24.11.2024

Волновая генерация: принцип работы, плюсы и минусы

Содержание

принцип работы, плюсы и минусы

Волновая электростанция — это электрическая станция, которая располагается в водной природной среде с целью получения электроэнергии из кинетической энергии водных масс. Океаны обладают колоссальной энергией, но человек пока только начинает ее осваивать. Именно эту задачу и выполняют волновые электростанции.

Принцип работы

Содержание статьи

Принцип работы волновой электростанции основан на преобразовании кинетической энергии волн в электрическую. Существует несколько способов устройства подобных станций различных по принципу работы и конструкции.

  1. Принцип «осциллирующего водяного столба». В этом конструктивном варианте волны,
    осуществляя толчковые движения, заполняют собой специально изготовленные камеры, в которых содержатся воздушные массы. Воздух сжимается, создается избыточное давление, под действием которого он поступает на турбину, вращая ее лопастные механизмы. Вращательное движение турбины передается на генератор, который вырабатывает электрический ток.
  2. Принцип «колеблющегося тела». На принципе «колеблющегося тела» работают разнообразные буи, «морские змеи» и др. В этом варианте конструкции несколько секций соединяются в конвертер, между которыми на подвижных платформах монтируются гидравлические поршни. К поршню (группе поршней) подсоединён гидравлический двигатель, он приводит во вращательное движение электрический генератор. Под раскачивающимся действием волн конвертер приводит в движение поршни, а они, в свою очередь, приводят в работу гидравлический двигатель и соответственно генератор.
  3. Установка с «искусственным атоллом». Это бетонное сооружение состоит из корпуса, на которомразмещается поверхность для наката волн. В средней части располагается накопительный резервуар (бассейн). Из него через приёмное отверстие вода поступает на гидротурбину. Генератор устанавливается в верхней части сооружения. Для поднятия воды в бассейн, который расположен выше уровня моря, используют эффект «набегания волны» на специальную наклонную поверхность.

Волновые электростанции в России

В России, как и во всех странах, имеющих выход к морскому побережью, после многих лет затишья, возвращается интерес к источникам энергии, способным восстанавливаться, к ним относятся и волновые электростанции.

Первая в нашей стране электростанция, основанная на преобразовании энергии волн, построена в 2014 году на Дальнем Востоке в Приморском крае на полуострове Гамова. Это универсальная станция, она способна преобразовывать не только энергию направленных водных масс, но и энергию природных приливов и отливов.

Профильные министерства нашей страны, совместно с руководством государства разработали план развития зеленой энергетики до 2020 года, в соответствии с которым альтернативные энергетические источники будут составлять до 5% от общего количества вырабатываемого электричества в стране. Этим планом предусмотрено и дальнейшее развитие волновых электрических станций.

Волновые электростанции в мире

Первая в мире электростанция на волнах появилась в 1985 году в Норвегии, ее мощность составляла 500 кВт.

Первой в мире промышленной электрической станцией, использующей энергию волн для производства электрической энергии, принято считать Oceanlinx в Австралии. Она начала своё функционирование в 2005 году, потом была произведена ее реконструкция, и в 2009 году станция заработала вновь. Работа станции основана на принципе «осциллирующего водяного столба». Мощность установки сейчас составляет 450 кВт.

Первая коммерческая волновая электростанция начала работу в 2008 году в Агусадоре, Португалия. Это установка-пионер, которая использует непосредственно механическую энергию волны. Работа станции основана на принципе «колеблющегося тела». Разработала проект английская компания Pelamis Wave Power, мощность станции составила 2,3 МВт, и есть возможность увеличения мощности путем монтирования дополнительных секций.

В Великобритании построили самую большую в мире волновую электростанцию Wave Hub, она расположена у полуострова Корнуэлла. Электростанция оборудована 4-мя генераторами мощностью по 150 кВт каждый. Работа станции основана на принципе «колеблющегося тела».

Почему это выгодно?

В существующем мире человек все чаще задумывается о необходимости применения возобновляемых источников энергии при получении электроэнергии. Одним из таких вариантов является энергия морских волн. С учетом того, что мировой океан обладает огромным потенциалом, энергией которого можно обеспечить почти 20% от необходимого количества энергопотребления, то и развитие «зеленой»энергетики как нельзя актуально в наше время.

Это можно объяснить следующим причинами:

  1. Природные богатства планеты находятся на грани истощения, запасы традиционных источников энергии: угля, нефти и газа – подходят к концу.
  2. Атомная энергетика из-за своей потенциальной опасности не получила должного распространения.
  3. «Зеленая» энергетика не вредит окружающей среде и является возобновляемой.
  4. Потенциал волновых электростанций оценивается в 2,0 млн. МВт, что сравнимо по мощности с тысячей работающих атомных станций.

Ученые всего мира продолжают работы по совершенствованию способов преобразования энергии волн океана, и перечисленные выше причины являются важным аргументом для продолжения этих изысканий.

Плюсы и минусы использования

У любого агрегата всегда есть положительные и отрицательные аспекты его использования, и именно соотношение этих параметров определяет целесообразность его применения. Волновые электростанции не являются исключением, рассмотрим все за и против использования этого источника энергии.

К плюсам использования можно отнести:

  • Экологическая безопасность установок;
  • Волновые электростанции могут выполнять защитные функции, путем гашения волн вблизи портовых акваторий и прочей береговой линии;
  • Возобновляемый источник энергии;
  • Низкая себестоимость получаемой электроэнергии;
  • Продолжительный срок эксплуатации.

К минусам данного типа электростанций относятся:

  • Малая мощность вырабатываемой энергии;
  • Не стабильный характер работы, вызванный атмосферными явлениями в окружающей среде;
  • Может создавать опасность для хода судов и промышленного лова рыбы.

Приведенные выше «минусы» использования постепенно утрачивают свою актуальность, ученые и конструкторы продолжают свою работу. Разработка новых, более мощных генераторов, позволяет получать большее количество электрической энергии, при тех же исходных параметрах первичной энергии, которой является энергия волн. Решаются задачи по передаче полученной энергии на большие расстояния.

Альтернативные источники энергии: морские волны и течения

Движение вод морей и океанов является одним из самых мощных из доступных источников альтернативной энергии. Наравне с приливами и отливами, волны и течения будоражат умы энергетиков многие годы и заставляют их искать способы эффективного использования этого неисчерпаемого природного ресурса.

Энергия волн

Сила волн на поверхности морей и океанов, как и любая другая энергия, может использоваться для полезной работы, в том числе для обеспечения работы электростанций. По мнению экспертов, волны Мирового океана могут удовлетворить от 20% энергетических потребностей человечества. Справедливости ради стоит отметить, что в большей степени сейчас развивается приливная энергетика. Напомним, Пронедра уже сообщали ранее о самых крупных проектах этой отрасли.

Тем не менее, волновая энергетика представляется исследователям не менее серьёзным направлением альтернативной энергетики. По самым смелым оценкам, волны генерируют порядка 2 ТВт энергии, что в два раза превосходит совокупный объём выработки энергии во всём мире в настоящее время. Привлекательность использования волн заключается в первую очередь в их высокой удельной мощности, которая по своему уровню превышает показатели солнечной и ветровой энергетики. В условиях десятиметровой высоты волн удельная мощность достигает 2 МВт на погонный метр.

Технически использование энергии волн возможно только в прибрежных зонах, где мощность составляет максимум 75–80 кВт на метр, а средняя высота волн — до двух метров. Впрочем, такой уровень наблюдается в большей части Мирового океана в спокойных погодных условиях. Усреднённый показатель удельной мощности волн в Северном полушарии составляет в пределах 25 кВт на метр. Регионы, наиболее потенциально пригодные для запуска волновых электростанций — это территории с побережьем большой протяжённости и наличием стабильных сильных ветров. В такие зоны входят в том числе европейское западное побережье, британский север, берега Тихого океана в Северной и Южной Америке, Новой Зеландии и Австралии, а также Южной Африке.

Принципы работы волновых станций

Выработка энергии из волн океана осуществляется специальными волновыми электростанциями, которые располагаются в акваториях. Кроме генерации электроэнергии, при задействовании дополнительного оборудования волновые станции могут выполнять и другую полезную работу, в том числе выработку тепла, пресной воды, кислорода, водорода и других химических веществ из морской воды при помощи процессов электролиза, а также осуществлять производство сжатого воздуха.

Работа станций выполняется благодаря воздействию волн на их рабочие тела, в роли которых могут выступать, в зависимости от конкретного проекта, поплавки, лопасти турбин, маятники, трубы, волноприёмники или волноотбойники. Движения волн в конечном итоге трансформируются во вращение генераторов при помощи силовых преобразователей — воздушных и гидравлических турбин, цепных и зубчатых передач или же водяных колёс. Полученная в результате воздействия волн механическая энергия превращается в электрическую, после чего транспортируется потребителям через морской кабель на побережье.

Видео: Student Energy

Волны могут использоваться для получения энергии на станциях, работающих по принципу «колеблющегося тела». Рабочие тела станций представляют собой буи, секции которых объединены в один конвертер. Между секциями устанавливаются гидравлические поршни, которые под воздействием вертикальных колебаний волн через специальные двигатели вращают генератор. Применяется преобразование не только энергии колебаний волн, но и изменения их профиля при использовании принципа «поверхностного качения». В качестве рабочих тел устанавливаются поплавки. В конструкциях станций типа «утка Соллера» несколько десятков поплавков монтируются на общий вал. Типы «плот Коккереля» и «морской змей» предусматривают установку секций поплавков, которые соединяются шарнирно и изгибаются под воздействием волн. Несмотря на громоздкость конструкций и сложности с закреплением оборудования станций в определённых точках, в целом волновые установки поплавковых типов являются наиболее популярными и демонстрируют КПД в пределах 80%.

Есть и такие типы станций, как «осциллирующий водяной столб» и «пульсирующий водяной столб Массуды». В этих станциях вода под воздействием колебаний волн поступает в камеры с воздухом. В процессе прохождения через камеры вода создаёт избыточное давление воздуха, выталкивая его. Воздух в свою очередь, вращает турбину. В качестве варианта решения используется движение не воздуха, а самой воды, перемещающейся по камере. В Японии на станции «Каймей», построенной по проекту «водяного столба», в 1980 году были проведены испытания эффективности работы, в ходе которых выяснилось, что конструкции такого типа имеют низкий КПД, не превышающий 25%.

Ещё один принцип — «искусственный атолл» — предполагает размещение в акватории бетонной конструкции с обширной наклонной поверхностью для наката волн. Посредине такой поверхности на отметке выше уровня моря обустраивается накопительный бассейн, при попадании в который вода раскручивает лопасти турбины.

Действующие и будущие проекты

Попытки воплотить в жизнь идеи использования энергии волн предпринимались ещё до двадцатого века. В частности, первая в истории официально зарегистрированная заявка на оформление патента, предусматривающего возведение морской мельницы, была подана в Париже ещё в 1799 году. Практические же попытки строительства морских электростанций предпринимались в 1890–1900 годах.

