Колеблющиеся водяные столбы (OWC) представляют собой тип преобразователя волновой энергии (WEC) [1], который использует энергию колебаний морской воды внутри камеры или полости, вызванной действием волн. ВНК показали себя многообещающими в качестве возобновляемых источников энергии с низким воздействием на окружающую среду. Из-за этого несколько компаний работали над созданием все более эффективных моделей OWC. OWC - это устройства с полупогруженной камерой или полостью, открытой в море внизу, сохраняя воздушный карман над столбом воды. Волны заставляют колонну действовать как поршень, перемещаясь вверх и вниз, выталкивая воздух из камеры и обратно в нее. Приливная электростанция. Как входящие, так и исходящие приливы сдерживаются плотиной. Это непрерывное движение вызывает двунаправленный поток высокоскоростного воздуха, который проходит черезКоробка отбора мощности (ВОМ) . Система ВОМ преобразует воздушный поток в энергию. В моделях, которые преобразуют воздушный поток в электричество, система отбора мощности состоит из двунаправленной турбины. Это означает, что турбина всегда вращается в одном направлении независимо от направления воздушного потока, что позволяет непрерывно генерировать энергию. Как коллекторная камера, так и системы отбора мощности будут объяснены далее в разделе «Основные компоненты OWC». [2] [3]
Дизайн
Основные компоненты OWC
Отбор мощности
Система отбора мощности - второй основной компонент устройства OWC. Он преобразует пневматическую энергию в желаемый источник энергии (например, звук или электричество). Конструкция системы отбора мощности очень важна для эффективности Колеблющейся водяной колонны. Он должен быть способен преобразовывать воздушный поток, выходящий из сборной камеры и поступающий в нее, в энергию. Турбины, которые выполняют это, называются двунаправленными турбинами. [3]
Турбина Уэллса
Уэллс турбина , разработанная в конце 1970 - х лет профессора Алан Артур Уэллс на Королевском университете в Белфасте, является двунаправленной турбиной , которая использует симметричные аэродинамические поверхности (см. 1). Крылья будут вращаться в одном направлении независимо от направления воздушного потока. Турбина Уэллса имеет как преимущества, так и недостатки. У него нет движущихся частей, кроме ротора основной турбины, что упрощает обслуживание и делает его более экономичным. Однако он приносит в жертву некоторую эффективность при высоких скоростях воздушного потока, потому что большой угол атаки аэродинамического профиля создает большее сопротивление . Угол атаки - это количество градусов, на которые крыловой профиль не параллелен воздушному потоку. Турбины скважин наиболее эффективны при малых оборотах воздуха. [4]
Ханна Турбина
Турбина Hanna [2], патент США 8 358 026, была изобретена активистом-защитником окружающей среды Джоном Кларком Ханной в 2009 году. Турбина Hanna была разработана для улучшения новаторской турбины Wells. Как и в случае с Wells, устройство Hanna не имеет движущихся частей, которые непосредственно контактируют с океаном. Турбина имеет два ротора с расположенными спина к спине несимметричными крыльями. Оба ротора являются зеркальными отражениями с небольшими углами атаки. Аэродинамические поверхности имеют более высокий коэффициент подъемной силы и меньшее лобовое сопротивление, чем у Wells Turbine. Это делает конструкцию Hanna менее склонной к остановке и обеспечивает больший крутящий момент с большим рабочим окном. Конструкция Hanna также приводит в действие два генератора, которые работают вне закрытого воздуховода в относительно сухой среде. Это позволяет легко обслуживать генераторы.
