Lysekil жобасы - Lysekil Project - Wikipedia

Lysekil жобасы жалғасуда толқын қуаты Жаңартылатын электр энергиясын түрлендіру орталығы жүзеге асыратын жоба Упсала университеті Швецияда.

Кіріспе

Толқындар мен WEC (толқындық энергия түрлендіргіші) арасындағы өзара әрекеттесудің негізгі сипаттамасы - мұхит толқындарының сипатына байланысты энергияның үлкен күштермен және төмен жылдамдықпен айналуы. Әдеттегідей генераторлар жоғары жылдамдықтағы айналмалы қозғалысқа арналған, дәстүрлі толқындық қуатты көтеру жүйесі бірқатар аралық қадамдарды қолданады, мысалы гидравлика немесе турбиналар, баяу қозғалатын толқын қозғалысын осы генераторларға ыңғайлы етіп түрлендіру.[1]

Мәселені шешудің тағы бір әдісі; толқындарды қуат алу жүйесіне бейімдеудің орнына жүйені толқындарға бейімдеу болып табылады. Мұны a көмегімен тікелей басқарылатын WEC (толқындық энергия түрлендіргіші) қолдану арқылы жасауға болады сызықтық генератор. Бұл қондырғының артықшылығы - күрделі емес механикалық жүйе. Мұндай жүйенің бір кемшілігі күрделі берілу электр қуаты. Бұл генерацияланған сипаттамаларға байланысты Вольтаж ол екеуінде де өзгереді амплитудасы және жиілігі.[1][2]

Lysekil жобасында техникалық және техникалық қызмет көрсету қажеттілігі төмен қарапайым және мықты толқындық энергетикалық жүйені құру мақсаты болды. Қозғалмалы бөліктері аз және энергияны түрлендіретін қадамдары аз жүйені табу тәсілі болды. Осы талаптарға байланысты, тікелей басқарылатын тұжырымдама тұрақты магнит теңіз бетіндегі қозғалысты қадағалайтын қалтқымен қозғалатын сызықтық генератор таңдалды. [1]

Жобаның мақсаты

Lysekil зерттеу жобасы таңдалған тұжырымдаманы бағалау мақсатында құрылды. БЭК-тің тәртібі, ол біртұтас блок ретінде жұмыс істегенде де, басқа бірнеше БЭК-пен бірге кластердің бөлігі ретінде де зерттеледі. Басқа маңызды аспектілер - бұл беру жүйесінің дизайны, басқаша айтқанда, электр энергиясының желіге қалай жеткізілетіндігі және оның жүйенің басқа бөлігіне қалай әсер ететіндігі, мысалы қалқынды сіңіру. Жобаның тағы бір мақсаты - WEC-тің теңіз түбінде тіршілік ететін кішігірім тіршілік иесінен бастап тіршілік ететін организмге дейінгі теңіз организмдеріне бағытталған қоршаған ортаға әсерін анықтау. биологиялық бұзушылық дейін омыртқалылар.[1]

Lysekil зерттеу сайты

Полигон Швецияның батыс жағалауында солтүстіктен 100 км (62 миль) жерде орналасқан Гетеборг, Жақын Лисекил. Алаң теңізде 2 км (1,2 миль) жерде орналасқан және 40000 м аумақты алып жатыр2 (430,000 шаршы фут). Аудандағы теңіз түбі біркелкі беткейге ие, батысқа қарай аздап қисайып, тереңдігі шығыс бөлігінде 24 м-ден (79 фут) батысқа қарай 25 м-ге (82 фут) дейін жетеді. Теңіз табаны негізінен құмдыдан тұрады лай және кейбір кішігірім аудандар да дөрекі материалмен жабылған. Аудан аумағында генераторларға қосылған он қалтқылар және қоршаған ортаға әсерді зерттеу үшін қосымша қалқымалар болады. Рұқсаттар зерттеулерді 2013 жылдың соңына дейін жүргізуге мүмкіндік береді[жаңартуды қажет етеді ], егер ұзартуға өтініш берілмесе және бекітілмесе, барлық жабдықты алып тастау керек.[1]

