Mtambo wa kuzalisha umeme wa wimbi: kanuni ya kazi

2024 Mwandishi: Howard Calhoun | [email protected]. Mwisho uliobadilishwa: 2023-12-17 10:41

Maji ya bahari huficha utajiri usiohesabika, ambao kuu, labda, ni vyanzo visivyo na kikomo vya nishati kwa namna ya mawimbi ya bahari. Kwa mara ya kwanza, matumizi ya nishati ya kinetic ya shafts zinazozunguka pwani ilifikiriwa kuhusu karne ya 18 huko Paris, ambapo hati miliki ya kwanza ya kinu ya wimbi iliwasilishwa. Sasa teknolojia imepiga hatua mbele zaidi, na mtambo wa kwanza wa kuzalisha umeme wa wimbi la kibiashara uliundwa kwa juhudi za pamoja za wanasayansi, ambao ulianza kufanya kazi mwaka wa 2008.

Kwa nini ina manufaa?

Sio siri kuwa maliasili ziko kwenye hatihati ya kuisha. Akiba ya makaa ya mawe, mafuta na gesi - vyanzo vikuu vya nishati - inafikia mwisho. Kulingana na utabiri wa matumaini zaidi wa wanasayansi, hifadhi itakuwa ya kutosha kwa miaka 150-300 ya maisha. Nguvu ya nyuklia pia ilishindwa kutimiza matarajio. Nguvu kubwa na tija hulipa gharama za ujenzi, uendeshaji, lakini shida za utupaji taka na uharibifu wa mazingira hivi karibuni zitawalazimisha kuachwa. Kwa sababu hizi, wanasayansi wanatafuta vyanzo vipya vya nishati mbadala. Sasa tayarimitambo ya upepo na jua inafanya kazi. Lakini kwa faida zao zote, wana drawback kubwa - ufanisi mdogo. Haitawezekana kukidhi mahitaji ya watu wote. Kwa hivyo, suluhu mpya zinahitajika.

Ili kuzalisha umeme, mtambo wa kuzalisha umeme wa wimbi hutumia nishati ya kinetic ya mawimbi. Kulingana na makadirio ya kihafidhina, uwezo huu unakadiriwa kuwa MW milioni 2, ambayo ni sawa na mitambo ya nyuklia 1000 inayofanya kazi kwa uwezo kamili, na kuhusu 75 kW / m3 kwa mita ya mbele ya wimbi. Hakuna madhara kabisa kwa mazingira.

Mpango wa jumla wa kazi

Mitambo ya kuzalisha umeme ya mawimbi ni miundo inayoelea ambayo ina uwezo wa kubadilisha nishati ya mitambo ya mwendo wa mawimbi kuwa nishati ya umeme na kuisambaza kwa mtumiaji. Wakati huo huo, wanajaribu kutumia vyanzo viwili:

1. Hifadhi za Kinetic. Shafts ya baharini hupitia bomba kubwa la kipenyo na kuzunguka vile, ambayo hupeleka nguvu kwa jenereta ya umeme. Kanuni ya nyumatiki pia inatumika - maji, yakipenya ndani ya chumba maalum, huondoa oksijeni kutoka hapo, ambayo inaelekezwa kupitia mfumo wa njia na kuzungusha vile vya turbine.
2. Nishati ya kusonga mbele. Katika kesi hii, mmea wa nguvu wa wimbi hufanya kama kuelea. Kusonga angani pamoja na wasifu wa wimbi, hufanya turbine kuzunguka kupitia mfumo changamano wa viingilio.

Nchi tofauti hutumia teknolojia yao wenyewe kubadilisha mwendo wa kimitambo wa mawimbi kuwa umeme, lakini kwa ujumlawana mpango sawa wa utekelezaji.

