Мощность волны

редактировать

Перенос энергии ветровыми волнами и захват этой энергии для выполнения полезной работы

Конвертер энергии волн Пеламиса на территории Европейского центра морской энергии (EMEC), в 2008 г.

Azura на полигоне для испытаний энергии волн ВМС США (WETS) на Оаху

Конвертер mWave от Bombora Wave Power

Wave Power Station с использованием пневматической камеры

Wave Power - этозахват энергии ветровых волн для выполнения полезной работы - например, производство электроэнергии, опреснение воды или перекачка воды. Устройство, использующее энергию волны , представляет собой преобразователь энергии волны (WEC).

Сила волны отличается от приливной силы, которая улавливает энергию тока, вызванного гравитационным притяжением Солнца и Луны. Волны и приливы также отличаются от океанских течений, вызванных другими силами, включая обрушивающиеся волны, ветер, эффект Кориолиса, извозчик., а также различия в температуре и солености.

Производство энергии волн не является широко используемой коммерческой технологией по сравнению с другими признанными возобновляемыми источниками энергии, такими как энергия ветра, гидроэнергетика и солнечная энергия. Однако использовать этотисточник энергии был по крайней мере с 1890 года. Для сравнения: удельная мощность фотоэлектрических панелей составляет 1 кВт / м при максимальной солнечной инсоляции, плотность ветра мощности составляет 1 кВт / м при 12 м / с. Принимая во внимание, что среднегодовая плотность мощности волн, например, Побережье Сан-Франциско составляет 25 кВт / м.

В 2000 году первое в мире коммерческое устройство для измерения энергии волнует, Islay LIMPET, было установлено на побережье Islay в Шотландии и подключен к National Grid. В 2008 году первая экспериментальная мультигенераторная волновая ферма была открыта в Португалии в Aguçadoura Wave Park.

Содержание

1 Физические концепции
- 1.1 Формула мощности волны
- 1.2 Волновая энергия и поток энергии волны
- 1.3 Характеристики и возможности глубоководной воды
2 История
3 Современные технологии
- 3.1 Точечный буй-поглотитель
- 3.2 Поверхностный аттенюатор
- 3. 3 Преобразователь перенапряжения колеблющихся волн
- 3.4 Колеблющийся столб воды
- 3.5 Устройство для перекрытия уровня
- 3.6 Перепад давления в погруженном состоянии
- 3.7 Плавающие преобразователи в воздухе
4 Воздействие на окружающую среду
5 Потенциально
6 Проблемы
7 Волновые фермы
- 7.1 Проекты волновых ферм
  - 7.1.1 Соединенное Королевство
  - 7.1.2 Португалия
  - 7.1.3 Австралия
  - 7.1.4 США
8 Патенты
9 См. Также
10 Примечания
11Ссылки
12 Дополнительная литература
13 Внешние ссылки

Физические концепции

Когда объект подпрыгивает на волнах в водоеме, он следует примерно по эллиптической траектории.

Движение номинальной стоимости Тикл в океанской волне.. A= На большой глубине. Эллиптическое движение жидких частиц.. B= На мелководье (дно океана сейчас находится в точке B). Эллиптическое движение жидкой частицы сглаживается с уменьшением глубины.. 1= Направление распространения.. 2= гребень волны.. 3= впадина волны.

Фотография эллиптических траекторий частиц воды под - прогрессивной и периодической - поверхностной гравитационной волной в волновом желобе. Волновые условия: средняя глубина воды d = 2,50 фута (0,76 м), высота волны H = 0,339 фута (0,103 м), длина λ волны = 6,42 фута (1,96 м), период T = 1,12 с.

Волны генерируются ветром, проходящим над поверхностью моря. Пока волны распространяются медленнее, чемскорость ветра, прямо над волнами, происходит передача энергии от ветра к волнам. Разница в давлении воздуха между подветренной и подветренной волны заставляющее волнение, а также заставляющая вода переходить в напряжение, вызывает рост волн.

Высота волны определяет скорость ветра, продолжительностью времени, в течение которого ветер дует, набег (расстояние, на котором ветер возбуждает волны), а также глубиной и топографией морское дно (которое может фокусироватьили рассеивать энергию волн). У данной скорости есть соответствующий практический предел, в течение которого время или расстояние не вызывают больших волн. Когда этот предел достигнут, считается «полностью развитым».

В общем, более крупные волны более мощные, но мощность также вызывает скорость волны, длиной волны и плотностью воды .

Колебательное движение является самым высоким в поверхности и экспоненциально убывает с глубиной. Однако для стоячих волн ( clapotis ) вблизи отражающего берега энергии волны также присутствует в виде колебаний давления на большой глубине, создавая микросейсмы. Эти колебания давления на большей глубине слишком малы, чтобы представлять интерес с точки зрения зрения волн.

