Talasna elektrana: princip rada

2024 Autor: Howard Calhoun | [email protected]. Zadnja izmjena: 2023-12-17 10:20

Vode okeana kriju bezbrojna bogatstva od kojih su glavni, možda, neograničeni izvori energije u obliku morskih talasa. Prvi put se o upotrebi kinetičke energije šahtova koji se kotrljaju po kopnu razmišljalo u 18. veku u Parizu, gde je predstavljen prvi patent za mlin sa talasima. Sada je tehnologija daleko napredovala, a zajedničkim naporima naučnika stvorena je prva komercijalna elektrana na talase, koja je počela sa radom 2008.

Zašto je to korisno?

Nije tajna da su prirodni resursi na ivici iscrpljivanja. Zalihe uglja, nafte i gasa - glavni izvori energije - privode se kraju. Prema najoptimističnijim prognozama naučnika, rezerve će biti dovoljne za 150-300 godina života. Nuklearna energija takođe nije ispunila očekivanja. Velika snaga i produktivnost nadoknađuju troškove izgradnje, eksploatacije, ali problemi odlaganja otpada i štete po životnu sredinu uskoro će ih prisiliti na napuštanje. Iz tih razloga, naučnici traže nove alternativne izvore energije. Sad većrade vjetroelektrane i solarne elektrane. Ali uz sve svoje prednosti, oni imaju značajan nedostatak - nisku efikasnost. Neće biti moguće zadovoljiti potrebe cjelokupnog stanovništva. Stoga su potrebna nova rješenja.

Za proizvodnju električne energije, talasna elektrana koristi kinetičku energiju talasa. Prema najkonzervativnijim procjenama, ovaj potencijal se procjenjuje na 2 miliona MW, što je uporedivo sa 1000 nuklearnih elektrana koje rade punim kapacitetom, i oko 75 kW/m3 po metru valnog fronta. Nema apsolutno nikakvog štetnog uticaja na životnu sredinu.

Opšta shema rada

Talasne elektrane su plutajuće strukture koje su sposobne da pretvore mehaničku energiju kretanja talasa u električnu energiju i prenesu je do potrošača. Istovremeno, pokušavaju koristiti dva izvora:

1. Kinetičke rezerve. Pomorska okna prolaze kroz cijev velikog promjera i rotiraju lopatice, koje prenose silu na električni generator. Primjenjuje se i pneumatski princip - voda, prodirući u posebnu komoru, istiskuje kiseonik odatle, koji se kroz sistem kanala preusmjerava i rotira lopatice turbine.
2. Energija kotrljanja. U ovom slučaju, talasna elektrana djeluje kao plovak. Krećući se u prostoru zajedno sa profilom talasa, čini da se turbina rotira kroz složen sistem poluga.

Različite zemlje koriste vlastitu tehnologiju za pretvaranje mehaničkog kretanja valova u električnu energiju, ali općenitoimaju istu shemu djelovanja.

Nedostaci talasnih elektrana

Glavna prepreka raširenom uvođenju valnih elektrana je njihova cijena. Zbog složenog dizajna i složene instalacije na površini morske vode, troškovi puštanja u rad ovakvih instalacija su veći nego kod izgradnje nuklearne elektrane ili termoelektrane.

Osim toga, postoji niz drugih nedostataka, koji su uglavnom povezani sa pojavom socio-ekonomskih problema. Stvar je u tome da velike plutajuće stanice stvaraju opasnost i ometaju plovidbu i ribolov - elektrana na plutajući talas može jednostavno istjerati osobu iz područja ribolova. Moguće su i ekološke posljedice. Korištenje instalacija značajno gasi morske valove, čini ih manjim i sprječava njihovo izbijanje na obalu. U međuvremenu, valovi igraju važnu ulogu u procesu izmjene plina u okeanu, čisteći njegovu površinu. Sve ovo može dovesti do pomaka u ekološkoj ravnoteži.

Pozitivni aspekti talasnih elektrana

Uz nedostatke, elektrana na talase ima i niz prednosti koje pozitivno utiču na ljudske aktivnosti:

• instalacije, zbog činjenice da gase energiju talasa, mogu zaštititi obalne strukture (pristaništa, luke) od uništenja silom okeana;
• Struja se proizvodi uz minimalne troškove;
• snaga visokih talasa čini vjetroelektrane ekonomski održivijim od vjetroelektrana ili solarnih elektrana.

Rezerve energije takođe posjeduju kopnene vode, uglavnom rijeke. Izgradnja stanica na mostovima, prelazima, stubovima je perspektiva za razvoj ovog područja proizvodnje električne energije.

