CC BY
17
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
РАЗРАБОТКА УСТРОЙСТВА ПИТАНИЯ НА ОСНОВЕ
ОДИНОЧНОГО МОДУЛЯ ВОЛНОВОЙ ЭЛЕКТРОСТАНЦИИ 1 2 Кашин А.А. , Труднев С.Ю. Email: [email protected]
1Кашин Александр Андреевич - курсант, мореходный факультет, специальность: эксплуатация судовых энергетических установок; 2Труднев Сергей Юрьевич - кандидат технических наук, доцент, кафедра радио и электрооборудования судов, декан,
мореходный факультет, Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования Камчатский государственный технический университет, г. Петропавловск-Камчатский
УДК 621.43
Аннотация: в наше время существует множество альтернативных источников электрической энергии. Одним из таких устройств является волновая электростанция (ВЭС), особенности устройства и ее работа исследованы в этой статье. ВЭС занимает лидирующие позиции по получению наиболее выгодной электроэнергии. Камчатский край не обладает единой энергосистемой из-за особенностей ландшафта. На основе источников возобновляемой энергии планируется создать эффективную систему для электрификации частного сектора. В большинстве отдалённых районов Камчатки электроэнергия вырабатывается с помощью дизельных электростанций. ДЭС являются некачественным источником электроэнергии и поэтому предлагается заменить их на устройство питания на основе одиночного модуля волновой электростанции. Закупка и доставка топлива для отдалённых районов Камчатского края дорого обходится для экономики края, а использование устройства питания на основе одиночного модуля волновой электростанции сведет затраты на электроэнергию к минимуму. Реализация проекта позволит уменьшить затраты на обеспечение электроэнергией отдалённых районов Камчатки. ВЭС является неисчерпаемым источником электрической энергии, не требует заправки.
Среди конкурентов данный вид выделяется своей автономностью и отсутствием постоянных заправочных работ, которые также несут большую финансовую нагрузку. Все вышеперечисленное позволяет ВЭС стать на ступень выше конкурирующих установок, получив статус самой распространённой автономной системы, которая существенно потеснит классические методики получения электроэнергии.
Ключевые слова: волновая электростанция, высокая экологичность, альтернативная электроэнергия.
THE DEVELOPMENT OF POWER DEVICES BASED ON SINGLE MODULE OF THE WAVE POWER PLANT Kashin А.А.1, Trudnev S.Yu.2
1Kashin Alexandr Andreevich - Cadet, MARITIME FACULTY, SPECIALTY: OPERATION OF SHIP POWER PLANTS; 2Trudnev Sergey Yurievich - Candidate of Engineering Sciences, DEPARTMENT OF RADIO AND ELECTRICAL EQUIPMENT OF SHIPS,
Decan, MARITIME FACULTY, ASSOCIATE PROFESSOR, DEPARTMENT OF RADIOELECTRONIC FACILITIES, FEDERAL STATE BUDGETARY INSTITUTION OF HIGHER EDUCATION KAMCHATKA STATE TECHNICAL UNIVERSITY, PETROPAVLOVSK-KAMCHATSKIY
Abstract: nowadays, there are many alternative sources of electrical energy. One such device is a wave power plant (WPP), the features of the device and its operation is examined in this article. VES is a leader in obtaining the most beneficial electricity. VES is a leader in obtaining the most beneficial electricity. Kamchatka Krai has a single power supply system because of the features of the landscape. On the basis of renewable energy sources is planned to create an effective system for the electrification of the private sector. In most remote areas of Kamchatka, electricity is produced using diesel generators. DES are of poor quality source of electricity, and it is therefore proposed to replace them the power supply device on the basis of a single module of the wave power plant. Purchase and delivery of fuel to remote areas of the Kamchatka territory is costly for the economy of the region, and the use of power devices based on single module of the wave power plant will reduce electricity costs to a minimum.
The project implementation will allow to reduce the cost of providing electricity to remote areas of Kamchatka. VES is an inexhaustible source of electrical energy, does not require refueling. Among the competitors this type is distinguished by its autonomy and the lack of a permanent filling works, which also bear a large financial burden. All the above mentioned wind farm be a step above competing systems, received the status of the most common Autonomous system, which will significantly surpass the classic methods of generating electricity.
Keywords: wave power plant, high environmental impact, alternative energy.