Волны распространяются по поверхности океана, и энергия волны также переносится горизонтально с групповой скоростью . Средняя скорость переноса энергии волны через вертикальную плоскость единичнойширины, параллельную гребню волны, называется потоком энергии волны (или мощностью волны, которая не следует путать. С реальной мощностью, генерируемой системой волновой мощности).

Формула мощности волны

На большой глубине, где глубина воды большой половину длина волны, поток энергии волны is

P = ρ g 2 64 π ЧАС м 0 2 T e ≈ (0,5 кВт м 3 ⋅ с) Ч м 0 2 T e, {\ displaystyle P = {\ frac {\ rho g ^ {2}} {64 \ pi}} H_ {m0} ^ {2 } T_ {e} \ приблизительно \ left(0,5 {\ frac {\ text {кВт}} {{\ text {m}} ^ {3} \ cdot {\ text {s}}}} \ справа) H_ {m0} ^ {2} \; T_ {e},}

P = \ frac {\ rho g ^ 2} {64 \ pi} H_ {m0} ^ 2 T_e \ приблизительно \ left (0,5 \ frac {\ text {kW}} {\ text {m} ^ 3 \ cdot \ text {s}} \ right) H_ {m 0} ^ 2 \; T_e, ​​

с P поток энергии волны на единицу длины гребня волны, H m0 значительная высота волны, T e волны энергия период, ρ плотность воды и g ускорение свободного падения. Вышеприведенная формула утверждает, что мощность волны пропорциональна периоду волны и квадрату высоты волны. Когда значимая высота волны периодуказывается в метр, волна волны в секундах, результатом является мощность волны в киловаттах (кВт) на метр длины фронта длины.

Пример: Рассмотрим умеренный океанские волны на большой глубине, в нескольких километрах от береговой линии, с высотой волны 3 м и периодом энергии волны 8 с. Используя формулу для определения мощности, получаем

P ≈ 0,5 кВт м 3 ⋅ с (3 ⋅ м) 2 (8 с) ≈ 36 кВт · м, {\ displaystyle P \ приблизительно 0,5 {\ frac { \ text {кВт}} {{\ text {m}} ^ {3} \cdot {\ text {s}}}} (3 \ cdot {\ text {m}}) ^ {2} (8 \ cdot { \ text {s}}) \ приблизительно 36 {\ frac {\ text {kW}} {\ text {m}}},}

P \ примерно 0,5 \ frac {\ text {кВт}} {\ text {m} ^ 3 \ cdot \ text {s}} (3 \ cdot \ text {m}) ^ 2 (8 \ cdot \ text {s}) \ приблизительно 36 \ frac {\ text {kW}} {\ text {m}},

означает, что на метр гребня волны приходится 36 киловатт мощности мощности.

Во время сильных штормов самые большие прибрежные волны достигают высоты около 15 метров и имеют период около 15 секунд. Согласно приведенной выше формуле, такие волны несут мощность около 1,7 МВт на каждый метр волнового фронта.

Устройство эффективной мощностиволны улавливает как можно больше потока энергии волны. В результате волны будут иметь большую высоту в области мощности за волновой.

Волновая энергия и поток волновой энергии

В состоянии моря средняя (средняя) плотность энергии на единицу площади гравитационные волны на поверхности воды пропорциональны квадрату высоты волны, согласно теории линейных волн:

E = 1 16 ρ g H m 0 2, {\ displaystyle E = {\ frac {1} {16}} \ rho gH_ {m0} ^ { 2},}

E = {\ frac {1} {16}} \ rho gH _ {{m0}} ^ {2},

где E - средняя плотность энергии волны на единицу горизонтальной площади (Дж / м), сумма кинетического и плотность энергии плотность на единицу горизонтальной площади. Плотность потенциальной энергии равна кинетической энергии, обе дают половину плотности энергии E, как можно ожидать из теоремы о равнораспределении. В океанских волнах эффектами поверхностного натяжения можно пренебречь для волн более нескольких дециметров.

