Hullámerőmű: működési elv

2024 Szerző: Howard Calhoun | [email protected]. Utoljára módosítva: 2023-12-17 10:30

Az óceánok vizei számtalan kincset rejtenek, amelyek fő része talán korlátlan energiaforrás tengeri hullámok formájában. A partra gördülő aknák mozgási energiájának felhasználásáról először a 18. században gondoltak Párizsban, ahol bemutatták a hullámmalom első szabadalmát. Mára a technológia nagyot lépett előre, és tudósok közös erőfeszítésével létrejött az első kereskedelmi hullámerőmű, amely 2008-ban kezdte meg működését.

Miért előnyös?

Nem titok, hogy a természeti erőforrások a kimerülés szélén állnak. A fő energiaforrásnak számító szén-, olaj- és gázkészletek a végéhez közelednek. A tudósok legoptimistább előrejelzései szerint a tartalékok 150-300 éves életre elegendőek lesznek. Az atomenergia sem váltotta be a hozzá fűzött reményeket. A nagy teljesítmény és termelékenység megtérül az építési, üzemeltetési költségek, de a hulladékelhelyezés problémái és a környezeti károk hamarosan ezek elhagyására kényszerítik. Ezen okok miatt a tudósok új alternatív energiaforrásokat keresnek. Most márszél- és naperőművek működnek. De minden előnyük ellenére jelentős hátrányuk van - alacsony hatékonyság. A teljes lakosság igényeit nem lehet majd kielégíteni. Ezért új megoldásokra van szükség.

A villamos energia előállításához egy hullámerőmű a hullámok kinetikus energiáját használja fel. A legóvatosabb becslések szerint ezt a potenciált 2 millió MW-ra becsülik, ami 1000 teljes kapacitással működő atomerőműhöz hasonlítható, és hullámfrontméterenként körülbelül 75 kW/m3. Egyáltalán nincs káros hatással a környezetre.

Általános munkarend

A hullámerőművek olyan lebegő szerkezetek, amelyek képesek a hullámmozgás mechanikai energiáját elektromos energiává alakítani és a fogyasztóhoz továbbítani. Ugyanakkor két forrást próbálnak használni:

1. Kinetikai tartalékok. A tengeri tengelyek egy nagy átmérőjű csövön haladnak át, és forgatják a pengéket, amelyek erőt adnak át egy elektromos generátornak. A pneumatikus elvet is alkalmazzák - a víz egy speciális kamrába behatolva kiszorítja onnan az oxigént, amelyet egy csatornarendszeren át irányítanak, és forgatják a turbina lapátjait.
2. Guruló energia. Ebben az esetben a hullámerőmű úszóként működik. A hullám profiljával együtt a térben mozogva a turbinát egy összetett karrendszeren keresztül forogtatja.

Különböző országok saját technológiájukat használják a hullámok mechanikus mozgásának elektromos árammá alakítására, de az általánosugyanaz a cselekvési séma.

A hullámerőművek hátrányai

A hullámerőművek széles körű bevezetésének fő akadálya azok költségei. A komplex tervezés és a tengervizek felszínére történő komplex telepítés miatt az ilyen létesítmények üzembe helyezésének költségei magasabbak, mint egy atomerőmű vagy hőerőmű építésénél.

Emellett számos egyéb hiányosság is van, amelyek főként a társadalmi-gazdasági problémák megjelenésével kapcsolatosak. A helyzet az, hogy a nagy úszóállomások veszélyt jelentenek, és zavarják a navigációt és a horgászatot - egy úszóhullámú erőmű egyszerűen kikényszerítheti az embert a horgászterületekről. Ennek környezeti következményei is lehetnek. A létesítmények használata jelentősen kioltja a tenger hullámait, kisebbé teszi azokat és megakadályozza, hogy partra törjenek. Eközben a hullámok fontos szerepet játszanak az óceánban zajló gázcsere folyamatában, megtisztítva annak felszínét. Mindez az ökológiai egyensúly eltolódásához vezethet.

A hullámerőművek pozitív vonatkozásai

A hullámerőműnek a hátrányai mellett számos olyan előnye is van, amelyek pozitív hatással vannak az emberi tevékenységekre:

• létesítmények, mivel kioltják a hullámenergiát, megvédhetik a part menti építményeket (mólókat, kikötőket) az óceán ereje által okozott pusztulástól;
• Az áramot minimális költséggel állítják elő;
• a nagyhullámú energia gazdaságilag életképesebbé teszi a szélerőműveket, mint a szél- vagy naperőműveket.

Az energiatartalékokat a szárazföldi vizek is birtokolják, főleg a folyók. Az állomások építése hidakon, átkelőhelyeken, mólókon a villamosenergia-termelés ezen területének fejlődésének perspektívája.