Интерес к волновой энергетике возродился уже в семидесятые годы двадцатого века, после того, как в мире разразился нефтяной кризис. В Норвегии в 1985 году появились сразу две волновых электростанции, вырабатывающие энергию в промышленных масштабах. Мощность первой первоначально составляла 500 кВт и была наращена до 850 кВт. Конструкция предусматривала генерирующую установку пневматического типа. Вторая станция мощностью 450 кВт работает по принципу «атолла» с использованием энергии набегающей волны на поверхность конусообразного типа.

Волновая электростанция в Норвегии

К настоящему времени доля использования станций, работающих на волнах, совсем невелика. По большей части реализация таких проектов носит экспериментальный характер. Тем не менее, волновая энергетика нашла своё применение в сегменте энергообеспечения отдельных автономных объектов, таких как маяки, буи, морское научно-исследовательское оборудование, буровые платформы. К примеру, на волновых генераторах сейчас во всём мире работают около четырёх сотен маяков и буёв. Крупные же электростанции можно в буквальном смысле пересчитать по пальцам, причём часть из них пока ещё находится в стадии строительства. Давайте ознакомимся ближе с самыми известными проектами.

Oceanlinx и Biowave

Австралийская компания Oceanlinx по заказу энергетического оператора Diamond Energy и при содействии Australian Renewable Energy Agency построила за $8 млн волновую электростанцию в зоне Порт-Кембла (пригород Вуллонгонга). Станцию запустили в 2005 году. В процессе эксплуатации было принято решение провести модернизацию мощностей и после некоторого перерыва волновые генераторы заработали вновь в 2009 году. Мощность объекта составляет 1 МВт, потребителям же поступает порядка 450 кВт энергии. Генераторы построены по принципу «осциллирующего водяного столба» и работают на сжатом воздухе, вытесняемом из специальных камер под воздействием морских волн. Следующий проект компании — возведение волновой станции мощностью 10 МВт.

Волновая электростанция в зоне Порт-Кембла

Ещё одна австралийская станция — BioWave — была установлена компанией BioPower Systems у побережья Порт-Фэри в 2015 году. Мощность генерирующего объекта, основное назначение которого — проверка и демонстрация возможностей волновой станции, составляет 250 кВт. На данный проект ушла более солидная сумма в $21 млн, половина из которых была профинансирована Australian Renewable Energy Agency, а ещё $5 млн выделило государство. Станция работает по принципу воздействия волн на плавающие буи-лопасти, причём полезную работу совершают как колебания поверхности моря, так и толща воды на глубине. Влияние волновых сил вызывает движение качающейся конструкции под названием O-Drive, установленной на дне, которая и раскручивает генератор.

Волновая электростанция BioWave

Aguçadoura Wave Farm и Mutriku Breakwater

В 2008 году был запущен и почти сразу приостановлен волновой проект у португальского городка Агусадова в округе Порту. Мощность станции достигала 2,25 МВт. Объект стоимостью €8 млн строился три года по шотландскому проекту, основанному на принципе «колеблющегося тела», разработанному компанией Pelamis Wave Power по заказу португальского оператора Enersis. Станция была оснащена тремя змеевидными преобразователями энергии волн Pelamis P-750. Выработанная энергия подавалась на берег, расположенный в пяти километрах от места размещения станции.

Aguçadoura Wave Farm

Получаемой энергии было вполне достаточно для обеспечения потребностей 1,6 тыс. домохозяйств в близлежащем населённом пункте Повуа-ди-Варзин. Предполагалось, что мощность будет наращена до 21 МВт путём установки дополнительных 25 преобразователей. После такой модернизации станция сможет обеспечить энергией уже 15 тыс. домов, что эквивалентно предотвращению выброса в атмосферу 60 тыс. тонн углекислого газа за год. Планам пока не суждено сбыться — станция не работает по техническим причинам. Пронедра писали ранее, что, в отличие от португальского проекта, испанская Mutriku Breakwater мощностью 300 кВт работает до сих пор и входит в топ-10 объектов альтернативной энергетики. 

Mutriku Breakwater

Oyster (Шотландия)

В акватории Северного моря, у шотландского побережья Оркнейских островов, заработала волновая станция Oyster мощностью 600 кВт, построенная местной компанией Aquamarine Power. Генератор работает с использованием донного насоса, который под воздействием волнового поплавка закачивает на берег морскую воду. Поступающая вода, в свою очередь, обеспечивает движение лопастей генератора. Станция обеспечивает энергией несколько сотен домохозяйств. В компании обсуждаются планы строительства ещё двух десятков аналогичных станций, что дало бы возможность поставлять электроэнергию ещё 9 тыс. домохозяйствам. Не исключается и вариант установки новых поплавковых насосов, которые будут подавать дополнительный объём морской воды к одному мощному гидрогенератору на побережье.

Волновая станция Oyster

Станция с защитой от штормов (Дания)

Компания Wave Star Energy в экспериментальном порядке запустила опытную установку в районе мыса Ханстхольм (Северное море), расположив её в трёх сотнях метров от побережья. Работает пока один генерирующий модуль электростанции мощностью 500 кВт. Необычность конструкции заключается в устройстве поплавков, участвующих в преобразовании кинетической энергии волн в электричество. Первоначальное авторство этой идеи, высказанной ещё в 2000 году, принадлежит спортсменам, занимавшимся парусным спортом. Разработчики предложили обеспечить полную защиту станции от штормовых волн путём предоставления полной свободы движения поплавковой системе. В частности, при высоте волны до 2,5 метра установка работает в штатном режиме. Если же волны превышают 3 метра, система поплавков просто поднимается и опускается вслед за увеличившимися колебаниями морской поверхности. Свободное перемещение поплавков обеспечивается специальными подвижными балансирами, опоры которых закрепляются на дне. Впрочем, станция имеет определённые ограничения в работе, а именно не предназначена для использования на глубинах более семи метров. Тем не менее, подходящих районов для запуска таких станций на европейской территории вполне достаточно, в том числе в Ирландии, Франции, Великобритании и Португалии.

Опытная установка в районе мыса Ханстхольм

Будущий рекордсмен по мощности — Wave Hub

В 2009 году на побережье британского графства Корнуолл (омывается Ла-Маншем и Кельтским морем) стартовало возведение крупнейшей волновой станции в мире в рамках проекта Wave Hub. Оператором проекта является компания Carnegie Wave Energy (Австралия), которая получила на строительство грант Европейского фонда регионального развития в сумме £9,6 млн для строительства первого мегаваттного генератора. Конструкция генератора предусматривает установку турбин PowerBuoy производства американской компании Ocean Power Technologies. Станция строится по технологии поплавковых рабочих тел. Проектная мощность объекта составит 50 МВт. Предполагается, что запуск станции состоится в 2018 году. Вторая очередь проекта, предусматривающая наращивание мощности выработки, рассчитана на 2020–2021 годы. По неофициальным данным, оператору уже удалось достигнуть мощности станции в 20 МВт.

Строительство инфраструктуры проекта Wave Hub

Американский «Парфенон» и проекты ВМС США

Нидерландская компания Waterstudio реализовала пилотный проект Parthenon, построив подводную стену с электрогенераторами в нью-йоркской гавани на реке Гудзон. Установка не только производит энергию экологически чистым способом, но и выступает в роли защиты прибрежной зоны и местного порта от волнового воздействия. Инновационный волнолом состоит из колонн, по внешнему виду напоминающих греческие, чем и было обусловлено название проекта. Каждая такая колонна представляет собой турбину метрового диаметра, вращающуюся в обе стороны под воздействием речных волн. В настоящее время проект имеет демонстрационный статус.

Волновая электростанция Parthenon

Parthenon не является единственным американским проектом волновой энергетики, однако как гудзонский генератор, так и остальные станции в этой стране строятся в качестве эксперимента. Эксперты полагают, что строительство и запуск волновых электростанций со временем даст возможность удовлетворить до 28% потребностей страны в энергии. Развитию идей волновых электростанций в американском государстве способствуют разработки, применяемые в военно-морских силах страны. В соответствии с программами развития флота, к 2020 году ВМС должны сократить потребление энергии из традиционных источников на 50% путём перехода на использование технологий альтернативной энергетики.

Одним из «военных проектов» волновой энергетики является экспериментальная станция, построенная на гавайских островах. По данным Минэнерго США, финансирующего данную разработку, с учётом количества американских регионов, расположенных в береговых зонах, можно сказать, что потенциал такого вида источников энергии в стране неисчерпаем. Детали проекта не разглашаются, видимо ввиду военного назначения станции. Известно лишь, что военные моряки уже могут снабжать энергией, выработанной на волновой станции, корабельные топливозаправочные комплексы морского базирования, а также населённые пункты, расположенные на побережье. Станция подключена к единой энергосистеме штата через подводный кабель километровой длины.

Кроме того, в лабораториях ВМС США проверяются на предмет эффективности новые технологии получения энергии из движения волн океана. Одна из них получила название AquaHarmonics. Разработчики технологии одержали победу в конкурсе Wave Energy Prize, организованном Минэнерго США. По данным администрации конкурса, условием для участия в нём была разработка проекта волновой электростанции, стоимость которой была бы в два раза меньше, чем у стандартных проектов при аналогичной эффективности. Создателям же энергетического конвертера AquaHarmonics удалось значительно превзойти ожидаемый результат — производительность их установки в четыре раза превысила существующие аналоги.

Ситуация в России

В России также, как и в ряде других государств, которые имеют непосредственный выход к морю, наблюдается рост заинтересованности разработчиков не только к созданию технологий альтернативной генерации на теоретическом уровне, но и непосредственно к строительству станций на территории своей страны. Первым реализованным решением в сфере волновой энергетики России стал запуск станции на полуострове Гамова в Приморье в 2014 году. Испытания технологии проводятся на базе мощностей морской научной станции «Мыс Шульца» по инициативе Уральского федерального университета, а также Тихоокеанского океанологического института РАН.

В ходе опытной эксплуатации волновой станции были получены определённые результаты, свидетельствующие в первую очередь о том, что волновая энергетика является достаточно перспективным направлением для России. Исследователи пришли к мнению о том, что волновые станции могут выполнять сразу несколько функций. Помимо выработки энергии, конструкции таких объектов могут служить в роли волногасителей и также автоматических пунктов охраны государственных границ. С другой стороны, непосредственная эксплуатация объекта показала, что повсеместное строительство волновых станций большой мощности может быть сомнительным решением до тех пор, пока активно используются проверенные временем традиционные методы генерации. В связи с этим, целесообразным представляется эксплуатация волновых станций только в малозаселённых регионах, в том числе на побережье Приморья, Дальнего Востока и на берегах Северного Ледовитого океана.