. По мере распространенияволн переносится их энергия. Скорость переноса энергии - это групповая скорость. В потоке энергии волны через вертикальную плоскость единичной ширины, перпендикулярную плоскость распространения волны, равенство:

P = E cg, {\ displaystyle P = E \, c_ {g}, \, \}

P = E \, c_g, \, \

с c g групповая скорость (м / с). Из-за дисперсионного соотношения для волн на воде под силой тяжести групповая скорость зависит от длины волны λ или, что эквивалентно, от периода волны T. Кроме того, дисперсионное соотношение является функцией глубокой воды h. В результате групповая скорость ведет себя по-разному в пределах большой и мелкой воды, а также на промежуточных глубинах:

	символ	единицы	глубокая вода. (h>½ λ)	мелководье. (h < 0.05 λ)	промежуточная глубина. (все λ и h)
Свойства гравитационных волн на поверхности глубокой воды, мелководья и на промежуточной глубине, согласно линейной теории волн
фазовая скорость	$cp = λ T = ω k {\ displaystyle \ displaystyle c_ {p} = {\ frac {\ lambda} {T}} = {\ frac {\ omega } {k}}}$ $\ displaystyle c_p = \ frac {\ lambda} {T} = \ frac {\ omega} {k}$	м / с	$g 2 π T {\ displaystyle {\ frac {g} {2 \ pi}} T}$ $\ frac {g} {2 \ pi} T$	$gh {\ displaystyle {\ sqrt {gh}} }$ $\ sqrt {gh}$ больше / 7,000000000 / 9	$г λ 2 π tanh ⁡ (2 π h λ) {\ displaystyle {\ sqrt {{\ frac {g \ lambda} {2 \ pi}} \ tanh \ left ({\ frac {2 \ pi h} {\ lambda}} \ right)}}}$ $\ sqrt {\ frac {g \ lambda} {2 \ pi} \ tanh \ left (\ frac {2 \ pi h } {\ lambda} \ right)}$
групповая скорость	$cg = cp 2 ∂ (λ / cp) ∂ λ Знак равно ∂ ω ∂ К {\ Displaystyle\ Displaystyle c_ {g} = c_ {p} ^ {2} {\ frac {\ partial \ left (\ lambda / c_ {p} \ right)} {\ partial \ lambda}} = {\ frac {\ partial \ omega} {\ partial k}}}$ $\ displaystyle c_g = c_p ^ 2 \ frac {\ partial \ left (\ lambda / c_p \ right)} {\ partial \ lambda} = \ frac {\ partial \ omega} {\ partial k}$	м / с	$g 4 π T {\ displaystyle { \ frac {g} {4 \ pi}} T}$ $\ frac {g} {4 \ pi} T$	$gh {\ displaystyle {\ sqrt {gh}}}$ $\ sqrt {gh}$	$1 2 cp (1 + 4 π час λ 1 зп ⁡ (4 π час λ)) {\ Displaystyle {\ frac {1} {2}} c_ {p} \ left (1 + {\ frac {4 \ пи h} {\ lambda}} {\ frac {1} {\ sinh \ left (\ displaystyle {\ frac {4 \ pi h} {\ lambda}} \ right)}} \ right)}$ $\ frac {1} {2} c_p \ left (1 + \ frac {4 \ pi h } {\ lambda} \ frac {1} {\ sinh \ left (\ displaystyle \ frac {4 \ pi h} {\ lambda} \ right)} \ right)$
соотношение	$cgcp {\ displaystyle \ displaystyle {\ frac {c_ {g}} {c_ {p }}}}$ $\ displaystyle \ frac {c_g} {c_p}$	–	$1 2 {\ displaystyle \ displaystyle {\ frac {1} {2}}}$ $\ displaystyle \ frac {1} {2}$	$1 {\ displaystyle \ displaystyle 1}$ $\ displaystyle 1$	$1 2 (1 + 4 π h λ 1 sinh ⁡ (4 π час λ)) {\ displaystyle {\ frac {1} {2}} \ left (1 + {\ frac {4 \ pi h} {\ lambda}} {\ frac {1} {\ sinh \ left (\ displaystyle {\ frac {4 \ pi h} {\ lambda}} \ right)}} \ right)}$ $\ frac { 1} {2} \ left (1 + \ frac {4 \ pi h} {\ lambda} \ frac{1} {\ sinh \ left (\ displaystyle \ frac {4 \ pi h} {\ lambda} \ right) } \ right)$
длина волны	$λ {\ displaystyle \ displaystyle \ lambda}$ $\ displaystyle \ lambda$	m	$g 2 π T 2 {\ displaystyle {\ frac{g} {2 \ pi}} T ^ {2}}$ $\ frac {g} {2 \ pi} T ^ 2$	$T gh {\ displaystyle T {\ sqrt {gh}}}$ $T \ sqrt {gh}$	для заданного периода T, решение:.. $(2 π T) 2 знак равно 2 π g λ tanh ⁡ (2 π h λ) {\ displaystyle \ displaystyle \ left ({\ frac {2 \ pi} {T}} \ справа) ^ {2} = {\ frac {2 \ pi g} {\ lambda}} \ tanh \ left ({\ frac {2 \ pi h} {\ lambda}} \ right)}$ $\ displaystyle \ left (\ frac {2 \ pi} {T} \ right) ^ 2 = \ frac {2 \ pi g} {\ lam bda} \ tanh \ left (\ frac {2 \ pi h} {\ лямбда} \ справа)$
общее
плотность энергии волны	$E {\ displaystyle \ displaystyle E}$ $\ displaystyle E$	Дж / м	$1 16 ρ г ЧАС м 0 2 {\ displaystyle {\ frac {1} {16}} \ rho gH_ {m0 } ^ {2}}$ $\ frac {1} {16} \ rho g H_ {m0} ^ 2$
энергия волны поток	$P {\ displaystyle \ displaystyle P}$ $\ displaystyle P$	Вт / м	$E cg {\ displaystyle \ displaystyle E \; c_ {g}}$ $\ displaystyle E \; c_g$
угловой частота	$ω {\ displaystyle \ displaystyle \ omega}$ $\ displaystyle \ omega$	рад / с	$2 π T {\ displaystyle {\ frac {2 \ pi } {T}}}$ $\ frac {2 \ pi} {T}$
волновое число	$k {\ displaystyle \ displaystyle k}$ $\ displaystyle k$	рад / м	$2 π λ {\ displaystyle {\ frac {2 \ pi} {\ lambda}} }$ $\ frac {2 \ pi} {\ lambda}$

