Systemy pływakowe

Wstęp

W systemach elektrowni falowych OWC, energia fali była bezpośrednio wykorzystywana do sprężania powietrza, które następnie napędzało turbinę Wellsa. Poniżej opiszę inne rozwiązania elektrowni falowych wykorzystujących tym razem pływaki. Energia fali odbierana jest tutaj w pierwszej kolejności przez swobodnie zamocowany na morzu pływak. Oscylacyjny ruch pływaka przekształca dalej energię fali na energię mechaniczną, bezwładnościową, a ta dalej jest konwertowana na:

  • energię sprężania w siłownikach hydraulicznych
  • jako napęd prądnicy liniowej przymocowanej do pływaka

Rozwiązań jest naprawdę dużo. Nie będę ich opisywał chronologicznie. Skupię sie na konkretnych systemach oferowanych i testowanych przez rynek.

Wave Star Energy

Fot. Wave Star Energy u wybrzeży Danii.

Koncepcja została wymyślona przez miłośników żeglarstwa braci Nielsa i Kelda Hansenów w 2000 roku. Wykorzystuje cylindryczne pływaki do przekazywania energii mechanicznej fal na hydrauliczne siłowniki, które następnie poprzez sprzęgło hydrauliczne napędzają pompę. Energia mechaniczna pompy przekazywana jest dalej na  generator. 

W 2001 roku bracia nawiązali kontakt z Uniwersytetem w Aalborgu. Przeprowadzono szeroko zakrojone testy zbiorników w skali 1:40, których jedynym celem była optymalizacja podstawowej konfiguracji systemu i udokumentowanie produkcji energii elektrycznej na typowych falach Morza Północnego. W 2003 roku stworzono juz model w skali 1:10, a w 2009 roku stworzono już wersję roboczą elektrowni o mocy 110kW podłączoną do sieci (fot. u góry). Instalacja wykorzystuje tylko dwa pływaki.

Rys. Schemat instalacji wave star.

W wersji komercyjnej ma być zastosowanych 20 pływaków, o średnicy 6m i mocy całkowitej 600kW. Wizualizacja poniżej. Nie jest to docelowe rozwiązanie. W planach są siłownie o mocy 6MW. 

Firma na swojej stronie internetowej pokazuje też inną wizualizację, gdzie elektrownia pływakowa tworzy hybrydę z morską siłownią wiatrową. Fundament siłowni wykorzystany jest w tym przypadku do zamocowania kilkudziesięciu pływaków (tutaj łącznie 60-ciu). 

Pelamis

Rozwiązanie nazywane też ( z uwagi na swój kształt i zasadę działania) „wężem morskim”. Pelamis skała się z czterech rur (pływaków) połączonych przegubami w których znajdują się przetworniki energii mechanicznej na elektryczną. Cały „wąż” mocowany jest prostopadle do fali morskiej i wskutek falowania, w miejscach łączenia poszczególnych segmentów, dochodzi do ruchów oscylacyjnych. Ruchy te przekazywane są na siłowniki hydrauliczne, które sprężają ciśnienie wykorzystywane następnie do napędu generatora.  Projekt rozwijał się w Europie z przerwami, przyjmując dwie wersje: Pelamis1 i Pelamis2. Pierwsza wersja o długości 120m i średnicy 3,5m, była testowana w latach 2004-2007 u wybrzeży Portugalii, jednak firma Babcock & Brown, która prowadziła testy zbankrutowała. Jej wyniki i cały projekt przejęła firma ScottishPower Renewables. Obecnie firma rozwija i testuje własną konstrukcję Pelamis 2 o długości 180m i średnicy pływaków 4m.

Fot. Projekt Pelamis 1, testowany u wybrzeży Portugalii.

Rys. Cylinder pomiędzy dwoma bojami zawierający pompę, akumulator wysokiego ciśnienia i generator.

Rys. Zasada działania systemu Pelamis. Cztery połączone przegubami pływaki załamują się na grzbietach fal, wykonując ruchy oscylacyjne.