Hasara za mitambo ya mawimbi

Kikwazo kikuu kwa uanzishwaji mkubwa wa mitambo ya kuzalisha nishati ya mawimbi ni gharama yake. Kwa sababu ya muundo tata na uwekaji changamano kwenye uso wa maji ya bahari, gharama za kuweka mitambo hiyo katika uendeshaji ni kubwa kuliko ujenzi wa mtambo wa nyuklia au kituo cha nguvu za mafuta.

Aidha, kuna kasoro nyingine kadhaa, ambazo huhusishwa zaidi na kuibuka kwa matatizo ya kijamii na kiuchumi. Jambo ni kwamba vituo vikubwa vya kuelea vinaunda hatari na kuingilia kati na urambazaji na uvuvi - mmea wa nguvu wa wimbi la kuelea unaweza tu kulazimisha mtu kutoka kwa maeneo ya uvuvi. Kuna pia athari za mazingira zinazowezekana. Utumiaji wa mitambo huzima kwa kiasi kikubwa mawimbi ya bahari, huwafanya kuwa madogo na kuwazuia kukatika ufukweni. Wakati huo huo, mawimbi yana jukumu muhimu katika mchakato wa kubadilishana gesi katika bahari, kusafisha uso wake. Haya yote yanaweza kusababisha mabadiliko katika usawa wa ikolojia.

Nyenzo chanya za mitambo ya kuzalisha umeme ya wimbi

Pamoja na hasara, mtambo wa kuzalisha umeme wa wimbi pia una faida kadhaa ambazo zina athari chanya kwa shughuli za binadamu:

• usakinishaji, kutokana na ukweli kwamba huzima nishati ya mawimbi, unaweza kulinda miundo ya pwani (gati, bandari) kutokana na kuharibiwa na nguvu ya bahari;
• Umeme unazalishwa kwa gharama ndogo;
• nguvu ya mawimbi ya juu hufanya mashamba ya upepo kuwa na faida zaidi kiuchumi kuliko mitambo ya upepo au nishati ya jua.

Hifadhi ya nishati pia inamilikiwa na maji ya nchi kavu, hasa mito. Ujenzi wa vituo kwenye madaraja, vivuko, nguzo ni matarajio ya maendeleo ya eneo hili la uzalishaji wa umeme.

Matatizo ya kutatuliwa

Kazi kuu inayokabili jumuiya ya wanasayansi sasa ni kuboresha muundo, ambao utapunguza gharama ya umeme unaozalishwa na mitambo ya mawimbi. Kanuni ya utendakazi inapaswa kubaki sawa, lakini teknolojia mpya na nyenzo zitatumika kuunda usakinishaji.

Nguvu ya wastani ya wimbi ni 75-85 kW / m - hii ndiyo safu ambayo vituo vingi huelekezwa. Hata hivyo, wakati wa dhoruba, nguvu za mawimbi ya bahari huongezeka mara kadhaa na kuna hatari ya uharibifu wa mitambo. Tayari zaidi ya blade moja ilikuwa imekunjamana au kuinama baada ya dhoruba. Ili kutatua tatizo hili, wanasayansi hupunguza bandia nguvu maalum ya mawimbi. Moja ya matatizo ni kwamba matumizi makubwa ya vituo vya mawimbi yatasababisha mabadiliko ya hali ya hewa. Uzalishaji wa nishati ya umeme unafanywa kwa sababu ya mzunguko wa Dunia (hii ndio jinsi mawimbi yanaundwa). Matumizi mengi ya vituo yatasababisha sayari kuzunguka polepole zaidi. Mtu hatahisi tofauti, lakini hii itaharibu idadi ya mikondo ambayo ina jukumu muhimu katika kubadilishana joto duniani.

WPP ya kwanza ya majaribio duniani

Kinu cha kwanza cha kuzalisha umeme kwa mawimbi kilionekana mwaka wa 1985 nchini Norwe. Nguvu yake ilikuwa 500 kW, na yeye mwenyeweilikuwa mfano. Kanuni yake ya uendeshaji inategemea mbano wa mzunguko na upanuzi wa kati:

• silinda iliyo wazi chini huzamishwa ndani ya maji ili ukingo wake uwe chini ya shimo la wimbi - sehemu yake ya chini kabisa;
• mara kwa mara maji yanayotiririka hubana hewa kwenye sehemu ya ndani;
• shinikizo fulani linapofikiwa, vali hufunguka, ambayo huruhusu oksijeni iliyobanwa kupita kwenye turbine.