Глубоководные характеристики и

Глубокая вода соответствует глубине воды,превышающей половину длины волны, что является стандартной ситуацией в море и океане. В глубокой воде более длиннопериодические волны распространяются быстрее и быстрее переносят свою энергию. Глубоководная групповая скорость составляет половину фазовой скорости. мелководье для волн, которые примерно в двадцать раз больше глубокой воды, довольно часто встречается у берега, групповая скорость равна фазовой скорости.

История

Первый известный волнуется наиспользование энергии океанских 1799 годом и был подан в Париже Жираром и его сыном. Одним из первых применений энергии волн было устройство, построенное примерно в 1910 году Бошо-Прасике для освещения и питания его дома в Руайане, около Бордо во Франции. Похоже, что типа это было первое устройство волновой энергии колеблющегося водяного столба. С 1855 по 1973 год только в Великобритании было подано 340 патентов.

Современное научное исследование волновойэнергии было впервые начато экспериментами Йошио Масуда в 1940-х годах. Он протестировал концепции устройств волновой энергии, с использованием мобильных устройств, используемых для питания навигационных огней. Среди них была концепция извлечения энергии из углового движения в сочленениях сочлененного плота, предложенная в 1950-х годах Масудой.

Возобновление интереса к волновой энергии было вызвано нефтяным кризисом в 1973 г.. Ряд университетских исследователейповторно изучили возможность генерирования энергии из океанских волн, среди которых были, в частности, Стивен Солтер из Эдинбургского университета и Йоханнес Фалнес из Норвежского технологического института (позже объединенного в Норвежский университет и технологии ), Майкл Э. Маккормик из США Военно-морская академия, Дэвид Эванс из Бристольского университета, Майкл Френч из Ланкастерского университета, Ник Ньюман и С. С. Мей из MIT.

Изобретение Стивена Солтера 1974 года стало как утка Солтера или кивающая утка, хотя официально она называлась эдинбургской уткой. В контролируемых испытаниях изогнутый кулачковый корпус Утка может останавливать 90% волнового движения и преобразовывать 90% из них в электричество, эффективность 81%.

В 1980-х годах, когда цена на нефть упала, резко изменилось финансирование волновой энергетики. Тем неменее несколько прототипов первого поколения прошли испытания в море. В последнее время, после проблемы изменения климата, во всем мире снова наблюдается растущий интерес к возобновляемым источникам энергии, в том числе к энергии волн.

Первая в мире испытательная установка морской энергии была создана в 2003 году, чтобы дать толчок разработке индустрия волновой и приливной энергетики в Великобритании. Базирующийся в Оркнейских островах, Шотландия, Европейский центр морской энергии(EMEC) поддержал развертывание большего количества устройств волновой и приливной энергии, чем на другом месте в мире. EMEC испытательных полигонов в реальных морских условиях. Его связанный с сетью волновой испытательный полигон расположен в передней части передней части Оркнейских островов, и полностью подвержен воздействию Атлантического океана с уровнем моря до 19 метров, зарегистрированным на участке. Разработчики волновой энергии, которые в настоящее время тестируют в центре, включаютв себя, Pelamis Wave Power, ScottishPower Renewables и Wello.

Современные технологии.

Устройство волнового питания обычно классифицирует по методу, используемому для захвата или использования энергии волн, по местоположению и по системе отбора мощности . Расположены на берегу, на берегу и в море. Типы отбора мощности включают: гидроцилиндр, насос из эластомерного шланга, береговой насос, гидроэлектрическая турбина, воздушная турбина и линейная. электрический генератор. При оценке энергии волны как технологии важно различать четыре наиболее распространенных подхода: точечные поглотительные буи типа поверхностные аттенюаторы, колеблющиеся водяные столбы и устройства перекрытия.

