Wellenkraftwerk: Funktionsprinzip

2024 Autor: Howard Calhoun | [email protected]. Zuletzt bearbeitet: 2023-12-17 10:23

Das Wasser der Ozeane birgt unzählige Reichtümer, von denen die wichtigsten vielleicht unbegrenzte Energiequellen in Form von Meereswellen sind. Über die Nutzung der kinetischen Energie von an Land rollenden Wellen wurde erstmals im 18. Jahrhundert in Paris nachgedacht, wo das erste Patent für eine Wellenmühle vorgestellt wurde. Jetzt ist die Technologie weit fortgeschritten, und das erste kommerzielle Wellenkraftwerk wurde durch die gemeinsamen Bemühungen von Wissenschaftlern geschaffen, das 2008 in Betrieb genommen wurde.

Warum ist es vorteilhaft?

Es ist kein Geheimnis, dass die natürlichen Ressourcen kurz vor der Erschöpfung stehen. Die Vorräte an Kohle, Öl und Gas – den Hauptenergieträgern – gehen zu Ende. Nach den optimistischsten Prognosen der Wissenschaftler werden die Reserven für 150-300 Lebensjahre ausreichen. Auch die Atomkraft konnte die Erwartungen nicht erfüllen. Hohe Leistung und Produktivität zahlen sich zwar für Bau- und Betriebskosten aus, aber die Probleme der Abfallentsorgung und der Umweltbelastung werden sie bald zum Aufgeben zwingen. Aus diesen Gründen suchen Wissenschaftler nach neuen alternativen Energiequellen. Jetzt schonWind- und Solarkraftwerke in Betrieb. Bei all ihren Vorteilen haben sie jedoch einen erheblichen Nachteil - einen geringen Wirkungsgrad. Es wird nicht möglich sein, die Bedürfnisse der gesamten Bevölkerung zu befriedigen. Daher sind neue Lösungen erforderlich.

Zur Stromerzeugung nutzt ein Wellenkraftwerk die kinetische Energie von Wellen. Nach konservativsten Schätzungen wird dieses Potenzial auf 2 Millionen MW geschätzt, was vergleichbar ist mit 1000 voll ausgelasteten Kernkraftwerken, und etwa 75 kW / m3 pro Meter Wellenfront. Es gibt absolut keine schädlichen Auswirkungen auf die Umwelt.

Allgemeines Arbeitsschema

Wellenkraftwerke sind schwimmende Bauwerke, die in der Lage sind, die mechanische Energie der Wellenbewegung in elektrische Energie umzuwandeln und an den Verbraucher zu übertragen. Gleichzeitig versuchen sie, zwei Quellen zu verwenden:

1. Kinetische Reserven. Marinewellen gehen durch ein Rohr mit großem Durchmesser und drehen die Blätter, die Kraft auf einen elektrischen Generator übertragen. Auch das pneumatische Prinzip wird angewendet - Wasser dringt in eine spezielle Kammer ein und verdrängt dort Sauerstoff, der durch ein System von Kanälen umgeleitet wird und die Turbinenschaufeln in Rotation versetzt.
2. Rollende Energie. In diesem Fall fungiert das Wellenkraftwerk als Schwimmer. Es bewegt sich zusammen mit dem Profil der Welle im Raum und lässt die Turbine durch ein komplexes Hebelsystem rotieren.

Verschiedene Länder verwenden ihre eigene Technologie, um die mechanische Bewegung von Wellen in Elektrizität umzuwandeln, aber die allgemeinesie haben das gleiche Wirkungsschema.

Nachteile von Wellenkraftwerken

Das Haupthindernis für die weit verbreitete Einführung von Wellenkraftwerken sind ihre Kosten. Aufgrund der aufwendigen Konstruktion und aufwändigen Installation an der Meeresoberfläche sind die Kosten für die Inbetriebnahme solcher Anlagen höher als für den Bau eines Kernkraftwerks oder eines Wärmekraftwerks.

Darüber hinaus gibt es eine Reihe weiterer Mängel, die hauptsächlich mit dem Auftreten sozioökonomischer Probleme zusammenhängen. Die Sache ist, dass große Schwimmstationen eine Gefahr darstellen und die Navigation und das Fischen stören - ein Schwimmwellenkraftwerk kann eine Person einfach aus den Fischgebieten zwingen. Es gibt auch mögliche Umweltfolgen. Der Einsatz von Anlagen löscht Meereswellen erheblich, macht sie kleiner und verhindert, dass sie an Land brechen. Währenddessen spielen Wellen eine wichtige Rolle beim Gasaustausch im Ozean und reinigen seine Oberfläche. All dies kann zu einer Verschiebung des ökologischen Gleichgewichts führen.

Positive Aspekte von Wellenkraftwerken

Neben den Nachteilen hat ein Wellenkraftwerk auch eine Reihe von Vorteilen, die sich positiv auf menschliche Aktivitäten auswirken:

• Anlagen können aufgrund der Tatsache, dass sie Wellenenergie löschen, Küstenstrukturen (Pier, Häfen) vor Zerstörung durch die Gew alt des Ozeans schützen;
• Strom wird zu minimalen Kosten erzeugt;
• hohe Wellenleistung macht Windparks wirtschaftlicher als Wind- oder Solarkraftwerke.