Problemi koje treba riješiti

Glavni zadatak sa kojim se sada suočava naučna zajednica je poboljšanje dizajna, što će smanjiti troškove električne energije koju proizvode talasne elektrane. Princip rada bi trebao ostati isti, ali će se za izradu instalacija koristiti nove tehnologije i materijali.

Prosječna snaga vala je 75-85 kW/m - ovo je raspon na koji je podešena većina stanica. Međutim, za vrijeme oluje jačina morskih valova se povećava nekoliko puta i postoji opasnost od uništenja instalacija. Već je više od jedne oštrice bilo zgužvano ili savijeno nakon oluje. Kako bi riješili ovaj problem, naučnici umjetno smanjuju specifičnu snagu valova. Jedan od problema je što će masovna upotreba talasnih stanica dovesti do klimatskih promjena. Generiranje električne energije vrši se rotacijom Zemlje (tako nastaju valovi). Široka upotreba stanica dovest će do sporije rotacije planete. Osoba neće osjetiti razliku, ali to će uništiti brojne struje koje igraju važnu ulogu u Zemljinoj razmjeni topline.

Prvi eksperimentalni WPP na svijetu

Prva talasna elektrana pojavila se 1985. godine u Norveškoj. Njena snaga je bila 500 kW, a ona samabio prototip. Njegov princip rada zasniva se na cikličnoj kompresiji i ekspanziji medija:

• cilindar sa otvorenim dnom je uronjen u vodu tako da je njegov rub ispod udubljenja vala - njegove najniže tačke;
• povremeno tekuća voda komprimira vazduh u unutrašnjoj šupljini;
• kada se dostigne određeni pritisak, otvara se ventil, koji omogućava komprimovanom kiseoniku da prođe do turbine.

Ova elektrana proizvodila je 500 kW energije, što je bilo dovoljno da potvrdi efikasnost instalacija, što je doprinijelo njihovom razvoju.

Prva industrijska elektrana na svijetu

Prva instalacija na svijetu u industrijskom obimu je Oceanlinx na moru Port Kemble, Australija. Puštena je u rad 2005. godine, ali je potom poslana na rekonstrukciju i ponovo je počela sa radom 2009. godine, zbog čega se danas u regionu koriste i elektrane na plimu i na talase. Njegov princip rada je sljedeći:

1. Talasi povremeno ulaze u posebne komore, uzrokujući sabijanje zraka.
2. Kada se dostigne kritični pritisak, komprimovani vazduh rotira električni generator kroz mrežu kanala.
3. Da bi uhvatili kretanje i snagu valova, lopatice turbine mijenjaju svoj ugao nagiba.

Kapacitet instalacije je bio oko 450 kW, iako je svaki deo stanice sposoban da isporuči od 100 kWh do 1,5 MWh električne energije.

Prva svjetska komercijalna vjetroelektrana

Prva komercijalna elektrana na talaseImenovanje stečeno 2008. godine u Agusadoru, Portugal. Štaviše, to je prva instalacija na svijetu koja direktno koristi mehaničku energiju vala. Projekat je pripremila engleska kompanija Pelamis Wave Power.

Konstrukcija uključuje nekoliko sekcija koje se oslobađaju i dižu zajedno sa profilom talasa. Sekcije su spojene šarkama na hidraulični sistem i pokreću ga tokom kretanja. Hidraulički mehanizam uzrokuje rotaciju rotora generatora, zbog čega se stvara električna energija. Talasne elektrane koje se koriste u Portugalu imaju pluseve i minuse. Prednost instalacije je velika snaga - oko 2,25 MW, kao i mogućnost ugradnje dodatnih sekcija. Postoji samo jedan nedostatak instalacije sistema - postoje poteškoće sa prenosom električne energije kroz žice do potrošača.

Prva elektrana na talasu u Rusiji

U Rusiji se prva vjetroelektrana pojavila 2014. godine na Primorskom teritoriju. Razvoj je sproveo tim naučnika sa Uralskog federalnog univerziteta i Pacifičkog okeanološkog instituta Dalekoistočnog ogranka Ruske akademije nauka. Instalacija je eksperimentalna. Njegova posebnost je da koristi energiju ne samo talasa, već i plime.

U Moskvi je planirana izgradnja istraživačke laboratorije koja će razviti i stvoriti prvu domaću plutajuću stanicu. Možda će nakon toga i talasne elektrane u Rusiji imati industrijsku ili komercijalnu svrhu.