Раздел 2. Гидроэнергетические ресурсы, их использование. Принципиальные схемы, параметры, режимы работы ГЭС и ГАЭС

У теперішній час знаходять практичне використання установки з використання енергії хвиль в морях і океанах, сумарна потужність яких за різними методиками оцінюється в більше ніж 100 млрд. кВт.

Морські хвилі

За середньою висотою хвиль у Світовому океані 2,5 м і періоді 8 с питомий потік енергії, який припадає на 1 м фронту хвилі, складає 75 кВт/м. Питомий потік енергії вітрових хвиль, наприклад, в морях країн СНД (кВт/м): Азовське – 3, Чорне – 6–8, Каспійське – 7–11, Охотське – 12–20, Берингове – 15–44, Баренцове – 22–29, Японське – 21–31, а сумарна потужність хвиль, набігаючих на узбережжя (в межах СНД), складає (млн. кВт): на Чорному морі – 14,7, Каспійському – 67,5, Баренцовому – 56, Охотському – 129.

До позитивних факторів хвильової енергії відносяться значний сумарний потенціал, збільшення потужності в осінньо-зимовий період, коли зростає споживання електроенергії, а до недоліків – її переривчатість.

Мал. 2.28. Схема пневматичної хвильової електростанції: а – схема руху повітряного потоку; б – схема хвильової електростанції; 1 – корпус; 2 – повітряна турбіна; 3 – повітряна камера; 4 – сталева башта; 5 – генератор

У різних країнах експлуатується велика кількість навігаційних буїв, які використовують енергію хвиль. У 1985 р. в Норвегії були введені в дію і підключені до енергосистеми дві перші в світі дослідно-промислові хвильові електростанції.

Хвильові гідроенергетичні установки складаються з трьох основних частин – робочого тіла (або водоприймача), силового перетворювача з генератором енергії і системи кріплення.

Робоче тіло (тверде, рідинне або газоподібне), безпосередньо контактуючи з водою, переміщується під дією хвиль або змінює тим чи іншим шляхом умови їх розповсюдження. Як робоче тіло можуть використовуватися поплавки, водоприймальні камери, еластичні труби, хвильовідбійні споруди тощо.

Силовий перетворювач призначений для перетворення енергії, яка запасається робочим тілом (механічної енергії руху твердого тіла, перепаду рівнів води в басейнах, тиску повітря або рідини), в енергію, придатну для передачі на відстань або для безпосереднього використання. Як силові перетворювачі можуть використовуватися гідравлічні або повітряні турбіни, водяні колеса, зубчаті або ланцюгові передачі та інші пристрої.

Хвильова електростанція «Oceanlinx» (Австралія)

 Хвильова електростанція в районі м. Агусадор (Португалія)

Система кріплення забезпечує утримання на місці хвильової установки.

Різні типи хвильових установок відрізняються тією складовою енергії вітрових хвиль (різновидом кінетичної або потенціальної енергії), яку робоче тіло установки перетворює в інший вид енергії.

Однією з найбільш ефективних вважається пневматична хвильова електростанція (мал. 2.28). Основною частиною такої установки є камера, нижня відкрита частина якої занурена під найнижчий рівень води (ложбина хвилі). При підніманні й опусканні рівня води в морі в камері відбувається циклічне стискання і розширення повітря, рух якого через систему клапанів приводить до обертання повітряної турбіни. Така система широко використовується в світі для живлення електроенергією навігаційних буїв.

Одна з перших в світі хвильових електростанцій потужністю біля 500 кВт у Норвегії також являє собою пневматичну хвильову установку, основною частиною якої є камера з нижньою відкритою частиною, зануреною під найнижчий рівень поверхні води.

Друга з двох перших в світі хвильових електростанції потужністю 450 кВт в Норвегії, яка використовує ефект набігання хвилі на пологу звужувальну поверхню (конфузорний схил), включає розташований у фіорді звужувальний канал довжиною 147 м з турбінним водоприймачем, розташованим на 3 м вище середнього рівня моря. Установки такого типу, розташовані на березі, мають переваги перед іншими типами хвильових установок, виключаючи складності, пов’язані з їх обслуговуванням і ремонтом.

Одна з успішніших на даний момент спроба ефективно переробляти енергію океанських хвиль – хвильова електростанція «Oceanlinx» в акваторії міста ПортКембл (Австралія). Вона була введена в експлуатацію ще в 2005 році, потім була демонтована для реконструкції і переобладнання і тільки на початку 2009 р. знову запущена в дію.

Принцип її роботи полягає в тому, що хвилі, які проходять через неї, поштовхами заповнюють водою спеціальну камеру, витискаючи повітря, що існує в цій камері. Повітря під тиском проходить через турбіну, обертаючи її лопаті. У зв’язку з тим, що напрям руху хвиль і їх сила постійно змінюються, на станції «Oceanlinx» використовується турбіна Denniss-Auld з регулюючим кутом повороту лопатей. Одна силова установка станції «Oceanlinx» має потужність (в піковому режимі) від 100 кВт до 1,5 МВт. Установка в Порт-Кембл поставляє в електромережу міста 450 кВт електрики.

У вересні 2008 року в містечку Агусадор (Португалія) для забезпечення місцевих жителів електроенергією була введена в дію комерційна хвильова електростанція. Проект був створений англійською компанією «Pelamis Wave Power», яка давно експериментує з енергією океанів. Поки на станції працюють тільки три перетворювача хвильової енергії – змієподібні пристрої, наполовину занурені у воду. Діаметр кожного перетворювача – 3,5 метра, довжина 140 метрів. Саме вони конвертують силу хвиль в електрику. Принцип дії перетворювачів простий: хвилі піднімають і опускають їх секції, а внутрішня гідравлічна система створює опір руху, на основі чого виробляється електрика, яка кабелями подається на берег.

Зараз потужність станції 2,25 МВт. Через деякий час буде добавлено ще 25 перетворювачів і тоді потужність станції зросте до 21 МВт, що достатньо для живлення 15 тис. домів.

Хвилі світу можуть генерувати 2 теравати енергії, що приблизно в 2 рази перевищує об’єм всієї електроенергії, яка виролбляється. Природно, кількість енергії, що виробляється, залежить від сили хвиль, яка, як відомо, непостійна в часі. Але ресурс, який використовується хвильовою електростанцією, абсолютно відновлювальний.