Projekt Pelamis 2 został pomyślnie zainstalowany w Billia Cro, na Orkadach w październiku 2010 roku. W odróżnieniu do projektu Pelamis 1 zastosowano tutaj 5 pływaków połączonych przegubami. Urządzenie ma 180m długości i waży 1350 ton. Przewidywana moc miała wynieść 750kW. Testy prowadzone są w różnych oknach pogodowych, aby sprawdzić zachowanie instalacji przy różnej wysokości fal. Jeśli badania potwierdzą skuteczność rozwiązania, firma ScottishPower Renewables zamierza zainstalować 66 maszyn o łącznej mocy 50MW w Marwick Head na Orkadach.

Fot. Pelamis 2 u wybrzeży Orkadów.

Eco Wave Power

Eco Wave Power, to szwedzka firma założona w Tel Awiwie (Izrael) w 2011 roku. W grudniu 2022 roku EWP podpisała z turecką firmą OREN Ordu Enerji umowę na montaż elektrowni o mocy 77 MW, u wybrzeży Morza Czarnego w gminie Ordu. Będzie to największa działająca elektrownia wykorzystująca fale morskie w technologii pływakowej. Na jej potrzeby gmina udostępni 10 falochronów do montażu pływaków. Poniżej schemat działania rowiązania EWP.

Rys. Schemat elektrowni pływakowej Eco Wave Power. 1-pływak, 2-siłownik hydrauliczny, 3- zbiornik ciśnieniowy, 4-silnik hydrauliczny, 5- generator, 6-pojemnik płynu hydraulicznego.

Zasada działania – zamocowany na brzegu pływak wykonuje ruchy oscylacyjne, które poprzez układ hydrauliczny przenoszone są na siłownik powodując sprężanie płynu. Płyn o wysokim ciśnieniu zostaje przetłoczony do zbiornika ciśnieniowego, a stąd do silnika hydraulicznego. W silniku energia ciśnienia zostaje powtórnie zamieniona na energię mechaniczną, obracającą wał. Z wałem połączona jest prądnica zamieniając energię mechaniczną na elektryczną. Rozprężony płyn hydrauliczny zostaje przepompowany najpierw do pośredniego zbiornika, a stąd wraca do systemu siłowników i proces rozpoczyna się na nowo.

Twórcy Eco Wave Power twierdzą, że ich elektrownia rozpoczyna pracę przy fali o wysokości 0,5m. Elektrownia w Turcji nie jest pierwszym przedsięwzięciem. Instalacja o mocy 5MW powstała już w 2016 roku w Gibraltarze i była pierwszą podłączoną do sieci elektrownia falową, pływakową.

Fot. Eco Wave Power w Gibraltarze, w czasie pracy. (fot. Eco Wave Power)

Fot. Instalacja hydrauliczna elektrowni jw.

Waveline Magnet firmy SWEL

Rys. Projekt Waveline.

Od ponad 10 lat konsorcjum brytyjsko-cypryjskie SWEL (Sea Wave Energy Limited) pracuje nad projektem konwertora energii z fal morskich zwanego też WEC (Wave Energy Converter). Firma dość mocno dba o swoje tajemnice, udostępniając w sieci tylko bardzo lakoniczne dane. Urządzenie było testowane min. w zbiorniku wody w Nantes. Model o długości 32 m wygenerował 1,4kW mocy. Firma twierdzi, że jest w stanie zbudować urządzenie o pełnej skali pracujące na falach oceanicznych, o mocy rzędu 100MW.

Fot. Model waveline testowany w Nantes.

Urządzenie przypomina wyglądem długą tratwę. Zbudowane jest z szeregowo połączonych pływaków, które mogą swobodnie wznosić się i opadać zgodnie z ruchem fal morskich. W centralnej części znajduje sie „kręgosłup” który zawiera konwertery energii mechanicznej na elektryczną. Poniżej film obrazujący zasadę działania.