История
Колеблющиеся водяные столбы раньше всего использовали в свистящих буях. Эти буи использовали давление воздуха, создаваемое в сборной камере, для питания системы ВОМ, которая состояла из свистка или туманного рожка. Вместо того, чтобы вырабатывать электричество, ВОМ будет издавать звук, позволяя бую предупреждать лодки об опасной воде. Дж. М. Кортни запатентовала одну из этих конструкций свистящих буев. В 1885 году журнал «Сайентифик Америкэн» сообщил, что на побережье США действовали 34 свистящих буя. [3]
Следующее крупное нововведение произошло в 1947 году, когда Йошио Масуда , командующий ВМС Японии, разработал навигационный буй OWC, в котором использовалась система отбора мощности турбины. Система отбора мощности вырабатывала электричество, которое заряжало батареи буя, что позволяло ему работать с минимальными затратами на обслуживание. Это был первый случай использования ВНК для выработки электроэнергии. Буй имел небольшую мощность 70-500 Вт и находился в заливе Осака. [5]
Основные проекты электростанций OWC
ЛИМПЕТ, остров Айлей, Шотландия
Эта электростанция, открытая в 2001 году, вырабатывает 500 кВт с одной турбиной Wells диаметром 2,6 метра. Турбина соединена с коллекторной камерой, состоящей из 3 соединенных трубок размером 6x6 метров. LIMPET был построен на твердой скальной береговой линии острова Айлей. Этот завод был построен Королевским университетом Белфаста в партнерстве с Wavegen Ireland Ltd. [6] [7]
Мутрику, Страна Басков
Открытая в 2011 году, эта электростанция OWC может генерировать около 300 кВт при надлежащих условиях (достаточно для питания 250 домов) с помощью своих турбин на 16 скважин. Турбины были предоставлены компанией Voith, специализирующейся на технологиях и производстве гидроэнергетики. [8] Сборные камеры и турбины размещены на волнорезе . Волнорезы - это искусственные стены (построенные на море), которые блокируют береговую линию от волновой активности (часто используются вокруг гаваней). [9] Каждая турбина имеет собственную сборную камеру, размеры камер 4,5 м в ширину, 3,1 м в глубину и 10 м в высоту. Это был первый случай использования нескольких турбин на одном заводе. [10]
Буй Ocean Energy (OE)
Оригинальный буй, который в настоящее время разрабатывается компанией OceanEnergy, был успешно испытан в 2006 году с использованием 28-тонной модели в масштабе 1: 4, закрепленной на берегах Ирландии. Буй OE предназначен для постановки на якорь вдали от берега на большой глубине, где штормы вызывают волновую активность. Он приводится в действие турбиной Wells, и, по результатам трехмесячных испытаний, ожидается, что полномасштабные буи OE будут вырабатывать около 500 МВт. Буи OE собираются на суше, а затем доставляются на лодке в места с оптимальным энергопотреблением. [11] [12]
Воздействие на окружающую среду
Колеблющиеся водяные колонны не имеют движущихся частей в воде и поэтому не представляют опасности для морской жизни. Морские ВНК могут даже поддерживать морскую жизнь, создавая искусственный риф. Наибольшую озабоченность вызывает то, что ВНК вызывают слишком сильное шумовое загрязнение и могут нанести ущерб естественной красоте морского пейзажа. Обе эти проблемы можно решить, переместив ВНК подальше от берега. [2]
Рекомендации
- ^ Фалькао, AFde О. (2010). «Использование энергии волн: обзор технологий». Обзоры возобновляемых источников энергии и устойчивой энергетики . 14 (3): 899–918. DOI : 10.1016 / j.rser.2009.11.003 .
- ^ а б «Энергия и окружающая среда, экономическая перспектива» .
- ^ а б в Хит, ТВ (2012). «Обзор колеблющихся водяных столбов» (PDF) . Философские труды. Серия A, математические, физические и технические науки . RSTA. 370 (1959): 235–45. DOI : 10,1098 / rsta.2011.0164 . PMID 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. С. 101–104. ISBN 9783527671373.
- ^ Whittaker, TJT «Проект LIMPET Wave Power - первые годы работы» (PDF) .
- ^ [1] Архивировано 5 марта 2016 г. на заводе Wayback Machine Islay LIMPET Wave Power Plant - публикуемый отчет, с 1 ноября 1998 г. по 30 апреля 2002 г., Королевский университет Белфаста.
- ^ "ГОЛОС" .
- ^ «Определение слова« Волнорез » » . Мерриам-Вебстер.
- ^ «Завод Mutriku OWC» .
- ^ «Окончательный итоговый отчет для публикации» (PDF) .
- ^ «OceanEnergy» . Архивировано из оригинала на 2009-11-15.
12. Ханна ВЕТГЕН (турбогенератор волновой энергии)