Помимо практической реализации проектов, в стране ведётся работа над созданием новых технологий генерации энергии из морских волн, а также сопутствующего оборудования в соответствии с правительственной стратегией развития «зелёной энергетики», рассчитанной до 2020 года. К примеру, в рамках исследований был оформлен российский патент на преобразователь качания рабочего тела, при любых значениях амплитуды и направления перемещения поплавка, во вращательное движение турбины. При этом поплавок связан штанговой конструкцией с преобразующим механизмом, расположенным на берегу.

Ещё одна разработка российских специалистов, работающих в проекте OceanRusEnergy, представляет собой поплавок-капсулу с удельной характеристикой генерации энергии на уровне более 4 кВт на каждую тонну веса генератора. В 2014 году проект признан лучшим стартапом Свердловского региона. Кроме того, представители проекта презентовали волновой буй — специализированный комплекс для исследования волнового потенциала в конкретных районах акватории. Исследования такого рода необходимы в том числе для определения оптимальных зон для размещения волновых электростанций. Такая техника даст возможность получить точные показатели, в отличие от методики спутниковых измерений, данных которых не являются исчерпывающими. Примечательно, что созданный OceanRusEnergy буй также работает на преобразовании энергии волн.

Генератор 640 в воде

К слову, для обеспечения работы команды OceanRusEnergy в Уральском федеральном университете создана специальная научная группа с привлечением специалистов упомянутого Тихоокеанского океанологического института. Группа планирует выпустить на рынок целую линейку продуктов, включающую десять моделей генераторов для волновых станций, две из которых уже созданы.

Плюсы и минусы волновой энергетики

Очевидно, что основным преимуществом волновой энергетики является то, что в ней используются исключительно возобновляемые источники. На фоне истощающихся запасов углеводородного сырья, глобального загрязнения окружающей среды выбросами ТЭС и снижения популярности атомных станций на фоне их повышенной опасности, любая альтернативная генерация имеет большой потенциал для развития. Помимо ценности волновой генерации в энергетическом аспекте, развитие данной отрасли будет иметь и значительный экономический эффект. По мнению World Energy Coucil, рынок строительства и эксплуатации станций мощностью до 50 МВт оценивается в $750 млрд. На рынок сопутствующего оборудования, в том числе систем дистанционного управления станциями и роботов для обслуживания, к 2025 году будут приходиться ещё $50 млрд.

Итак, энергетические преимущества волновой генерации:

  • стабильные характеристики вырабатываемой энергии, в т. ч. частота и напряжение;
  • независимость генерации от времени суток;
  • возможность наращивания мощности в холодное время года

Дополнительные плюсы волновых станций:

  • производство побочных продуктов, в том числе водорода, кислорода и тепла;
  • большой срок эксплуатации станций;
  • возможность установки станций на действующих причалах, мостах и в портах;
  • совмещение энергогенерации с функциями волногасителей и других защитных гидротехнических сооружений

Волновая энергетика, в то же время, обладает рядом недостатков, наличие которых тормозит развитие отрасли. Основной проблемой является финансовая сторона данного сегмента — расходы на генерацию достаточно велики в сравнении с традиционными методами выработки энергии. В частности, себестоимость волновой генерации выше в несколько раз раза, чем на АЭС и ТЭС. Кроме того, волновой энергетике присущ и ряд «частных» проблем.

Характерные недостатки волновых станций:

  • зависимость от меняющихся физических характеристик волн;
  • нестабильность эффективности работы вследствие изменения погодных условий;
  • уязвимость конструкций перед штормовыми явлениями и сильной волной;
  • неиспользуемый избыток мощности по этим же причинам;
  • относительно небольшая мощность генерации;
  • помехи для судоходства и рыбной ловли;
  • нарушение естественного газообмена морской среды, в котором участвуют волны

Энергия течений

Помимо волновой генерации, одним из перспективных направлений развития морской энергетики является использование силы течений, таких мощных, как Гольфстрим и Куросио, а также Флоридского течения. Эти течения несут в год 83, 55 и 30 млн кубометров водных масс соответственно со скоростью около 2 метра в секунду. Для того, чтобы примерно оценить потенциал только Гольфстрима, следует знать, что его мощность составляет в пределах 50 ГВт. Впрочем, в силу своих технических возможностей люди могут рассчитывать лишь на 15% этой энергии.

В любом случае, океанические течения являются привлекательным сегментом для генерирующих компаний, поскольку данный источник характеризуется стабильностью скорости, силы и направления движения воды. В настоящее время выработка энергии с использованием силы течений осуществляется при помощи насосов водяного и объёмного типа. К первым относятся погружные роторные устройства, оснащённые лопастями, которые приводятся в движение силой воды. Вторые включают в себя сопла, при движении в полости которых водные массы засасывают атмосферный воздух, раскручивающий в свою очередь пневмотурбину.

Испытания турбины в рамках проекта по освоению энергетического потенциала Гольфстрима

Эксперименты в Азии

В мире пока нет полноценных коммерческих станций, которые работают в промышленных масштабах на силе течений. Все проекты, которые уже реализованы или только находятся на стадии выполнения, носят экспериментальный характер. Одним из успешных проектов является станция, построенная в восточной части тайваньского региона и работающая на энергии течения Куросио. По данным руководителя проекта Чень Янь-иня, его исследовательская группа сумела добиться наиболее впечатляющих результатов — станция уже выработала порядка 26 кВт электроэнергии. Непосредственно мощность генератора достигает 50 Квт. По словам лидера команды, для Тайваня получения альтернативных источников энергии имеет ключевое значение, поскольку остров крайне зависим от атомной генерации.

Работают над освоением энергии тихоокеанского Куросио и в другом азиатском регионе — Японии. Интерес к альтернативной энергетике в этой стране значительно вырос после массового закрытия АЭС на фоне фукусимской катастрофы. Разработкой волновой станции совместно занялись компании NEDO, Toshiba и IHI. Выработанное решение отличается оригинальностью — турбины будут изготовлены в виде плавучих кайтов (аналог воздушных змеев), которые предназначены для размещения под водой. Каждый кайт будет закреплён на дне при помощи якоря. Их оснастят двумя турбинами, вращающимися в противоположных направлениях.

Испытания турбины в районе течения Куросио

Предполагается, что начальная мощность генераторов составит 1 Мвт. Специалисты уже подсчитали, что скорость течение в зоне возможного строительства станции составляет 20 километров в час, что с учётом плотности воды эквивалентно воздушному потоку со скоростью 180 километров в час. До конца текущего года инженеры корпораций будут проводить оценку проекта на предмет возможности его реализации. Последняя представляется достаточно сложной, поскольку установка турбин потребует трудоёмких работ глубоководных работ, а также значительных финансовых вложений.

Системы Seaflow и Seagen

С 2003 года в Великобритании не прекращается тестирование на надёжность роторных систем, рассчитанных на выработку энергии из морских течений. Первая установка получила название Seaflow, а вторым появился её модернизированный вариант Seagen. Последний запустили у побережья ирландского Странгфорда в Ольстере. Конструкция обеих турбин позволяет противостоять разрушительному воздействию колоссальных масс воды, перемещающихся с большой скоростью. В британском регионе уже запущена и третья турбина по проекту Scottish Power Renewables — у берегов Шотландии, в районе Оркнейских островов.

Установка Segen

Американские решения

Как и в случае с волновыми станциями, реализацией проектов в сфере энергетики течений в США занимаются в том числе военно-морские силы. Один из проектов компании Eaton Corporation, разработчики которого рассчитывают на военное финансирование, предусматривает установку у флоридского побережья турбин мощностью 1 МВт. Зона расположения генератора, в роли производителя которого выступит компания Triton, специализирующаяся на постройке субмарин, будет выбрана на глубине от 30 до 500 метров, где скорость течения является стабильной и составляет до 9 километров в час.
Широкую огласку получил предстоящий коммерческий проект Coriolis. В его рамках предполагается установка во флоридском регионе 242 турбин диаметром 168 метров. При этом расстояние от верха турбины до поверхности воды достигнет 30 метров, что необходимо для предотвращения создания препятствий для судоходства. Ширина системы по фронту составит 60 километров. В зоне установки турбин ширина течения достигает 80 километров. Мощность каждой такой турбины ожидается в пределах 43 МВт. По расчётам специалистов, реализация проекта обойдётся дешевле, чем строительство и эксплуатация аналогичных по мощности ТЭС.

Результаты испытаний, которые проводились как на экспериментальных, так и на коммерческих электростанциях, свидетельствуют о том, что развитие сегмента выработки энергии из силы волн и течений морей и океанов представляется перспективным направлением, однако тормозится рядом проблем. Несмотря на сложность и трудоёмкость работы по строительству морских генерирующих объектов, очевидно, что после преодоления технических и финансовых вопросов, связанных с их постройкой, последние не только займут достойное место в мировой энергетике, но и могут потеснить на рынке традиционные электростанции.

Источник: пронедра.ру

Волновые Электростанции

Волновые электростанции

Морские волны и течения.

Движение вод морей и океанов является одним из самых мощных из доступных источников альтернативной энергии. Наравне с приливами и отливами, волны и течения будоражат умы энергетиков многие годы и заставляют их искать способы эффективного использования этого неисчерпаемого природного ресурса.

Волновая энергия относится к производству электрической энергии от волн, то есть от последовательных волн, порожденных воздействием ветра на поверхность моря и иногда распространяющихся на очень большие расстояния. Существуют разные устройства для использования этой энергии. Многие системы в настоящее время находятся в стадии изучения, некоторые уже находятся на рынке, но ни одна из них не достигла стадии промышленной зрелости.

Предлагаемые технические решения.

Существует огромный перечень решений использования волновой энергии, некоторые из устройств находятся под водой, другие установлены на поверхности, на берегу или в море. Системы захвата энергии варьируются от одного прототипа к другому: захват механической энергии на поверхности (волн, качания, поворотов и хаотичное движение) или под водой (сдвиги или орбитальные движения), захват изменений давления при прохождении волн (изменение высоты воды).

Энергия волн.

Сила волн на поверхности морей и океанов, как и любая другая энергия, может использоваться для полезной работы, в том числе для обеспечения работы электростанций. Энергия волн Мирового океана может удовлетворить до 20% энергетических потребностей человечества. Справедливости ради стоит отметить, что в большей степени сейчас развивается приливная энергетика.

Тем не менее, волновая энергетика представляется исследователям не менее серьёзным направлением альтернативной энергетики. По самым смелым оценкам, волны генерируют порядка 2 ТВт энергии, что в два раза превосходит совокупный объём выработки энергии во всём мире в настоящее время. Привлекательность использования волн заключается в первую очередь в их высокой удельной мощности, которая по своему уровню превышает показатели солнечной и ветровой энергетики. В условиях десятиметровой высоты волн удельная мощность достигает 2 МВт на погонный метр.

