Ալիքի էլեկտրակայան. աշխատանքի սկզբունքը

2024 Հեղինակ: Howard Calhoun | [email protected]. Վերջին փոփոխված: 2023-12-17 10:30

Օվկիանոսների ջրերը թաքցնում են անթիվ հարստություններ, որոնցից գլխավորը, թերեւս, էներգիայի անսահմանափակ աղբյուրներն են՝ ծովային ալիքների տեսքով։ Առաջին անգամ ափ գլորվող լիսեռների կինետիկ էներգիայի օգտագործման մասին մտածել են 18-րդ դարում Փարիզում, որտեղ ներկայացվել է ալիքային ջրաղացի առաջին արտոնագիրը։ Այժմ տեխնոլոգիաները շատ առաջ են գնացել, և գիտնականների համատեղ ջանքերով ստեղծվել է առաջին կոմերցիոն ալիքային էլեկտրակայանը, որը սկսել է գործել 2008 թվականին։

Ինչու է դա ձեռնտու?

Գաղտնիք չէ, որ բնական պաշարները սպառման եզրին են։ Ածխի, նավթի և գազի պաշարները՝ էներգիայի հիմնական աղբյուրները, մոտենում են ավարտին։ Գիտնականների ամենալավատեսական կանխատեսումների համաձայն՝ պաշարները կբավականացնեն 150-300 տարվա կյանքի համար։ Միջուկային էներգիան նույնպես չկարողացավ արդարացնել սպասելիքները: Բարձր հզորությունը և արտադրողականությունը վճարում են շինարարության, շահագործման ծախսերը, սակայն թափոնների հեռացման և շրջակա միջավայրի վնասման խնդիրները շուտով կստիպեն դրանք լքել: Այս պատճառներով գիտնականները էներգիայի նոր այլընտրանքային աղբյուրներ են փնտրում։ Հիմա արդենգործում են հողմային և արևային էլեկտրակայաններ։ Բայց չնայած բոլոր առավելություններին, նրանք ունեն մի զգալի թերություն՝ ցածր արդյունավետություն: Հնարավոր չի լինի բավարարել ողջ բնակչության կարիքները։ Ուստի նոր լուծումներ են անհրաժեշտ։

Էլեկտրականություն արտադրելու համար ալիքային էլեկտրակայանը օգտագործում է ալիքների կինետիկ էներգիան: Ըստ ամենապահպանողական գնահատականների՝ այդ ներուժը գնահատվում է 2 մլն ՄՎտ, ինչը համեմատելի է ամբողջ հզորությամբ գործող 1000 ատոմակայանների հետ, և մոտ 75 կՎտ/մ3 ալիքի ճակատի մեկ մետրի համար։ Շրջակա միջավայրի վրա բացարձակապես ոչ մի վնասակար ազդեցություն չկա։

Աշխատանքի ընդհանուր սխեման

Ալիքային էլեկտրակայանները լողացող կառույցներ են, որոնք ունակ են ալիքի շարժման մեխանիկական էներգիան էլեկտրական էներգիայի վերածելու և սպառողին փոխանցելու։ Միևնույն ժամանակ նրանք փորձում են օգտագործել երկու աղբյուր՝

1. Կինետիկ պաշարներ. Ծովային լիսեռները անցնում են մեծ տրամագծով խողովակով և պտտում սայրերը, որոնք ուժ են փոխանցում էլեկտրական գեներատորին: Կիրառվում է նաև օդաճնշական սկզբունքը՝ ջուրը, ներթափանցելով հատուկ խցիկ, այնտեղից տեղահանում է թթվածինը, որը վերահղվում է ալիքների համակարգով և պտտում տուրբինի շեղբերները։
2. Գլորվող էներգիա. Այս դեպքում ալիքային էլեկտրակայանը հանդես է գալիս որպես լողացող: Տիեզերքում շարժվելով ալիքի պրոֆիլին զուգահեռ՝ այն ստիպում է տուրբինին պտտվել լծակների բարդ համակարգի միջով:

Տարբեր երկրներ օգտագործում են իրենց սեփական տեխնոլոգիան՝ ալիքների մեխանիկական շարժումը էլեկտրականության վերածելու համար, սակայն ընդհանուր.նրանք ունեն նույն գործողության սխեման։

Ալիքային էլեկտրակայանների թերությունները

Ալիքային էլեկտրակայանների համատարած ներդրման հիմնական խոչընդոտը դրանց ինքնարժեքն է։ Ծովային ջրերի մակերևույթի վրա բարդ նախագծման և բարդ տեղադրման պատճառով նման կայանքների շահագործման ծախսերն ավելի բարձր են, քան ատոմակայանի կամ ջերմաէլեկտրակայանի կառուցման համար։

