Laineelektrijaam: tööpõhimõte

2024 Autor: Howard Calhoun | [email protected]. Viimati modifitseeritud: 2023-12-17 10:25

Ookeanide veed peidavad endas lugematuid rikkusi, millest peamised on ehk piiramatud energiaallikad merelainete näol. Esimest korda mõeldi kaldale veerevate šahtide kineetilise energia kasutamisele 18. sajandil Pariisis, kus esitati esimene laineveski patent. Nüüd on tehnoloogia kaugele edasi astunud ja teadlaste ühiste jõupingutustega loodi esimene kommertslaineelektrijaam, mis hakkas tööle 2008. aastal.

Miks see kasulik on?

Pole saladus, et loodusvarad on ammendumas. Söe, nafta ja gaasi – peamiste energiaallikate – varud on lõppemas. Teadlaste kõige optimistlikumate prognooside järgi jätkub varudest 150-300 eluaastaks. Ka tuumaenergia ei vastanud ootustele. Suur võimsus ja tootlikkus tasuvad ära ehitus-, ekspluatatsioonikulud, kuid jäätmete kõrvaldamise ja keskkonnakahjude probleemid sunnivad neist peagi loobuma. Nendel põhjustel otsivad teadlased uusi alternatiivseid energiaallikaid. Nüüd jubatöötavad tuule- ja päikeseelektrijaamad. Kuid kõigi nende eeliste juures on neil märkimisväärne puudus - madal efektiivsus. Kogu elanikkonna vajadusi ei ole võimalik rahuldada. Seetõttu on vaja uusi lahendusi.

Elektri tootmiseks kasutab laineelektrijaam lainete kineetilist energiat. Kõige konservatiivsemate hinnangute kohaselt on see potentsiaal hinnanguliselt 2 miljonit MW, mis on võrreldav 1000 täisvõimsusel töötava tuumaelektrijaamaga, ja umbes 75 kW / m3 lainefrondi meetri kohta. Sellel puudub igasugune kahjulik mõju keskkonnale.

Üldine tööskeem

Laineelektrijaamad on ujuvkonstruktsioonid, mis on võimelised muundama laine liikumise mehaanilist energiat elektrienergiaks ja edastama selle tarbijale. Samal ajal püüavad nad kasutada kahte allikat:

1. Kineetilised varud. Merevõllid läbivad suure läbimõõduga toru ja pööravad labasid, mis edastavad jõu elektrigeneraatorile. Rakendatakse ka pneumaatilist põhimõtet – spetsiaalsesse kambrisse tungiv vesi tõrjub se alt välja hapniku, mis suunatakse ümber kanalite süsteemi ja pöörab turbiini labasid.
2. Veerev energia. Sel juhul toimib lainejõujaam ujukina. Liikudes ruumis koos laine profiiliga, paneb see turbiini pöörlema läbi keeruka hoobade süsteemi.

Erinevad riigid kasutavad lainete mehaanilise liikumise elektriks muutmiseks oma tehnoloogiat, kuid üldiseltneil on sama tegevusskeem.

Laineelektrijaamade puudused

Laineelektrijaamade laialdase kasutuselevõtu peamine takistus on nende maksumus. Tänu keerukale projekteerimisele ja keerukale paigaldamisele merevee pinnale on selliste käitiste kasutuselevõtu kulud suuremad kui tuuma- või soojuselektrijaama ehitamisel.

Lisaks on mitmeid muid puudujääke, mis on peamiselt seotud sotsiaal-majanduslike probleemide esilekerkimisega. Asi on selles, et suured ujuvjaamad tekitavad ohtu ja segavad navigeerimist ja kalapüüki - ujuvlainejõujaam võib inimese lihts alt püügialadelt välja sundida. Võimalikud on ka keskkonnamõjud. Installatsioonide kasutamine kustutab oluliselt merelaineid, muudab need väiksemaks ja takistab kaldale murdmist. Samal ajal mängivad lained ookeani gaasivahetuse protsessis olulist rolli, puhastades selle pinda. Kõik see võib viia ökoloogilise tasakaalu muutumiseni.

Laineelektrijaamade positiivsed küljed

Lisaks puudustele on laineelektrijaamal ka mitmeid eeliseid, millel on positiivne mõju inimtegevusele:

• paigaldised, kuna need kustutavad laineenergiat, võivad kaitsta rannikukonstruktsioone (muid, sadamad) ookeani jõu mõjul hävitamise eest;
• Elekter toodetakse minimaalse kuluga;
• kõrglaineenergia muudab tuulepargid majanduslikult elujõulisemaks kui tuule- või päikeseelektrijaamad.