Ведущие мировые производители волновых электростанций предлагают устройства с  техническим использованием энергии волн, возможных только в прибрежных зонах, где мощность составляет максимум 75–80 кВт на метр, а средняя высота волн — до двух метров. Впрочем, такой уровень наблюдается в большей части Мирового океана в спокойных погодных условиях. Усреднённый показатель удельной мощности волн в Северном полушарии составляет в пределах 25 кВт на метр. Регионы, наиболее потенциально пригодные для запуска волновых электростанций — это территории с побережьем большой протяжённости и наличием стабильных сильных ветров. В такие зоны входят, в том числе европейское западное побережье, британский север, берега Тихого океана в Северной и Южной Америке, Новой Зеландии и Австралии, а также Южной Африке.

Разработанная российской компанией «Сальмабаш» волновая электростанция заметно отличается от существующих аналогов по характеристикам,  дизайну и генерирующему  устройству. 

Преимущества предлагаемой волновой электростанции:

  •  Волновая электростанция способна заменить волногасители, защищающие береговую линию и прибрежные сооружения от     разрушения;
  •  волновые электрогенераторы малой мощности можно монтировать непосредственно на мостовых опорах, причалах, используя   мощность волн;
  •  Себестоимость производимой энергии наиболее низкая.

ООО «Сальмабаш» предлагает  волновые электростанции как:

  • Стационарные – мощностью от 3 кВт до 1МВт.
  • Мобильные – мощностью от 1 кВт до 500 кВт
  • Портативные – мощностью от 0,3 кВт до 1 кВт

Стационарная волновая электростанция.

 

Мобильная волновая электростанция.

Это новый проект компании ООО «Сальмабаш» по преобразованию энергии океана и морских волн в бесконечный источник электроэнергии с использованием инновационных технологий.

Представленное устройство предназначено для рыбаков, людей отдыхающих в море на кораблях или лодках и т.п., для наблюдения за экологией моря и других целей,  плавает автономно на поверхности моря, океана, герметично и устойчиво к суровым морским условиям, собирает энергию  хаотичного движения морских волн, качания, поворотов и превращает его в полезную мощность. 

Предложенная концепция представляет собой модульную распределенную энергетическую систему, в которой множество таких небольших лодок собирают энергию волн по всей береговой линии. Это означает, что энергия вырабатывается вблизи точки использования, что устраняет необходимость в новой инфраструктуре, такой как строительство линии электропередачи большой мощности или специальных стыковочных сооружений. Лодки накапливают энергию волн с ежедневными поездками в оффшорные места и возвращением обратно в порт для доставки в сеть. 

Это устройство работает в прибрежных районах (примерно в 0,3-2 км от берега) на глубине от 8 до 20 метров. В зависимости от приливных условий оно в основном или полностью погружено и прикреплено к морскому дну. Один блок рассчитан на мощность от 150 кВт до 1000 кВт с коэффициентом мощности 25-50% в зависимости от условий волны на проектной площадке. Технология использования устройств может быть развернута как в единичном варианте, так и в комплексе.

Области применения: оффшорная нефтегазовая отрасль,  другие виды морских объектов.

ХАРАКТЕРИСТИКИ

Гарантированная энергетическая автономия

Высокая мощность: до 1 МВт

Система способна производить электроэнергию в условиях очень сильных волн.

Система надежная с небольшим обслуживанием.  

 

Погружная колеблющаяся лопасть.

 

Поворотная система, управляемая орбитальным движением воды при прохождении волн. Эти колебания позволяют приводить в действие механизм вращения  турбины.

В результате применения нашей исследовательской программы автономная платформа средней мощности вырабатывает электроэнергию с помощью инновационной волновой технологии, разработанной ООО «Сальмабаш», являющейся основным источником и фотоэлектрических солнечных панелей в качестве дополнительного источника.

Для соблюдения максимального количества приложений, а также для поддержки наших клиентов в удовлетворении их потребностей, платформа является гибкой для размещения накопителей энергии и встроенных приложений или для экспорта энергии, произведенной внешним подводным или поверхностным потребителем. 

 

Автономные надводныее дроны.

 

Благодаря непрерывному сбору энергии из окружающей среды, дроны волновые могут путешествовать на большие расстояния, удерживать станции и контролировать обширные районы без необходимости дозаправки. Уникальная двухкомпонентная архитектура и лопастная система напрямую преобразуют волновое движение в тягу, а солнечные панели и двигатель обеспечивают электроэнергию для полезной нагрузки датчиков и другие. Это означает, что дроны может путешествовать в отдаленную область, собирать  (и передать) данные и самостоятельно возвращаться на обозначенное место для технического обслуживания.

Микро-Волновая электростанция

Микро-Волновая электростанция мощностью 0,5-1 кВт  состоит из:

-Корпуса (поплавок): из стекловолокна герметичен и устойчив  к суровым морским условиям.

-Генерирующий узел: относятся все технические средства, преобразующие и обеспечивающие передачу энергии волн в электроэнергии.

— Система обнаружения (наблюдения) ЖПС.

Генерирующая часть электростанции, состоящая из двигателя, который собирает хаотичное движение волн и превращает его в полезную мощность.  Аккумулятора и преобразователь  располагается в главном корпусе потребителя  или на дне поплавка. Вырабатываемая электроэнергия передается от генератора потребителю по кабелю. Электростанция комплектуется блоком аккумулирования, который позволяет накапливать электроэнергию в часы минимума потребления и выдавать ее в часы максимума, прибор управления преобразователь и кабель. 

 

Микро-Волновая электростанция.

 

Микро-Волновая электростанция мощностью 0,5-1 кВт  состоит из:

-Корпуса (поплавок): из стекловолокна герметичен и устойчив  к суровым морским условиям.

-Генерирующий узел: относятся все технические средства, преобразующие и обеспечивающие передачу энергии волн в электроэнергии.

— Система обнаружения (наблюдения) ЖПС.

Генерирующая часть электростанции, состоящая из двигателя, который собирает хаотичное движение волн и превращает его в полезную мощность.  Аккумулятора и преобразователь  располагается в главном корпусе потребителя  или на дне поплавка. Вырабатываемая электроэнергия передается от генератора потребителю по кабелю. Электростанция комплектуется блоком аккумулирования, который позволяет накапливать электроэнергию в часы минимума потребления и выдавать ее в часы максимума, прибор управления преобразователь и кабель.  

Выработка энергии из волн морей и океанов осуществляется специальными волновыми электростанциями, которые располагаются в акваториях.

Недавно при онлайнобсуждении очередного направления альтернативной энергетики мой коллега коснулся вопроса использования энергии волн морей и океанов. Он так и сказал: «Вы о многих источниках пишите, поинтересуйтесь среднегодовой высотой морских волн. Волна 3 м несет мощность 90 кВт на 1 м берега».

Ваш покорный слуга родился и вырос на Азовском море. Не понаслышке знаю, что оно бывает спокойным и штормовым. Не раз ощущал силу волн на себе и видел, как волны разрушают строения и причалы. Думаю, вполне разумно было бы наряду с устройствами, преобразующими энергию солнца и ветра в электроэнергию, использовать для этих целей и энергию морских волн. Тем более, что Украина имеет прибрежную зону Азовского и Черного моря.

Не мудрствуя лукаво, нашел организацию, профессионально занимающейся этим направлением и хочу с наиболее интересной информацией в сжатом виде ознакомить своего читателя.

Энергия волн

Сила волн на поверхности морей и океанов, как и любая другая энергия, может использоваться для полезной работы, в том числе для обеспечения работы электростанций. По мнению экспертов, волны Мирового океана могут удовлетворить от 20% энергетических потребностей человечества.

Волновая энергетика представляется исследователям не менее серьёзным направлением альтернативной энергетики. По самым смелым оценкам, волны генерируют порядка 2 ТВт энергии, что в два раза превосходит совокупный объём выработки энергии во всём мире в настоящее время. Привлекательность использования волн заключается в первую очередь в их высокой удельной мощности, которая по своему уровню превышает показатели солнечной и ветровой энергетики. В условиях десятиметровой высоты волн удельная мощность достигает 2 МВт на погонный метр.

Технически использование энергии волн возможно только в прибрежных зонах, где мощность составляет максимум 75–80 кВт на, а средняя высота волн — до двух метров. (Коллега был прав, и есть ответ по средней высоте волн. Авт.) Впрочем, такой уровень наблюдается в большей части Мирового океана в спокойных погодных условиях. Усреднённый показатель удельной мощности волн в Северном полушарии составляет в пределах 25 кВт на метр. Регионы, наиболее потенциально пригодные для запуска волновых электростанций — это территории с побережьем большой протяжённости и наличием стабильных сильных ветров.

Принципы работы волновых станций

Выработка энергии из волн морей и океанов осуществляется специальными волновыми электростанциями, которые располагаются в акваториях. Кроме генерации электроэнергии, при задействовании дополнительного оборудования волновые станции могут выполнять и другую полезную работу, в том числе выработку тепла, пресной воды, кислорода, водорода и других химических веществ из морской воды при помощи процессов электролиза, а также осуществлять производство сжатого воздуха.

Работа станций выполняется благодаря воздействию волн на их рабочие тела, в роли которых могут выступать, в зависимости от конкретного проекта, поплавки, лопасти турбин, маятники, трубы, волноприёмники или волноотбойники. Движения волн в конечном итоге трансформируются во вращение генераторов при помощи силовых преобразователей — воздушных и гидравлических турбин, цепных и зубчатых передач или же водяных колёс. Полученная в результате воздействия волн механическая энергия превращается в электрическую, после чего транспортируется потребителям через морской кабель на побережье.

Волны могут использоваться для получения энергии на станциях, работающих по принципу «колеблющегося тела». Рабочие тела станций представляют собой буи, секции которых объединены в один конвертер. Между секциями устанавливаются гидравлические поршни, которые под воздействием вертикальных колебаний волн через специальные двигатели вращают генератор. Применяется преобразование не только энергии колебаний волн, но и изменения их профиля при использовании принципа «поверхностного качения». В качестве рабочих тел устанавливаются поплавки. В конструкциях станций типа «утка Соллера» несколько десятков поплавков монтируются на общий вал.

Волновые установки поплавкового типа «плот Коккереля» и «морской змей» несмотря на громоздкость конструкций и сложности с закреплением оборудования станций в определённых точках, являются наиболее популярными и демонстрируют КПД в пределах 80%. Есть и другие типы станций «осциллирующий водяной столб», «пульсирующий водяной столб Массуды», «искусственный атолл» и другие. Ограничимся пока только перечислением. 

Действующие и будущие проекты

Попытки воплотить в жизнь идеи использования энергию морских волн предпринимались ещё до двадцатого века. Но настоящий интерес к волновой энергетике возродился уже в семидесятые годы двадцатого века, после того, как в мире разразился нефтяной кризис. В Норвегии в 1985 году появились сразу две волновых электростанции, вырабатывающие энергию в промышленных масштабах. Мощность первой первоначально составляла 500 кВт и была наращена до 850 кВт. Конструкция предусматривала генерирующую установку пневматического типа. Вторая станция мощностью 450 кВт работает по принципу «атолла» с использованием энергии набегающей волны на поверхность конусообразного типа.