Общие концепции волновой энергии: 1. Точечный поглотитель, 2. Аттенюатор, 3. Преобразователь пульсаций колеблющейся волны, 4. Колеблющийся столб воды, 5. Устройствоперекрытия, 6. Перепад давления под водой, 7. Плавающие преобразователи в воздухе.

Точечный буй-поглотитель

Это устройство плавает на поверхности воды, удерживаясь на месте с помощью кабелей, соединенных с морским дном. Точечный поглотитель определяется как имеющий ширину устройства, намного меньшую, чем длина входящей волны λ. Хороший точечный поглотитель имеет те же характеристики, что и хороший волновод. Энергия волны поглощается излучением волны с деструктивнойинтерференцией для входящих волн. Буи используют подъем и падение волн для выработки электричества различными способами, в том числе через линейные генераторы или через генераторы, приводимые в движение механическими линейно-вращающими преобразователями или гидравлическими насосами. Электромагнитные поля, создаваемые кабелями электропередачи и акустикой этих устройств, могут быть опасны для морских организмов. Присутствие буев может повлиять на рыбу, морскихмлекопитающих и птиц как потенциальный незначительный риск столкновения и места ночевки. Также существует вероятность запутывания швартовных тросов. Энергия, отводимая от волн, также может влиять на береговую линию, в результате чего рекомендуется, чтобы площадки оставались на значительном от берега.

Поверхностный аттенюатор

Эти устройства представляют собой аналогично вышеупомянутым буям точечного поглотителя, используемыми плавающими сегментами, соединенными друг с другом иориентированными перпендикулярно набегающим волнам. Изгибающееся движение создается волнами, это движение приводит в действие гидравлические насосы для выработки электроэнергии. Воздействие на окружающую среду, используемое в суставах, не подвергается воздействию окружающей среды.

Преобразователь пульсаций колеблющихся волн

Эти устройства обычно имеют один конец, прикрепленный к конструкции или морское дно, когда другой конец может двигаться. Энергия собирается засчет относительного движения тела относительно фиксированной точки. Преобразователи перенапряжения колеблющейся волны часто имеют форму поплавков, заслонок или мембран. Экологические проблемы включают незначительный риск, искусственное рифление фиксированной точки, воздействие электродвижущей силы от подводных кабелей и отвод энергии, влияющий на перенос наносов. Некоторые из этих конструкций включают параболические отражатели как средство увеличения энергии волны в точкезахвата. Эти системы захвата используют движение для захвата энергии. Как только энергия волны улавливается в источнике волны, мощность должна передаваться к точке использования или к подключению к электрической сети с помощью передачи силовых кабелей.

Колеблющийся водяной столб

Колеблющийся водяной столб Устройства могут быть расположены на берегу или в более глубоких водах на море. С воздушной камерой, интегрированной в устройство, сжимает воздух в камерух,заставляя воздух проходить через воздушную турбину для создания электричества. Когда воздух проходит через турбины, создается значительный шум, электрический вентилятор птиц и другие морские организмы в непосредственном приближении от устройства. Также есть опасения по поводу того, что морские организмы могут попасть в ловушку или запутаться в воздушных камерах.

Устройство перекрытия

Устройства перекрытия - это длинные конструкции, которыеиспользуют скорость волны для наполнения резервуара до более высокого уровня воды, чем окружающий океан. Потенциальная энергия на высоте коллектора улавливается турбинами с низким напором. Устройства могут быть как на суше, так и на плаву. Плавучие устройства будут иметь экологические проблемы, связанные с воздействием системы швартовки на бентические организмы, запоминание организмов или эффект электродвижущей силы, создаваемыми подводными кабелями. Существует такженекоторая озабоченность относительно низкого уровня шума турбины и отвода энергии волн, влияющих на среду обитания в ближней зоне.

Перепад давления под водой

Преобразователи на основе перепада давления под водой представляют собой сравнительно новую, использующую гибкие (обычно усиленные) резина) мембраны для извлечения энергии волн. Эти преобразователи используют разницу давлений в разных точках волны для создания разницы давлений в замкнутой гидравлической системе отборамощности. Этот перепад давления обычно используется для создания потока, который приводит в действие турбину и электрический генератор. В погружных преобразователях перепада давления в качестве рабочей мощности поверхности между океаном и системой отбора используются часто гибкие мембраны. Мембраны обладают преимуществом по сравнению с жесткими структурами, поскольку они податливы и имеют малую массу, что может обеспечить более прямое взаимодействие с энергией волны. Их податливый характер такжедопускает большие изменения в геометрии рабочей поверхности, что может быть использовано для защиты от чрезмерных нагрузок в экстремальных условиях.

