ЕНЕРГИЯ НА ВЪЛНИТЕ

ЕНЕРГИЯ НА ВЪЛНИТЕ

1. ВЪВЕДЕНИЕ.

Мощността, пренасяна от вълните в дълбоки води е пропорционална на квадрата на амплитудата и периода. Поради това най-голям интерес представляват дълговълновите вълни   с голяма амплитуда  . Те позволяват да се отнема от единица дължина на гребена средно 50÷70 kW/m.

Развитието на вълновата енергетика е свързано със значителни трудности, основните от които са:

1.    Вълните са нерегулярни по амплитуда, фаза и посока на движение. Конструирането на устройство за ефективно извличане на енергия при широк диапазон на вариране на величините е трудно.

2.    Винаги съществува вероятност от възникване на екстремални щормове и урагани с образуване на вълни с висока интензивност. Конструкциите на вълновите енергийни установки трябва да устояват при тези условия. Обикновено веднаж на 50 години възникват вълни с амплитуда, която превишава 10 пъти средната. Те създават 100 пъти по-високи натоварвания на конструкциите, които трябва да ги издържат.

3.    Пиковите стойности на мощността са присъщи на вълните в дълбоки води, идващи от открито море. Поради това възникват трудности по създаването на устройства за такива режими, обслужването им, стабилизацията в зададено положение, предаването на енергията на брега.

4.    Обикновено периодът на вълните е   s, т.е. честота  Hz. Достатъчно трудно е да се приспособи това нерегулярно бавно движение към генериране на електроенергия с промишлена честота (500 пъти по-висока).

5.    Изборът на устройство за преобразуване на енергията на вълните от всички съществуващи съоръжения е сложна, понякога непосилна задача.

6.    Психологичният фактор да се мисли за “голямата” енергетика на промишлено развитите райони води до създаването само на големи вълнови електростанции в места с високи вълнови потенциали. Съществуват тенденции да се игнорират зоните с умерен потенциал, където често се оказва икономически изгодно използуването на вълновата енергия.

Предимствата на вълновата енергия са:

-         достатъчно голяма концентрация;

-         достъпна за преобразуване;

-         прогнозируема в зависимост от климатичните условия;

-         запазване на потенциала при разпространение на големи разстояния – големите вълни по бреговете на Европа се зараждат в центъра на Атлантическия океан и дори в Карибския залив.

2. УСТРОЙСТВА ЗА ПРЕОБРАЗУВАНЕ НА ЕНЕРГИЯТА НА ВЪЛНИТЕ.

Едновременно с изменение на нивото и наклона на повърхността на вълната се изменя кинетичната и потенциалната енергия и налягането под вълната. Устройствата, преобразуващи енергията на вълните, са разнообразни в съответствие с характерните величини, които определят работата им.

                  2.1. Устройства, следящи профила на вълната.

Устройството, разработено от Стефан Солтер от Единбургския университет, е наречено “патица” (фиг.1). Формата му осигурява максимално ефективно извличане на енергия от вълната, която навлиза от лявата страна и предизвиква колебателно движение. Цилиндричната противоположна страна осигурява липсата на вълна вдясно при колебания на патицата около оста О. Мощността се отнема от оста на колебателната система при условия на минимално отражение. Отражението и пропускането на енергия са незначителни (5%) и поради това устройството е с висока ефективност в широк диапазон на честотата на вълните (фиг.2). Развитието на тази конструкция е в посока на повишаване на ударната устойчивост и създаване на закотвена гирлянда от преобразователи като гъвкава линия. Предполагаемият размер на реалното устройство е 0,1.λ, което съответствува на 10 m за атлантически вълни от 100 m. Верига от “патици” с дължина няколко километра при установяване в подходящ район може да осигури обща мощност 100 MW.  

Фиг. 1 Патица на Солтер

             2.2. Колебателен воден стълб.

При постъпване на вълната върху частично потопената куха кула (фиг.3), отворена под водата, стълбът течност в кухината се разколебава, предизвиквайки изменение на налягянето на газа над течността. Кухината може да бъде свързана с атмосферата чрез турбина. Потокът може да се регулира така, че да преминава през турбината в една и съща посока или да се използува подходяща турбина (напр. на Уелс). 

Принципът на действие на същото устройство е показан на фиг.4. Основно предимство на такава конструкция е възможността да се регулира скоростта на въздуха и чрез дифузора да се повиши. Така се съчетава бавното движение на вълната с изискването за висока скорост на въртене на турбината и генератора. Освен това се отделя генераторът от зоната на действие на солената вода.

 2.3. Подводни устройства.

Предимствата на подводните устройства са във възможността да се избягнат щормовете и свързаните с тях механични проблеми.

 2.4. Системи с улавяне на вълните.

Схемите на тези устройства използуват явление, наблюдавано в природните лагуни. Вълната се разбива в пясъчния откос и водата се издига на височина, превишаваща средното морско ниво и запълва басейна. Водата може да се върне обратно през водна турбина. На фиг.5 е показана схема на електроцентрала за о-в Мавриций с мощност 20 MW. При специфична мощност 22 kW/m ефективността на такова устройство е над 30%. Необходимата дължина на преградата е 5 km.