Բացի այդ, կան մի շարք այլ թերություններ, որոնք հիմնականում կապված են սոցիալ-տնտեսական խնդիրների առաջացման հետ։ Բանն այն է, որ մեծ լողացող կայանները վտանգ են ստեղծում և խանգարում նավարկությանը և ձկնորսությանը. լողացող ալիքային էլեկտրակայանը պարզապես կարող է մարդուն ստիպել դուրս գալ ձկնորսական տարածքներից: Հնարավոր են նաև բնապահպանական հետևանքներ։ Ինստալացիաների օգտագործումը զգալիորեն մարում է ծովի ալիքները, փոքրացնում դրանք և թույլ չի տալիս ափ դուրս գալ: Մինչդեռ ալիքները կարևոր դեր են խաղում օվկիանոսում գազի փոխանակման գործընթացում՝ մաքրելով դրա մակերեսը։ Այս ամենը կարող է հանգեցնել էկոլոգիական հավասարակշռության փոփոխության։

Ալիքային էլեկտրակայանների դրական կողմերը

Թերությունների հետ մեկտեղ ալիքային էլեկտրակայանն ունի նաև մի շարք առավելություններ, որոնք դրականորեն են ազդում մարդու գործունեության վրա.

• տեղակայումները, շնորհիվ այն բանի, որ դրանք մարում են ալիքային էներգիան, կարող են պաշտպանել ափամերձ կառույցները (պիրեր, նավահանգիստներ) օվկիանոսի ուժի ոչնչացումից;
• Էլեկտրաէներգիան արտադրվում է նվազագույն ծախսերով;
• բարձր ալիքային հզորությունը հողմակայանները տնտեսապես ավելի կենսունակ է դարձնում, քան հողմային կամ արևային էլեկտրակայանները:

Էներգիայի պաշարներ ունեն նաև ցամաքային ջրերը, հիմնականում՝ գետերը։ Կամուրջների, անցումների, նավամատույցների վրա կայանների կառուցումը էլեկտրաէներգիայի արտադրության այս տարածքի զարգացման հեռանկարն է։

Խնդիրներ, որոնք պետք է լուծվեն

Գլխավոր խնդիրն այժմ գիտական հանրության առաջ դիզայնի կատարելագործումն է, որը կնվազեցնի ալիքային էլեկտրակայանների կողմից արտադրվող էլեկտրաէներգիայի արժեքը։ Գործողության սկզբունքը պետք է նույնը մնա, սակայն ինստալացիաներ ստեղծելու համար կօգտագործվեն նոր տեխնոլոգիաներ և նյութեր։

Ալիքի միջին հզորությունը 75-85 կՎտ/մ է. սա այն միջակայքն է, որին հարմարեցված են շատ կայաններ: Սակայն փոթորկի ժամանակ ծովի ալիքների ուժգնությունը մի քանի անգամ ավելանում է, և կայանքների ոչնչացման վտանգ կա։ Արդեն մեկից ավելի սայր փոթորիկից հետո ճմրթվել կամ թեքվել է: Այս խնդիրը լուծելու համար գիտնականները արհեստականորեն նվազեցնում են ալիքների հատուկ հզորությունը։ Խնդիրներից մեկն այն է, որ ալիքային կայանների զանգվածային օգտագործումը կհանգեցնի կլիմայի փոփոխության։ Էլեկտրական էներգիայի արտադրությունն իրականացվում է Երկրի պտույտի շնորհիվ (այսպես են առաջանում ալիքները)։ Կայանների լայն կիրառումը կհանգեցնի մոլորակի ավելի դանդաղ պտույտի: Մարդը տարբերությունը չի զգա, բայց դա կկործանի մի շարք հոսանքներ, որոնք կարևոր դեր են խաղում Երկրի ջերմափոխանակության մեջ։

Աշխարհի առաջին փորձնական WPP

Առաջին ալիքային էլեկտրակայանը հայտնվել է 1985 թվականին Նորվեգիայում։ Նրա հզորությունը 500 կՎտ էր, իսկ ինքընախատիպ էր։ Դրա գործողության սկզբունքը հիմնված է միջավայրի ցիկլային սեղմման և ընդլայնման վրա՝