УДК 621.039
На современном этапе развития отрасли энергообеспечения конкурирующее место постепенно занимает метод использования энергии волн и океанического пространства, которые суммарно имеют достаточную мощность более чем 100 млрд кВт. Толчком к его развитию стал нефтяной кризис. Доля использования данного метода среди классических способов получения электроэнергии составляет в среднем 40%, что говорит о широкой распространённости волновых электростанций и постоянном внедрении данной технологии. Самая мощная волновая электростанция (ВЭС) на сегодняшний день находится в Португалии в серверной её части городе Повуа-де-Варзин. Её мощность достигает показателей в 2.25 МВт. Выполняет она свои функции ещё с 2008 года. Данная электростанция обеспечивает электричеством местных жителей. Она наполовину находиться под водой и имеет вид змеи. Состоит волновая электростанция из трёх преобразователей, диаметр и длина которых соответственно имеют значения 3,5 и 140 метров. Отдельный вес каждой установки составляет 750 тонн. За счёт своей мощности они преобразовывают
энергию волн в электричество, которое затем передаётся по кабелям на берег. В среднем в электроэнергию преобразовывается 1% волнового показателя, что напрямую зависит от силы волн, которая не всегда постоянна. Ресурсы для работы волновой электростанции постоянно возобновляются. В дальнейшем планируется установка дополнительных 25 преобразователей, которые позволят поднять мощность до 21 МВт, что позволит обеспечить электроэнергией более чем 15000 жилых домов. Сегодня ведётся запуск ещё одной электростанции в испытательном режиме, который ведётся известной шотландской компанией Oyster Wave Energy System с поддержкой Европейского исследовательского центра. Речь идёт волновой электростанции, мощность которой достигнет 100 МВт. Если проект удастся успешно завершить, то данная компания займет лидирующие позиции [1, 5, 7].
Камчатский край славится своей главной отраслевой структурой в виде рыбной промышленности. Именно поэтому на его территории расположено множество рыбопромысловых зон отдаленного типа. Эти участки находятся далеко от населённых пунктов, что значительно затрудняет обеспечение их достаточным количеств электроэнергии. С целью устранения данного вопроса чаще всего прибегают к использованию дизельных переносных генераторов, для которых постоянно и регулярно доставляется дизельное топливо на автомобилях.
Основной целью нашего исследования является разработка специального и эффективного устройства, которое позволит преобразовывать кинетическую энергию океана в электричество, что устранит вопрос с освещением отдельных территорий. В планах есть создание эффективной модели системы для энергоснабжения частных зон. На современном этапе использование энергии морей и океанов встречается всё чаще и чаще, однако, имеющиеся электростанции имеют значительные мощности, габариты и соответственно стоимость. Увы, в нашем регионе такие системы электрообеспечения не используются. Устройство напоминает небольшую электростанцию, в основе работы которой лежит преобразование волновой энергии в электрическую. Основными элементами системы является: корпус в виде цилиндра, наплавы, специальный якорь, малогабаритный генератор со встроенными лопастями, которые могут вращаться исключительно в одном направлении. Устройство функционирует достаточно просто. Стоячее положение наплавов и якоря позволяют постоянно поддерживать уровень воды, который находиться гораздо ниже лопастей. Возникающие волны существенно изменяют уровень воды, что способствует передвижению воздуха по типу поршня. За счёт этого происходит постоянное вращение лопастей с помощь магнитов, которое является причиной образования электроэнергии. После этого она подаётся непосредственно к системе освещения.
Рис. 1. Устройство питания, которое основано на работе одиночного модуля волновой электростанции (показано схематично)
Данное устройство имеет колоссальное количество преимуществ, которые невозможно обойти стороной. В первую очередь следует отметить, что волновая электростанция (ВЭС) относится к постоянно регенерирующим устройствам, что позволяет ей работать практически бесперебойно. Это достигается нескончаемым количеством ресурсов в виде волн, которые являются уникальным источником, не нуждающимся в постоянной заправке. Данный тип электростанции отличается высокой экономичностью за счёт отсутствия финансовых расходов на топливо, которое необходимо транспортировать и купить. Поэтому её можно с лёгкостью размещать в отдалённых зонах. Волновая энергетика имеет значительные преимущества перед ветровым типом, так как удельная мощность волн превышает ветер в несколько раз. Технически правильно разработанные и грамотно установленные станции не несут экологического вреда, как для человека, так и для представителей флоры и фауны [2, 4].
