Vlnová elektrárna: princip fungování

2024 Autor: Howard Calhoun | [email protected]. Naposledy změněno: 2023-12-17 10:22

Vody oceánů ukrývají nesčetná bohatství, z nichž to hlavní jsou snad neomezené zdroje energie v podobě mořských vln. Poprvé se o využití kinetické energie hřídelí valících se na břeh začalo uvažovat v 18. století v Paříži, kde byl předložen první patent na vlnový mlýn. Nyní technologie pokročila daleko vpřed a společným úsilím vědců byla vytvořena první komerční vlnová elektrárna, která začala fungovat v roce 2008.

Proč je to výhodné?

Není žádným tajemstvím, že přírodní zdroje jsou na pokraji vyčerpání. Zásoby uhlí, ropy a plynu – hlavních zdrojů energie – se chýlí ke konci. Podle nejoptimističtějších předpovědí vědců budou zásoby stačit na 150–300 let života. Ani jaderná energetika nesplnila očekávání. Vysoký výkon a produktivita splácí náklady na stavbu, provoz, ale problémy s likvidací odpadu a poškozováním životního prostředí je brzy donutí opustit. Z těchto důvodů vědci hledají nové alternativní zdroje energie. Už teďfungují větrné a solární elektrárny. Ale přes všechny své výhody mají významnou nevýhodu - nízkou účinnost. Nebude možné uspokojit potřeby celé populace. Proto jsou zapotřebí nová řešení.

K výrobě elektřiny využívá vlnová elektrárna kinetickou energii vln. Podle nejkonzervativnějších odhadů se tento potenciál odhaduje na 2 miliony MW, což je srovnatelné s 1000 jadernými elektrárnami pracujícími na plný výkon, a asi 75 kW/m3 na metr čela vlny. Neexistuje absolutně žádný škodlivý účinek na životní prostředí.

Obecné schéma práce

Vlnové elektrárny jsou plovoucí konstrukce, které jsou schopny přeměnit mechanickou energii pohybu vln na elektrickou energii a přenést ji ke spotřebiteli. Zároveň se snaží využít dva zdroje:

1. Kinetické rezervy. Námořní hřídele procházejí potrubím velkého průměru a otáčejí lopatky, které přenášejí sílu na elektrický generátor. Uplatňuje se také pneumatický princip - voda proniká do speciální komory, vytlačuje odtud kyslík, který je přesměrován systémem kanálů a roztáčí lopatky turbíny.
2. Rolující energie. Vlnová elektrárna v tomto případě funguje jako plovák. Pohybuje se v prostoru spolu s profilem vlny, díky čemuž se turbína otáčí pomocí složitého systému pák.

Různé země používají vlastní technologii k přeměně mechanického pohybu vln na elektřinu, ale obecněmají stejné schéma činnosti.

Nevýhody vlnových elektráren

Hlavní překážkou širokého zavádění vlnových elektráren je jejich cena. Vzhledem ke složité konstrukci a složité instalaci na hladině mořských vod jsou náklady na uvedení těchto zařízení do provozu vyšší než u výstavby jaderné elektrárny nebo tepelné elektrárny.

Kromě toho existuje řada dalších nedostatků, které jsou spojeny především se vznikem socioekonomických problémů. Jde o to, že velké plovákové stanice vytvářejí nebezpečí a narušují navigaci a rybolov - plováková elektrárna může člověka jednoduše vytlačit z rybolovných oblastí. Existují také možné důsledky pro životní prostředí. Použití instalací výrazně uhasí mořské vlny, zmenší je a zabrání jejich vylamování na břeh. Mezitím vlny hrají důležitou roli v procesu výměny plynů v oceánu a čistí jeho povrch. To vše může vést k posunu v ekologické rovnováze.

Pozitivní aspekty vlnových elektráren

Vlnová elektrárna má kromě nevýhod také řadu výhod, které mají pozitivní dopad na lidské aktivity:

• instalace díky skutečnosti, že uhasí energii vln, mohou chránit pobřežní stavby (mola, přístavy) před zničením silou oceánu;
• Elektřina se vyrábí s minimálními náklady;
• výkon z vysokých vln dělá větrné farmy ekonomicky životaschopnější než větrné nebo solární elektrárny.

Zásoby energie mají také pozemní vody, zejména řeky. Výstavba stanic na mostech, přejezdech, molech je perspektivou rozvoje této oblasti výroby elektřiny.

Problémy k vyřešení

Hlavním úkolem, kterému nyní vědecká komunita čelí, je zlepšit design, který sníží náklady na elektřinu vyráběnou elektrárnami na vlnách. Princip fungování by měl zůstat stejný, ale k vytvoření instalací budou použity nové technologie a materiály.

Průměrný výkon vlny je 75-85 kW/m – to je rozsah, na který je naladěna většina stanic. Během bouře se však síla mořských vln několikrát zvýší a hrozí nebezpečí zničení zařízení. Již více než jedna čepel byla po bouři zmačkaná nebo ohnutá. K vyřešení tohoto problému vědci uměle snižují specifickou sílu vln. Jedním z problémů je, že masivní využívání vlnových stanic povede ke změně klimatu. Generování elektrické energie se provádí rotací Země (takto se tvoří vlny). Rozšířené používání stanic způsobí, že se planeta bude otáčet pomaleji. Člověk nepocítí rozdíl, ale zničí to řadu proudů, které hrají důležitou roli ve výměně tepla na Zemi.

První experimentální WPP na světě

První vlnová elektrárna se objevila v roce 1985 v Norsku. Její výkon byl 500 kW a ona samabyl prototyp. Jeho princip fungování je založen na cyklické kompresi a expanzi média:

• válec s otevřeným dnem je ponořen do vody tak, že jeho okraj je pod prohlubní vlny - jejím nejnižším bodem;
• periodicky tekoucí voda stlačuje vzduch ve vnitřní dutině;
• při dosažení určitého tlaku se otevře ventil, který umožňuje průchod stlačeného kyslíku do turbíny.

Tato elektrárna vyrobila 500 kW energie, což stačilo k potvrzení účinnosti zařízení, která přispěla k jejich rozvoji.

První průmyslová elektrárna na světě

První instalací v průmyslovém měřítku na světě je pobřežní přístav Oceanlinx Port Kemble v Austrálii. Do provozu byla uvedena v roce 2005, ale poté byla odeslána k rekonstrukci a znovu začala fungovat v roce 2009, proto se nyní v regionu využívají jak přílivové, tak vlnové elektrárny. Jeho princip fungování je následující:

1. Vlny periodicky probíhají do speciálních komor a způsobují stlačování vzduchu.
2. Když je dosaženo kritického tlaku, stlačený vzduch roztáčí elektrický generátor sítí kanálů.
3. Aby zachytily pohyb a sílu vln, lopatky turbíny mění svůj úhel sklonu.

Kapacita instalace byla asi 450 kW, ačkoli každá sekce stanice je schopna dodat od 100 kWh do 1,5 MWh elektrické energie.

První komerční větrná farma na světě

První komerční vlnová elektrárnaJmenování získané v roce 2008 v Agusadoru v Portugalsku. Navíc je to první instalace na světě, která přímo využívá mechanickou energii vlny. Projekt připravila anglická společnost Pelamis Wave Power.

Struktura obsahuje několik sekcí, které se uvolňují a stoupají spolu s profilem vlny. Sekce jsou zavěšeny na hydraulickém systému a ovládají jej během pohybu. Hydraulický mechanismus způsobuje otáčení rotoru generátoru, díky čemuž vzniká elektřina. Vlnové elektrárny používané v Portugalsku mají své plusy i mínusy. Výhodou instalace je její vysoký výkon - cca 2,25 MW a také možnost instalace dalších sekcí. Instalace systému má pouze jednu nevýhodu – dochází k potížím s přenosem elektrické energie dráty ke spotřebiteli.

Elektrárna první vlny v Rusku

V Rusku se první větrná farma objevila v roce 2014 v Primorském území. Vývoj provedl tým vědců z Uralské federální univerzity a Pacifického oceánologického institutu pobočky Dálného východu Ruské akademie věd. Instalace je experimentální. Jeho zvláštností je, že využívá energii nejen vln, ale i přílivu a odlivu.

V Moskvě se plánuje vybudování výzkumné laboratoře, která vyvine a vytvoří první domácí plovoucí stanici. Možná, že poté budou mít elektrárny na vlnách v Rusku také průmyslové nebo komerční účely.