• բաց հատակով գլան ընկղմվում է ջրի մեջ այնպես, որ դրա եզրը գտնվում է ալիքի խոռոչից ցածր՝ դրա ամենացածր կետը;
• պարբերաբար հոսող ջուրը սեղմում է օդը ներքին խոռոչում;
• երբ հասնում է որոշակի ճնշման, բացվում է փականը, որը թույլ է տալիս սեղմված թթվածնին անցնել տուրբին:

Այս էլեկտրակայանը արտադրել է 500 կՎտ էներգիա, ինչը բավական է հաստատելու կայանքների արդյունավետությունը, ինչը նպաստել է դրանց զարգացմանը։

Աշխարհի առաջին արդյունաբերական էլեկտրակայանը

Աշխարհի առաջին արդյունաբերական մասշտաբի տեղադրումը Oceanlinx օֆշորային Պորտ Քեմբլ է, Ավստրալիա: Այն շահագործման է հանձնվել 2005 թվականին, սակայն այնուհետև ուղարկվել է վերակառուցման և նորից սկսել է աշխատել 2009 թվականին, ինչի պատճառով տարածաշրջանում այժմ օգտագործվում են ինչպես մակընթացային, այնպես էլ ալիքային էլեկտրակայանները։ Դրա գործողության սկզբունքը հետևյալն է.

1. Ալիքները պարբերաբար հոսում են հատուկ խցիկների մեջ, ինչը հանգեցնում է օդի սեղմման:
2. Երբ հասնում է կրիտիկական ճնշմանը, սեղմված օդը պտտում է էլեկտրական գեներատորը ալիքների ցանցի միջոցով:
3. Ալիքների շարժումն ու ուժը ֆիքսելու համար տուրբինի շեղբերները փոխում են իրենց թեքության անկյունը։

Տեղակայման հզորությունը մոտ 450 կՎտ էր, թեև կայանի յուրաքանչյուր հատված կարող է մատակարարել 100 կՎտժ-ից մինչև 1,5 ՄՎտժ էլեկտրաէներգիա։

Աշխարհի առաջին առևտրային հողմակայանը

Առաջին կոմերցիոն ալիքային էլեկտրակայանըՆշանակումը վաստակել է 2008 թվականին Պորտուգալիայի Ագուսադոր քաղաքում: Ավելին, դա աշխարհում առաջին տեղակայումն է, որն ուղղակիորեն օգտագործում է ալիքի մեխանիկական էներգիան։ Նախագիծը պատրաստել է անգլիական Pelamis Wave Power ընկերությունը։

Կառուցվածքը ներառում է մի քանի հատվածներ, որոնք ազատվում են և բարձրանում ալիքի պրոֆիլի հետ մեկտեղ: Բաժինները կախված են հիդրավլիկ համակարգին և շարժման ընթացքում այն ակտիվացնում են: Հիդրավլիկ մեխանիզմը առաջացնում է գեներատորի ռոտորի պտույտ, ինչի շնորհիվ առաջանում է էլեկտրաէներգիա։ Պորտուգալիայում օգտագործվող ալիքային էլեկտրակայաններն ունեն դրական և բացասական կողմեր: Տեղադրման առավելությունը նրա բարձր հզորությունն է՝ մոտ 2,25 ՄՎտ, ինչպես նաև լրացուցիչ հատվածների տեղադրման հնարավորությունը։ Համակարգի տեղադրման միայն մեկ թերություն կա՝ դժվարություններ կան էլեկտրական էներգիայի լարերի միջոցով սպառողին փոխանցելու հետ կապված։

Առաջին ալիքային էլեկտրակայանը Ռուսաստանում

Ռուսաստանում առաջին հողմակայանը հայտնվել է 2014 թվականին Պրիմորսկի երկրամասում։ Մշակումն իրականացրել է Ուրալի դաշնային համալսարանի և Ռուսաստանի գիտությունների ակադեմիայի Հեռավորարևելյան մասնաճյուղի Խաղաղ օվկիանոսի օվկիանոսաբանական ինստիտուտի գիտնականների խումբը: Տեղադրումը փորձնական է։ Դրա առանձնահատկությունն այն է, որ օգտագործում է ոչ միայն ալիքների, այլև մակընթացությունների էներգիան։

Մոսկվայում նախատեսվում է կառուցել գիտահետազոտական լաբորատորիա, որը կմշակի և կստեղծի առաջին կենցաղային լողացող կայանը։ Միգուցե դրանից հետո Ռուսաստանում ալիքային էլեկտրակայանները կունենան նաև արդյունաբերական կամ կոմերցիոն նշանակություն։