Energiereserven besitzen auch Landgewässer, hauptsächlich Flüsse. Der Bau von Stationen auf Brücken, Kreuzungen, Pfeilern ist eine Perspektive für die Entwicklung dieses Bereichs der Stromerzeugung.

Zu lösende Probleme

Die Hauptaufgabe der wissenschaftlichen Gemeinschaft besteht nun darin, das Design zu verbessern, wodurch die Kosten für die von Wellenkraftwerken erzeugte Elektrizität gesenkt werden. Das Funktionsprinzip sollte gleich bleiben, aber neue Technologien und Materialien werden verwendet, um Installationen zu erstellen.

Die durchschnittliche Leistung der Welle beträgt 75-85 kW / m - das ist der Bereich, auf den die meisten Sender eingestellt sind. Während eines Sturms nimmt die Stärke der Meereswellen jedoch um ein Vielfaches zu und es besteht die Gefahr der Zerstörung von Anlagen. Schon mehr als eine Klinge war nach einem Sturm zerknittert oder verbogen. Um dieses Problem zu lösen, reduzieren Wissenschaftler die spezifische Leistung der Wellen künstlich. Eines der Probleme ist, dass die massive Nutzung von Wellenstationen zum Klimawandel führen wird. Die Erzeugung elektrischer Energie erfolgt durch die Rotation der Erde (so entstehen Wellen). Die weit verbreitete Nutzung von Stationen wird dazu führen, dass sich der Planet langsamer dreht. Eine Person wird den Unterschied nicht spüren, aber dies wird eine Reihe von Strömen zerstören, die eine wichtige Rolle beim Wärmeaustausch der Erde spielen.

Das weltweit erste experimentelle WPP

Das erste Wellenkraftwerk entstand 1985 in Norwegen. Seine Leistung betrug 500 kW, und sie selbstwar ein Prototyp. Sein Funktionsprinzip basiert auf zyklischer Komprimierung und Expansion des Mediums:

• ein Zylinder mit offenem Boden wird so in Wasser getaucht, dass sein Rand unter der Mulde der Welle liegt - ihrem tiefsten Punkt;
• periodisch fließendes Wasser komprimiert die Luft im inneren Hohlraum;
• ab einem bestimmten Druck öffnet sich ein Ventil, wodurch komprimierter Sauerstoff zur Turbine strömen kann.

Dieses Kraftwerk produzierte 500 kW Energie, was ausreichte, um die Wirksamkeit der Anlagen zu bestätigen, die zu ihrer Entwicklung beigetragen haben.

Das erste industrielle Kraftwerk der Welt

Die weltweit erste Installation im industriellen Maßstab ist Oceanlinx vor der Küste von Port Kemble, Australien. Es wurde 2005 in Betrieb genommen, dann aber zum Wiederaufbau geschickt und 2009 wieder in Betrieb genommen, weshalb in der Region heute sowohl Gezeiten- als auch Wellenkraftwerke zum Einsatz kommen. Das Funktionsprinzip ist wie folgt:

1. Wellen laufen periodisch in spezielle Kammern, wodurch die Luft komprimiert wird.
2. Wenn der kritische Druck erreicht ist, dreht Druckluft den elektrischen Generator durch ein Netzwerk von Kanälen.
3. Um die Bewegung und Kraft der Wellen einzufangen, ändern die Turbinenschaufeln ihren Neigungswinkel.

Die Kapazität der Anlage betrug etwa 450 kW, obwohl jeder Abschnitt der Station in der Lage ist, zwischen 100 kWh und 1,5 MWh elektrische Energie zu liefern.

Der erste kommerzielle Windpark der Welt

Das erste kommerzielle WellenkraftwerkErnennung 2008 in Agusador, Portugal. Außerdem ist es die erste Anlage weltweit, die direkt die mechanische Energie der Welle nutzt. Das Projekt wurde von der englischen Firma Pelamis Wave Power vorbereitet.

Die Struktur umfasst mehrere Abschnitte, die freigegeben werden und zusammen mit dem Wellenprofil ansteigen. Die Sektionen sind am Hydrauliksystem angelenkt und betätigen es während der Bewegung. Der hydraulische Mechanismus bewirkt, dass sich der Generatorrotor dreht, wodurch Strom erzeugt wird. In Portugal eingesetzte Wellenkraftwerke haben Vor- und Nachteile. Der Vorteil der Anlage ist ihre hohe Leistung - etwa 2,25 MW sowie die Möglichkeit, zusätzliche Abschnitte zu installieren. Es gibt nur einen Nachteil bei der Installation des Systems - es gibt Schwierigkeiten bei der Übertragung elektrischer Energie über Kabel zum Verbraucher.

Das erste Wellenkraftwerk in Russland

In Russland entstand 2014 der erste Windpark im Primorsky-Territorium. Die Entwicklung wurde von einem Team von Wissenschaftlern der Ural Federal University und des Pacific Oceanological Institute der Far Eastern Branch der Russian Academy of Sciences durchgeführt. Die Installation ist experimentell. Seine Besonderheit ist, dass es nicht nur die Energie der Wellen, sondern auch der Gezeiten nutzt.

In Moskau ist der Bau eines Forschungslabors geplant, das die erste inländische Schwimmstation entwickeln und bauen soll. Vielleicht haben Wellenkraftwerke in Russland danach auch einen industriellen oder kommerziellen Zweck.