Погружной преобразователь можно размещать на морском дне или в средней воде. В обоих случаях преобразователь защищен от ударов воды, которые могут возникнуть на свободной поверхности. Волновые нагрузки также уменьшаются нелинейно пропорционально расстоянию под свободной поверхностью. Это означает, что за счет оптимизациипогружения такого преобразователя можно найти компромисс между защитой от экстремальных нагрузок и доступом к энергии волн. Затопленные ВЭК также могут снизить воздействие на морские удобства и навигацию, поскольку они не находятся на поверхности. Примеры погружных преобразователей перепада давления включают M3 Wave, mWave Bombora Wave Power и CalWave.

плавающие в воздухе преобразователи

Потребность в технологии повышенной надежности превратной волновойэнергии породила эту группу концепций. Плавающие преобразователи в воздухе обеспечивают потенциально повышенную надежность компонентов оборудования, поскольку они расположены над морской водой, что позволяет легко их осматривать и обслуживать. Примеры различных концепций плавающих преобразователей в воздухе показаны в № 7 рисунка. 7а) системы отбора энергии демпфирующего типа с турбинами в отсеках, содержащих плещущуюся пресную воду; 7б) маятниковые системы с горизонтальной осью; 7в) маятниковыесистемы с вертикальной осью. Их коммерческими примерами являются 7a) WAVEPEARL Gep-Techno; 7 б) WEC AMOG ; 7 c) ПИНГВИН WELLO

Воздействие на окружающую среду

Общие экологические проблемы, связанные с развитием морской энергетики, включают:

Риск морских млекопитающих и рыбу ударили приливные турбины лопасти ;
Воздействие электромагнитных полей и подводных шумов, исходящих от работающих морскихэнергетических устройств;
Физическое присутствие проектов морской энергии и их потенциал для изменения поведения морских млекопитающих, рыб и морских птиц с привлечением или избеганием;
влияние на морскую среду ближнего и дальнего поля и такие процессы, как перенос отложений и качество воды.

База данных Tethys обеспечивает доступ к научной литературе и общей информации о потенциале воздействие энергии волн на окружающую среду.

Потенциал

Мировой ресурс прибрежной волновой энергии оценивается более чем в 2 ТВт. Места с наибольшим потенциалом воздействия волн включают западное побережье Европы, северное побережье Великобритании и тихоокеанские побережья Северной и Южной Америки, южной части Африки, Австралии и Новой Зеландии. Север и юг умеренные зоны имеют лучшие места для захвата мощности волн. Преобладающие западные ветры в этих зонах сильнее всего дуют зимой.

Национальная лаборатория возобновляемых источников энергии (NREL) сделала оценки для различных стран по всему миру в отношении количества энергии, которое может быть произведено преобразователями волновой энергии (WEC) на их береговой линии. В частности, для Соединенных Штатов, по оценкам, общее количество энергии, которое может быть произведено вдоль их береговых линий, эквивалентно 1170 ТВтч в год, что составляет примерно 10 кВтч на гражданина США в день. Это почти 5% от общего потребленияэнергии на одного среднестатистического гражданина, включая транспорт и промышленность. Хотя это звучит многообещающе, береговая линия вдоль Аляски составляла ок. 50% общей энергии, произведенной в рамках этой оценки. Учитывая это, потребуется соответствующая инфраструктура для передачи этой энергии с береговых линий Аляски на материковую часть Соединенных Штатов, чтобы должным образом извлечь выгоду из удовлетворения потребностей Соединенных Штатов в энергии. Однако эти цифры показывают большойпотенциал, которым обладают эти технологии, если они будут реализованы в глобальном масштабе, чтобы удовлетворить поиск источников возобновляемой энергии.

WEC подверглись тщательному изучению в ходе исследований, особенно в отношении их эффективности и транспортировки генерируемой ими энергии. NREL показал, что эти WEC могут иметь эффективность около 50%. Это феноменальный рейтинг эффективности производства возобновляемой энергии. Для сравнения: солнечные панели с КПД выше 10%считаются жизнеспособными для устойчивого производства энергии. Таким образом, значение эффективности 50% для возобновляемого источника энергии является чрезвычайно жизнеспособным для будущего развития возобновляемых источников энергии, которое будет реализовано во всем мире. Кроме того, были проведены исследования по изучению более мелких WEC и их жизнеспособности, особенно в отношении выходной мощности. Одно исследование показало большой потенциал небольших устройств, напоминающих буи,способных генерировать мощность до 6 Вт при различных волновых условиях и колебаниях, а также размера устройства (до примерно цилиндрического буя 21 кг). Даже дальнейшие исследования привели к разработке меньших, компактных версий нынешних WEC, которые могут производить такое же количество энергии, используя примерно половину площади, необходимой для существующих устройств.