Орташа энергия ағыны 2007 жылы зерттеу алаңында тамызды қоспағанда 3,4 кВт / м құрады. Ең жиі кездесетін теңіз күйі энергетикалық кезең, Т.E, шамамен 4 сек және толқынның айтарлықтай биіктігі Hс 0,5 м-ден аз (1,6 фут). Негізгі энергетикалық үлес неғұрлым энергетикалық (бірақ жиі емес) теңіз мемлекеттерінен келеді.[1]

Тұжырымдама

Теңіз сызығындағы генератордың теңіз бетіндегі қалтқымен сызық арқылы жалғануы арқылы WEC үстінен сызба

Lysekil жобасындағы толқындық қуат тұжырымдамасы теңіз түбіне орналастырылған үш фазалы тұрақты магниттелген сызықтық генераторға негізделген. Генератор сызық арқылы бетіндегі сіңіргіш қалқымаға қосылады. Толқындар қозғалғанда гидродинамикалық әсер қалтқыны ауыр қозғалыспен қозғалуға мәжбүр етеді. Содан кейін қалқымалы қозғалтқыш трансляторды генераторға жібереді, нәтижесінде статор орамаларында ток пайда болады. Аудармашы генератор негізіне толқын ойықтарындағы аудармашыны тартатын серіппелермен қосылады.[1][3]

Сызықтық генератордың технологиясы тереңдіктен тәуелсіз және 10 кВт өлшем бірлігі 2 м (6,6 фут) аралығында толқынның айтарлықтай биіктігіне сәйкес келеді деп қабылданады. Генератор және генератордың айналасындағы механикалық құрылым электр және механикалық штамм тұрғысынан үлкен жүктемелерді көтере алатындай етіп жасалған. 1 кестеде бірінші эксперименттік WEC-тің рейтингі және геометриялық деректері көрсетілген.[1]

Индукцияланған кернеу амплитудасы бойынша да, жиілігі бойынша да өзгеретін болғандықтан, өндірілетін қуатты тікелей желіге беру мүмкін емес. Демек, бірнеше БЭК теңізге қосылады қосалқы станция, мұнда әр WEC кернеуі болады түзетілді және жиынтық өнім ауыспалы және өзгерді желіге қосар алдында. Теңіз кабелі - 4 х 95 мм2 мыстан тұратын 1 кВ кабель өткізгіштер фаза үшін 0,5 Ом кедергісі бар.[1][3]

Жоба тарихы

Lysekil жобасы 2002 жылы Уппсала университетінің электр энергиясы бөлімінде басталды. Имитациялар жағалау аудандарында бірнеше кішігірім WEC қондырғыларынан тұратын толқындық энергетикалық фермамен энергия жинау мүмкіндігі бар екенін көрсетті. Имитациялар теңізі орташа тыныш жерлерде электр қуатын өндіру мүмкіндігіне де назар аударды. Осы модельдеудің арқасында қалтқылардың өзара әрекеттесуінің оңайлатылған модельдеріне, әрі қарай модельдеуге және қажет болған жағдайда эксперименттік тексеруге негізделген.[1][3]

2003 және 2004 жылдар аралығында Лисекил зерттеу учаскесін құруға рұқсаттар алынды және 2004 жылы бірінші толқынды өлшеу қалтқысы орналастырылды. Бірінші эксперименттік қондырғы 2005 жылы наурызда орналастырылды және мақсаты диаметрі бар қалтқылардан сызық күшін өлшеу болды. 3 м (9,8 фут) және биіктігі 0,8 м (2,6 фут). Бұл желіден ажыратылған және осылайша ешбір жұмыс істемейтін генераторды құрды демпфер жүйеде. Осы эксперименттің нәтижелері бірінші толқын генераторына кіріс деректері ретінде және демпферлік емес жүйелер динамикасының есептеулерін тексеру үшін пайдаланылды.[1][3]

Бірінші WEC 2006 жылы орналастырылғаннан бастап, ол нақты мұхит теңіздерінде бірнеше ай бойы үш түрлі уақыт аралығында жұмыс істеп келеді. Осы кезеңдерде өлшемдер электр қуаты, тікелей қозғалатын желілік генератордың WEC динамикасы туралы білімді арттыру үшін қалқымалы қозғалыс және байлау сызығының күштері жүргізілді және талданды. Бірінші сынақ кезеңінде барлық электр қуаты үш фазалы үшбұрыш арқылы жылуға айналды қарсылық жүктеме. Әсерін зерттеу үшін а сызықтық емес жүктеме WEC жүйесінде генератор екінші сынақ кезеңінде диодты түзеткіштен тұратын сызықтық емес жүктемеге қосылды, конденсаторлар және резисторлар. WEC-ті басқару, жүктеме және өлшеу жүйесі біртіндеп кеңейтілді және қазір қашықтан басқарылатын өлшеу жүйесі мен басқару жүйесі жұмыс істейді.[1]

