Types of unit of wave power station

Волновая электростанция конструкции Овсянкина

История Разработки

Специалистами научно-производственной фирмы «Крок-1» (г. Киев) под руководством Овсянкина В.В. разработана конструкция волновой электростанции, преобразующей энергию морских волн в условиях открытого моря, которая имеет ряд принципиальных отличий от  всех существующих  ВЭС.

Прежде всего, ВЭС Овсянкина  спроектирована так, что  её рабочие органы (энергопоглащающие элементы) являются    частью водной среды, в которой они находятся.  Возникающие, при прохождении волн,  относительные перемещения  отдельных объёмов воды  воспринимаются рабочими органами станции посредством гидродинамического напора, что создаёт крутящий момент на рабочих валах.   Этот момент преобразуется и передаётся  трансмиссией на вал генератора.

Конструкция ВЭС запатентована в Украине (патент №56481) и имеет хорошие перспективы для патентования различных модернизаций конструкции во других странах.

ВЭС имеет модульную конструкцию, типовой модуль представлен на рис. 1.

На одном километре волнового фронта  можно устанавливать  до 24 модулей. Они  могут быть объединены как  в одну ВЭС, так и, например,  в 6 ВЭС, каждая  из которых состоит  из 4 модулей. Целесообразность того или иного решения определяется при разработке конкретного проекта на строительство и учёте всех факторов.

Для открытых морей и океанов модули изготавливаются мощностью 1 и 2 МВт,

для закрытых  морей –  до 0.5 МВт.

Рекомендуемая мощность модуля и его размеры для ВЭС рассчитывается по энергетическому потенциалу акватории эксплуатации.

 ВЭС соединяется с береговой подстанцией электрическим кабелем.

Надёжность работы ВЭС в штормующем море определяется особенностями конструкции: проницаемость для волн и способность погружаться на глубину в зону действия волн расчетных параметров.

Акватория, где предполагается установка ВЭС, должна быть абсолютно открыта волнам, иметь глубину не менее 25м и быть максимально приближена к объекту потребления электроэнергии.

При выборе акватории предпочтительны участки моря с большим энергетическим потенциалом  и с высокой сезонной продолжительностью среднестатистического волнения.

ВЭС Овсянкина обладает следующими преимуществами:

  •  содержит гибкую энергопоглащающую систему, которая непрерывно  изменят свои параметры под воздействием набегающих морских волн широкого диапазона длин и амплитуд, что определяет высокую  эффективность  станции;
  • имеет низкий уровень удельных капитальных затрат – 3500-4000$/кВт;
  • имеет низкую себестоимость производимой электроэнергии – 0,05-0,08 за один кВт/час;
  • низкую материалоёмкость – до 150кг/кВт;
  • высокую стойкость в штормующем море;
  • станция мобильна и может быть отбуксирована в любой участок акватории.

 

Рис. 1 Типовой модуль ВЭС

 

Энергетическая характеристика работы станции мощностью 2 МВТ представлена на рис. 2.

Рис. 2 Энергетическая характеристика ВЭС мощностью 2 МВт.

Работы по созданию волновой станции проводились  НПФ «Крок-1» более 20 лет.  За этот период проведено 8 этапов испытаний макетов станции и опытного образца мощностью 10 кВт (ВЭС-10).

Испытания макетов проводились в волновом бассейне  Института гидромеханики НАН Украины, а также, в натурных условиях Киевского моря. Результаты испытаний подтвердили работоспособность макетов и позволили получить исходные данные для проектирования опытного образца станции.

На основании результатов испытаний Национальным авиационным университетом (г. Киев) разработана методика расчета параметров энергопоглащающего элемента;

На рис.3 показаны испытания макетов  в волновом бассейне.

Рис. 3 Испытание макетов в волновом бассейне

Опытный образец ВЭС-10 был изготовлен в 2006г.  Киевским судостроительным заводом. Испытания опытного образца  проводились весной 2007 г.г. на базе Научно-

Исследовательского центра вооруженных сил Украины «Государственный океанариум» (г. Севастополь).

На рис.4  показан опытный образец ВЭС-10 на пирсе перед спуском на воду

После спуска на воду ВЭС-10 была отбуксирована на расстояние 60 м от пирса. Пункт управления и контроля станции находился на пирсе в автомобиле ГАЗ 66, показан на рис.5. Он был соединён со станцией силовым кабелем и кабелем управления, которые были проложены по дну акватории. Нагрузка имитировалась реостатами.

В ходе испытаний сделаны видеозаписи всех основных моментов.

Рис. 4 Опытный образец ВЭС-10  на пирсе перед спуском на воду

Рис. 5 Пункт управления и контроля ВЭС-10

Испытания проводились в марте – апреле 2007 года.

Станция ВЄС-10 рассчитана на воздействие волн высотой 0,3- 1,0 поэтому местом испытания была выбрана Казачья бухта, защищённая от волн открытого моря.

Глубина в месте установки  составляла  8 метров.

За время испытаний в акватории наблюдались волны высотой до 2 метров и периоды полного штиля.

При воздействии  волн высотой 0,3-,0.4 м наблюдалось вращение рабочего вала 4-5 об/мин, что соответствовало показаниям тахометра на валу генератора 400-500 об/мин.

Наиболее эффективная работа ВЭС-10 наблюдалась при воздействии коротких волн высотой 0,6-0,7 м и длиной 2,0-2,2 м. при этом  обороты рабочего вала находились в пределах 12-15 об/мин, а вырабатываемая генератором  мощность составила 2-3 кВт.

По результатам испытаний сделаны следующие выводы:

  1. Опытный образец ВЭС-10 показал свою работоспособность в диапазоне расчетных высот волн  и выдержал испытания.
  2. Для проектируемых  волновых электростанций длина энергопоглащающего элемента должна примерно соответствовать 1 – 2 длинам предельных  волн расчетного диапазона для конкретной акватории, не зависимо от мощности станции. Так для акваторий Чёрного моря длина  энергопоглащающего элемента должна составлять 40-50 метров.

Так же, по результатам испытаний опытного образца ВЭС-10 были  отработаны технические требования на разработку типового проекта на  модуль волновой станции мощностью 200 кВт для акватории Чёрного моря. Такой проект был разработан Национальным кораблестроительным университетом (г. Николаев).

Для  строительства волновой станции  мощностью 2000 кВт в акватории Черного моря   необходимы средства в количестве  8 млн. $.

В результате  реализации проекта будет  проведено обследование акватории, дана оценка её энергетическому потенциалу, разработан проект  на строительство,  проведено  строительство подводных и береговых сооружений, ,   выполнена привязка типового проекта ВЭС, изготовлена волновая электростанция мощностью 2000 кВт, проведены монтажные и пусконаладочные работы,  испытания и сдача станции в эксплуатацию.

Срок выполнения этого проекта –  2,0  – 2,5 года.

Использование энергии морских волн обеспечит необходимые условия для интенсивного развития разносторонней инфраструктуры о. Змеиный, объектов континентального шельфа и расположенных в прибрежной зоне, при этом позволит сохранить  уникальную природную среду Черного моря.

В декабре 2008 года проект по строительству  ВЭС был рассмотрен и одобрен ученым советом Государственного научно-исследовательского и проектно-конструкторского института инновационных технологий в энергетике и энергосбережении.

Скачать: OvsiankinWaveStation2020eng