Колеблющийся столб воды
Колеблющиеся водяные столбы (ВНК) представляют собой тип преобразователя волновой энергии. [1] которые используют энергию колебаний морской воды внутри камеры или полости, вызванных действием волн. ВНК показали себя многообещающими в качестве возобновляемого источника энергии с низким воздействием на окружающую среду. По этой причине несколько компаний работают над разработкой все более эффективных моделей OWC. OWC — это устройства с полупогруженной камерой или полостью, открытой к морю внизу, в которой находится захваченный воздушный карман над толщей воды. Волны заставляют колонну действовать как поршень, двигаясь вверх и вниз, вытесняя воздух из камеры и обратно в нее. Это непрерывное движение создает двунаправленный высокоскоростной поток воздуха, который направляется через механизм отбора мощности (ВОМ) . Система отбора мощности преобразует воздушный поток в энергию. В моделях, преобразующих воздушный поток в электричество, система отбора мощности состоит из двунаправленной турбины. Это означает, что турбина всегда вращается в одном и том же направлении независимо от направления воздушного потока, что позволяет непрерывно генерировать энергию. Как сборная камера, так и системы отбора мощности будут описаны далее в разделе «Основные компоненты OWC». [2] [3]
Дизайн
[ редактировать ]Основные компоненты OWC
[ редактировать ]Отбор мощности
[ редактировать ]Система отбора мощности является вторым основным компонентом устройства OWC. Он преобразует пневматическую энергию в желаемый источник энергии (например, звук или электричество). Конструкция системы отбора мощности очень важна для эффективности колеблющегося столба воды. Он должен быть в состоянии преобразовывать поток воздуха, выходящий как из сборной камеры, так и в нее, в энергию. Турбины, которые достигают этого, называются двунаправленными турбинами. [3]
Турбина Уэллса
[ редактировать ]
Турбина Уэллса , разработанная в конце 1970-х годов профессором Аланом Артуром Уэллсом из Королевского университета в Белфасте, представляет собой двунаправленную турбину, в которой используются симметричные аэродинамические профили (см. рис. 1). Профили будут вращаться в одном и том же направлении независимо от направления воздушного потока. Турбина Уэллса имеет как преимущества, так и недостатки. Он не имеет движущихся частей, кроме главного ротора турбины, что делает его более простым в обслуживании и более экономичным. Однако при высоких скоростях воздушного потока приходится жертвовать некоторой эффективностью, поскольку большой угол атаки аэродинамического профиля создает большее сопротивление . Угол атаки — это количество градусов, на которое профиль крыла не параллелен воздушному потоку. Турбины Уэллса наиболее эффективны при низких скоростях воздушного потока. [4]
Ханна турбина
[ редактировать ]Турбина Ханна [2] (патент США № 8 358 026) была изобретена активистом по охране окружающей среды Джоном Кларком Ханной в 2009 году. Турбина Ханна была разработана для усовершенствования новаторской турбины Уэллса. Как и в случае с Уэллсом, в устройстве Ханны нет движущихся частей, которые непосредственно контактируют с океаном. Турбина имеет два ротора с расположенными друг напротив друга асимметричными аэродинамическими профилями. Оба винта представляют собой зеркальные изображения с малыми углами атаки. Профили имеют более высокий коэффициент подъемной силы и меньшее сопротивление, чем турбина Уэллса. Это делает конструкцию Hanna менее склонной к остановке и обеспечивает больший крутящий момент при большем рабочем окне. Конструкция Hanna также приводит в действие два генератора, которые работают вне закрытого воздуховода в относительно сухой среде. Это позволяет упростить обслуживание генераторов.