К настоящему времени доля использования станций, работающих на волнах, совсем невелика. По большей части реализация таких проектов носит экспериментальный характер. Тем не менее, волновая энергетика нашла своё применение в сегменте энергообеспечения отдельных автономных объектов, таких как маяки, буи, морское научно-исследовательское оборудование, буровые платформы. К примеру, на волновых генераторах сейчас во всём мире работают около четырёх сотен маяков и буёв. Крупные же электростанции можно пересчитать по пальцам, причём часть из них пока ещё находится в стадии строительства. Познакомимся с некоторыми проектами.

Австралийская компания Oceanlinx по заказу энергетического оператора Diamond Energy и при содействии Australian Renewable Energy Agency построила за $8 млн волновую электростанцию в зоне Порт-Кембла (пригород Вуллонгонга). Станцию запустили в 2005 году. В процессе эксплуатации было принято решение провести модернизацию мощностей и после некоторого перерыва волновые генераторы заработали вновь в 2009 году. Мощность объекта составляет 1 МВт, потребителям же поступает порядка 450 кВт энергии. Генераторы построены по принципу «осциллирующего водяного столба» и работают на сжатом воздухе, вытесняемом из специальных камер под воздействием морских волн. Следующий проект компании — возведение волновой станции мощностью 10 МВт.

В акватории Северного моря, у шотландского побережья Оркнейских островов, заработала волновая станция Oyster мощностью 600 кВт, построенная местной компанией Aquamarine Power. Генератор работает с использованием донного насоса, который под воздействием волнового поплавка закачивает на берег морскую воду. Поступающая вода, в свою очередь, обеспечивает движение лопастей генератора. Станция обеспечивает энергией несколько сотен домохозяйств. В компании обсуждаются планы строительства ещё двух десятков аналогичных станций, что дало бы возможность поставлять электроэнергию ещё 9 тыс. домохозяйствам. Не исключается и вариант установки новых поплавковых насосов, которые будут подавать дополнительный объём морской воды к одному мощному гидрогенератору на побережье.

В 2009 году на побережье британского графства Корнуолл (омывается Ла-Маншем и Кельтским морем) стартовало возведение крупнейшей волновой станции в мире в рамках проекта Wave Hub. Оператором проекта является компания Carnegie Wave Energy (Австралия), которая получила на строительство грант Европейского фонда регионального развития в сумме 9,6 млн. евро для строительства первого мегаваттного генератора. Конструкция генератора предусматривает установку турбин PowerBuoy производства американской компании Ocean Power Technologies. Станция строится по технологии поплавковых рабочих тел. Проектная мощность объекта составит 50 МВт. Предполагается, что запуск станции состоится в 2018 году. Вторая очередь проекта, предусматривающая наращивание мощности выработки, рассчитана на 2020–2021 годы. По неофициальным данным, оператору уже удалось достигнуть мощности станции в 20 МВт.

Демонстрационные проекты

Нидерландская компания Waterstudio реализовала пилотный проект Parthenon, построив подводную стену с электрогенераторами в нью-йоркской гавани на реке Гудзон. Установка не только производит энергию экологически чистым способом, но и выступает в роли защиты прибрежной зоны и местного порта от волнового воздействия. Инновационный волнолом состоит из колонн, по внешнему виду напоминающих греческие, чем и было обусловлено название проекта. Каждая такая колонна представляет собой турбину метрового диаметра, вращающуюся в обе стороны под воздействием речных волн. В настоящее время проект имеет демонстрационный статус.

Проект Parthenon не является единственным американским проектом волновой энергетики, однако как гудзонский генератор, так и остальные станции в этой стране строятся в качестве эксперимента. Эксперты полагают, что строительство и запуск волновых электростанций со временем даст возможность удовлетворить до 28% потребностей страны в энергии. Развитию идей волновых электростанций в США способствуют разработки программ, применяемые в военно-морских силах страны. Согласно ним к 2020 году ВМС должны сократить потребление энергии из традиционных источников на 50% путём перехода на использование технологий альтернативной энергетики. Материалы взяты из источника.

В Украине, НПФ «КРОК-1» разработало типовой проект волновой станции мощностью 2000 кВт для акватории Черного моря, состоящей из четырех модулей по 500 кВт. Практической реализации пока нет, хотя прототип такого оборудования по использованию энергии морских волн ВЭС-10 (10 кВт) был испытан весной 2007 года в Черном море и показал удовлетворительные результаты.

Понравилась статья, поделись с друзьями. Напиши в комментариях свое мнение.

Волновая электростанция: принцип работы

Воды Мирового океана скрывают в себе несметные богатства, главными из которых, пожалуй, являются безграничные источники энергии в виде морских волн. Впервые об использовании кинетической энергии накатывающихся на берег валов задумались в 18 веке в Париже, где был представлен первый патент на волновую мельницу. Сейчас технологии шагнули далеко вперед, и совместными усилиями ученых была создана первая коммерческая волновая электростанция, которая начала эксплуатироваться в 2008 году.

Почему это выгодно?

Ни для кого не секрет, что природные богатства находятся на грани истощения. Запасы угля, нефти и газа – основных энергетических источников – подходят к концу. По самым оптимистичным прогнозам ученых, запасов хватит для 150-300 лет жизни. Атомная энергетика тоже не оправдала ожиданий. Большая мощность и производительность окупают затраты на строительство, эксплуатацию, но проблемы захоронения отходов и нанесения ущерба окружающей среде скоро заставят отказаться и от них. По этим причинам ученые ищут новые альтернативные источники энергии. Сейчас уже действуют ветровые и солнечные электростанции. Но при всех своих достоинствах они имеют существенный недостаток – низкий КПД. Удовлетворить потребности всего населения не удастся. Поэтому необходимы новые решения.

Для выработки электричества волновая электростанция использует кинетическую энергию волн. По самым скромным подсчетам, этот потенциал оценивается в 2 млн МВт, что сравнимо с 1000 работающих на полную мощность атомных электростанций, а на один метр фронта волны приходится около 75 кВт/м. При этом не наблюдается абсолютно никакого вредного воздействия на окружающую среду.

Общая схема работы

Волновыми электростанциями называют плавучие сооружения, которые способны преобразовывать механическую энергию движения волн в электрическую и передавать ее потребителю. При этом стараются использовать два источника:

  1. Кинетические запасы. Морские валы проходят через трубу большого диаметра и вращают лопасти, которые передают усилие на электрогенератор. Применяется и пневматический принцип – вода, проникая в специальную камеру, вытесняет оттуда кислород, который перенаправляется по системе каналов и вращает лопасти турбины.
  2. Энергия качения. В этом случае волновая электростанция выступает в роли поплавка. Перемещаясь в пространстве вместе с профилем волны, она посредством сложной системы рычагов заставляет вращаться турбину.

Разными странами используются свои собственные технологии преобразования механического движения волн в электричество, но общая схема действия у них одинаковая.

Недостатки волновых электростанций

Главным препятствием на пути к обширному внедрению волновых электростанций является их стоимость. Из-за сложной конструкции и сложной установки на поверхность морских вод затраты на внедрение подобных установок в эксплуатацию выше, чем на строительство АЭС или ТЭС.

Кроме того, наблюдается и ряд других недостатков, которые в основном связаны с появлением социально-экономических проблем. Дело все в том, что крупные поплавковые станции создают опасность и мешают мореходству и рыболовству – поплавковая волновая электростанция может просто вытеснить человека из промысловых зон. Возможны и экологические последствия. Использование установок значительно гасит морские валы, делает их меньше и не дает пробиться на берег. Между тем волны играют важную роль в процессе газообмена океана, очищения его поверхности. Все это может привес

Энергия волн как альтернативный источник электроэнергии

Энергия волн – энергия, которую волны переносят по поверхности воды. Это неисчерпаемый источник, пригодный для получения электричества. Для преобразования энергии волны в электроэнергию сооружают электростанции волновые. Их монтируют непосредственно в воду.

В перспективе волновая генерация может за год выдать 4 ТВт в прибрежных зонах и до нескольких десятков ТВт в открытом море.

Природа явления

Волнообразование – есть результат воздействия солнечных лучей. Солнце нагревает воздушные массы, из-за чего они перемещаются в пространстве. В процессе перетекания воздух соприкасается с поверхностью океана, инициируя возникновение волны.

Энергоемкость конкретного волнового вала определяется:

  • силой ветров;
  • продолжительностью порывов;
  • шириной воздушного фронта.

Максимальное значение энергоемкости одной волны достигает 100 кВт на 1 м. Данный показатель существенно понижается на мелководье, что объясняется трением о дно водоема.

Принцип действия классической волновой электростанции

Осциллирующая водяная колонна с воздушной турбиной Уэллса являет собой классический, наиболее проработанный вид волновой электростанции. Аналогичное оборудование успешно функционирует как в море, так и в прибрежной зоне.

Принцип работы одинаков и для стационарных, и для плавучих моделей. Волной в, наполовину погруженной в воду, камере поднимается уровень воды. Благодаря заполнению внутреннего объема агрегата водой, воздух, находящийся внутри, под давлением выдавливается из сосуда. Образовавшиеся воздушные потоки пропускаются через лопасти реверсивной турбины низкого давления Уэллса. Когда возникает откат воды, воздух возвращается в камеру, минуя все те же турбинные лопатки. Уэллс добился сохранения направления вращения вала турбины вне зависимости от направления движения волны, что обеспечивает непрерывность передачи крутящего момента на вал генератора.

Турбина Алана Артура Уэллса избавлена от сложных механизмов измерения шага, а также систем клапанов. Агрегат имеет симметричное сечение и сравнительно большой угол атаки лопастей. В целом механизм характеризуется:

  • малым отношением скорости вращения к скорости потока воздуха;
  • высоким коэффициентом лобового сопротивления;
  • периодическими провалами мощности;
  • КПД на уровне 40-70%;
  • шумностью – издаваемые им, звуки сопоставимы со звучанием огромного органа.

 

Совершенствование классической модели

Принцип действия подобных агрегатов сохраняется неизменным. Конструкторы пытаются изменить архитектуру камеры, чтобы добиться максимального сжатия воздушной массы внутри нее. Усовершенствованная модель камеры позволяет изменять ее объем и геометрию в зависимости от состояния акватории.

Эффективность этой идеи доказали и теоретически, и практически. В итоге удалось избавиться от перепадов мощности станции, обусловленных падением высоты волны, и защитить оборудование от чрезмерных нагрузок и разрушения во время штормов.