Если сравнить волновые электростанции с ветрогенераторами, то последние значительно уступают им непостоянством источника, так как ветер не всегда может обеспечить адекватную поставку электроэнергии. Помимо этого ветровые установки требуют больших финансовых вложений, они изменяют свою мощность спустя время. Не рекомендуют их устанавливать в плотно населённых местностях, так как они
оказывают пагубное воздействие на здоровье человека за счёт сильного шума и вибрации. В свою очередь это изменяет ландшафт и является угрозой для жизни птиц. Переносные дизельные генераторы имеют значительную себестоимость, требуют постоянной и дорогостоящей поставки топлива. Их низкая экологичность и высокий уровень шума оказывают отрицательное влияние на животных, растительный мир и соответственно человека. Газовые генераторы в сравнении с волновыми установками отличаются ещё более сложной системой поставки топлива, которая осуществляется при наличии специальных транспортных средств для перевозки газовых смесей. Помимо этого они ещё и взрывоопасны [3, 6].
Предлагаемая 3D-модель волновой электростанции позволит Вам понять её работы и наглядно ознакомится с её строением:
Рис. 2. ЗБ-модель во фронтальном виде
Рис. 3. ЗБ-модель, вид сверху
Установка предлагаемой модели планируется проводиться со специальных лодок. В этом случае якорь и его разновидность будет зависеть от места установки, однако,
чаще всего это мешок с песком. Перед его погружением обязательно проверяется и замеряется глубина, после чего выставляется верёвка груза. Установка будет производиться на расстоянии около 15 метров от побережья. С этой целью устанавливается специальный колышек и растягивается фал длиной в 30 метров. По нему можно проложить изолированные провода, которые будут в дальнейшем передавать электроэнергию на берег. Устройство волновой электростанции позволяет максимально эффективно осветить пристани и причалы в ночное время суток, ведь это необходимо на одном из элементов конструкции пирса.
Рис. 4. Работы по установке устройства на различном типе берега (причале)
Рис. 5. Установка устройства на пирсе
Финансовые расходы на благоустройство волновой электростанции включают покупку самого оборудования и всех необходимых элементов крепежа, а также оплату выполненного труда рабочим. Устройство, как правило, стоит недорого. Основные денежные растраты приходятся на преобразующий элемент и накопительную систему электроэнергии. На совместную работу волновых электростанций одного участка требуется один преобразователь и генератор, что является крайне выгодным вариантом и значительно сокращает финансовые расходы.
В основном, волновую электростанцию используют в сферах туризма, рыболовной отрасли и в частное секторе, где далеко находятся источники классического электропитания. В туристической деятельности, это особенно актуально для перевалочных пунктов и баз отдыха. В рыболовстве - это специальные станы, хозяева рыбопромышленных зон на территории моря, места для временного жительства работающего персонала. В частных зонах - это причалы.
Заключение.
Специалисты мирового уровня по работе в сфере энергопреобразования выделяют волновые электростанции (ВЭС) в отдельную категорию, которая имеет максимально большие перспективы в развитии в ближайшем будущем. Это в первую очередь обеспечивается малыми финансовыми затратами на построение системы, высокой экологичностью и наличием постоянного регенерирующего источника электроэнергии. Среди конкурентов данный вид выделяется своей автономностью и отсутствием постоянных заправочных работ, которые также несут большую финансовую нагрузку. Все вышеперечисленное позволяет волновым
электростанциям ВЭС стать на ступень выше конкурирующих установок, получив статус самой распространённой автономной системы, которая существенно потеснит классические методики получение электроэнергии. Тем более на сегодняшний день многие производители разрабатывают совершенно новые технологии, которые позволяю выпустить более мощные установки для максимально эффективной работы.
Список литературы
1. Росс Дэвид. Энергия волн: пер. с англ. «Гидрометсоиздат», 1981. 112 с.
2. Волновая электростанция. [Электронный ресурс]. Режим доступа: https://ru.wikipedia.org/wiki/ (дата обращения: 07.04.2016).
3. Волновая электростанция. [Электронный ресурс]. Режим доступа: http://whoyougle.ru/texts/tidal-wave-power/ (дата обращения: 10.04.2016).
4. Волновая электростанция. [Электронный ресурс]. Режим доступа: http://nuclphys.sinp.msu.ru/ecology/ecol/ecol05.htm/ (дата обращения: 12.04.2016).
5. Волновая электростанция. [Электронный ресурс]. Режим доступа: http://greenevolution.ru/enc/wiki/volnovaya-elektrostanciya/ (дата обращения: 12.04.2016).
6. Волновая электростанция. [Электронный ресурс]. Режим доступа: http://ukrelektrik.com/forum/29-753-1/ (дата обращения: 20.04.2016).
7. Хакетт С. Экономические и социальные соображения о волновой энергии. Дата публикации: ноябрь 2008. [Электронный ресурс]. Режим доступа: http://www.energy.ca.gov/2008publications/CEC-500-2008-083/CEC-500-2008-083.PDF/ (дата обращения: 19.04.2016).