Energiavarusid valdavad ka maismaaveed, peamiselt jõed. Jaamade ehitamine sildadele, ristmikele, muulidele on selle elektritootmisvaldkonna arengu väljavaade.

Lahendamist vajavad probleemid

Peamine teadusringkondade ees seisev ülesanne on praegu disaini täiustamine, mis vähendab laineelektrijaamade toodetud elektrikulusid. Toimimispõhimõte peaks jääma samaks, kuid installatsioonide loomisel kasutatakse uusi tehnoloogiaid ja materjale.

Laine keskmine võimsus on 75–85 kW/m – see on vahemik, millele enamik jaamu on häälestatud. Küll aga suureneb tormi ajal merelainete tugevus mitu korda ja tekib käitiste hävimise oht. Juba rohkem kui üks tera oli pärast tormi kortsus või painutatud. Selle probleemi lahendamiseks vähendavad teadlased kunstlikult lainete erivõimsust. Üks probleeme on see, et lainejaamade massiline kasutamine toob kaasa kliimamuutuse. Elektrienergia genereerimine toimub tänu Maa pöörlemisele (nii tekivad lained). Jaamade laialdane kasutamine paneb planeedi aeglasem alt pöörlema. Inimene ei tunne erinevust, kuid see hävitab mitmed voolud, mis mängivad Maa soojusvahetuses olulist rolli.

Maailma esimene eksperimentaalne WPP

Esimene laineelektrijaam ilmus 1985. aastal Norras. Selle võimsus oli 500 kW ja ta iseoli prototüüp. Selle tööpõhimõte põhineb kandja tsüklilisel tihendamisel ja laiendamisel:

• avatud põhjaga silinder kastetakse vette nii, et selle serv on allpool laineõõnsust – selle madalaimat punkti;
• perioodiliselt voolav vesi surub õhu siseõõnes kokku;
• teatud rõhu saavutamisel avaneb klapp, mis laseb suruhapnikku turbiini juurde.

See elektrijaam tootis 500 kW energiat, millest piisas, et kinnitada paigaldiste tõhusust, mis aitas kaasa nende arendamisele.

Maailma esimene tööstuslik elektrijaam

Maailma esimene tööstusliku mastaabiga installatsioon on Oceanlinxi avamere Port Kemble, Austraalia. See võeti kasutusele 2005. aastal, kuid suunati seejärel rekonstrueerimisele ja alustas uuesti tööd 2009. aastal, mistõttu on piirkonnas praegu kasutusel nii loodete kui lainejõujaamad. Selle tööpõhimõte on järgmine:

1. Lained jooksevad perioodiliselt spetsiaalsetesse kambritesse, põhjustades õhu kokkusurumise.
2. Kui kriitiline rõhk on saavutatud, pöörab suruõhk elektrigeneraatorit kanalite võrgu kaudu.
3. Lainete liikumise ja jõu jäädvustamiseks muudavad turbiini labad oma kaldenurka.

Käitise võimsus oli umbes 450 kW, kuigi jaama iga sektsioon suudab tarnida 100 kWh kuni 1,5 MWh elektrienergiat.

Maailma esimene kommertstuulepark

Esimene kommertslaineelektrijaamAmetisse määrati 2008. aastal Portugalis Agusadoris. Pealegi on see esimene installatsioon maailmas, mis kasutab otseselt laine mehaanilist energiat. Projekti koostas Inglise firma Pelamis Wave Power.

Struktuur sisaldab mitmeid sektsioone, mis vabastatakse ja tõusevad koos laineprofiiliga. Sektsioonid on liigendiga ühendatud hüdrosüsteemiga ja käitavad seda liikumise ajal. Hüdrauliline mehhanism paneb generaatori rootori pöörlema, mille tõttu tekib elekter. Portugalis kasutatavatel laineelektrijaamadel on plusse ja miinuseid. Paigalduse eeliseks on selle suur võimsus - umbes 2,25 MW, samuti lisasektsioonide paigaldamise võimalus. Süsteemi paigaldamisel on ainult üks puudus – raskusi on elektrienergia edastamisega juhtmete kaudu tarbijale.

Venemaa esimene laineelektrijaam

Venemaal tekkis esimene tuulepark 2014. aastal Primorski territooriumil. Arendustöö viis läbi Uurali föderaalülikooli ja Venemaa Teaduste Akadeemia Kaug-Ida haru Vaikse ookeani okeanoloogia instituudi teadlaste meeskond. Installimine on eksperimentaalne. Selle eripära on see, et see ei kasuta mitte ainult lainete, vaid ka loodete energiat.

Moskvas on kavas ehitada uurimislabor, mis arendab ja loob esimese kodumaise ujuvjaama. Võib-olla on pärast seda Venemaa laineelektrijaamadel ka tööstuslik või kaubanduslik eesmärk.