Megoldandó problémák

A tudományos közösség előtt álló fő feladat jelenleg a tervezés javítása, amely csökkenti a hullámerőművek által termelt villamos energia költségét. A működési elvnek változatlannak kell maradnia, de a létesítmények létrehozásához új technológiákat és anyagokat kell használni.

A hullám átlagos teljesítménye 75-85 kW/m – erre a tartományra van hangolva a legtöbb állomás. Vihar idején azonban a tenger hullámainak ereje többszörösére nő, és fennáll a létesítmények megsemmisülésének veszélye. Már egynél több penge gyűrődött vagy hajlott el egy vihar után. A probléma megoldása érdekében a tudósok mesterségesen csökkentik a hullámok fajlagos erejét. Az egyik probléma az, hogy a hullámállomások tömeges használata éghajlatváltozáshoz vezet. Az elektromos energia előállítása a Föld forgása miatt történik (így keletkeznek a hullámok). Az állomások széleskörű elterjedése miatt a bolygó lassabban fog forogni. Az ember nem fogja érezni a különbséget, de ez elpusztít számos olyan áramot, amelyek fontos szerepet játszanak a Föld hőcseréjében.

A világ első kísérleti WPP-je

Az első hullámerőmű 1985-ben jelent meg Norvégiában. A teljesítménye 500 kW volt, és ő magaprototípus volt. Működési elve a közeg ciklikus tömörítésén és tágításán alapul:

• egy nyitott fenekű hengert vízbe merítjük úgy, hogy a széle a hullám mélyedése – a legalacsonyabb pontja – alatt legyen;
• időnként folyó víz összenyomja a levegőt a belső üregben;
• egy bizonyos nyomás elérésekor kinyílik egy szelep, amely lehetővé teszi a sűrített oxigén átjutását a turbinához.

Ez az erőmű 500 kW energiát termelt, ami elegendő volt a létesítmények hatékonyságának igazolására, ami hozzájárult a fejlesztésükhöz.

A világ első ipari erőműve

A világ első ipari méretű létesítménye az Oceanlinx offshore Port Kemble, Ausztrália. 2005-ben helyezték üzembe, majd rekonstrukcióra küldték, és 2009-ben ismét működni kezdett, ezért ma már árapály- és hullámerőműveket is használnak a térségben. Működési elve a következő:

1. A hullámok időnként speciális kamrákba futnak be, és a levegő összenyomódik.
2. A kritikus nyomás elérésekor a sűrített levegő csatornahálózaton keresztül forgatja az elektromos generátort.
3. A hullámok mozgásának és erejének rögzítéséhez a turbinalapátok megváltoztatják a dőlésszögüket.

A létesítmény teljesítménye körülbelül 450 kW volt, bár az állomás minden szakasza 100 kWh-tól 1,5 MWh elektromos energiát képes leadni.

A világ első kereskedelmi szélerőműparkja

Az első kereskedelmi hullámerőmű2008-ban szerzett kinevezést Agusadorban, Portugáliában. Ráadásul ez az első olyan létesítmény a világon, amely közvetlenül használja a hullám mechanikai energiáját. A projektet az angol Pelamis Wave Power cég készítette.

A szerkezet több szakaszt tartalmaz, amelyek a hullámprofillal együtt felszabadulnak és emelkednek. A szakaszok a hidraulikus rendszerhez vannak csuklósan rögzítve, és mozgás közben működtetik. A hidraulikus mechanizmus a generátor forgórészének forgását okozza, aminek következtében elektromosság keletkezik. A Portugáliában használt hullámerőműveknek vannak előnyei és hátrányai. A telepítés előnye a nagy teljesítmény - körülbelül 2,25 MW, valamint a további szakaszok felszerelésének lehetősége. A rendszer telepítésének egyetlen hátránya van – nehézségekbe ütközik az elektromos energia vezetékeken keresztül történő továbbítása a fogyasztóhoz.

Az első hullámerőmű Oroszországban

Oroszországban az első szélerőműpark 2014-ben jelent meg a Primorszkij területen. A fejlesztést az Uráli Szövetségi Egyetem és az Orosz Tudományos Akadémia távol-keleti részlegének Csendes-óceáni Intézetének tudóscsoportja végezte. A telepítés kísérleti jellegű. Különlegessége, hogy nemcsak a hullámok, hanem az árapályok energiáját is felhasználja.

Moszkvában egy kutatólaboratórium felépítését tervezik, amely kifejleszti és létrehozza az első hazai úszóállomást. Talán ezután az oroszországi hullámerőműveknek is lesz ipari vagy kereskedelmi célja.