История
[ редактировать ]Самое раннее использование колеблющихся столбов воды было в свистящих буях. Эти буи использовали давление воздуха, создаваемое в сборной камере, для питания системы отбора мощности, которая состояла из свистка или туманного сирены. Вместо того, чтобы генерировать электричество, ВОМ будет генерировать звук, позволяя бую предупреждать лодки об опасной воде. Дж. М. Кортни запатентовал одну из этих конструкций свистящих буев. В 1885 году журнал Scientific American сообщил, что у берегов США работали 34 свистящих буя. [3]
Следующее важное нововведение произошло в 1947 году, когда Ёсио Масуда , японский военно-морской командующий, спроектировал навигационный буй OWC, в котором использовалась система отбора мощности турбины. Система отбора мощности вырабатывала электроэнергию, которая заряжала батареи буя, позволяя ему работать без особого обслуживания. Это был первый случай использования ВНК для выработки электроэнергии. Буй имел небольшую мощность 70–500 Вт и располагался в заливе Осака. [5]
Крупные проекты электростанций ВНК
[ редактировать ]ЛИМПЕТ, остров Айлей, Шотландия
[ редактировать ]Открытая в 2001 году электростанция OWC вырабатывает 500 кВт с помощью одной турбины Wells диаметром 2,6 метра. Турбина соединена с коллекторной камерой, состоящей из трех соединенных между собой труб размером 6х6 метров. LIMPET был встроен в твердую скалистую береговую линию острова Айлей. Этот завод был построен Королевским университетом в Белфасте в партнерстве с Wavegen Ireland Ltd. [6] [7]
Мутрику, Страна Басков
[ редактировать ]Открытая в 2011 году, эта электростанция OWC может при надлежащих условиях вырабатывать около 300 кВт (достаточно для электроснабжения 250 домов) с помощью 16 турбин Wells. Турбины предоставила компания Voith, специализирующаяся на гидроэнергетических технологиях и производстве. [8] Сборные камеры и турбины расположены в волноломе . Волнорезы — это искусственные стены (построенные в море), которые блокируют береговую линию от волновой активности (часто используются вокруг гаваней). [9] Каждая турбина имеет свою собственную собирающую камеру, ширина камер составляет 4,5 м, глубина 3,1 м и высота 10 м. Это был первый случай использования нескольких турбин на одной электростанции. [10]
Буй Ocean Energy (OE)
[ редактировать ]OE Buoy, который в настоящее время разрабатывается OceanEnergy, был успешно испытан в 2006 году с использованием 28-тонной модели в масштабе 1:4, стоящей на якоре у берегов Ирландии. Буй OE предназначен для установки на якорь далеко от берега, на глубокой воде, где штормы вызывают волновую активность. Он оснащен турбиной Уэллса, и, согласно трехмесячным испытаниям, ожидается, что полномасштабные оригинальные буи будут выдавать мощность около 500 МВт. Буи оригинального оборудования собираются на суше, а затем транспортируются на лодке в места с оптимальным энергопотреблением. [11] [12]
МАРМОК-А-5
[ редактировать ]МАРМОК-А-5 — это лонжеронный буй OWC, разработанный Oceantec и IDOM. Он был испытан на Бискайской морской энергетической платформе (BiMEP), недалеко от Арминцы в Стране Басков , Испания . [13]
Воздействие на окружающую среду
[ редактировать ]Колеблющиеся столбы воды не имеют движущихся частей в воде и поэтому не представляют большой опасности для морской жизни. Оффшорные OWC могут даже поддерживать морскую жизнь, создавая искусственный риф. Наибольшее беспокойство вызывает то, что OWC вызывают слишком сильное шумовое загрязнение и могут нанести ущерб естественной красоте морского пейзажа. Обе эти проблемы можно решить, переместив ВНК дальше от берега. [2]
Ссылки
[ редактировать ]- ^ Фалькао, А.Фде О. (2010). «Использование волновой энергии: обзор технологий». Обзоры возобновляемых источников энергии и устойчивой энергетики . 14 (3): 899–918. дои : 10.1016/j.rser.2009.11.003 .
- ^ Перейти обратно: а б «Энергетика и окружающая среда, прибрежная перспектива» .
- ^ Перейти обратно: а б с Хит, ТВ (2012). «Обзор колеблющихся водяных столбов» (PDF) . Философские труды. Серия А. Математические, физические и технические науки . 370 (1959). РСТА: 235–45. дои : 10.1098/rsta.2011.0164 . ПМИД 22184660 . S2CID 11239707 .
- ^ «Характеристики скважинной турбины в устройстве OWC по сравнению с лабораторными испытаниями» (PDF) .
- ^ Венгенмайр, Роланд (2012). Возобновляемая энергия: концепции устойчивой энергетики для изменения энергетики . Германия: Паб Wiley-Vch. стр. 101–104. ISBN 9783527671373 .
- ^ Уиттакер, TJT «Проект LIMPET Wave Power – первые годы работы» (PDF) .
- ^ [1] Архивировано 5 марта 2016 г. на волновой электростанции Wayback Machine Islay LIMPET - публикуемый отчет, с 1 ноября 1998 г. по 30 апреля 2002 г., Королевский университет Белфаста.
- ^ «ВОЙТ» .
- ^ «Определение понятия «волнорез» » . Мерриам-Вебстер.
- ^ «Завод ВНК Мутрику» .
- ^ «Итоговый сводный отчет для публикации» (PDF) .
- ^ «Энергия океана» . Архивировано из оригинала 15 ноября 2009 г.
- ^ «Преобразователь энергии волн МАРМОК-А-5 | Тефия» . tethys.pnnl.gov . Проверено 27 апреля 2024 г.
12. Hanna WETGEN (Wave Energy Turbine GENerator)