Выработка энергии из волн океана осуществляется специальными волновыми электростанциями, которые располагаются в акваториях. Кроме генерации электроэнергии, при задействовании дополнительного оборудования волновые станции могут выполнять и другую полезную работу, в том числе выработку тепла, пресной воды, кислорода, водорода и других химических веществ из морской воды при помощи процессов электролиза, а также осуществлять производство сжатого воздуха.
Работа станций выполняется благодаря воздействию волн на их рабочие тела, в роли которых могут выступать, в зависимости от конкретного проекта, поплавки, лопасти турбин, маятники, трубы, волноприёмники или волноотбойники. Движения волн в конечном итоге трансформируются во вращение генераторов при помощи силовых преобразователей — воздушных и гидравлических турбин, цепных и зубчатых передач или же водяных колёс. Полученная в результате воздействия волн механическая энергия превращается в электрическую, после чего транспортируется потребителям через морской кабель на побережье.
Волны могут использоваться для получения энергии на станциях, работающих по принципу «колеблющегося тела». Рабочие тела станций представляют собой буи, секции которых объединены в один конвертер. Между секциями устанавливаются гидравлические поршни, которые под воздействием вертикальных колебаний волн через специальные двигатели вращают генератор. Применяется преобразование не только энергии колебаний волн, но и изменения их профиля при использовании принципа «поверхностного качения». В качестве рабочих тел устанавливаются поплавки. В конструкциях станций типа «утка Соллера» несколько десятков поплавков монтируются на общий вал. Типы «плот Коккереля» и «морской змей» предусматривают установку секций поплавков, которые соединяются шарнирно и изгибаются под воздействием волн. Несмотря на громоздкость конструкций и сложности с закреплением оборудования станций в определённых точках, в целом волновые установки поплавковых типов являются наиболее популярными и демонстрируют КПД в пределах 80%.
Есть и такие типы станций, как «осциллирующий водяной столб» и «пульсирующий водяной столб Массуды». В этих станциях вода под воздействием колебаний волн поступает в камеры с воздухом. В процессе прохождения через камеры вода создаёт избыточное давление воздуха, выталкивая его. Воздух в свою очередь, вращает турбину. В качестве варианта решения используется движение не воздуха, а самой воды, перемещающейся по камере. В Японии на станции «Каймей», построенной по проекту «водяного столба», в 1980 году были проведены испытания эффективности работы, в ходе которых выяснилось, что конструкции такого типа имеют низкий КПД, не превышающий 25%.
Ещё один принцип — «искусственный атолл» — предполагает размещение в акватории бетонной конструкции с обширной наклонной поверхностью для наката волн. Посредине такой поверхности на отметке выше уровня моря обустраивается накопительный бассейн, при попадании в который вода раскручивает лопасти турбины.
В море наблюдаются нерегулярные волны с переменными частотой, направлением и амплитудой. Под воздействием превалирующего ветра движение волн может приобретать преимущественное направление, а период стать достаточно большим - наблюдаются волны океанской зыби. Более нестабильные ветры вызывают нерегулярное движение вод с характерным более коротким периодом - штормовые волны. При глубине моря порядка 30 м и менее возможны фокусирующие и направляющие эффекты, в отдельных местах они могут привести к появлению более регулярных или более мощных волн. Волновые энергетические устройства должны противостоять широкому спектру природных условий, должны быть предназначены для извлечения максимума мощности в среднем за достаточно длительный период и независимо от района размещения. При проектировании подобных устройств необходимо в первую очередь понимать возможность значительного усиления волн по сравнению с типичными для данного района по крайней мере раз в 50 лет.
Высота волн в заданной точке наблюдения обычно регистрируется с помощью аналоговых волнографов. Для получения сведений о направлении прихода волн требуются специальные измерения. Кривая фиксирует вертикальное перемещение уровня во времени. Современные волнографы используют цифровые методы регистрации с последующей обработкой на ЭВМ больших массивов данных. Если величина Н от измерения к измерению существенно изменяется, то приходится использовать различные методы вычисления статистически обоснованных значений, наилучшим образом отражающих суть явления.
Заключение
Очевидно, что основным преимуществом волновой энергетики является то, что в ней используются исключительно возобновляемые источники. На фоне истощающихся запасов углеводородного сырья, глобального загрязнения окружающей среды выбросами ТЭС и снижения популярности атомных станций на фоне их повышенной опасности, любая альтернативная генерация имеет большой потенциал для развития. Помимо ценности волновой генерации в энергетическом аспекте, развитие данной отрасли будет иметь и значительный экономический эффект.
Преимущества волновой генерации:
1. стабильные характеристики вырабатываемой энергии, в т. ч. частота и напряжение;
2. независимость генерации от времени суток;
3. возможность наращивания мощности в холодное время года
4. большой срок эксплуатации станций;
5. возможность установки станций на действующих причалах, мостах и в портах;
6. совмещение энергогенерации с функциями волногасителей и других защитных гидротехнических сооружений
Волновая энергетика, в то же время, обладает рядом недостатков, наличие которых тормозит развитие отрасли. Основной проблемой является финансовая сторона данного сегмента — расходы на генерацию достаточно велики в сравнении с традиционными методами выработки энергии. В частности, себестоимость волновой генерации выше в несколько раз, чем на АЭС и ТЭС. Кроме того, волновой энергетике присущ и ряд «частных» проблем.
Недостатки волновых станций:
1. зависимость от меняющихся физических характеристик волн;
2. нестабильность эффективности работы вследствие изменения погодных условий;
3. уязвимость конструкций перед штормовыми явлениями и сильной волной;
4. неиспользуемый избыток мощности по этим же причинам;
5. относительно небольшая мощность генерации;
6. помехи для судоходства и рыбной ловли;
7. нарушение естественного газообмена морской среды, в котором участвуют волны
В случае непосредственного использования электроэнергии, вырабатываемой волновой станцией, для хозяйственных нужд ее нельзя рассматривать как самостоятельный источник. Непостоянство во времени и пространстве, сезонный характер самого ресурса требуют иметь в резерве какой-то дополнительный источник электроэнергии, либо подключать волновую электростанцию к энергосети, позволяющей за счет сторонних источников компенсировать снижение мощности из-за уменьшения волнения, либо, наконец, использовать аккумулирование энергии.
Список используемой литературы:
1.Вершинский Н. В. Энергия океана – М. Наука, 1986 – 144с.
2. Твайделл, Дж. Возобновляемые источники энергии / Дж. Твайделл, А. Уэйр: Пер. с англ. - М.: Энергоатомиздат, 1990. - 392с.: ил.
3. Коробков, В. А. Преобразование энергии океана / В. А. Коробков. - Л.: Судостроение, 1986. - 280 с.
4. Минин, В. А. Перспективы освоения нетрадиционных и возобновляемых источников энергии на Кольском полуострове / В. А. Минин, Г. С. Дмитриев. - Мурманск.: Bellona, 2007. - 92 c.
5. Шулейкин В. В. Физика моря – М. ОНТИ, 1938 – 314с.
6.https://pronedra.ru/alternative/2017/05/17/energiya-morskih-voln-i-techenij/