5.4.2. Волновые электростанции

В основе работы волновых энергетических станций лежит воздействие волн на рабочие органы, выполненные в виде поплавков, маятников, лопастей, оболочек и т.п. Механическая энергия их перемещений с помощью электрогенераторов преобразуется в электрическую энергию.

Участвуя в глобальных солнечно–земных процессах океаны, по оценкам различных источников, располагают громадной совокупной волновой энергией до 3*10¹⁴ кВт∙час. При этом океанские волны способны развивать наибольшую для возобновляемых источников энергии удельную мощность. Так сравнительно небольшая волна высотой 5 м в расчете на один квадратный метр колеблющейся поверхности развивает мощность более 10 кВт.

Различают следующие основные типы волновых энергетических установок:

1. Поплавковые волновые электростанции.

В основе работы такой электростанции различные механические преобразователи, электрогенератор и накопитель энергии, размещенные внутри герметичной капсулы – поплавка. Капсула – поплавок имеет форму цилиндра. Механический преобразователь энергии волн состоит из колебательной системы и механического привода, раскручивающего электрогенератор.

Маломощные поплавковые волновые электростанции служат для энергообеспечения прибрежных и островных поселений, аварийных систем жизнеобеспечения, метеосистем радиомаяков, глобальных и региональных систем навигации и связи и др.

Мощные поплавковые волновые электростанции, представляющие собой плавучие заводы, обеспечивают переработку морепродуктов, химическое производство, электролизное производство, переработку флоры и фауны морей в продукты питания и в сырье для технических нужд и т.п.

Мощности маломощных поплавковых волновых электростанций достигают десятка кВт, мощных модульных (проекты) – до десятков МВт.

В настоящее время волноэнергетические установки такого типа используются преимущественно для энергопитания автономных буев, маяков, научных приборов. В мире уже около 400 маяков и навигационных буев получают питание от волновых установок. В Индии от волновой энергии работает плавучий маяк порта Мадрас. Известен также проект под названием «Утка Солтера» (Великобритания). Он представляет собой поплавковый преобразователь волновой энергии, рабочей конструкцией которого является поплавок («утка»), профиль которого рассчитан по законам гидродинамики. Мощность электростанций с таким преобразователем достигает 1 МВт. Разработан проект более мощной установки типа «Утка Солтера» из 20–30 поплавков диаметром 15 м, укрепленных на валу, длиной 1200 м. Предполагаемая мощность установки 45 МВт.

Создание волновых электростанций определяется оптимальным выбором акватории океана с устойчивым запасом волновой энергии. Считается, что эффективно волновые станции могут работать при использовании мощности около 80 кВт/м. Опыт эксплуатации существующих установок показал, что вырабатываемая ими электроэнергия пока в 2–3 раза дороже традиционной, но в будущем ожидается значительное снижение ее стоимости.

2. Установки с пневматическим преобразователем.

Для этих установок была разработана турбина Уэллса, ротор которой обладает выпрямляющим действием, сохраняя неизменным направление своего вращения при смене направления воздушного потока, следовательно, поддерживается неизменным и направление вращения генератора. Турбина нашла широкое применение в различных волноэнергетических установках, таких как «Каймей» (Япония), «Моллюск» (Великобритания) и др.