CC BY
0УДК 620.92 Чередниченко Д.Б., Нурмухаметов С.Р.
Чередниченко Д.Б.
студент
Казанский национальный исследовательский технический университет
им. А.Н. Туполева (г. Казань, Россия)
Нурмухаметов С.Р.
студент
Казанский национальный исследовательский технический университет
им. А.Н. Туполева (г. Казань, Россия)
ЭНЕРГИЯ ВОЛН КАК ВИД АЛЬТЕРНАТИВНОЙ ЭНЕРГИИ
Аннотация: в данной статье рассмотрена энергия волн как альтернативный источник электроэнергии, проанализированы способы преобразования энергии волн и системы, предназначенные для этого преобразования. Рассмотрены турбина Уэлса и система ОТЕС, выявлены преимущества и недостатки каждой системы, на основании чего выбрана наиболее перспективная.
Ключевые слова: электроэнергия, волны, тепловая энергия, механическая энергия.
В настоящее время все более высоко начинают цениться альтернативные источники электроэнергии. Широкое распространение новых тенденций перехода на более экологичные виды топлива и повышенная актуальность проблемы исчерпания природных ресурсов вынуждает людей на поиски новых источников энергии. Для производства, накопления и сохранения энергии в этих источниках могут использоваться методы преобразования электростатической, тепловой, механической, кинетической, пневматической, гидравлической, электромагнитной, термоэлектрической и химической энергии. [1] Несмотря на
то, что, по некоторым данным, современная нормативная база не позволяет внедрить подобные источники в широкое применение, их внедрение всё более набирает обороты.
Энергия волн - энергия, которую волны переносят по поверхности воды. Данный вид энергии по сути своей может считаться неисчерпаемым по причине того, что сама природа возникновения волнообразования заключается в воздействии солнечных лучей на воздушные массы. Нагревание оных от солнечного света приводит их в движение, в процессе перетекания воздух соприкасается с поверхность океана, что и становится причиной возникновения волны.
Способы преобразования энергии морской воды можно разделить на два вида: энергия волн (механическая) и разница температур (тепловая).
Осциллирующая водяная колонна с воздушной турбиной Уэллса являет собой классический, наиболее проработанный вид волновой электростанции. Волной в наполовину погруженной в воду камере поднимается уровень воды. Благодаря заполнению внутреннего объема агрегата водой, воздух, находящийся внутри, под давлением выдавливается из сосуда. Образовавшиеся воздушные потоки пропускаются через лопасти реверсивной турбины низкого давления Уэллса. Когда возникает откат воды, воздух возвращается в камеру, минуя все те же турбинные лопатки. Направление вращения вала турбины сохраняется вне зависимости от направления движения волны, что обеспечивает непрерывность передачи крутящего момента на вал генератора. В целом механизм характеризуется: малым отношением скорости вращения к скорости потока воздуха, высоким коэффициентом лобового сопротивления, периодическими провалами мощности, КПД на уровне 40-70%, шумностью - издаваемые им звуки сопоставимы со звучанием огромного органа. [2]
Преобразование тепловой энергии океана (Осеап ТИегша1 Energy Conversion - OTEC) — это система, которая использует разницу температур между теплой поверхностной морской водой и холодной глубоководной морской водой для приведения в действие циркулирующей жидкости и производства
электроэнергии. Теплая морская вода испаряет рабочую жидкость, обычно аммоний, в теплообменнике, а холодная морская вода, которая добывается с глубины от 500 до 1000 м, используется для конденсации паров аммиака после прохождения турбины. Температура поверхности морской воды колеблется в диапазоне 24 - 30°C в зависимости от сезона, в то время как морская вода на глубине часто существенно не меняется в зависимости от сезона и остается довольно стабильной в диапазоне 5 - 9°C. Для приведения в действие теплового двигателя на цикле Ренкина и выработки приблизительно постоянной мощности при базовой нагрузке необходима средняя разница температур в 20°C. [3] OTEC технология может использовать различные типы циклов производства электроэнергии: замкнутый, функционирующий засчёт создания разности давлений в рабочей жидкости, открытый, обеспечивающий относительный вакуум в теплообменнике, генерирующем пар низкого давления, и так называемая Калина, представляющая собой комбинацию открытого и закрытого циклов и использующая в качестве рабочих жидкостей аммоний и воду.
Технология OTEC способна непрерывно генерировать электроэнергию, что делает доступным её использование в качестве электростанции с базовой нагрузкой. Такое применение является положительной чертой, отличающей рассматриваемый случай от прочих возобновляемых источников энергии, таких как солнечная и ветровая. Также важной характеристикой данной технологии является всемирная доступность, так как основным ресурсом является тепловая энергия океана. Технология OTEC считается экологически безопасной, пусть и допускающей некоторые потенциальные побочные эффекты.
Несмотря на то, что электростанции, направленные на преобразование энергии волн в электрическую энергию, возникли как концепция в 1799 году, однако, попытки использования энергии волн и повышенный интерес к волновой энергетике на протяжении более чем столетия не показали вещественных результатов и первая волновая электростанция вошла в коммерческую эксплуатацию лишь в 2008 году. Станция Agu?adoura Wave Farm, расположенная в Португалии, обладала мощностью, достаточной для обеспечения
электроэнергией порядка 1600 домов и работала засчёт преобразования механической энергии волн с помощью гидравлических поршней. Однако станция была в эксплуатации около двух месяцев, после чего была демонтирована в связи со сложностями в эксплуатации и поломками. Станция была признана «неоптимальной» и снята с использования. [4]
Таким образом, энергия волн представляет собой достаточно перспективный альтернативный источник электроэнергии, отличающийся доступностью практически во всех точках Земли и неограниченностью, т.е. источник является неисчерпаемым. Несмотря на продолжительный интерес общества к данному виду энергии, попытки его применять начались относительно недавно, по этой причине энергия волн нечасто используется на практике. Тем не менее, с учётом опыта установки волновой электростанции, можно сделать вывод: станции, работающие засчёт преобразования механической энергии, являются сложными в плане обслуживания и менее эффективными, поэтому стоит уделить внимание станциям, преобразующим тепловую энергию волн, в том числе технологии ОТЕС.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ:
1. Портал Экоэнергия [Электронный ресурс]. URL: https: //ekoenergia. ru/alternativnaya-gidroenergetika/energiya-voln.html (дата обращения: 12.05.2024);
2. Свободная энциклопедия Википедия [Электронный ресурс]. URL: https: //ru.wikipedia. о^^М/Волновая_электро станция (дата обращения: 12.05.2024);
3. Гашо Е.Г., Полканов С.В., Леонов И.Г. ЭНЕРГИЯ ОКЕАНА КАК ПЕРСПЕКТИВНЫЙ ИСТОЧНИК ЭНЕРГИИ// Современные тенденции развития науки и мирового сообщества в эпоху цифровизации. сборник, 2023. С. 263-270;
4. Свободная энциклопедия Википедия [Электронный ресурс]. URL: https: //en. wikipedia. org/wiki/Agu?adoura_Wave_F arm (дата обращения: 28.05.2024);
5. Осадчий А.И., Чекстер О.П. АЛЬТЕРНАТИВНЫЕ ИСТОЧНИКИ ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ. НОРМАТИВНАЯ БАЗА// Электропитание. 2013. № 2. С. 32-33
Cherednichenko D.B., Nurmukhametov S.R.
Cherednichenko D.B.
Kazan National Research Technical University (Kazan, Russia)
Nurmukhametov S.R.
Kazan National Research Technical University (Kazan, Russia)
WAVE ENERGY AS TYPE OF ALTERNATIVE ENERGY
Abstract: in this article, wave energy is considered as an alternative source of electricity, methods of wave energy conversion and systems designed for this conversion are analyzed. The turbine of Wales and the APEC system are considered, the advantages and disadvantages of each system are identified, on the basis of which the most promising one is selected.
Keywords: electric power, waves, thermal energy, mechanical energy.
