Nhà máy điện sóng: nguyên lý làm việc

2024 Tác giả: Howard Calhoun | [email protected]. Sửa đổi lần cuối: 2023-12-17 10:44

Nước của đại dương ẩn chứa vô số sự giàu có, có lẽ chính trong số đó là nguồn năng lượng vô hạn dưới dạng sóng biển. Lần đầu tiên, người ta nghĩ đến việc sử dụng động năng của trục lăn vào bờ là vào thế kỷ 18 ở Paris, nơi mà bằng sáng chế đầu tiên về máy nghiền sóng được trình bày. Giờ đây, công nghệ đã có những bước phát triển vượt bậc, và nhà máy điện sóng thương mại đầu tiên được tạo ra bởi nỗ lực chung của các nhà khoa học, bắt đầu hoạt động vào năm 2008.

Tại sao nó có lợi?

Không có gì bí mật khi các nguồn tài nguyên thiên nhiên đang trên đà cạn kiệt. Trữ lượng than, dầu và khí đốt - những nguồn năng lượng chính - sắp cạn kiệt. Theo dự báo lạc quan nhất của các nhà khoa học, trữ lượng sẽ đủ cho tuổi thọ 150-300 năm. Năng lượng hạt nhân cũng không đạt được kỳ vọng. Công suất và năng suất cao giúp bù đắp chi phí xây dựng, vận hành, nhưng các vấn đề về xử lý chất thải và hủy hoại môi trường sẽ sớm buộc chúng phải bị loại bỏ. Vì những lý do này, các nhà khoa học đang tìm kiếm các nguồn năng lượng thay thế mới. Bây giờ đãcác nhà máy điện gió và điện mặt trời hoạt động. Nhưng đối với tất cả các ưu điểm của chúng, chúng có một nhược điểm đáng kể - hiệu quả thấp. Sẽ không thể thỏa mãn nhu cầu của toàn dân. Do đó, cần có những giải pháp mới.

Để tạo ra điện, một nhà máy điện sóng sử dụng động năng của sóng. Theo những ước tính thận trọng nhất, tiềm năng này ước tính khoảng 2 triệu MW, tương đương với 1000 nhà máy điện hạt nhân đang hoạt động hết công suất, và khoảng 75 kW / m3 trên mỗi mét mặt sóng. Hoàn toàn không có tác hại đến môi trường.

Sơ đồ tổng thể về công việc

Nhà máy điện sóng là công trình nổi có khả năng biến đổi cơ năng của chuyển động của sóng thành năng lượng điện và truyền đến người tiêu dùng. Đồng thời, họ cố gắng sử dụng hai nguồn:

1. Dự trữ động năng. Trục hàng hải đi qua một đường ống có đường kính lớn và quay các cánh quạt, truyền lực tới máy phát điện. Nguyên tắc khí nén cũng được áp dụng - nước, thâm nhập vào một buồng đặc biệt, chuyển ôxy từ đó, được chuyển hướng qua một hệ thống các kênh và quay các cánh tuabin.
2. Năng lượng lăn. Trong trường hợp này, nhà máy điện sóng đóng vai trò như một chiếc phao. Di chuyển trong không gian cùng với biên dạng của sóng, nó làm cho tuabin quay qua một hệ thống đòn bẩy phức tạp.

Các quốc gia khác nhau sử dụng công nghệ của riêng họ để chuyển đổi chuyển động cơ học của sóng thành điện năng, nhưng nhìn chunghọ có cùng một kế hoạch hành động.

Nhược điểm của nhà máy điện sóng

Trở ngại chính đối với việc giới thiệu rộng rãi các nhà máy điện sóng là chi phí của chúng. Do thiết kế phức tạp và lắp đặt phức tạp trên bề mặt nước biển, chi phí để đưa các công trình này vào hoạt động cao hơn so với việc xây dựng nhà máy điện hạt nhân hoặc nhà máy nhiệt điện.

Ngoài ra, còn một số bất cập khác, chủ yếu liên quan đến sự nảy sinh của các vấn đề kinh tế - xã hội. Vấn đề là các trạm nổi lớn tạo ra nguy hiểm và cản trở việc điều hướng và đánh bắt cá - một nhà máy năng lượng sóng nổi có thể buộc một người ra khỏi khu vực đánh cá. Ngoài ra còn có những hậu quả môi trường có thể xảy ra. Việc sử dụng các hệ thống lắp đặt giúp dập tắt đáng kể sóng biển, làm cho chúng nhỏ hơn và ngăn chúng xâm nhập vào bờ. Trong khi đó, sóng đóng vai trò quan trọng trong quá trình trao đổi khí trong đại dương, làm sạch bề mặt của nó. Tất cả những điều này có thể dẫn đến sự thay đổi cân bằng sinh thái.

Mặt tích cực của nhà máy điện sóng

Cùng với những nhược điểm, nhà máy điện sóng cũng có một số ưu điểm có tác động tích cực đến hoạt động của con người:

• lắp đặt, do thực tế là chúng dập tắt năng lượng sóng, có thể bảo vệ các công trình ven biển (cầu tàu, bến cảng) khỏi bị phá hủy bởi lực của đại dương;
• Điện được tạo ra với chi phí tối thiểu;
• năng lượng sóng cao làm cho các trang trại điện gió có hiệu quả kinh tế hơn so với các nhà máy điện gió hoặc năng lượng mặt trời.

Năng lượng dự trữ cũng được sở hữu bởi nước trên đất liền, chủ yếu là sông. Việc xây dựng các trạm trên cầu, cầu vượt, cầu tàu là một triển vọng cho sự phát triển của lĩnh vực phát điện này.