Карта энергетических ресурсов мировых волн

Проблемы

Возможное воздействие на морскую среду. Например,шумовое загрязнение может иметь негативное влияние, если его не контролировать, хотя шум и видимое воздействие каждой конструкции сильно различаются. Другие биофизические воздействия (флора и фауна, режимы наносов, структура и потоки водной толщи) расширения технологии изучаются. Что касается социально-экономических проблем, волновые фермы могут привести к вытеснению коммерческих и рекреационных рыбаков с продуктивных рыболовных угодий, могут изменить характер питания песчаным пляжем и могутпредставлять опасность для безопасного судоходства. Более того, поддерживающая инфраструктура, такая как подключение к морским сетям, широко не доступна. Развертывание ОЭС и подводных подстанций на море связано со сложными процедурами, которые могут создать чрезмерную нагрузку на компании, работающие в этих приложениях. Например, в 2019 году шведское производственное предприятие Seabased Industries AB было ликвидировано из-за «серьезных проблем последних лет, как практических, так и финансовых».

Волновые фермы

Группа устройств волновой энергии развернутый в том же месте называется волновая ферма, волновая энергетическая ферма или волновой энергетический парк. Волновые фермы представляют собой решение для увеличения производства электроэнергии. Устройства парка будут взаимодействовать друг с другом гидродинамически и электрически в зависимости от количества машин, расстояния между ними, геометрической схемы, волнового климата, локальной геометрии, стратегийуправления. Процесс проектирования волновой энергетической фермы представляет собой комплексную задачу оптимизации с целью получения высокой выработки электроэнергии при низких затратах и колебаниях мощности.

Проекты волновой фермы

Великобритания

Islay LIMPET была установлена и подключена к национальной сети в 2000 году и является первой в мире коммерческой волновой энергетической установкой. Он был выведен из эксплуатации в 2012 году, а компанияWavegen, создавшая его, закрылась в 2013 году.
Финансирование волновой фермы мощностью 3 МВт в Шотландии было объявлено 20 февраля 2007 года шотландским исполнительным органом стоимостью более 4 миллионов фунтов в рамках пакета финансирования в размере 13 миллионов фунтов стерлингов для морской энергетики в Шотландии. Первая машина была запущена в мае 2010 года. Фирма Pelamis, стоявшая за проектом, перешла в административную собственность в 2014 году.
Объект, известный как Wave hub, был построен у северного побережья Корнуолла., Англия, чтобы способствовать развитию волновой энергии. Концентратор Wave будет действовать как гигантский удлинительный кабель, позволяющий подключать массивы устройств, генерирующих волновую энергию, к электросети. Первоначально концентратор Wave позволит подключить 20 МВт мощности с возможным расширением до 40 МВт. По состоянию на 2008 год четыре производителя устройств выразилизаинтересованность в подключении к концентратору Wave. Ученые подсчитали, что волновой энергии, собранной в Wave Hub, хватит для питания до 7 500 домашних хозяйств. Это место может сократить выбросы парниковых газов в размере около 300 000 тонн двуокиси углерода в следующие 25 лет. Wave Hub подвергся критике в 2018 году за то, что он не смог производить электричество, подключенное к сети.
Исследование, проведенное в 2017 году Strathclyde University и Imperial College, сосредоточилось на неспособности развивать «готовые к рынку» волновые энергетические устройства - несмотря на толчок правительства Великобритании на сумму более 200 миллионов фунтов стерлингов за предыдущие 15 лет - и способы повышения эффективности будущей государственной поддержки.

Португалия

Aguçadoura Wave Farm была первой в мире волновой фермой. Он был расположен в 5 км от берега около Повуа-де-Варзин, к северу от Порту,Португалия. Ферма была спроектирована для использования трех преобразователей энергии волн Pelamis для преобразования движения волн на поверхности океана в электричество с общей установленной мощностью 2,25 МВт. Ферма впервые произвела электричество в июле 2008 года и была официально открыта 23 сентября 2008 года министром экономики Португалии. Волновая ферма была закрыта через два месяца после официального открытия в ноябре 2008 года в результате финансового крахаBabcock Brown из-за глобального экономического кризиса. В это время машины находились за пределами площадки из-за технических проблем, и, хотя они были устранены, они не вернулись на площадку и были впоследствии списаны в 2011 году, поскольку технология была переведена на вариант P2, поставляемый E.ON и Scottish Renewables. Вторая фаза проекта, предусматривающая увеличение установленной мощности до 21 МВт с использованием еще 25 машин Pelamis, находится подсомнением после финансового краха Бэбкока.

