по хемотермическому циклу, который позволяет накапливать электроэнергию в часы минимума потребления и выдавать ее в часы максимума.

Состав оборудования волновой электростанции: Гидроволновой поплавковый преобразователь Гидроволновой поплавковый преобразователь Гидросиловое оборудование Гидросиловое оборудование Электрооборудование Электрооборудование АСУ ТП АСУ ТП Оборудование аккумулирующего комплекса Оборудование аккумулирующего комплекса

Рис. 2. Схема гидроволнового поплавкового преобразователя (ГВП) Гидроволновой поплавковый преобразователь представляет собой полузатопленную структуру, состоящую из поплавков, связанных гидроцилиндрами. Энергия волн заставляет изгибаться эту плавающую "змею", за счёт чего в местах соединения соседних секций перемещающиеся гидравлические поршни создают расход рабочей жидкости, которая под высоким давлением направляется в пневмогидроаккумулятор. Параллельные «змеи» также соединены между собой гидроцилиндрами с тем, чтобы использовать все направления колебания волновой поверхности. В результате образуется «шахматное поле» состоящее из соединенных между собой поплавков. Вид сбоку Вид сверху

Гидросиловое оборудование в качестве основных компонентов включает комплекс, состоящий из пневмогидроаккумулятора и гидромотора. Гидромотор служит приводом для гидрогенератора, производящего электроэнергию. Пневмогидроаккумулятор служит для компенсации пульсаций в системе и обеспечивает питание гидромотора. Гидромотор за счет энергии рабочей жидкости вращает гидрогенератор. Электрооборудование станции состоит из гидрогенератора, устройства точной синхронизации (УТС), комплектного распределительного устройства (КРУ) и трансформатора. Гидрогенераторы ГСГ предназначены для работы в составе гидроагрегата. Исполнение горизонтальное, на двух стояковых подшипниках скольжения на фундаментной плите, с цилиндрическим концом вала. Возбуждение безщеточное, с автоматическим регулированием напряжения Устройство точной синхронизации (УТС), предназначено для синхронного включения генератора в сеть или на параллельную работу с другими работающими генераторами без броска уравнительного тока, без толчка активной мощности на вал генератора без глубоких качаний. Тип генератора Мощность, кВт Напряже ние, В Частота тока, Гц Частота вращения, об/мин Коэфф. мощности КПД, % Масса (с уч. маховика), кг ГСГ О ,8 93,57350 ГСГ УХЛ ,017800

Аккумулирующий комплекс предназначен для аккумулирования производимой электроэнергии в часы минимума потребления и выдачи ее в часы максимума. Рабочим телом в комплексе служит углекислый газ. Коэффициент полезного действия цикла ~ 80%. Аккумулирующий комплекс мощностью 10 мВт, отработав в режиме аккумулирования 8 часов, в режиме генерации энергии выдаст дополнительно 10 мВт мощности в течение 4 часов. Таким образом, суммарная мощность составит 20 мВт. Рис. 3 Сорбционный тепловой аккумулятор на основе абсорбции СО 2 и угольного сорбента При работе аккумулирующего комплекса в фазе производства электроэнергии температура на выходе углекислотной турбины составляет минус 30 град. С. Этот эффект используется для кондиционирования зданий. Сорбционные аккумуляторы с углекислотными турбинами могут поставляться разной мощности и при необходимости устанавливаться в отдельных домах вместо кондиционеров. Энергия от энергоблока Энергия от энергоблока Углекислотная турбина Хранилище жидкого СО2 Перегреватель СО2 Перегреватель СО2 Компрессор Конденсатор Охладитель Энергия от энергоблока Энергия от энергоблока

Дополнительные технические решения Для эффективного использования в часы пик площадей, занимаемых ГВП, поверхность поплавков может покрываться солнечными батареями, которые создадут резерв мощности в период полного штиля. Волновая электростанция может комплектоваться ветрогенераторами. Технические характеристики Съем электроэнергии с 1 м 2 при высоте волны 0.5 м1 кВт Размеры ГВП на каждый 1 мВт при высоте волны 0.5 м1000 м 2 Размеры площадки электростанции5 000 м 2 Размеры поплавка3х3х2 м Масса поплавка с балластом10 т Рабочее давление в гидросистеме32 МПа Тип генератораГСГ-500, ГСГ-1600 и т.п. Напряжение400/ 6000/ в Частота тока50/ 60 гц Качество токаВ соответствии с требованиями UCTE Срок службы электростанции 25 лет Межремонтный период В соответствии с требованиями производителей оборудования

Конструкция поплавков и применяемые материалы позволяют говорить о низких капитальных затратах на создание электростанции. Стоимость электростанции мощностью 10 мВт составит не более 12 млн. евро или 1200 евро/кВт. Стоимость аккумулирующего комплекса на такую мощность составит 2 млн. евро, или 200 евро/кВт. В результате пиковая мощность электростанции составит 20 мВт, т.е. капзатраты на пиковый режим составят всего 600 евро/кВт. Эксплуатационные затраты В отличие от традиционных источников электроэнергии предлагаемая электростанция не требует топлива и систем его хранения и подачи, не имеет выбросов в атмосферу, не имеет отходов в виде золы и т.п. и необходимости их утилизации. Соответственно из эксплуатационных затрат исключаются все вопросы, связанные с обращением топлива и отходов

Концепции возможного применения технологий Мальта, Кипр, Египет, Тунис, Объединенные Арабские Эмираты, Саудовская Аравия, Турция, Индия, Вьетнам и много других стран испытывают постоянные трудности с питьевой водой. Все эти страны имеют прибрежные морские и океанические территории и могли бы использовать установки для опреснения морской воды, однако технология опреснения весьма затратна и экономически нерентабельна. Использование новых технологий при строительстве волновых электростанций дает возможность получения дешевой электроэнергии вблизи осваиваемых объектов и дает новый толчок к использованию опреснительных установок для развития неосвоенных территорий и возможного превращения их в курортные зоны и оазисы. Почти все вышеуказанные страны имеют огромный доход в бюджет своих стран за счет массового туризма и организации курортного отдыха. Мальта, Кипр, Египет, Тунис, Объединенные Арабские Эмираты, Саудовская Аравия, Турция, Индия, Вьетнам и много других стран испытывают постоянные трудности с питьевой водой. Все эти страны имеют прибрежные морские и океанические территории и могли бы использовать установки для опреснения морской воды, однако технология опреснения весьма затратна и экономически нерентабельна. Использование новых технологий при строительстве волновых электростанций дает возможность получения дешевой электроэнергии вблизи осваиваемых объектов и дает новый толчок к использованию опреснительных установок для развития неосвоенных территорий и возможного превращения их в курортные зоны и оазисы. Почти все вышеуказанные страны имеют огромный доход в бюджет своих стран за счет массового туризма и организации курортного отдыха.

Однако, зачастую развитие этого сектора экономики испытывает трудности ввиду недостатка электроэнергии и питьевой воды. Комплексное использование волновых электростанций с опреснительными установками гарантированно даст возможность дальнейшего развития этого бизнеса в местах, ранее считавшихся неперспективными. Наличие электричества даст возможность серьезного строительства гостиничных комплексов, а наличие воды – возможности использования новых технологий в ландшафтном озеленении. Современные технологии использования гумминовых матов дает возможность озеленения и посадки деревьев в голой пустыне или на скалах. Эти технологии успешно продвигают голландские компании как лидеры в этой области. Единственное условие – наличие воды. Данную потребность может полностью обеспечить комплекс из волновой электростанции с опреснительной установкой.