โรงไฟฟ้าคลื่น : หลักการทำงาน

2024 ผู้เขียน: Howard Calhoun | [email protected]. แก้ไขล่าสุด: 2023-12-17 10:42

น่านน้ำในมหาสมุทรซ่อนความมั่งคั่งไว้นับไม่ถ้วน ซึ่งส่วนใหญ่อาจเป็นแหล่งพลังงานที่ไร้ขีดจำกัดในรูปของคลื่นทะเล เป็นครั้งแรกที่มีการใช้พลังงานจลน์ของเพลาที่กลิ้งขึ้นฝั่งในศตวรรษที่ 18 ในกรุงปารีสซึ่งมีการนำเสนอสิทธิบัตรครั้งแรกสำหรับโรงสีคลื่น ตอนนี้เทคโนโลยีได้ก้าวไปไกลแล้ว และโรงไฟฟ้าคลื่นเชิงพาณิชย์แห่งแรกถูกสร้างขึ้นโดยความพยายามร่วมกันของนักวิทยาศาสตร์ ซึ่งเริ่มดำเนินการในปี 2008

ทำไมถึงได้ประโยชน์

ไม่มีความลับที่ทรัพยากรธรรมชาติใกล้จะหมดลง ปริมาณสำรองถ่านหิน น้ำมัน และก๊าซ ซึ่งเป็นแหล่งพลังงานหลักกำลังจะสิ้นสุดลง ตามการคาดการณ์ในแง่ดีที่สุดของนักวิทยาศาสตร์ ปริมาณสำรองจะเพียงพอสำหรับชีวิต 150-300 ปี พลังงานนิวเคลียร์ยังล้มเหลวในการปฏิบัติตามความคาดหวัง พลังงานและผลผลิตที่สูงช่วยชำระค่าใช้จ่ายในการก่อสร้าง การดำเนินงาน แต่ปัญหาของการกำจัดของเสียและความเสียหายต่อสิ่งแวดล้อมจะส่งผลให้ต้องละทิ้งไปในไม่ช้า ด้วยเหตุผลเหล่านี้ นักวิทยาศาสตร์จึงมองหาแหล่งพลังงานทางเลือกใหม่ ตอนนี้แล้วโรงไฟฟ้าพลังงานลมและพลังงานแสงอาทิตย์ทำงาน แต่สำหรับข้อดีทั้งหมด พวกเขามีข้อเสียเปรียบอย่างมาก - ประสิทธิภาพต่ำ จะไม่สามารถสนองความต้องการของประชากรทั้งหมดได้ ดังนั้นจึงจำเป็นต้องมีวิธีแก้ปัญหาใหม่

เพื่อผลิตไฟฟ้า โรงไฟฟ้าพลังคลื่นใช้พลังงานจลน์ของคลื่น ตามการประมาณการที่อนุรักษ์นิยมที่สุด ศักยภาพนี้อยู่ที่ประมาณ 2 ล้านเมกะวัตต์ ซึ่งเทียบได้กับโรงไฟฟ้านิวเคลียร์ 1,000 แห่งที่ทำงานเต็มประสิทธิภาพ และประมาณ 75 กิโลวัตต์ต่อลูกบาศก์เมตรต่อเมตรของหน้าคลื่น ไม่มีผลที่เป็นอันตรายต่อสิ่งแวดล้อมอย่างแน่นอน

รูปแบบงานทั่วไป

โรงไฟฟ้าคลื่นเป็นโครงสร้างลอยตัวที่สามารถแปลงพลังงานกลของการเคลื่อนที่ของคลื่นเป็นพลังงานไฟฟ้าและส่งไปยังผู้บริโภคได้ ในขณะเดียวกันก็พยายามใช้สองแหล่ง:

1. สำรองจลนศาสตร์. เพลาเดินทะเลผ่านท่อขนาดใหญ่และหมุนใบมีด ซึ่งส่งแรงไปยังเครื่องกำเนิดไฟฟ้า หลักการเกี่ยวกับลมก็ถูกนำมาใช้เช่นกัน - น้ำที่เจาะเข้าไปในห้องพิเศษ แทนที่ออกซิเจนจากที่นั่น ซึ่งจะถูกเปลี่ยนเส้นทางผ่านระบบของช่องทางและหมุนใบพัดกังหัน
2. พลังงานกลิ้ง. ในกรณีนี้โรงไฟฟ้าคลื่นทำหน้าที่เป็นลูกลอย การเคลื่อนที่ในอวกาศพร้อมกับโปรไฟล์ของคลื่น ทำให้กังหันหมุนผ่านระบบคันโยกที่ซับซ้อน

ประเทศต่าง ๆ ใช้เทคโนโลยีของตนเองเพื่อแปลงการเคลื่อนที่เชิงกลของคลื่นให้เป็นไฟฟ้า แต่โดยทั่วไปพวกเขามีรูปแบบการดำเนินการเหมือนกัน