Австралия

Bombora Wave Power базируется в Перте, Западная Австралия и в настоящее время занимается разработкой гибкого мембранного преобразователя mWave. Bombora в настоящее время готовится к коммерческому пилотному проекту в Пенише, Португалия, и имеет офис в доках Пембрукшира.
A Волновая ферма CETO у побережья Западной Австралии доказала свою коммерческую жизнеспособность и после предварительногоэкологического разрешения подверглась дальнейшему развитию. В начале 2015 года к сети была подключена многомегаваттная система стоимостью 100 миллионов долларов, при этом вся электроэнергия была закуплена для питания военно-морской базы HMAS Stirling. Two fully submerged buoys which are anchored to the seabed, transmit the energy from the ocean swell through hydraulic pressure onshore; to drive a generator for electricity, and also to produce fresh water. As of 2015планируется установить третий буй.
Ocean Power Technologies (OPT Australasia Pty Ltd ) разрабатывает волновую ферму, подключенную к сети около Портленда, Виктория через Волновая электростанция мощностью 19 МВт. Проект получил грант в размере 66,46 млн австралийских долларов от федерального правительства Австралии.
Oceanlinx развернет демонстрационный образец коммерческого масштаба у побережья Южной Австралии в Порт-Макдоннелл до конца 2013 года. Это устройство, greenWAVE, имеет номинальная электрическая мощность 1 МВт. Этот проект был поддержан ARENA в рамках программы Emerging Renewables Programme. Устройство greenWAVE представляет собой нижнюю гравитационную конструкцию, не требующую якорной стоянки или подготовки морского дна и не имеющую движущихся частей под поверхностью воды.

США

Ридспорт, Орегон - коммерческий волновой парк на западном побережье США, расположенный в 2,5 милях от берега около Ридспорта, Орегон. Первый этап этого проекта рассчитан на десять PB150 PowerBuoys, или 1,5 мегаватта. Установка волновой фермы Reedsport была запланирована на весну 2013 года. В 2013 году проект был приостановлен из-за юридических и технических проблем.
Kaneohe Bay Oahu, Hawaii - Navy's Wave Energy Test Сайт (WETS) в настоящее время испытывает устройство питания волн Azura Устройство питания волн Azura представляет собой 45-тонный преобразователь энергии волн, расположенный на глубине 30 метров (98 футов) в заливе Канеохе.

Патенты

Патентная заявка ВОИС WO2016032360 — 2016 Pumped-storage system – Заявка на патент «Гидроэнергетика с амортизацией давления»
Патент 8,806,865 - 2011 Устройство для использования энергии океанских волн - Патент Pelamis / Salter's Duck Hybrid
США Патент 3928967 - 1974 г. Устройство и способ извлечения волновой энергии - оригинальный патент «Утка Солтера»
США. Патент 4,134,023 - 1977 г. Устройство для извлечения энергии из волн на воде - метод Солтера для повышения эффективности «утки»
США. Патент 6,194,815 - 1999 Пьезоэлектрический роторный генератор электроэнергии
США. Патент 1 930 958 - Волновой двигатель 1932 г. - Океанская электростанция Парсонс - Херринг-Коув Новая Шотландия - март 1925 г. Первая в мире коммерческая установка для преобразования энергии океанских волн в электрическую. Дизайнер - Осборн Хэвлок Парсонс - родился в 1873 году, Петиткодиак, Нью-Брансуик.
Преобразователи энергии волн, использующие перепады давления US 20040217597 A1 - 2004 Преобразователи энергии волн, использующие перепады давления

См. Также

Примечания

Ссылки

Дополнительная литература

Cruz, Joao (2008). Энергия океанских волн -текущее состояние и перспективы на будущее. Springer. ISBN 978-3-540-74894-6., 431 с.
Фалнес, Йоханнес (2002). Океанские волны и колебательные системы. Издательство Кембриджского университета. ISBN 978-0-521-01749-7., 288 с.
Маккормик, Майкл (2007). Преобразование энергии океанской волны. Дувр. ISBN 978-0-486-46245-5., 256 с.
Твиделл, Джон; Weir, Anthony D.; Вейр, Тони (2006). Возобновляемые источники энергии. Тейлор иФрэнсис. ISBN 978-0-419-25330-3., 601 стр.

Внешние ссылки

На Викискладе есть материалы, связанные с Wave power.

Викискладе есть медиафайлы по теме Возобновляемая энергия.

Кейт Гэлбрейт (22 сентября 2008 г.). «Сила беспокойного моря будоражит воображение». Нью-Йорк Таймс. Получено 9 октября 2008 г.
"Сила волн: Грядущая волна" из журнала Economist, 5 июня 2008 г.
Tethys - база данных Tethys из Тихоокеанская северо-западная национальная лаборатория