Такая станция с «дышащей» камерой функционирует в Атлантике у португальских берегов. Ее мощности в 750 кВт достаточно для обеспечения электричеством около 1000 семей. Там планируется создать огромный прибрежный генерирующий каскад.

В перспективе плавучие волновые станции этого типа будут строить там, где функционируют ветровые фермы, используя единую якорную систему для электростанций обоих видов.

Буй-генератор

Ocean Power Technologies (OPT) – инжиниринговая компания из Шотландии – представила PowerBuoy PB150. Это огромный буй длиной 42 м, удерживаемый одиннадцатиметровым поплавком и якорной системой. Мощность одной станции 150 кВт.

Агрегат способен преобразовывать в электроэнергию вертикальные колебания. Погруженная часть буя-генератора зафиксирована на дне якорной системой. Поплавок перемещается по вертикали в унисон колебанию морских вод – он закреплен на подвижном штоке. Шток – часть линейного генератора, который во время прохождения обмотки статора вырабатывает электричество.

Конструкция оснащена системой датчиков, благодаря которой можно вручную адаптировать ход штока согласно силе, высоте и частоте волн, добиваясь наиболее рационального режима работы оборудования. Во избежание аварий в периоды сильных штормов шток поплавка блокируется автоматически.

К месту дислокации агрегат доставляют буксиры. Несколько подобных буев, установленные рядом, использующие общую якорную систему и единый силовой контур, образуют волновую ферму. Для установки системы мощностью 10МВт необходимо 0,125 квадратных км водной поверхности. Первый такой буй разместили в 33 морских милях от Инвергордона (Шотландия). Анализ среды вблизи функционирующего генератора показал, что он экологически нейтрален.

Преимущества и недостатки

Преимущества волновой энергетики:

  • волновая электростанция способна заменить волногасители, защищающие береговую линию и прибрежные сооружения от разрушения;
  • волновые электрогенераторы малой мощности можно монтировать непосредственно на мостовых опорах, причалах, принимая мощность волн;
  • удельная мощность волнения волн выше удельной мощности ветров на 1-2 порядка, соответственно волновая энергетика может оказаться выгоднее, нежели ветряная.

Недостатки:

  • штормовая волна способна смять лопасти водяных турбин. Проблема решается методами искусственного уменьшения мощности, заключенной в волнах;
  • некоторые типы генераторов представляют реальную угрозу для безопасности мореплавания;
  • в местах установки отдельных видов агрегатов промышленное рыболовство становится невозможным.

‘;
blockSettingArray[0][«setting_type»] = 6;
blockSettingArray[0][«elementPlace»] = 2;
blockSettingArray[1] = [];
blockSettingArray[1][«minSymbols»] = 0;
blockSettingArray[1][«minHeaders»] = 0;
blockSettingArray[1][«text»] = ‘

‘;
blockSettingArray[1][«setting_type»] = 6;
blockSettingArray[1][«elementPlace»] = 0;
blockSettingArray[3] = [];
blockSettingArray[3][«minSymbols»] = 1000;
blockSettingArray[3][«minHeaders»] = 0;
blockSettingArray[3][«text»] = ‘

wave generation — это … Что такое волновая генерация?

  • Генерация кроссполяризованных волн — Рис. 1. Генерация кросс-поляризованных волн (XPW) — это нелинейный оптический процесс, который можно отнести к группе процессов с вырождением по частоте [четырехволновое смешение]. Это может иметь место только в средах с анизотропией нелинейности третьего порядка. Как… Википедия

  • Generation Wave — логотип Generation Wave (бирманский: မျိုးဆက်သစ်လူငယ်များ အစည်းအရုံး) — это продемократическое бирманское молодежное движение, основанное Мин Яном Наингом, Мо Тве, звездой хип-хопа Заяром Тоу и еще одним активистом.[… Википедия

  • Мощность волн — относится к энергии волн на поверхности океана и захвату этой энергии для выполнения полезной работы, включая выработку электроэнергии, опреснение и перекачку воды (в резервуары). Волновая энергия — это форма возобновляемой энергии. Хотя часто вместе…… Википедия

  • Wave Hub — Wave Hub… Википедия

  • Generation Indochine — Génération Indochine Génération Indochine Альбом для Indochine Sortie 2000 Жанры (ы) New wave Label BMG (без авторизации) Альбомы на… Wikipédia en Français

  • Génération Indochine — Альбом от Indochine Sortie 2000 Жанр New wave / Pop Rock Лейбл BMG (без авторизации)… Wikipédia en Français

  • Поколение Y — сюда перенаправляются миллениалы.Для концепции Милленаризма см Миллениализм. Эта статья посвящена демографической когорте (группе субъектов с общей определяющей характеристикой), следующей за поколением X. Для других целей см. Поколение Y…… Wikipedia

  • Поколение X (группа) — Музыкальный исполнитель Infobox 2 Имя = Поколение X Img capt = Фон = группа или группа Имя при рождении = Псевдоним = Родился = Умер = Происхождение = Лондон, Англия Инструмент = Жанр = Панк-рок Поп-панк [[[ http://punkmodpop.free.fr / generationx pic.htm Поколение X…… Википедия

  • Волновая функция — Не путать с соответствующей концепцией волнового уравнения. Некоторые траектории гармонического осциллятора (шар, прикрепленный к пружине) в классической механике (A B) и квантовой механике (C H). В квантовой механике (C H) у мяча есть волна…… Wikipedia

  • wave — без волн, прил. без волн, нареч. махая, нареч. волнообразный, прил. / wayv /, n., v., помахал, машет рукой.п. 1. Возмущение на поверхности жидкого тела, такого как море или озеро, в виде движущегося гребня или волны. 2. любое колебательное или прогрессирующее движение… Universalium

  • Высота волны — В гидродинамике высота поверхностной волны обозначает разницу между отметками гребня и соседней впадины. Kinsman (1984) с. 38.] Высота волны — термин, используемый мореплавателями, а также в прибрежной, океанской инженерии и…… Wikipedia

  • Генерация

    волн — это… Что такое волновая генерация?

  • Генерация кроссполяризованных волн — Рис. 1. Генерация кросс-поляризованных волн (XPW) — это нелинейный оптический процесс, который можно отнести к группе процессов с вырождением по частоте [четырехволновое смешение]. Это может иметь место только в средах с анизотропией нелинейности третьего порядка. Как… Википедия

  • Generation Wave — логотип Generation Wave (бирманский: မျိုးဆက်သစ်လူငယ်များ အစည်းအရုံး) — это продемократическое бирманское молодежное движение, основанное Мин Яном Наингом, Мо Тве, звездой хип-хопа Заяром Тоу и еще одним активистом.[… Википедия

  • Мощность волн — относится к энергии волн на поверхности океана и захвату этой энергии для выполнения полезной работы, включая выработку электроэнергии, опреснение и перекачку воды (в резервуары). Волновая энергия — это форма возобновляемой энергии. Хотя часто вместе…… Википедия

  • Wave Hub — Wave Hub… Википедия

  • Generation Indochine — Génération Indochine Génération Indochine Альбом для Indochine Sortie 2000 Жанры (ы) New wave Label BMG (без авторизации) Альбомы на… Wikipédia en Français

  • Génération Indochine — Альбом от Indochine Sortie 2000 Жанр New wave / Pop Rock Лейбл BMG (без авторизации)… Wikipédia en Français

  • Поколение Y — сюда перенаправляются миллениалы.Для концепции Милленаризма см Миллениализм. Эта статья посвящена демографической когорте (группе субъектов с общей определяющей характеристикой), следующей за поколением X. Для других целей см. Поколение Y…… Wikipedia

  • Поколение X (группа) — Музыкальный исполнитель Infobox 2 Имя = Поколение X Img capt = Фон = группа или группа Имя при рождении = Псевдоним = Родился = Умер = Происхождение = Лондон, Англия Инструмент = Жанр = Панк-рок Поп-панк [[[ http://punkmodpop.free.fr / generationx pic.htm Поколение X…… Википедия

  • Волновая функция — Не путать с соответствующей концепцией волнового уравнения. Некоторые траектории гармонического осциллятора (шар, прикрепленный к пружине) в классической механике (A B) и квантовой механике (C H). В квантовой механике (C H) у мяча есть волна…… Wikipedia

  • wave — без волн, прил. без волн, нареч. махая, нареч. волнообразный, прил. / wayv /, n., v., помахал, машет рукой.п. 1. Возмущение на поверхности жидкого тела, такого как море или озеро, в виде движущегося гребня или волны. 2. любое колебательное или прогрессирующее движение… Universalium

  • Высота волны — В гидродинамике высота поверхностной волны обозначает разницу между отметками гребня и соседней впадины. Kinsman (1984) с. 38.] Высота волны — термин, используемый мореплавателями, а также в прибрежной, океанской инженерии и…… Wikipedia

  • Генерация

    волн — это… Что такое волновая генерация?

  • Генерация кроссполяризованных волн — Рис. 1. Генерация кросс-поляризованных волн (XPW) — это нелинейный оптический процесс, который можно отнести к группе процессов с вырождением по частоте [четырехволновое смешение]. Это может иметь место только в средах с анизотропией нелинейности третьего порядка. Как… Википедия

  • Generation Wave — логотип Generation Wave (бирманский: မျိုးဆက်သစ်လူငယ်များ အစည်းအရုံး) — это продемократическое бирманское молодежное движение, основанное Мин Яном Наингом, Мо Тве, звездой хип-хопа Заяром Тоу и еще одним активистом.[… Википедия

  • Мощность волн — относится к энергии волн на поверхности океана и захвату этой энергии для выполнения полезной работы, включая выработку электроэнергии, опреснение и перекачку воды (в резервуары). Волновая энергия — это форма возобновляемой энергии. Хотя часто вместе…… Википедия

  • Wave Hub — Wave Hub… Википедия

  • Generation Indochine — Génération Indochine Génération Indochine Альбом для Indochine Sortie 2000 Жанры (ы) New wave Label BMG (без авторизации) Альбомы на… Wikipédia en Français

  • Génération Indochine — Альбом от Indochine Sortie 2000 Жанр New wave / Pop Rock Лейбл BMG (без авторизации)… Wikipédia en Français

  • Поколение Y — сюда перенаправляются миллениалы.Для концепции Милленаризма см Миллениализм. Эта статья посвящена демографической когорте (группе субъектов с общей определяющей характеристикой), следующей за поколением X. Для других целей см. Поколение Y…… Wikipedia

  • Поколение X (группа) — Музыкальный исполнитель Infobox 2 Имя = Поколение X Img capt = Фон = группа или группа Имя при рождении = Псевдоним = Родился = Умер = Происхождение = Лондон, Англия Инструмент = Жанр = Панк-рок Поп-панк [[[ http://punkmodpop.free.fr / generationx pic.htm Поколение X…… Википедия

  • Волновая функция — Не путать с соответствующей концепцией волнового уравнения. Некоторые траектории гармонического осциллятора (шар, прикрепленный к пружине) в классической механике (A B) и квантовой механике (C H). В квантовой механике (C H) у мяча есть волна…… Wikipedia

  • wave — без волн, прил. без волн, нареч. махая, нареч. волнообразный, прил. / wayv /, n., v., помахал, машет рукой.п. 1. Возмущение на поверхности жидкого тела, такого как море или озеро, в виде движущегося гребня или волны. 2. любое колебательное или прогрессирующее движение… Universalium

  • Высота волны — В гидродинамике высота поверхностной волны обозначает разницу между отметками гребня и соседней впадины. Kinsman (1984) с. 38.] Высота волны — термин, используемый мореплавателями, а также в прибрежной, океанской инженерии и…… Wikipedia

  • Генерация простых волн в Python (и SciPy)

    [153Armstrong] сделал небольшой пост о том, как легко сгенерировать сигналы с помощью Python.Мы согласны с тем, что это просто, но на самом деле это не столько Python как таковой , сколько довольно крутые библиотеки (в частности, SciPy), которые делают всю тяжелую работу. Это может означать расщепление волос, но ничего не стоит, что SciPy (произносится как «Sigh Pie») также выполняет другие полезные трюки, такие как преобразование Фурье. Вы можете посмотреть видео с его результатами ниже.