ข้อเสียของโรงไฟฟ้าคลื่น

อุปสรรคสำคัญในการเปิดตัวโรงไฟฟ้าคลื่นคือต้นทุน เนื่องจากการออกแบบที่ซับซ้อนและการติดตั้งที่ซับซ้อนบนผิวน้ำทะเล ค่าใช้จ่ายในการดำเนินการติดตั้งดังกล่าวจึงสูงกว่าการก่อสร้างโรงไฟฟ้านิวเคลียร์หรือโรงไฟฟ้าพลังความร้อน

นอกจากนี้ยังมีข้อบกพร่องอื่นๆ อีกหลายประการ ซึ่งส่วนใหญ่เกี่ยวข้องกับการเกิดขึ้นของปัญหาทางเศรษฐกิจและสังคม ประเด็นก็คือสถานีลอยน้ำขนาดใหญ่สร้างอันตรายและรบกวนการนำทางและการตกปลา - โรงไฟฟ้าคลื่นลอยสามารถบังคับให้บุคคลออกจากพื้นที่ตกปลาได้ นอกจากนี้ยังมีผลกระทบด้านสิ่งแวดล้อมที่อาจเกิดขึ้น การใช้อุปกรณ์ติดตั้งช่วยดับคลื่นทะเลได้อย่างมาก ทำให้คลื่นทะเลมีขนาดเล็กลง และป้องกันไม่ให้คลื่นทะเลพังทลาย ในขณะเดียวกัน คลื่นก็มีบทบาทสำคัญในกระบวนการแลกเปลี่ยนก๊าซในมหาสมุทร ทำให้พื้นผิวของคลื่นสะอาด ทั้งหมดนี้สามารถนำไปสู่การเปลี่ยนแปลงความสมดุลของระบบนิเวศ

แง่บวกของโรงไฟฟ้าคลื่น

พร้อมกับข้อเสีย โรงไฟฟ้าคลื่นยังมีข้อดีหลายประการที่ส่งผลดีต่อกิจกรรมของมนุษย์:

• การติดตั้งเนื่องจากการดับพลังงานคลื่น สามารถปกป้องโครงสร้างชายฝั่ง (ท่าเรือ ท่าเรือ) จากการถูกทำลายโดยพลังของมหาสมุทร
• ไฟฟ้าสร้างขึ้นด้วยต้นทุนขั้นต่ำ
• พลังงานคลื่นสูงทำให้ฟาร์มกังหันลมประหยัดกว่าโรงไฟฟ้าพลังงานลมหรือพลังงานแสงอาทิตย์

พลังงานสำรองก็มีน้ำบนบกเช่นกัน ซึ่งส่วนใหญ่เป็นแม่น้ำ การก่อสร้างสถานีบนสะพาน ทางแยก ท่าเรือ ถือเป็นโอกาสในการพัฒนาพื้นที่การผลิตไฟฟ้าแห่งนี้

ปัญหาที่ต้องแก้ไข

งานหลักที่ชุมชนวิทยาศาสตร์กำลังเผชิญอยู่ในขณะนี้คือการปรับปรุงการออกแบบ ซึ่งจะช่วยลดต้นทุนการผลิตไฟฟ้าจากโรงไฟฟ้าพลังคลื่น หลักการทำงานควรเหมือนเดิม แต่จะใช้เทคโนโลยีและวัสดุใหม่เพื่อสร้างการติดตั้ง

กำลังเฉลี่ยของคลื่นคือ 75-85 kW / m ซึ่งเป็นช่วงที่สถานีส่วนใหญ่ได้รับการปรับจูน อย่างไรก็ตาม ในช่วงที่เกิดพายุ ความแรงของคลื่นทะเลจะเพิ่มขึ้นหลายเท่า และอาจมีอันตรายจากการทำลายสถานที่ปฏิบัติงานนอกชายฝั่ง ใบมีดมากกว่าหนึ่งใบถูกยู่ยี่หรืองอหลังจากเกิดพายุ เพื่อแก้ปัญหานี้ นักวิทยาศาสตร์จึงลดกำลังคลื่นจำเพาะลง ปัญหาหนึ่งคือการใช้สถานีคลื่นจำนวนมากจะนำไปสู่การเปลี่ยนแปลงสภาพภูมิอากาศ การสร้างพลังงานไฟฟ้าเกิดขึ้นเนื่องจากการหมุนของโลก (นี่คือลักษณะที่คลื่นเกิดขึ้น) การใช้สถานีอย่างแพร่หลายจะทำให้โลกหมุนช้าลง บุคคลจะไม่รู้สึกถึงความแตกต่าง แต่จะทำลายกระแสน้ำจำนวนหนึ่งที่มีบทบาทสำคัญในการแลกเปลี่ยนความร้อนของโลก

WPP ทดลองครั้งแรกของโลก

โรงไฟฟ้าคลื่นลูกแรกเกิดขึ้นในปี 1985 ที่นอร์เวย์ กำลังของมันคือ 500 กิโลวัตต์และตัวเธอเองเป็นแบบอย่าง หลักการทำงานของมันขึ้นอยู่กับการบีบอัดแบบวนและการขยายตัวของสื่อ:

• กระบอกที่มีก้นเปิดแช่อยู่ในน้ำโดยให้ขอบอยู่ใต้โพรงคลื่น - จุดต่ำสุด
• น้ำที่ไหลออกเป็นระยะจะบีบอากาศในช่องภายใน
• เมื่อถึงความดันที่กำหนด วาล์วจะเปิดขึ้น ซึ่งช่วยให้ออกซิเจนอัดผ่านไปยังกังหันได้

โรงไฟฟ้าแห่งนี้ผลิตพลังงานได้ 500 กิโลวัตต์ ซึ่งเพียงพอที่จะยืนยันประสิทธิภาพของการติดตั้ง ซึ่งมีส่วนช่วยในการพัฒนาของพวกเขา

โรงไฟฟ้าอุตสาหกรรมแห่งแรกของโลก

การติดตั้งในระดับอุตสาหกรรมแห่งแรกของโลกคือ Oceanlinx นอกชายฝั่ง Port Kemble ประเทศออสเตรเลีย เริ่มดำเนินการในปี 2548 แต่ถูกส่งไปบูรณะใหม่และเริ่มดำเนินการอีกครั้งในปี 2552 ซึ่งเป็นเหตุให้มีการใช้โรงไฟฟ้าทั้งคลื่นและคลื่นยักษ์ในภูมิภาคนี้ หลักการทำงานมีดังนี้:

1. คลื่นวิ่งเข้าไปในห้องพิเศษเป็นระยะ ทำให้อากาศบีบอัด
2. เมื่อถึงความดันวิกฤต อากาศอัดจะหมุนเครื่องกำเนิดไฟฟ้าผ่านเครือข่ายของช่องสัญญาณ
3. เพื่อจับการเคลื่อนไหวและแรงของคลื่น ใบพัดกังหันจะเปลี่ยนมุมเอียง

ความจุของการติดตั้งอยู่ที่ประมาณ 450 กิโลวัตต์ แม้ว่าแต่ละส่วนของสถานีจะสามารถส่งพลังงานไฟฟ้าได้ตั้งแต่ 100 กิโลวัตต์ต่อชั่วโมงถึง 1.5 เมกะวัตต์ชั่วโมง

กังหันลมเชิงพาณิชย์แห่งแรกของโลก

โรงไฟฟ้าคลื่นเชิงพาณิชย์แห่งแรกได้รับการแต่งตั้งในปี 2008 ที่เมือง Agusador ประเทศโปรตุเกส นอกจากนี้ยังเป็นการติดตั้งครั้งแรกในโลกที่ใช้พลังงานกลของคลื่นโดยตรง โครงการนี้จัดทำโดย บริษัท Pelamis Wave Power ของอังกฤษ

โครงสร้างประกอบด้วยหลายส่วนที่ปล่อยออกมาและเพิ่มขึ้นพร้อมกับโปรไฟล์คลื่น ส่วนต่าง ๆ ถูกบานพับเข้ากับระบบไฮดรอลิกและเปิดใช้งานระหว่างการเคลื่อนไหว กลไกไฮดรอลิกทำให้โรเตอร์ของเครื่องกำเนิดไฟฟ้าหมุนเนื่องจากกระแสไฟฟ้าถูกสร้างขึ้น โรงไฟฟ้าคลื่นที่ใช้ในโปรตุเกสมีทั้งข้อดีและข้อเสีย ข้อดีของการติดตั้งคือกำลังสูง - ประมาณ 2.25 เมกะวัตต์ รวมถึงความเป็นไปได้ในการติดตั้งส่วนเพิ่มเติม มีข้อเสียเพียงข้อเดียวในการติดตั้งระบบ - มีปัญหากับการส่งพลังงานไฟฟ้าผ่านสายไฟไปยังผู้บริโภค

โรงไฟฟ้าคลื่นลูกแรกในรัสเซีย

ในรัสเซีย ฟาร์มกังหันลมแห่งแรกปรากฏขึ้นในปี 2014 ในเขต Primorsky การพัฒนาดำเนินการโดยทีมนักวิทยาศาสตร์จาก Ural Federal University และ Pacific Oceanological Institute ของสาขา Far Eastern ของ Russian Academy of Sciences การติดตั้งอยู่ในขั้นทดลอง ลักษณะเฉพาะของมันคือใช้พลังงานจากคลื่นไม่เพียงเท่านั้น แต่ยังรวมถึงกระแสน้ำด้วย

ในมอสโก มีแผนที่จะสร้างห้องปฏิบัติการวิจัยที่จะพัฒนาและสร้างสถานีลอยในประเทศแห่งแรก บางทีหลังจากนั้น โรงไฟฟ้าคลื่นในรัสเซียอาจมีจุดประสงค์ทางอุตสาหกรรมหรือเชิงพาณิชย์ด้วย