Vấn đề cần giải quyết

Nhiệm vụ chính mà giới khoa học đang phải đối mặt hiện nay là cải tiến thiết kế, nhằm giảm chi phí điện năng do các nhà máy điện sóng tạo ra. Nguyên tắc hoạt động vẫn được giữ nguyên, nhưng các công nghệ và vật liệu mới sẽ được sử dụng để tạo ra các công trình lắp đặt.

Công suất trung bình của sóng là 75-85 kW / m - đây là phạm vi mà hầu hết các đài được điều chỉnh. Tuy nhiên, trong một cơn bão, sức mạnh của sóng biển tăng lên nhiều lần và có nguy cơ phá hủy các công trình lắp đặt. Đã có hơn một lưỡi kiếm bị nhàu nát hoặc bị bẻ cong sau một cơn bão. Để giải quyết vấn đề này, các nhà khoa học làm giảm sức mạnh cụ thể của sóng một cách giả tạo. Một trong những vấn đề đặt ra là việc sử dụng ồ ạt các trạm phát sóng sẽ dẫn đến biến đổi khí hậu. Việc tạo ra năng lượng điện được thực hiện do chuyển động quay của Trái đất (đây là cách sóng được hình thành). Việc sử dụng rộng rãi các trạm sẽ khiến hành tinh quay chậm hơn. Một người sẽ không cảm thấy sự khác biệt, nhưng điều này sẽ phá hủy một số dòng điện đóng vai trò quan trọng trong quá trình trao đổi nhiệt của Trái đất.

WPP thử nghiệm đầu tiên trên thế giới

Nhà máy điện sóng đầu tiên xuất hiện vào năm 1985 ở Na Uy. Công suất của nó là 500 kW, và chính cô ấylà một nguyên mẫu. Nguyên tắc hoạt động của nó dựa trên quá trình nén và mở rộng theo chu kỳ của môi trường:

• một hình trụ có đáy hở được ngâm trong nước sao cho mép của nó nằm dưới khe sóng - điểm thấp nhất của nó;
• nước chảy định kỳ nén không khí trong khoang bên trong;
• khi đạt đến một áp suất nhất định, một van sẽ mở ra, cho phép oxy nén đi qua tuabin.

Nhà máy điện này tạo ra 500 kW năng lượng, đủ để khẳng định tính hiệu quả của việc lắp đặt, góp phần vào sự phát triển của họ.

Nhà máy điện công nghiệp đầu tiên trên thế giới

Công trình lắp đặt quy mô công nghiệp đầu tiên trên thế giới là Oceanlinx ngoài khơi Cảng Kemble, Australia. Nó được đưa vào hoạt động vào năm 2005, nhưng sau đó được đưa đi tái thiết và bắt đầu hoạt động trở lại vào năm 2009, đó là lý do tại sao cả hai nhà máy điện thủy triều và sóng hiện được sử dụng trong khu vực. Nguyên tắc hoạt động của nó như sau:

1. Sóng định kỳ chạy vào các khoang đặc biệt, khiến không khí bị nén lại.
2. Khi đạt đến áp suất tới hạn, khí nén sẽ quay máy phát điện qua một mạng lưới các kênh.
3. Để nắm bắt chuyển động và lực của sóng, các cánh tuabin thay đổi góc nghiêng của chúng.

Công suất lắp đặt khoảng 450 kW, mặc dù mỗi phần của trạm có khả năng cung cấp năng lượng điện từ 100 kWh đến 1,5 MWh.

Trang trại gió thương mại đầu tiên trên thế giới

Nhà máy điện sóng thương mại đầu tiênĐược bổ nhiệm vào năm 2008 tại Agusador, Bồ Đào Nha. Hơn nữa, đây là công trình đầu tiên trên thế giới sử dụng trực tiếp năng lượng cơ học của sóng. Dự án do công ty Pelamis Wave Power của Anh chuẩn bị.

Cấu trúc bao gồm một số phần được giải phóng và tăng lên cùng với cấu hình sóng. Các bộ phận được gắn bản lề vào hệ thống thủy lực và kích hoạt nó trong quá trình chuyển động. Cơ chế thủy lực làm cho rôto của máy phát điện quay, do đó điện được tạo ra. Các nhà máy điện sóng được sử dụng ở Bồ Đào Nha có điểm cộng và điểm yếu. Ưu điểm của việc lắp đặt là công suất cao - khoảng 2,25 MW, cũng như khả năng lắp đặt các phần bổ sung. Chỉ có một nhược điểm của việc lắp đặt hệ thống - có những khó khăn trong việc truyền năng lượng điện qua dây dẫn đến người tiêu dùng.

Nhà máy điện sóng đầu tiên ở Nga

Ở Nga, trang trại điện gió đầu tiên xuất hiện vào năm 2014 ở Lãnh thổ Primorsky. Việc phát triển được thực hiện bởi một nhóm các nhà khoa học từ Đại học Liên bang Ural và Viện Hải dương học Thái Bình Dương thuộc Chi nhánh Viễn Đông của Viện Hàn lâm Khoa học Nga. Việc cài đặt là thử nghiệm. Điểm đặc biệt của nó là nó sử dụng năng lượng không chỉ của sóng mà còn cả thủy triều.

Tại Matxcova, dự kiến xây dựng một phòng thí nghiệm nghiên cứu để phát triển và tạo ra trạm nổi trong nước đầu tiên. Có lẽ, sau đó, các nhà máy điện sóng ở Nga cũng sẽ có mục đích công nghiệp hoặc thương mại.