    Код прост, и один из комментаторов указал на еще более эффективный способ записи данных в файл WAV. Основная идея состоит в том, чтобы создать массив образцов в буфере с использованием некоторых функций компонента SciPy NumPy.

    Большинство обычных сигналов легко создать с помощью алгоритма. Например, синусоидальные волны в общем можно описать как: y = амплитуда * синус (radian_frequency * t + phase_shift)

    Где y — значение волны в момент времени t . Амплитуда — это пиковое значение (поэтому 5 даст вам +/- 5 В), а радианная частота в два раза превышает значение пи, умноженное на частоту в герцах. [153Armstrong] показывает простые формулы для синусоидальных волн, симметричных и асимметричных прямоугольных волн и пилообразной волны с использованием генераторов, предоставляемых пакетом SciPy.Код находится на GitHub, и он также ссылается на генераторы, доступные в SciPy.

    Мы уже видели SciPy в некоторых конкурсах Hackaday раньше. Вы можете думать об этом как о Matlab для Python. Просто имейте в виду, что это не неотъемлемая часть Python. Если вы используете другой язык, вы можете использовать аналогичную библиотеку для получения того же эффекта. А если вы делаете это на оборудовании, вы, вероятно, захотите использовать справочные таблицы, чтобы все было быстро и просто.

    Wave Generation — Добро пожаловать в примеры LS-DYNA

    Полосы давления жидкости

     
     * КЛЮЧЕВОЕ СЛОВО
    *ЗАГЛАВИЕ
    * DATABASE_BINARY_D3PLOT
    * DEFINE_CURVE_TITLE
    * DEFINE_FUNCTION
    * ICFD_BOUNDARY_FREESLIP
    * ICFD_BOUNDARY_FSWAVE
    * ICFD_CONTROL_OUTPUT
    * ICFD_CONTROL_TIME
    * ICFD_DATABASE_FLUX
    * ICFD_DEFINE_POINT
    * ICFD_DEFINE_WAVE_DAMPING
    * ICFD_MAT
    * ICFD_PART
    * ICFD_PART_VOL
    * ICFD_SECTION
    *ВКЛЮЧАЮТ
    * LOAD_BODY_Y
    * MESH_INTERF
    * MESH_SURFACE_ELEMENT
    * MESH_SURFACE_NODE
    * MESH_VOLUME
    * ПАРАМЕТР
    * КОНЕЦ 
     $ ------------------------------------------------ -----------------------------
    $
    $ Пример предоставлен Иньяки (LSTC)
    $
    $ E-Mail: info @ Dynamore.де
    $ Интернет: http://www.dynamore.de
    $
    $ Авторские права, 2015 DYNAmore GmbH
    $ Копирование для некоммерческого использования разрешено, если
    $ copy полностью несет это уведомление.
    $
    $ X ------------------------------------------------ ------------------------------
    $ X
    $ X 1. Запустить файл как есть.
    $ X Требуется LS-DYNA MPP Dev svn 112028 (или выше) с двойной точностью
    $ X
    $ X ------------------------------------------------ ------------------------------
    $ # ЕДИНИЦЫ: (кг / м / с)
    $ X ------------------------------------------------ ------------------------------
    $ X
    *КЛЮЧЕВОЕ СЛОВО
    *ЗАГЛАВИЕ
    ICFD Wave генерация
    *ВКЛЮЧАЮТ
    сетка.k
    $ --- + ---- 1 ---- + ---- 2 ---- + ---- 3 ---- + ---- 4 ---- + ---- 5 ---- + ---- 6 ---- + ---- 7 ---- + ---- 8
    $ $
    $ ПАРАМЕТРЫ $
    $ $
    $ --- + ---- 1 ---- + ---- 2 ---- + ---- 3 ---- + ---- 4 ---- + ---- 5 ---- + ---- 6 ---- + ---- 7 ---- + ---- 8
    * ПАРАМЕТР
    R T_end 15.0
    R dt_plot 0.10
    $
    $ --- Жидкость
    $
    Rrho_fluid 1000
    R mu_fluid 0.001
    R dt_fluid 0,025
    Р грав 9,81
    $
    $ --- + ---- 1 ---- + ---- 2 ---- + ---- 3 ---- + ---- 4 ---- + ---- 5 ---- + ---- 6 ---- + ---- 7 ---- + ---- 8
    $ $
    КАРТОЧКИ КОНТРОЛЯ $ ICFD $
    $ $
    $ --- + ---- 1 ---- + ---- 2 ---- + ---- 3 ---- + ---- 4 ---- + ---- 5 ---- + ---- 6 ---- + ---- 7 ---- + ---- 8
    * ICFD_CONTROL_TIME
    $ # ttm dt
        & T_end & dt_fluid
    * ICFD_CONTROL_OUTPUT
    $ # mslv
             3
    $ --- + ---- 1 ---- + ---- 2 ---- + ---- 3 ---- + ---- 4 ---- + ---- 5 ---- + ---- 6 ---- + ---- 7 ---- + ---- 8
    $ $
    $ ICFD ЧАСТИ / РАЗДЕЛ / МАТЕРИАЛ $
    $ $
    $ --- + ---- 1 ---- + ---- 2 ---- + ---- 3 ---- + ---- 4 ---- + ---- 5 ---- + ---- 6 ---- + ---- 7 ---- + ---- 8
    * ICFD_SECTION
    $ # sid
             1
    * ICFD_MAT
    $ # mid flg ro vis
             1 1 & rho_fluid & mu_fluid
    * ICFD_MAT
    $ # mid flg
             2 0
    * ICFD_PART
    $ # pid secid mid
             1 1 1
    * ICFD_PART
    $ # pid secid mid
             2 1 2
    * ICFD_PART
    $ # pid secid mid
             3 1 1
    * ICFD_PART
    $ # pid secid mid
             4 1 2
    * ICFD_PART
    $ # pid secid mid
             5 1 2
    * ICFD_PART
    $ # pid secid mid
             6 1 1
    * ICFD_PART
    $ # pid secid mid
             7 1 1
    * ICFD_PART_VOL_TITLE
    вода
    $ # pid secid mid
            10 1 1
    $ # spid1 spid2 spid3 spid4
             1 3 6 7
    * ICFD_PART_VOL_TITLE
    вакуум
    $ # pid secid mid
            20 1 2
    $ # spid1 spid2 spid3 spid4
             2 4 5 7
    $ --- + ---- 1 ---- + ---- 2 ---- + ---- 3 ---- + ---- 4 ---- + ---- 5 ---- + ---- 6 ---- + ---- 7 ---- + ---- 8
    $ $
    $ ICFD ГРАНИЦА / НАЧАЛЬНЫЕ УСЛОВИЯ / УСЛОВИЯ НАГРУЗКИ $
    $ $
    $ --- + ---- 1 ---- + ---- 2 ---- + ---- 3 ---- + ---- 4 ---- + ---- 5 ---- + ---- 6 ---- + ---- 7 ---- + ---- 8
    * ICFD_BOUNDARY_FREESLIP
    $ # pid
             5
    * ICFD_BOUNDARY_FREESLIP
    $ # pid
             6
    * ICFD_BOUNDARY_PRESCRIBED_PRE
    $ # pid lcid sf смерть рождение
             3 3
    * ICFD_BOUNDARY_PRESCRIBED_PRE
    $ # pid lcid sf смерть рождение
             4 3
    * DEFINE_FUNCTION
    $ # lcid
             3
    $ # функция
    f (y) = (1-y) * & grav * & rho_fluid
    * ICFD_BOUNDARY_FSWAVE
    $ # pid wtype h0 amp лямбда бета
             1 2 1 0.2 2. 0.
    * ICFD_BOUNDARY_FSWAVE
    $ # pid wtype h0 amp лямбда бета
             2 2 1 0,2 2,0.
    * ICFD_DEFINE_WAVE_DAMPING
    $ пид нид л
             1 2 2
    * ICFD_DEFINE_POINT
    $ # poid x y z
             1 8 1 0
    * ICFD_DEFINE_POINT
    $ # poid x y z
             2 1 0 0
    * LOAD_BODY_Y
    $ # lcid sf
             1 1
    * DEFINE_CURVE_TITLE
    Сила тяжести
    $ # lcid sidr sfa sfo offa offo dattyp
             1 и грав
    $ # a1 o1
                     0.0 1.0
                 10000,0 1,0
    $ --- + ---- 1 ---- + ---- 2 ---- + ---- 3 ---- + ---- 4 ---- + ---- 5 ---- + ---- 6 ---- + ---- 7 ---- + ---- 8
    $ $
    КЛЮЧЕВЫЕ СЛОВА ICFD MESH $
    $ $
    $ --- + ---- 1 ---- + ---- 2 ---- + ---- 3 ---- + ---- 4 ---- + ---- 5 ---- + ---- 6 ---- + ---- 7 ---- + ---- 8
    * MESH_VOLUME
    $ # volid
            10
    $ # pid1 pid2 pid3 pid4 pid5 pid6
             1 2 3 4 5 6
    * MESH_INTERF
    $ # vpid
            10
    $ # spid
             7
    $ --- + ---- 1 ---- + ---- 2 ---- + ---- 3 ---- + ---- 4 ---- + ---- 5 ---- + ---- 6 ---- + ---- 7 ---- + ---- 8
    $ $
    $ БАЗА ДАННЫХ (ВЫХОД) $
    $ $
    $ --- + ---- 1 ---- + ---- 2 ---- + ---- 3 ---- + ---- 4 ---- + ---- 5 ---- + ---- 6 ---- + ---- 7 ---- + ---- 8
    * ICFD_DATABASE_FLUX
    $ # pid
             1
    * ICFD_DATABASE_FLUX
    $ # pid
             2
    * ICFD_DATABASE_FLUX
    $ # pid
             3
    * ICFD_DATABASE_FLUX
    $ # pid
             4
    * ICFD_DATABASE_FLUX
    $ # pid
             5
    * ICFD_DATABASE_FLUX
    $ # pid
             6
    * DATABASE_BINARY_D3PLOT
    $ # dt
      & dt_plot
    * КОНЕЦ 

    Это моделирование LS-DYNA показывает, как установить простую задачу генерации волн с использованием волн Стокса.Это волновое моделирование подходит в случаях, когда амплитуда волны мала по сравнению с общей глубиной проблемы. В противном случае предпочтительны волны поршневого типа. На выходе установлено условие гидростатического давления, чтобы некоторое количество жидкости могло покинуть область. Кроме того, рядом с выпускным отверстием определен демпфирующий слой, чтобы повысить устойчивость задачи и избежать отражения волн.