Зерттеулердің нәтижелері толқын энергиясының осы ұғыммен қаншалықты түрленетінін, сондай-ақ теңіз жағалауындағы тыныш және тыныш мемлекеттерде жұмыс істейтіндігін көрсетеді. Сызықтық емес жүктемелерге арналған тәжірибелер беру жүйесін қалай жобалау керектігі туралы білімді арттырды. Нәтижелер сызықтық емес жүктемеге қосылған кезде WEC-тің қалай жұмыс істейтіндігін көрсетеді, бұл генерацияланған кернеу түзетілгенде болады.[1]

Lysekil жобасы сынақ алаңында теңіз қосалқы станциясымен бірге іске қосылған тағы екі қосымша WEC-пен толықтырылды. Осы үш БЭК жақында (2009 ж. Маусым) қосалқы станциямен байланысты болды.[1][4]

Технология

Сызықтық генератор

Сызықтық генератордағы қозғалмалы бөлік транслятор деп аталады. Жүзгіш толқынмен көтерілгенде, қалтқысы аудармашыны қозғалысқа келтіреді. Бұл статор орамаларында кернеу тудыратын генератордағы статор мен аудармашының арасындағы салыстырмалы қозғалыс.[1][2]

Толқындық қуатқа арналған сызықтық генераторға қойылатын талап - бұл ең жоғары күштерді, төмен жылдамдықты және тұрақты емес қозғалысты аз шығындармен өңдеу мүмкіндігі.[5]Генератор әртүрлі жылдамдықпен және бағытта қозғалғанда тұрақсыз амплитудасы мен жиілігі бар индукцияланған кернеуге әкеледі. Шығарылатын қуаттың максималды мәні орташа қуат өндіруден бірнеше есе жоғары болады. Осы қуат шыңдары үшін генератор мен электр жүйесін өлшеу керек.[6]

Толқындық қуатта қолдануға болатын сызықтық генераторлардың әр түрлі типтері бар және салыстыру кезінде тұрақты магниттелген синхронды сызықтық генераторлар ең қолайлы түрі болып табылады.[5] Lysekil жобасында осы типтегі генератор таңдалды және магниттер - аудармашыға орнатылған тұрақты магниттер Nd-Fe-B. Генератордың ішіне қуатты серіппелер аудармашының астына бекітілген, олар қалтқылар мен аудармашыларды толқын төбелерімен көтергеннен кейін толқын ойықтарында әрекеттесуші күш ретінде әрекет етеді. Бұлақтар энергияны уақытша жинақтайды, нәтижесінде генераторға оңтайлы түрде екі бағытта бірдей энергия өндіруге мүмкіндік береді, өндірілген қуатты кешіктіреді. Генератордың жоғарғы және төменгі жағында аудармашының инсульт ұзындығын шектеу үшін мықты серіппелер орнатылған.[1][2]

Тарату жүйесі

Өндірілген қуатты, бұрын айтылғандай, конверсиясыз тікелей желіге жеткізу мүмкін емес. Бұл бірнеше қадамдарда жасалады; біріншіден, кернеу әр генератордан түзетіледі. Содан кейін олар параллельді өзара байланысты және тұрақты кернеу сүзілген (сүзгі конденсаторлардан тұрады). Сүзгі генераторлардан кернеуді тегістейді және тұрақты тұрақты кернеу жасайды. Қысқа уақыт аралығында сүзгіден кейінгі қуат та тұрақты болады. Егер жүйе сағаттық шкалалар кезінде зерттелсе (немесе одан да көп) өндірілетін қуатта ауытқулар болады, бұл ауытқулар теңіз күйінің өзгеруіне байланысты.[1]

Буя-генератордың бұл тұжырымдамасы жалғыз қондырғының жұмыс істеуіне мүмкіндік бермейді, әсіресе желіге қосылмаған. Бұл негізінен өндірілетін қуаттың қысқа мерзімді үлкен ауытқуларына және WEC-тің салыстырмалы түрде аз мөлшеріне байланысты. Электр жүйесі үшін шығындар, беру жүйесі, тым жоғары болар еді. Бірнеше генератор параллель қосылған кезде сыйымдылықты сүзгінің энергияны сақтау қабілетіне деген сұраныс азаяды, демек, онымен байланысты шығындар да болады. Теңіз күйінің өзгеруіне байланысты пайда болатын кернеудің өзгеруін өтеу үшін тұрақты / тұрақты түрлендіргішті немесе кранмен өзгерген трансформаторды пайдалануға болады.[1]

Жүйелік аспектілер

Демпфингтің жоғары деңгейі (қуатты шығару) толқынның тік қозғалысы мен аудармашының жылдамдығы арасындағы үлкен айырмашылықты тудырады. Бұл өз кезегінде толқын қалтқыны көтерген кезде сызықтық күштің жоғарылауына, ал қалқымалы төмен қозғалғанда төменгі күшке әкеледі. Максималды қуат желінің максималды және минималды күштері кезінде пайда болады (транслятор генератордың соққысының ұзындығына сәйкес келеді). Егер транслятор қалтқыға қарағанда төмен жылдамдықпен төмен қарай жылжыса, сызық әлсіреп, нәтижесінде пайда болатын сызық күші нөлге тең болады. Кері байланыс қалқыма жоғары қозғалған кезде пайда болады, содан кейін сызық күші күшейіп, қалтқының қозғалысы мен генератор аудармашысының арасындағы айырмашылық артады.[1]

Егер толқын биіктігі (толқындық шың мен толқындық арасындағы айырмашылық) инсульттің ұзындығынан үлкен, аудармашы төменгі аялдамада тоқтайды. Жоғарғы жағында толқынды қалқыма үстінде қызару тоқтатылады, ал төменгі жағында сызық әлсірейді. Аталған екі жағдайда да аудармашы қайтадан қозғала бастағанға дейін ешқандай қуат пайда болмайды (кернеу туындаған). Бұл толқын қалтқының жоғарғы күйіндегі төменгі позициядан төмен болған кезде, ал төменгі күйде толқын соншалықты көтерілгенде болады, сондықтан қалтқылы аудармашыны тағы да жоғары тарта бастайды. Энергияның көп бөлігі зерттеу аймағында 1,2–2,7 м (3,9–8,9 фут) биіктіктері арқылы берілетіні анықталды.[1]

Егер генератор желілік қатаң резистивтік жүктемеге қосылса, онда генераторға кернеу түскен кезде ол қуат береді. Сызықтық емес жүктеме кезінде қатынас онша қарапайым емес. Диодты түзеткіштің күші тек белгілі бір кернеу деңгейінде шығарылатын қуатқа ие болғандықтан, жүктеме жүйеге байланысты емес. Демек, тұрақты кернеу деңгейі генератордың фазалық кернеуінің амплитудасын шектейді. Сызықтық емес жүктеме кезінде генератордың фазалық кернеуі максималды амплитудаға жетеді, ол шамамен тұрақты кернеуге тең болады. Генератордың фазалық кернеуі тұрақты кернеу деңгейіне жеткенде, генератордан түзеткіштің тұрақты жағына ток ағып бастайды (қуат алынады). Толқындар қалқымаға механикалық қуат бере алатын және аудармашы оның жоғарғы немесе төменгі шегіне жетпеген кезде қуат беріледі. Аудармашының жылдамдығы артқан кезде ток күшейеді. Бұл сызықтық емес қуаттың кернеуі мен ток импульсінің әртүрлі формаларына әкеледі.[1]

Қоршаған ортаға әсер ету

Зерттеу алаңы жобаның басында зерттелді және 2004 жылы WEC орналастырылғанға дейін шөгінділер сынамалары алынды. Бұл теңізді тергеу және талдау мақсатында жасалды инфауна зерттеу аймағында және бақылау аймағында және түрлер құрамы туралы ақпарат алады биоалуантүрлілік. Биологиялық әртүрліліктің байлығы биологиялық жүйелердің денсаулығын өлшеу үшін жиі қолданылады. Организмдер мүмкіндігінше тұқымдас немесе түр деңгейіне дейін анықталды. Лысекіл зерттеу аймағында 68 түрлі түр табылды. Тек кішкентайлар болды кәмелетке толмаған организмдер және жоқ қызыл тізімге енгізілген түрлері табылды. 2004 жылдан бастап бақылау аймағында да, зерттеу аймағында да дамуды қадағалап отыру үшін жыл сайын шөгінділер алынды. Бастапқы зерттеулердің нәтижесінде бұл бақылау аймағына қарағанда зерттеу аймағында биологиялық алуан түрліліктің жоғары түрі екендігі белгілі болды. Бұл шөгінді субстратының әртүрлілігімен түсіндіріледі. Бақылау аймағындағы шөгінділер негізінен салыстырмалы түрде оттегі жетіспейтін саздардан тұрады және аз түрлері осындай экстремалды жағдайларға бейімделген. Жалпы Lysekil зерттеу алаңы ерекше орта емес және сезімтал жергілікті түрлердің жойылып кетуіне алаңдамады.[1][3]

Теңізге арналған алғашқы тәжірибелік қондырғы экологиялық зерттеулер Толқындық қуат 2005 жылы орналастырылған 4 биологиялық қалтқылардан тұрды. Буялардың мақсаты толқындық электр фермасы құрылуының әсерін зерттеу болып табылады. Қатты құмды түбіне қатты конструкцияларды орналастыру кезінде учаскедегі өмір сүру жағдайы өзгереді және оның салдары қалтқылар көмегімен зерттеледі. 2007 жылы қосымша қалтқылар орнатылған кезде зерттеудің көлемі мен күрделілігі артты. Буялар зерттеу аймағында екі түрлі аймаққа бөлінді, топтар арасында 200 м (660 фут). Топтар ішінде қалтқылар бір-бірінен 15-20 м (49-66 фут) қашықтықта орналастырылды. Іргетастардың жартысы әртүрлі тесіктермен, ал екінші жартысы онсыз салынған. Іргетастардағы саңылаулар айырмашылықты зерттеу үшін жасалған отарлау саңылаулары бар және онсыз іргетас арасындағы және әр түрлі саңылаулар отарлау үлгісіне қалай әсер етеді[1][3]

Биология қалтқыларын зерттеу үшін де пайдаланады биологиялық бұзушылық және оның қуат сіңіруге әсері. Кейбір алдын ала зерттеулер биологиялық бұзылыстың энергияны сіңіруге әсерін ескермеуге болады, бірақ мұны әрі қарай зерттеу керек.[3]

Әдебиеттер тізімі

  1. ^ а б в г. e f ж сағ мен j к л м n o б q р с т сен v Лейджон, кілемшелер; т.б. (9 сәуір 2008). «Солтүстік теңіздің толқын қуаты: лизекилді зерттеу алаңындағы тәжірибелер». Геофизика бойынша зерттеулер. 29 (3): 221–240. Бибкод:2008SGeo ... 29..221L. дои:10.1007 / s10712-008-9047-x.
  2. ^ а б в Лейджон, кілемшелер; т.б. (Қаңтар-ақпан 2009). «Толқынға электр қуатын жеткіз». IEEE Power & Energy журналы. 7: 50–54. дои:10.1109 / MPE.2008.930658. Алынған 29 маусым 2009.
  3. ^ а б в г. e f ж Тирберг, Саймон; т.б. (2008). «Lysekil Wave Power жобасы: күйді жаңарту». Жаңартылатын энергия бойынша 10-шы Дүниежүзілік конференцияның материалдары.
  4. ^ Бендикс, Бенгт (26 маусым 2009). «Storsatsning på vågkraft». GP Bohuslän (швед тілінде). Алынған 21 шілде 2009.[өлі сілтеме ]
  5. ^ а б Polinder, H; т.б. (Қыркүйек 2007). «Толқындық энергияны түрлендіруге арналған сызықтық генераторлық жүйелер». 7-ші Еуропалық толқындар мен тыныс алу энергиясы конференциясының материалдары. Алынған 21 шілде 2009.[өлі сілтеме ]
  6. ^ Boström Cecilia m fl (сәуір, 2009). «Сызықты емес жүктемеге байланысты толқындық энергия түрлендіргішін зерттеу». IEEE Journal of Oceanic Engineering. 34 (2): 123–127. Бибкод:2009IJOE ... 34..123B. дои:10.1109 / JOE.2009.2015021. Алынған 29 маусым 2009.