Mtambo huu wa kuzalisha umeme ulizalisha kW 500 za nishati, ambayo ilitosha kuthibitisha ufanisi wa mitambo hiyo, ambayo ilichangia maendeleo yao.

Kiwanda cha kwanza cha kuzalisha umeme kiviwanda duniani

Usakinishaji wa kwanza duniani kwa kiwango cha kiviwanda ni Oceanlinx offshore Port Kemble, Australia. Ilianza kutumika mwaka wa 2005, lakini ikatumwa kwa ajili ya kujengwa upya na ilianza kufanya kazi tena mwaka 2009, ndiyo maana mitambo ya umeme wa mawimbi na mawimbi sasa inatumika katika eneo hilo. Kanuni ya uendeshaji wake ni kama ifuatavyo:

1. Mawimbi mara kwa mara huingia kwenye chemba maalum, na kusababisha hewa kubana.
2. Shinikizo muhimu linapofikiwa, hewa iliyobanwa huzungusha jenereta ya umeme kupitia mtandao wa chaneli.
3. Ili kunasa mwendo na nguvu ya mawimbi, blade za turbine hubadilisha angle yao ya mwelekeo.

Uwezo wa usakinishaji ulikuwa takriban kW 450, ingawa kila sehemu ya kituo ina uwezo wa kutoa kutoka kWh 100 hadi MWh 1.5 za nishati ya umeme.

Kiwanda cha kwanza duniani cha upepo wa kibiashara

Mtambo wa kwanza wa kibiashara wa mawimbi ya umemeUteuzi ulipatikana mnamo 2008 huko Agusador, Ureno. Aidha, ni ufungaji wa kwanza duniani ambao hutumia moja kwa moja nishati ya mitambo ya wimbi. Mradi huo ulitayarishwa na kampuni ya Kiingereza ya Pelamis Wave Power.

Muundo unajumuisha sehemu kadhaa zinazotolewa na kuinuka pamoja na wasifu wa wimbi. Sehemu hizo zimefungwa kwenye mfumo wa majimaji na kuifungua wakati wa harakati. Utaratibu wa majimaji husababisha rotor ya jenereta kuzunguka, kutokana na ambayo umeme huzalishwa. Mitambo ya mawimbi inayotumika nchini Ureno ina faida na hasara. Faida ya ufungaji ni nguvu zake za juu - kuhusu 2.25 MW, pamoja na uwezekano wa kufunga sehemu za ziada. Kuna tatizo moja tu la kusakinisha mfumo - kuna matatizo katika upitishaji wa nishati ya umeme kupitia nyaya hadi kwa mtumiaji.

Kiwanda cha kwanza cha kuzalisha umeme kwa wimbi nchini Urusi

Nchini Urusi, shamba la kwanza la upepo lilionekana mnamo 2014 katika Primorsky Territory. Maendeleo hayo yalifanywa na timu ya wanasayansi kutoka Chuo Kikuu cha Shirikisho la Ural na Taasisi ya Bahari ya Pasifiki ya Tawi la Mashariki ya Mbali la Chuo cha Sayansi cha Urusi. Ufungaji ni wa majaribio. Upekee wake ni kwamba hutumia nishati ya sio mawimbi tu, bali pia mawimbi.

Huko Moscow, imepangwa kujenga maabara ya utafiti ambayo itatengeneza na kuunda kituo cha kwanza cha kuelea ndani. Pengine, baada ya hapo, mitambo ya kuzalisha umeme ya wimbi nchini Urusi pia itakuwa na madhumuni ya viwanda au kibiashara.