    Генерация волн

    в Python

    Python включает модули для чтения и записи волновых файлов (аудиоданных), но
    библиотеки плохо документированы.Я покажу, как использовать их для создания и
    записывать данные в звуковой файл.

    Зависимости

    Сначала вам нужно установить зависимости. Просто шучу! Мне не нравится
    зависимости. Посмотрите этот простой код:

      волна импорта, структура, математика
    
    sampleRate = 44100.0 # герц
    продолжительность = 1.0 # секунды
    частота = 440.0 # герц
    
    wavef = wave.open ('звук.wav', 'ш')
    wavef.setnchannels (1) # моно
    wavef.setsampwidth (2)
    wavef.setframerate (sampleRate)
    
    для i в диапазоне (int (duration * sampleRate)):
        значение = int (32767.0 * math.cos (частота * math.pi * float (i) / float (sampleRate)))
        data = struct.pack (' 

    Приведенный выше код создает файл с именем sound.wav , который представляет собой косинус 440 Гц.
    волна (а также примечание A).

    wavef.setnchannels (1) гарантирует, что это монозвук. Для стерео:
    wavef.setnchannels (2) .

    wavef.setsampwidth (2) устанавливает 2 байта на кадр.8-1)). Говоря, что у нас 2 байта на кадр, это означает
    что мы можем хранить в кадре 1 короткое целое число. Число, которое мы храним в
    рамка представляет собой мгновенную амплитуду сигнала.

    wavef.setframerate (44100) устанавливает частоту кадров 44100 кадров в секунду.
    Это означает, что на каждую секунду звука сохраняется 44100 кадров. Объединение
    это с другими параметрами означает, что на каждый
    второй.

    После того, как мы установили параметры файла, нам нужно записать в него некоторые данные.В
    для цикла генерирует / записывает одну точку для каждого кадра. wavef.writeframesraw
    добавляет переданные ему кадры в файл. struct.pack упаковывает байты
    соответственно для хранения. ' означает упаковывать данные как короткое целое число в
    формат с прямым порядком байтов. Следующее большое неприятное выражение порождает
    фактические волновые данные.

    После того, как все данные были помещены в файл, мы вызываем wavef.writeframes ('') .
    Что на самом деле не добавляет больше данных, а вместо этого пересчитывает соответствующие
    информацию для размещения в шапке.Затем мы закрываем файл с помощью wavef.close () .

    Стереозвук

    Мой первый пример был моно (1 канал), вот как вы можете создать стерео файл:

      волна импорта, структура, математика
    
    sampleRate = 44100.0 # герц
    продолжительность = 1.0 # секунды
    
    # Используйте разные частоты для левого и правого каналов
    rFreq = 1760.00 # А
    lFreq = 523,25 # C
    
    wavef = wave.open ('звук.wav', 'ш')
    wavef.setnchannels (2) # стерео
    wavef.setsampwidth (2)
    wavef.setframerate (sampleRate)
    
    для i в диапазоне (int (duration * sampleRate)):
        l = int (32767.0 * math.cos (lFreq * math.pi * float (i) / float (sampleRate)))
        r = int (32767.0 * math.cos (rFreq * math.pi * float (i) / float (sampleRate)))
        wavef.writeframesraw (struct.pack ('<чч', l, r))
    
    wavef.writeframes ('')
    wavef.close ()
      

    Во-первых: убедитесь, что наушники правильно вставлены. Каждая сторона должна
    быть помеченным либо слева, либо справа. Убедитесь, что левая сторона сопряжена с вашим
    левое ухо, а правое - правое ухо. Зачем я тебе это говорю?
    Потому что мне потребовалось около 45 минут, чтобы выяснить, что не так с моим кодом -
    НИЧЕГО.У меня были наушники задом наперед. (а если серьезно, то самые сложные ошибки
    найти те, которых не существует).

    Запуск вышеуказанной программы должен создать файл стерео волны. Левая сторона имеет
    низкая частота (получить? left = low), в то время как правая сторона имеет высокую частоту.

    Мы используем wavef.setnchannels (2) , чтобы указать, что это стереозвук. когда
    при упаковке данных мы используем ' как структуру, потому что < должно быть
    little endian и hh хранятся 2 целых числа.Затем мы проходим
    левое значение l , за которым следует правое значение r .

    Накачать объем

    Вообще-то тебе придется отказаться. Я уже создавал САМЫЕ ГРОМКИЕ
    звучит возможно. Под самым громким я подразумеваю самую высокую амплитуду. Вот как можно настроить
    объем:

      волна импорта, структура, математика
    
    sampleRate = 44100.0 # герц
    продолжительность = 1.0 # секунды
    
    freq = 880.00 # А
    maxVolume = 32767.0
    
    wavef = wave.open ('звук.wav', 'ш')
    wavef.16 = 65536 различных значений, которые покрывают каждый
    целое число от -32767 до 32768 (не забудьте 0). 

    Подождите, как я это получил? Много гаданий, пока это не сработало. Вот как я рационализировать это. Пример с ( wavef.setsampwidth (2) ) равен 2. 2 байта - это 16 бит для 16-битного целого числа со знаком, которое дает нам диапазон, который я упомянул в предыдущий абзац. Все просто, правда?

    Разве это не значит, что объем регулируется шириной образца? Да.

    Ширина образца

    Было бы слишком легко просто вычислить новый maxVolume на основе образца width используя: maxVolume = 2 ** (8 * sampleWidth-1) - 1 .Вы также должны изменить способ упаковки структуры данных в Python. Пример ниже для 8-битного звука:

      волна импорта, структура, математика
    
    sampleRate = 44100.0 # герц
    продолжительность = 1.0 # секунды
    
    sampleWidth = 1
    
    freq = 880.00 # А
    maxVolume = 2 ** (8 * sampleWidth-1) - 1
    печать str (maxVolume)
    
    wavef = wave.open ('звук.wav', 'ш')
    wavef.setnchannels (1) # стерео
    wavef.setsampwidth (sampleWidth)
    wavef.setframerate (sampleRate)
    
    nSamples = продолжительность * sampleRate
    для i в диапазоне (int (nSamples)):
        volume = maxVolume * float (i) / nSamples
        a = int (127 + объем * математ.cos (freq * math.pi * float (i) / float (sampleRate)))
        wavef.writeframesraw (struct.pack (' 

    Ой, мерзко. Обратите внимание, что нам пришлось изменить:

    1. maxVolume - но ничего страшного, для этого есть формула
      maxVolume = 2 ** (8 * sampleWidth-1) - 1
    2. Метод вычисляет значения выборки. Ранее (для 16-битного звука) мы
      можно просто умножить максимальный объем на значение с плавающей запятой от -1 до +1.Теперь (для 8-битного звука) мы должны добавить смещение (127), потому что сэмплы
      должны быть шорты без подписи. Что приводит к:
    3. другой формат для упаковщика структуры. Теперь мы используем '

    Чтобы помочь справиться с этой неприятностью, вот небольшая функция для упаковки ваших данных:

      def packSoundFrame (nChannels, sampleWidth, значения):
        "" "Возвращает упакованную структуру, которую вы можете записать в волновой файл.
       nChannels - 1 для моно, 2 для стерео и т. д...
       sampleWidth - размер данных: 1 = 8 бит, 2 = 16, 3 = недопустимый, 4 = 32 и т. д.
       values ​​- массив чисел с плавающей запятой от -1.0 до +1.0
    
       packSound (2,2, [- 0.5,1.0]) "" "
    
        форматы = (Нет, 'B', 'h', Нет, 'l')
        смещения = (Нет, 127, 0, Нет, 0)
    
        format = форматы [sampleWidth] * nChannels
        смещение = смещения [sampleWidth]
        объем = 2 ** (8 * sampleWidth-1) - 1
    
        args = [формат]
        для значения в значениях:
            args.append (int (смещение + объем * значение))
    
        вернуть struct.pack (* args)
      

    Ознакомьтесь со списками аргументов распаковки
    если вы не понимаете, что происходит в последних 5 строках.Теперь мы можем легко
    переключаться между разными форматами. Вот последний пример:

      волна импорта, структура, математика
    
    def packSoundFrame (nChannels, sampleWidth, значения):
    
        форматы = (Нет, 'B', 'h', Нет, 'l')
        смещения = (Нет, 127, 0, Нет, 0)
    
        format = '<' + форматы [sampleWidth] * nChannels
        смещение = смещения [sampleWidth]
        объем = 2 ** (8 * sampleWidth-1) - 1
    
        args = [формат]
        для значения в значениях:
            args.append (int (смещение + объем * значение))
        вернуть struct.pack (* args)
    
    sampleRate = 44100.0 # герц
    продолжительность = 1.0 # секунды
    lFreq = 880.00 # А
    rFreq = 1760.00 # А
    
    # 8-битный стереозвук
    sampleWidth = 1
    nChannels = 2
    
    wavef = wave.open ('звук.wav', 'ш')
    wavef.setnchannels (nChannels) # стерео
    wavef.setsampwidth (sampleWidth)
    wavef.setframerate (sampleRate)
    
    nSamples = продолжительность * sampleRate
    для i в диапазоне (int (nSamples)):
        l = math.cos (lFreq * math.pi * float (i) / float (sampleRate))
        r = math.cos (rFreq * math.pi * float (i) / float (sampleRate))
        data = packSoundFrame (nChannels, sampleWidth, [l, r])
        wavef.writeframesraw (данные)
    
    wavef.writeframes ('')
    wavef.close ()
      

    В приведенном выше примере вы можете легко переключиться со стерео ( nChannels = 2 ) на моно.
    ( nChannels = 1 ), от 8-битного ( sampleWidth = 1 ) до 16-битного ( sampleWidth = 2 ) или
    32-битный ( sampleWidth = 4 ).

    Надеюсь, вам понравилось создавать волновые файлы с помощью Python. А теперь иди и сделай несколько хороших мелодий!

    .

    Добавить комментарий

    Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *