+ All Categories
Home > Documents > Ppt Banita Daniela Wec

Ppt Banita Daniela Wec

Date post: 03-Jan-2016
Category:
Upload: dumitruieseanu
View: 83 times
Download: 5 times
Share this document with a friend
47
Ing. Banita Daniela Wave Energy Converter Universitatea 'Dunarea de Jos' din Galati
Transcript

Ing. Banita Daniela

Wave Energy ConverterUniversitatea 'Dunarea de Jos' din Galati

Istorie si evolutie Energia valurilor Clasificare sisteme Exploatare si Impact Concluzii

CUPRINS:

Definitie. Istorie si evolutie.

Energia valurilor.

Clasificare sistemelor de captare. Tipuri de tehnologii.

Constructie si Instalare. Conditiile climatice. Exploatare si Management. Dezafectare.

Cercetari efectuate in tara noastra in domeniul energiei valurilor.

Puterea si energia valurilor marine.

Localizare.

Studiu caz particular sistem amplasat in larg(offshore) - Convertorul Pelamis.

Concluzii.

Factori Economici. Impactul asupra mediului.

Definitie

Miscarea continua a suprafetei marilor si oceanelor constituie o forma deenergie regenerabila care in ultimii ani incepe sa fie captata in diverse dispozitive.Energia valurilor consta in miscarea de suprafata a valurilor si din fluctuatiile de presiunede sub suprafata apei.

Dispozitivele pentru captarea energiei valurilor se instaleaza langa mal, indepartare sau in larg. Pe langa avantajele evidente, captarea energiei valurilor are si uneledezavantaje precum impactul visual sau fizic asupra habitatului marin, scurgerile tozixiceale lichidelor folosite in constructia dispozitivelor de captare si conflictul cu navelecomerciale.

Cercetarile in domeniul energiei valurilor au cunoscut pe plan mondial oamploare deosebita in ultimii 35 de ani. In prezent, captarea si conversia energieivalurilor se aplica pe scara larga in nenumarate geamanduri si instalatii de semnalizare.Realizarea unor centrale electrice bazate pe energia valurilor necesita eforturiconsiderabile, in prezent desfasurandu-se o activitate sustinuta in multe tari ale lumii.

Istorie si evolutie Energia valurilor Clasificare sisteme Exploatare si Impact Concluzii

Istorie si evolutieCercetarea intensiva in captarea energiei valurilor a inceput in 1970, cand criza petrolului a

promovat un interes crescut pentru energia din surse regenerabile. O mare varietate de dispozitive pentru extragerea energiei valurilor au fost propuse si dezvoltate, dar succesul a fost, in general, cu mult sub asteptari. In multe cazuri, fortele distructive ale valurilor oceanului au fost in mare partesubestimate si dispozitivele de conversie nu au avut rezultate satisfacatoare.

Tehnologiile aferente energiei valurilor sunt proiectate sa extraga energie din energia corespunzatoare miscarii valurilor(coloana de apa oscilanta - Oscillating Water Column).

Prototipurile la scara naturala pentru OWC cu capacitati instalate de la cateva zeci pana la sute de kW au fost construite si testate in conditii maritime reale in Norvegia (Toftestallen, 1985), Japonia (Sanze, Niigata, Kujukuri, Sakata, ~1985-90), India (Vizhinjam,~1990), Portugalia (Pico/Azores, 1999), si in Marea Britanie (Islay, 1986; LIMPET, 2000, insula Islay, Scotia).

Tehnologiile in stadiu avansat de dezvoltare sunt: Pelamis , AWS , Wave Dragon, WaveBob, AquaBuoy, OE Buoy, Powerbuoy, FO3 si Wavestar.

Dispozitivele pentru captarea energiei valurilor pot fi amplasate pe linia de coasta, langa tarm si in larg. Cele amplasate pe coasta sunt in general instalatii individuale. Marimea lor depinde de topografia locala, resurse si cererea de energie. Cateva dintre dispozitivele care se amplaseaza langa tarm sau in larg sunt de asemenea proiectate ca mari instalatii individuale, totusi majoritatea sunt proiecte modulare, care pot fi instalate ca dispozitive individuale sau ca sir de cateva module. Proiectele pot avea puteri instalate care variaza de la cateva sute de kW in cazul instalatiilor individuale mici, pana la cativa GW in cazul fermelor cu multiple module de captare a energiei valurilor.

Istorie si evolutie Energia valurilor Clasificare sisteme Exploatare si Impact Concluzii

Energia valurilor. Sursa de energie.

Valurile se formeaza datorita actiunii vanturilor care sufla deasupra apei si se produc numai in zonele aflate la suprafata marii. Marimea valurilor generate depinde de viteza vantului, durata sa si lungimea de apa peste care sufla (lungimea de actiune).

Miscarea apei rezultata poseda energie cinetica, ce poate fiexploatata de echipamente special concepute. Parametri fizici cecaracterizeaza valurile sunt inaltimea si perioada (si / sau lungimea).Perioda / lungimea este direct proportionala cu viteza de propagare a valului.Intr-un bazin mare cum este Oceanul Atlantic, valuri de diferite provenientese suprapun si formeaza grupe de valuri, formatii care traverseaza oceanulaproape fara pierderi de energie.

Deoarece echipamentele pentru valuri functioneaza in mod uzual pe baza rezonantei cu perioada valului, tipurile de val regulat (adica perioade aproximativ egale care se repeta pe durate lungi de timp) furnizeaza o mai buna conversie a energiei valurilor, decat cele neregulate.

Potentialul specific al valurilor (putere pe unitatea de suprafata, de ex. 40 kW/m2 ) este de 10 ori mai mare decat cel al vanturilor si de 100 de ori mai mare decat radiatia solara, ceea ce demonstraza potentialul de necontestat al valurilor oceanului.

Istorie si evolutie Energia valurilor Clasificare sisteme Exploatare si Impact Concluzii

Particolele de apa excitate de vânt au traiectorii circulare, cele de la suprafata având diametrul maxim, iar cele din spre fund diametre care scad exponential cu adâncimea. Compunerea acestor traiectorii conduce la formarea crestelor si golurilor de val si respectiv la propagarea valurilor.

Distanta dintre doua creste consecutive este denumita lungime de unda λ. Inaltimea valului H este distanta dintre golul si creasta valului. Perioada valului T este intervalul de timp necesar valului sa parcurga o distanta λ. Ca urmare relatia care defineste viteza valului este v = λ/T.

Valurile transporta energie mecanica. Puterea pe unitate de lungime transversala directiei de propagare a unui val cu inaltimea H si lungimea de unda λ este:

Relatia 1.unde ρ este densitatea apei de mare iar g este acceleratia gravitationala. Toate marimile sunt exprimate in SI.

Energia valurilor. Puterea si energia valurilor marine.Valurile marine sunt rezultatul combinatiei dintre actiunea vânturilor, a gravitatiei si a tensiunii

superficiale a suprafetei marii. Figura 1 ilustreaza formarea valurilor marine in cazul unei furtuni. Marimea valului este determinata de viteza vântului si de fetch, dar si de adâncimea si relieful fundului marii, care pot disipa sau concentra energia valurilor.

Figura 1. Formarea si caracteristicile valurilor

Istorie si evolutie Energia valurilor Clasificare sisteme Exploatare si Impact Concluzii

Energia valurilor. Puterea si energia valurilor marine.La formarea valurilor in larg acestea au inaltimi mici H1 si lungimi de unda mari λ1 (figura 2).

La apropierea de tarm puterea ramâne aproape neschimbata, exceptând unele pierderi prin frecare, darlungimea de unda scade la λ2,. inaltimea valului creste patratic, corespunzator conditiei de putereconstanta din relatia 1. Aceste valuri mari au efectul distrugator asupra plajelor.

Figura 2. Evolutia caracteristicilor valului de la larg spre tarm

Pentru valuri neregulate, de inaltime H (m) si peroada T (s), expresia puterii pe unitatea de lungime de front de val este: Pi ≈ 0,42 H2 T [kW / m] Relatia 2.Este de retinut faptul ca puterea valului depinde de patratul inaltimii valului. Cu exceptia valurilor create de furtuni exceptionale, valurile cele mai mari au inaltimea de cca 15 m si perioada de cca 15 s. Conform relatiei 2 astfel de valuri poarta cca 1700 kW de putere pe fiecare metru din frontul valului.

Primul si cel mai evident factor pentru valorificarea in practica a energiei valurilor estedisponibilitatea in stare naturala a resursei, factor strans legat de orientarea zonei de coasta catredeschiderea marii si latitudinea zonei.

Energia se poate exploata pe o baza economic viabila, cand potentialul sau liniar depaseste15~20 kW/m (adica unitatea uzuala de masura pentru potentialul liniar al valurilor este puterea medieanuala pe metrul de latime a crestei valului, paralela cu linia tarmului).

Un amplasament socotit ca fiind foarte favorabil pentru fructificarea energiei valurilor are o putere specifica cu mult mai mica, de cca 50 kW/ml. Valurile pe coasta nord-vestica a oceanului Atlantic au o putere specifica medie de 40 kW/m.

Istorie si evolutie Energia valurilor Clasificare sisteme Exploatare si Impact Concluzii

Energia valurilor. Puterea si energia valurilor marine.Energia valurilor corespunzatoare starii reale a unei mari se masoara prin proprietatile

statistice ale valurilor, adica ale inaltimii si perioadei acestora. Parametrul uzual prin care se exprima inaltimea reprezentativa a valului corespunzator starii reale, neregulate a unei mari este, Hs –inaltimea semnificativa a valului. Aceasta valoare se determina ca inaltimea medie a celui de-al treilea cel mai inalt val, pe parcursul unei anumite perioade, de obicei 30 minute si corespunde aproximativ estimarilor navigatorilor experimentati. Impreuna cu perioada de varf (T) sau perioada energiei (Te), energia medie a starii unei mari caracterizata de Hs, T sau Te, se estimeaza cu formula:

E = 1/8 ρg Hs [J/m2]

Energia pe unitatea de suprafata a valurilor gravitationale este de asemenea proportionala cu patratul inaltimii valului.

E = energia mediata pe un interval specific de timp; ρ = densitatea apei marii; g = acceleratia gravitationala; Hs = inaltimea semnificativa a valului. inaltimea semnificativa este definita ca fiind de patru ori devierea standard a denivelarilor suprafetei apei.

Istorie si evolutie Energia valurilor Clasificare sisteme Exploatare si Impact Concluzii

Cuprins Caracteristici Fibra de sticla Formare Concluzii

Energia valurilor. Harta resursei.

In functie de orientarea liniei de coasta (in particular pentru insule) si de starea dominanta a marilor (adica fenomenele climatice care stau la originea valurilor), valurile pot atinge zona tinta in diferite conditii.

Pe langa importanta pe care o are pentru a realiza comparatii ale potetialului general al valurilor intre diferite regiuni, energia medie anuala poate fi inselatoare, daca nu este interpretata impreuna cu variatia sa sezoniera. Mediile anuale pot fi bazate pe potentiale mari ale valurilor, dar care nu pot fi folosite, fiind caracterizate de efecte distructive pe perioade scurte si aproape lipsite de energie exploatabila pe intervale lungi. Este esential ca aceasta periodicitate sa nu afecteze cererea locala de energie electrica, in cazul in care se doreste ca energia valurilor sa constituie o sursa importanta in alimentarea cu energie electrica a acelei regiuni.

Un factor decisiv pentru a stabili cat de adecvata este o linie de coasta este cel al proprietatilor sale batimetrice (adica inclinatia si forma patului sau). Spre deosebire de vanturile din larg, tehnologiile pentru energia valurilor, in general nu au un impact vizual asupra coastei, ceea ce permite instalarea de preferinta a fermelor cat mai aproape de tarm. Aceasta inseamna posibilitatea unei reduceri semnificative a costurilor de cablare si instalare si la o eficientizare a supravegherii si intretinerii echipamentelor. Cea mai adecvata adancime pentru echipamentele specifice utilizate in conversia energiei valurilor este de 50 m, daca se ia in considerare compromisul intre disponibilul de energie si cheltuielile pentru ancorare.

Istorie si evolutie Energia valurilor Clasificare sisteme Exploatare si Impact Concluzii

Cuprins Caracteristici Fibra de sticla Formare Concluzii

Energia valurilor. Harta resursei.

In ceea ce priveste conditiile de pe uscat,este important ca statia de pe uscat si /sau substatiacare realizeaza interfata cu reteaua electrica de peuscat, sa fie apropiata de unitatea de generare aenergiei, daca conditiile specifice de sol si topograficece apar la montaj odata cu inaintarea catre interioruluscatului, permit amplasarea cablurilor la costuripracticabile. In mod realist, se preconizeaza ca si altecerinte de infrastructura vor constitui un factorgeografic important pentru implementarea acesteitehnologii. In anumite zone, se va dezvoltainfrastructura necesara dezvoltarii tehnologiei deconversie a energiei valurilor, in timp ce in alteregiuni, existenta unor industrii echivalente (deexemplu constructia de nave, constructia de structuride otel, dezvoltarea de diferite alte activitati in largulapelor) vor sprijini substantial dezvoltarea acesteitehnologii.

Regiunile cu batimetrie abrupta (adica cu tarmuri continentale abrupte si ape adanciaproape de coasta), spre exemplu Portugalia, sunt avantajoase pentru amplasarea dispozitivelor deexploatare a energiei valurilor. Conditiile patului marii nu reprezinta cel mai critic aspect deoarecemajoritatea tehnologiilor cu dispozitive plutitoare. Pentru traseul cablurilor catre uscat se prefera ingeneral marile cu paturi nisipoase.

Istorie si evolutie Energia valurilor Clasificare sisteme Exploatare si Impact Concluzii

Avand in vedere cercetarile efectuate la nivel mondial si experimentele efectuate in tara noastra, sepoate concluziona ca si energia valurilor Marii Negre poate fi captata si utilizata pentru aplicatii locale in conditiieficiente cu ajutorul instalatiilor hidropneumatice cu coloana oscilanta, cunoscute sub denumirea de OWC(OSCILLATING WATER COLUMN ) , care se bucura in prezent de cel mai mare interes pe plan mondial.

Marea Neagra a fost si este considerata o mare relativ calma. Cu toate acestea, efectul valurilor ei, nupoate fi nesocotit. In urma unor cercetari se poate sustine ca regimul valurilor este mai intens in larg decat inapropierea tarmului, aceeasi concluzie tragandu-se si in cazul vanturilor. Particularitatile pe care le prezinta regimulvalurilor din Marea Neagra influenteaza in mod decisiv alegerea procedeului de captare optim. Caracteristiciledinamice medii ale valurilor din Marea Neagra, obtinute in urma unor indelungate observatii si masuratori, suntmodeste: inaltimea de 1 metru, perioada de 4,5 secunde si lungimea de unda de 28,7 metri, 66 % din valuri fiindvaluri de vant iar restul de 34 % valuri de hula. In privinta inaltimii maxime, au fost evaluate valuri de 9,8 metri intimpul furtunii. Datorita acestui regim calm, in comparative cu alte zone de pe glob, valoarea potentialului energeticbrut al valurilor din preajma litoralului romanesc este relative redusa. Studiile si cercetarile facute la tarm au ajuns laconcluzia ca pe fiecare metru linear de front matitim amenajat se pot obtine aproximativ 40 000-50 000 kWh/an sau8-9 TWh/an, in ipoteza instalarii unui singur sir continuu de sisteme de captare cu randamentul egal cu 1,00.

Pentru Romania a existat si o propunere de realizare a unei microcentrale avand la baza principiulhidropeneumatic, care sa fie amplasata pe un dig la tarmul Marii Negre. Microcentarala hidropneumatica contine uncompartiment de 5 metri lungime, realizat din tabla de otel, care are o deschidere indreptata spre larg. Peretele dinfata formeaza un unghi de circa 45° fata de orizontala, pentru favorizarea patrunderii valurilor in incinta. Pereteleinterior din spate este inclinat la un unghi de 40°, pentru favorizarea formarii unei coloane oscilante. In plafonulincintei este prevazuta o deschidere circulara in care se monteaza modulul generator al instalatiei, alcatuit dintr-oturbina unisens cuplata cu un generator electric. Acesta este protejat de un tub care ajunge la un nivel de 5 metri,prevazut in partea superioara cu un racord pentru vehicularea aerului. Microcentrala are o turbina unisens cu paleteoscilante. Pentru obtinerea unui randament superior, microcentrala este prevazuta cu un generator trifazat cuexcitatie realizata de magneti permanenti

Cercetari efectuate in tara noastra in domeniul energiei valurilor.

Istorie si evolutie Energia valurilor Clasificare sisteme Exploatare si Impact Concluzii

Din analiza sistemelor de captare a energiei valurilor, s-a incercat o clasificare a lor dupaurmatoarele patru criterii:

dupa felul energiei captate dispozitivele s-ar putea clasifica in dispozitive ce utilizeaza componentapotentiala a energiei valurilor, sau pe cea cinetica.

dupa modul de conversie a energiei valurilor in alta forma de energie distingem dispozitive cetransforma direct in energie electrica sau folosind ca intermediar energia mecanica, hidraulica saupneumatica.

dupa pozitia de amplasare a captorilor putem clasifica in dispozitive aflate pe tarm sau pe diguri, in apropierea tarmului sau amplasate in larg.

dupa gradul de mobilitate al captorului distingem dispozitive fixe si dispozitive mobile.

Clasificare sistemelor de captare.

Istorie si evolutie Energia valurilor Clasificare sisteme Exploatare si Impact Concluzii

Totusi, exista motive sa sepresupuna ca pe termen lung si altemecanisme pot castiga importanta.Coloana de Apa Oscilatorie = tehnologiepentru captarea miscarii valurilormarilor/oceanelor pe masura ce acesteaimping o perna de aer in sus si in jos inspatele unui dig de care se sparg valurile.Turbina Wells genereaza dinauntruelectricitate din rotatia in aceeasi directie,indiferent daca aerul se deplaseaza in sus sauin jos.

In general exista 4 tipuri de transmiteri ale fluxului de putere pentru dispozitivele de energiesi anume turbinele cu apa, turbinele cu aer, motorul / generatorul hidraulic si generatorul liniar.

Miscarea orizontala si / sau verticala a valurilor oceanului este transformata in energieelectrica, in mod uzual prin miscarea relativa dintre corpuri, dar si prin alte mijloace, spre exempluvariatia presiunii aerului (dispozitive CAO) sau acumularea energiei potentiale (dispozitive plasate invarf).

Miscarea relativa conduce fluidele cu presiune inalta prin motoarele hidraulice, in timp cevariatia presiunii sau energia potentiala acumulata este transformata in energie electrica prin intermediulunui set turbina – generator.

Clasificare sistemelor de captare.

Istorie si evolutie Energia valurilor Clasificare sisteme Exploatare si Impact Concluzii

Sistemele cu coloana oscilanta de apa constau dintr-o camera realizata de o copertina de beton, careare planseul peste nivelul maxim al apei. Camera are deschideri la partea inferioara, sub nivelul minim al apei, carepermit intrarea valurilor in interiorul camerei. Ridicarea si coborârea periodica a nivelului apei comprima sidecomprima succesiv volumul de aer din interiorul camerei. O turbina de aer, situata pe o conducta de iesire dincamera, este pusa in miscare de aerul expulzat din, sau aspirat in camera. Axial cu turbina este generatorul, caretransforma energia mecanica a turbinei in energie electrica. Densitatea si vâscozitatea aerului sunt mult mai redusecomparativ cu cele ale apei, ceea ce face ca turbina sa lucreze la turatii mari (pâna la 4000 rot/min), si ca urmaregabaritele generatoarelor sunt mai mici.

Sistemele cu acumulatoare de apa sunt cele mai apropiate ca mecanism de producere a energieielectrice de centralele electrice conventionale. Miscarea apei din val este dirijata spre o rampa artificiala, care inaltanivelul valului, si apoi valul este preluat prin deversare de un bazin plutitor. Returul apei din bazin spre mare, subcaderea astfel creata, pune in miscare turbine Kaplan de joasa cadere.

Plutitorii antrenati de val stau la baza principalelor mecanisme imaginate pentru captarea energieivalurilor. Un corp plutitor, pus in miscare de valuri, antreneaza un sistem de generare, fie direct, ca in cazulgeneratoarelor liniare, fie prin intermediul unor sisteme de convertire a oscilatiilor in miscare de rotatie, fie prinintermediul unor articulatii ce leaga intre ele mai multi plutitori.

Clasificare sistemelor de captare.Sunt peste 40 de tipuri de mecanisme propuse, dintre care numai unele sunt functionale. Mecanismele se

diferentiaza dupa pozitia fata de coasta, fiind amplasate in tarm, in vecinatatea coastei sau in larg. O prima clasificare imparte aceste sisteme de valorificare a energiei valurilor in sisteme cu coloana oscilanta de apa, sisteme cu acumulatoare de apa si sisteme cu plutitori antrenati de val.

Figura 3. Sisteme de valorificare a energiei valurilor

Istorie si evolutie Energia valurilor Clasificare sisteme Exploatare si Impact Concluzii

Clasificare sistemelor de captare.Constructorii utilizeaza multe metode pentru proiectarea echipamentelor destinate exploatarii

energiei valurilor. Aceste echipamente se pot clasifica fie in functie de locul de amplasare si adancimea lacare sunt proiectate sa functioneze, adica de-a lungul tarmului, linga tarm si in larg, fie in functie de metodautilizata pentru captarea energiei valurilor.

Exista 3 mari grupe de tehnologii ce au fost inventate: dispozitivele amplasate in tarm,dispozitivele din apropierea tarmurilor si dispozitivele din largul marilor. In timp ce dispozitivele dinapropierea tarmurilor sunt mai usor de intretinut si de monitorizat, cele mai mari resurse de energie se gasesctotusi in larg, la adancimi mari.

Pe termen scurt, dispozitivele din apropierea tarmurilor pot fi folosite cu precadere datoritaaccesibilitatii facile pana ce tehnologia va avansa. Insa pe termen lung cel mai probabil se vor folosidispozitivele din largul marii datorita cantitatii mult mai mari de energie obtinuta, dar asta in cazul in care sevor gasi tehnologii ce pot usura accesul si mentenanta acestora. Din acest motiv, exista un interes foarte marein a se gasi solutii in ceea ce priveste captare energie din larg.

Dispozitive din apropierea tarmurilor

Avantajul dispozitivelor din apropierea tarmurilor este ca sunt usor accesibile. Acest lucrudetermina ca reteaua electrica si intretinerea electrica a dispozitivelor sa fie cu mult usoara fata de cazuldispozitivelor din largul marii. Aceste dispozitive pot fi de altfel amplasate in structuri cum ar fi digurile.

Dispozitive din apropierea tarmurilor sunt in generalfixate direct pe fundul marilor si oceanelor cu o adancime nu preamare si sunt fie conectate la tarm sau in imediata apropiere aacestuia. Unul din primele dispozitive de retele electrice realizateprin energia valurilor a fost Wavegen’s LIMPET (tTehnologia deexportare pe uscat a energiei marine) instalata pe insula scotianaIslay. Este un dispozitiv de la malul marii care foloseste tehnologiaconceptului de coloana de apa Oscilatorie(Ocillating Water Column -OWC).

Istorie si evolutie Energia valurilor Clasificare sisteme Exploatare si Impact Concluzii

Clasificare sistemelor de captare.

Sisteme amplasate in tarm

Pentru exemplificare, in cele ce urmeaza se prezinta sistemul denumit LIMPET (Land Installed Marine Power Energy Transmitter), care a functionat intre anii 2000 si 2007 pe coaste de vest ale Scotiei. Sistemul de conversie a constat din doua turbine de aer Wells, cu diametrul de 2,6 m, conectate fiecare cu un generator de 250 kW, puterea totala instalata fiind de 0,5 MW. Energia furnizata a fost preluata de sistemul energetic.

Constructia camerei este pozitionata cu 17 m in interiorul tarmului si cuprinde o coloana oscilanta de apa cu lătimea de 21m (figura 4). in amplasament adâncimea apei este de 6 m. In figura 5 se poate urmari o fotografie cu vedere din spre tarm a instalatiei.

Figura 4. Sectiune transversala prin camera sistemului LIMPE Figura 5. Vedere din spre tarm a instalatiei

Peretele copertinei si pereul de placare a taluzului tarmului sunt paralele, facând un unghi de 40º cu orizontala. La intrare unghiul se modifica, pentru a reduce sectiunea la numai 4,5 m x 21 m. Buza de intrare este circulara, cu un diametru de 1,5 m, pentru a reduce pierderile prin turbulenta.

Istorie si evolutie Energia valurilor Clasificare sisteme Exploatare si Impact Concluzii

Figura 7. Sistemul cu panou oscilant

Clasificare sistemelor de captare.

Sisteme amplasate in tarm O alta dispunere a sistemului, bazata tot pe principiul coloanei oscilante de apa si aplicata in

Pico Island, din Insulele Azore, este prezentata in figura 6

Figura 6. Sistem cu coloana oscilanta de apa la Pico Island: sectiune transversala si fotografie din spre tarm

Sistemul cu panou oscilant, din figura 7, este de asemenea destinat amplasarii in tarm. O cutie din beton armat are o latura libera catre mare, Un panou batant este articulat de cutie, la partea superioara. Sub actiunea valurilor panoul ocileaza, iar miscarea este transmisa unei pompe hidraulice care la rândul ei antreneaza un generator.

Istorie si evolutie Energia valurilor Clasificare sisteme Exploatare si Impact Concluzii

Clasificare sistemelor de captare.

Sisteme cu amplasare in apropierea tarmului

Dintre sistemele propuse de diferite firme, in cele ce urmeaza se prezinta sistemul denumit Wave Dragon, primul sistem de fructificare a energiei valurilor care a furnizat energie in reteaua unui sistem energetic. Schema de principiu a sistemului si o fotografie a instalatiei in functiune sunt prezentate in figura 8.

Figura 8. Instalatia Wave Dragon pentru captarea energiei valurilor

Instalatia are doua rampe largi, special profilate, care inalta local valurile si le dirijeaza in rezervor. Din rezervor apa se reintoarce in mare prin gravitatie, printr-o turbina, care este conectata cu un generator.

Constructia este foarte simpla si numai turbina si generatorul au parti in miscare. Costurile initiale sunt reduse, dar costurile de exploatare, datorita locatiei in afara tarmului sunt mai mari.

Avantajul dispozitivelor din apropierea tarmurilor este ca sunt usor accesibile. Acest lucrudetermina ca reteaua electrica si intretinerea electrica a dispozitivelor sa fie cu mult usoara fata de cazuldispozitivelor din largul marii. Aceste dispozitive pot fi de altfel amplasate in structuri cum ar fi digurile.

Istorie si evolutie Energia valurilor Clasificare sisteme Exploatare si Impact Concluzii

Clasificare sistemelor de captare.

Sisteme cu amplasare in larg

Un prim sistem consta in utilizarea unor plutitori tip geamandura, care se ridica si se coboara odata cu valurile. Miscarea creaza energie mecanica, care se transforma in energie electrica. Energia electrica este transportata apoi la tarm (fig. 9).

O unitate plutitor-convertor, de tipul celor promovate de OPT (Ocean Power Technologies), are o putere de 40kW. Diametrul geamandurii este de 4 m, inaltimea de 16 m, din care cca 4 m peste nivelul marii. Partea fixa este realizata sub forma unui trepied asezat pe fundul oceanului. Sistemul este amplasat la 2...8 km de tarm, la adâncimi de 40...60 m. Pentru utilizare industriala, la Reedsport, Oregon (SUA) este prevazuta o grupare de geamanduri cu o putere instalata de 10 MW, care va ocupa 12,5 ha din suprafata oceanului.

Figura 9. Sistemul cu geamandura

Istorie si evolutie Energia valurilor Clasificare sisteme Exploatare si Impact Concluzii

Clasificare sistemelor de captare.

Sisteme cu amplasare in larg

Figura 10. Obtinerea de energie electrica prin variatia fluxului magnetic data de deplasarea de translatie a miezului magnetic antrenat de valuri

Un al doilea sistem se bazeaza tot pe oscilatia unui plutitor antrenat de valuri, dar de aceasta data sistemul este imers. Un corp cilindric plutitor este ancorat de fund. Un al doilea cilindru, care este pus in oscilatie de valuri, este sustinut de aerul captiv intre cilindrul inferior si cel superior (fig. 10). Energia mecanica de oscilatie in plan vertical a cilindrului superior este transformata in energie electrica prin intermediul unui generator liniar. Statorul este fixat de cilindrul inferior, in timp ce miezul, care este un magnent permanent, este fixat de plutitorul oscilant. Variatia fluxului magnetic produce, in acord cu legea lui Faraday, o tensiune electromotoare e(t).

Sistemul prezentat este cunoscutsub denumirea Archimedes Wave Swing.Este socotit un sistem eficient, pentru caaria ocupata este relativ redusa in raport cuenergia produsa. De asemenea, capacitateade a supravietui furtunilor este mai marecomparativ cu a altor sisteme.

Istorie si evolutie Energia valurilor Clasificare sisteme Exploatare si Impact Concluzii

Clasificare sistemelor de captare.

Sisteme cu amplasare in larg

Figura 11. Sistemul cu carcase batante ancorate de fund .

Un al treilea sistem propus foloseste principiul panourilor batante, antrenate de val (fig. 11). Un panou carcasat, articulat de o fundatie de beton pe fundul marii, transmite miscarea de dute-vino unui piston. Pistonul comprima uleiul din cilindru care la rândul lui antreneaza un generator.

Sistemul cu panouri batante este interesant, pentru ca in adâncime miscarea indusa de valuri este mai continua comparativ cu miscarea valurilor la suprafata. Proiectele prevad o putere unitara pe panou de 15 kW.

Istorie si evolutie Energia valurilor Clasificare sisteme Exploatare si Impact Concluzii

Clasificare sistemelor de captare.Sisteme cu amplasare in larg

Figura 12. Sistemul cu cilindru Bristol

Ultimul sistem prezentat in acest paragraf este sistemul cu cilindru plutitor, denumit si cilindru Bristol (fig. 12).

Cilindrul plutitor este conectat mecanic de convertor printr-un sistem de bare si articulatii. Miscarea oscilatorie a cilindrului antrenat de valuri este transmisa prin sistemul de bare care transforma aceasta miscare intr-una de rotatie. Un generator cu viteza mica de rotatie este conectat cu convertorul de miscare. La fel ca in cazul altor sisteme, o instalatie industriala necesita formarea unui parc de asemeneadispozitive.

Avantajul dispozitivelor din larg este acela ca au acces la valuri mult mai puternice.Pe masura ce valurile se deplaseaza catre apa cu adancime din ce in ce mai mica, energia este pierduta prin interactiunea cu fundul marii/oceanului.Cu toate acestea,apele mai adanci si mai indepartate de tarm creaza mari dificultati in alcatuirea retelelor electrice si in ancorarea dispozitivelor,dar si in privinta asigurarii unei functionari corespunzatoare a dispozitivelor.

Istorie si evolutie Energia valurilor Clasificare sisteme Exploatare si Impact Concluzii

Sistemul de captare a energiei valurilor de pe litoralul românesc al Marii Negre. Potentialul energetic al valurilor de pe intreaga coasta a litoralului românesc este estimat optimist la 2

TWh/an, cu randamente de valorificare de cca 25%. Cifra bruta este comparabila cu aceea a MHC –urilor, darvalorificarea acestei resurse este posibila numai pe zone limitate, asociata cu aparari costiere. Potentialul specific pemetru frontal de val la Marea Neagra este de cca 5 kW/ m val, de cca 10 ori mai mic decât cel din oceanul Atlantic.

in România au fost studiate pe modele de laborator urmatoarele solutii: plutitorul cu generator liniarextern (1974); elicea unisens (1980); turbina cu rotor orizontal in carcasa (1984-1985); plutitorul cu generator rotativ(1984-1985). in natura au fost experimentate doar doua dintre ele: elicea unisens si turbina cu rotor orizontal incarcasa. Numeroasele incercari au aratat in cele din urma ca echipamentul de captare a energiei valurilor carecorespunde cel mai bine valurilor neregulate, ca cele din Marea Neagra, este captatorul cu plutitor si generator rotativcunoscut si sub numele de captatorul plutitor captiv, ale carui componente principale sunt prezentate in figura 17.

Solutia consta in ridicarea de catre val a unui flotor care, ajuns in punctul superior al cursei, ramâne“sechestrat” de un mecanism de sens unic care nu-i mai permite sa coboare odata cu valul.

Figura 17. Alcatuirea captatorului plutitor captiv

Dezgolit partial sau total de apa, flotorul, sub greutateaproprie, actioneaza un volant, care atunci când ajunge la turatia deserviciu, printr-un cuplaj hidraulic antreneaza un al doilea volant careprin intermediul unui cuplaj elastic actioneaza generatorul electric.Forme simplificate ale acestui procedeu de captare pot elimina uneleorgane cum sunt cuplajul hidraulic si al doilea volant.

Cuplajul hidraulic serveste la demararea generatoruluielectric, deoarece la turatii scazute cuplajul nu transmite moment. Deasemenea, acest cuplaj hidraulic serveste si ca dispozitiv de protectie ainstalatiei, deoarece limiteaza cuplul rezistent maxim. Prin ridicarea sicoborârea plutitorului sub actiunea valurilor, sistemul de pârghiitransmite impulsuri volantului, care inmagazineaza plusul de lucrumecanic din timpul activ (când coboara) si pe care-l restituie inpauzele fiecarui ciclu de val, uniformizând astfel miscarea.

Istorie si evolutie Energia valurilor Clasificare sisteme Exploatare si Impact Concluzii

Figura 18. Componentele captatorului plutitor captiv

Fibra de sticla Formare Concluzii

Masina functioneaza ciclic, in 4 timpi, datorita valului care face parte din categoria miscarilor hidrauliceondulatorii cu perioade relativ scurte, de ordinul secundelor:Timpul 1 – incepe când flotorul se afla in punctul cel mai de sus al cursei, iar apa se retrage de pe flotor, favorizândcoborârea lui in sarcina;Timpul 2 – flotorul continua sa coboare in sarcina, complet dezgolit de apa;Timpul 3 – apa incepe sa urce pe flotor, dar acesta continua sa coboare in sarcina pâna se ajunge la echilibru;Timpul 4 – timpul „mort” când valul urca liber flotorul.

Rezulta deci ca flotorul acestei masini de valuri, este retinut in punctul cel mai de sus al cursei de un cuplaj de sens unic, care-l obliga sa coboare numai in sarcina, adica producând lucru mecanic util. Cei doi volanti cu care este utilata masina actioneaza ca acumulatori de energie si regulatori ai miscarii de rotatie. Aceasta face ca masina sa porneasca in gol, fiind initial antrenat doar primul volant. Când acesta ajunge la turatia de serviciu si este capabil sa depaseasca rezistenta opusa de restul masinii, cuplajul hidraulic actioneaza automat punând in miscare cel de al doilea volant si odata cu el cuplajul elastic, prin intermediul caruia miscarea se transmite generatorului de curent electric.

Pentru flotor se prefera forma de cilindru circular drept, dar indiferent de forma geometrica adoptata, se impune definirea pozitiei superioare (punctului), pâna la care se urca apa ca pentru o fractiune de timp sa se realizeaza echilibrul fortelor in pozitia cea mai de jos a cursei.

Variatia pozitiei acestui punct in timp si a celui de pe suprafata libera a apei cu care intra periodic in coincidenta, stau la baza dimensionarii flotorului. Rezumând, captatorul plutitor captiv reprezinta o masina pentru fructificarea energiei valurilor care transforma miscarea predominant verticala a suprafetei apei in miscare de rotatie, cu ajutorul unui flotor. Remarcabil pentru acest dispozitiv este randamentul foarte bun al transformarii energetice.

Sistemul de captare a energiei valurilor de pe litoralul românesc al Marii Negre.

Istorie si evolutie Energia valurilor Clasificare sisteme Exploatare si Impact Concluzii

Cuprins Caracteristici Fibra de sticla Formare Concluzii

Tipuri de tehnologii - in functie de metoda utilizata pentru captarea energiei valurilor.

Constructorii utilizeaza multe metode pentru proiectarea echipamentelor destinateexploatarii energiei valurilor. Aceste echipamente se pot clasifica fie in functie de locul de amplasare siadancimea la care sunt proiectate sa functioneze, adica de-a lungul tarmului, linga tarm si in larg, fie infunctie de metoda utilizata pentru captarea energiei valurilor.

In functie de mecanismele de captare a energiei valurilor exista cateva categorii deechipamente si deosebirile intre ele sunt rare. De multe ori se considera numai trei categoriifundamental diferite, respectiv coloane de apa oscilante, dispozitive plasate in varf si corpuri cumiscare relativa indusa de valuri. In mod uzual, toate echipamentele cu exceptia dispozitivelor plasatein varf au de asemenea caracteristici de puncte de absorbtie. Punctul de absorbtie reprezintacapacitatea de a absorbi (capta) energia dintr-o zona mai larga decat dimensiunea fizica aechipamentului – fenomen cunoscut si sub denumirea de efect de antena. Datorita obiectivelor diferite,nu exista o clasificare comuna larg acceptata de catre comunitatea internationala a DezvoltariiCercetarii si Tehnologiei. Enumerarea de mai jos a fost intocmita in scopul de a se diferentiaconceptele care sunt in prezent cele mai cunoscute, in baza principiului lor de functionare.

Istorie si evolutie Energia valurilor Clasificare sisteme Exploatare si Impact Concluzii

Cuprins Caracteristici Fibra de sticla Formare Concluzii

Tipuri de tehnologii - in functie de metoda utilizata pentru captarea energiei valurilor.Atenuator

Acesta este un echipament flotant lung, aliniatperpendicular pe frontul valului. Echipamentul practiccalareste valul si capteaza energia cand valul trece,restrictionand selectiv miscarile de-a lungul lungimii acestuia.Un exemplu actual pentru un atenuator este echipamentulPelamis, iar conceptele de proiectare anterioare au fost Pompade valuri MCCabe (incercata in mare) si Cockerel Raft (infaza de proiect).

Puncte de absorbtie axial simetrice

Figura 20. Puncte de absorbtie axial simetrice

Figura 19. Atenuator

Acestea reprezinta o structura flotanta care absoarbe energia valurilor in toate directiile, in virutea miscarii sale la sau langa suprafata apei. Are dimensiuni mici comparativ cu lungimea tipica a valului, de ordinul a catorva metri. Proprietatea punctelor de absorbtie axial simetrice este aceea de a absorbi energia din zone ale marii mai mari decat dimensiunile echipamentului. Prin referire la efectulsimilar ale undelor radio, fenomenul se mai numeste si efect de antena. Tipurile portante spre exemplu, functioneaza ca punccte de absorbtie.

In mod tipic, dar nu necesar aceste dispozitiveportante sunt axial simetrice. Ca exemple se pot da Wavebob,OPT PowerBuoy si Aquabuoy.

Istorie si evolutie Energia valurilor Clasificare sisteme Exploatare si Impact Concluzii

Cuprins Caracteristici Fibra de sticla Formare Concluzii

Tipuri de tehnologii - in functie de metoda utilizata pentru captarea energiei valurilor.Convertoarele oscilatiei de nivel al valului (CONV)

Acestea sunt colectori plasati langa suprafata,fixati pe un brat pivotant amplasat langa patul marii. Bratuloscileaza ca un pendul invers, datorita miscarii particulelorde apa in valuri. Exemple prezente din aceasta categorie suntWaveroller complet submersat si Oyster la suprafata. Unechipament mai vechi din acest tip, Pendulul japonez, aveaclapeta cuplata langa suprafata, atarnand in jos, bagata instructura de cheson.

Coloanele de apa oscilante (CAO)

Figura 22. Coloanele de apa oscilante (CAO)

Figura 21. Convertoarele oscilatiei de nivel al valului

Acestea sunt structuri gaurite, partial imersate, care sunt deschise catre mare sub suprafata apei,astfel incat contin aer prins deasupra unei coloane de apa. Valurile determina ridicarea si coborareacoloanei, actionand ca un piston, comprimand si decomprimand aerul.Acest aer este canalizat catre oturbina cu aer pentru a produce energie. Cand sunt corespunzator proiectate pentru starea dominanta amarii, CAO pot fi reglate pentru perioada valului incident, in scopul de a rintra in rezonanta.

Astfel, CAO pot fi realmente eficiente si potprezenta caracteristici de puncte de absorbtie. Un cazparticular din acesta categorie este CAO portant, careeste un CAO flotant. Printre dispozitivele propuse inprezent se numara Sperboy, MRC si Backward Bent ducttype OE Buoy.

Istorie si evolutie Energia valurilor Clasificare sisteme Exploatare si Impact Concluzii

Cuprins Caracteristici Fibra de sticla Formare Concluzii

Tipuri de tehnologii - in functie de metoda utilizata pentru captarea energiei valurilor.Dispozitive plasate in varf

Acestea constau dintr-un perete pe care il spalavalurile, colectand apa intr-un rezervor de stocare. Valurileincidente creaza o sarcina de apa, care este eliberata inapoi inmare prin intermediul unor turbine conventionale de sarcinamica, instalate la patul rezervorului. Un dispoziotiv plasat invarf poate utiliza colectori pentru a concentra energiavalurilor.

Figura 24. Dispozitive de presiune diferentialasubmerse

Figura 23. Dispozitive plasate in varfDispozitivele plasate in varf sunt in mod uzual structuri mari, datorita necesarului de spatiu

solicitat de rezervor, care trebuie sa aiba o capacitate minima de stocare. Dispozitivele pot fi plutitoare caWave Dragon, cel mai mare convertor de energie a valurilor construit pana in prezent sau structuri fixate interen ca SSG (Sea Wave Slot Cone Generator, integrata intr-un dig de spargere a valurilor).

Dispozitive de presiune diferentiala submerseAcestea sunt dispozitive submersate amplasate uzual

langa tarm si prinse de patul marii. Miscarea valurilor determinacresterea si coborarea nivelului apei marii peste dispozitiv, inducand opresiune diferentiala, care determina ridicarea si coborareadispozitivului cu valurile. Cand sunt proiectate corespunzator pentrustarea marii si aceasta categorie de dispozitive are de asemeneacaracteristici semnificative de puncte de absorbtie. Un exemplu la zial unei realizari a acestui concept este AWS (Archimedes WaveSwing), care are de asemenea bune caracteristici de puncte deabsorbtie. Un alt dispozitiv care se poate incadra in aceasta categorieeste Waverotor.

Istorie si evolutie Energia valurilor Clasificare sisteme Exploatare si Impact Concluzii

Cuprins Caracteristici Fibra de sticla Formare Concluzii

Studiu caz particular sistem amplasat in larg(offshore) - Convertorul Pelamis.

Dispozitivele din larg sunt in general structuri plutitoare ancorate pe fundul marii/oceanului ce opereaza in ape cu adancime mare pentru a beneficia de resursele mult mai mari de valuri. Cu toate ca exista multe concepte diferite, deocamdata nu s-a stabilit o tehnologie decisiva. Cateva modele la scara mica au fost testate in mari, dar mult mai putine prototipuri la scara reala.

Primul proiect comercial in energia valurilor, Pelamis ,Agucadoura in Portugalia produce 2.25MW pe nordul coastei portugheze. Distributia Energiei Oceanului (ODP) a aprovizionat primele 3 instalatii folosind tehnologia avansata a conversiei energiei valurilor Pelamis P-750 si proiectarea altor 28 de instalatii de-a lungul coastei portugheze in perioada unui an. Acestea vor genera 22.5MW. Acest proiect va asigura energia pentru Agucadoura si va alimenta 15000 de locuinte folosind sistemul national de distributie a energiei.Cand proiectul va fi finalizat, ar trebui sa acopere cererea medie de electricitate pentru mai mult de 15000 de gospodarii portugheze. In acelasi timp se estimeaza ca va destitui mai mult de 60000 tone de emisii de dioxid de carbon pe an.

Pelamis are o structura similara cu a unei turbine de vant moderne. Proiectele viitoare de “ferme de valuri” vor fi constituite din mai multe instalatii interconectate la tarm de un singur cablu submers. O instalatie tipica de 30MW se preconizeaza ca ar ocupa un km² de ocean.

Istorie si evolutie Energia valurilor Clasificare sisteme Exploatare si Impact Concluzii

Cuprins Caracteristici Fibra de sticla Formare Concluzii

Sistemul Pelamis, denumit si convertorul de energie a valurilor Pelamis, este bazat pe un concept revolutionar, fiind primul sistem de colectare a energiei valurilor de larg cu aplicatii industriale. Sunt sase cilindri articulati, cu diametrul de 3,5 m, dintre care trei sunt flotori cu lungimea de 30 m fiecare si trei, cu lungimea de 5 m, contin sistemul de convesie si sunt denumiti moduli de putere (fig. 25).

Figura 25. Schema sistemului Pelamis

Figura 26. Modulul de putere al convertorului Pelamis

Structura este semi-submersa. Sub actiunea valurilor elementele articulate au miscari sus-jos si dreapta-stânga, la fel ca un sarpe de mare. De aici vine si denumirea de Pelamis, care in limba greaca inseamna sarpe. Miscarea din articulatii este transmisa unor cilindri hidraulici, care pompeaza ulei la presiune foarte mare catre motoarele hidraulice. Motoarele hidraulice pun in miscare generatorul electric. Energia produsa de fiecare dintre modulele de putere este trimisa prin acelasi cablu catre o conexiune pozata pe fundul marii. Elementele cuprinse in modulul de putere sunt prezentate in figura 26.

Studiu caz particular sistem amplasat in larg(offshore) - Convertorul Pelamis.

Istorie si evolutie Energia valurilor Clasificare sisteme Exploatare si Impact Concluzii

Figura 27. Conversia oscilatiilor din val in energie electrica

Cuprins Caracteristici Fibra de sticla Formare Concluzii

Convertorul Pelamis.

In figura 27 se poate urmari modulde lucru al sistemului si principiul de conversie aoscilatiilor din val in energie de presiune si apoiin energie electrica. Modulul de putere alconvertorului Pelamis P-750 are o putereinstalata de 250 kW, iar o unitate are puterea de750 kW. Convertoarele Pelamis sunt amplasate inzone litorale la cca 5... 10 km de tarm, laadâncimi de 50... 70 m. Un sistem special deconfigurare si cuplare a rosturilor permiteobtinerea unui raspuns rezonant, ceea ce face casistemul sa poata capta si energia valurilor mici,de apa linistita.

Presiunea de lucru la pistoanelecaptatoare este in domeniul 100... 350 bari, fiindconectate cu doua motoare cu generatoare de 125kW, cu o turatie de 1500 rot/min.

Un transformator trifazic de 10kVeste plasat in flotor, de la care pleaca cablulelectric. Cablurile tuturor modulelor suntconectate la un cablu principal submarin, caretransporta energia la mal.

Istorie si evolutie Energia valurilor Clasificare sisteme Exploatare si Impact Concluzii

Cuprins Caracteristici Fibra de sticla Formare ConcluziiIstorie si evolutie Energia valurilor Clasificare sisteme Exploatare si Impact Concluzii

Figura 28. Ferma de unităti Pelamis

Cuprins Caracteristici Fibra de sticla Formare Concluzii

In figura 28 este prezentata fotografia unei unităti Pelamis si a câmpului de unităti Pelamis careproduc energie pe coasta de nord a Portugaliei, la Aguçadora Wave Park, la cca 5 km de tarm. Ferma deunităti Pelamis din Portugalia cuprinde trei unităti, cu o putere de 2,25 MW. In Scotia, pe coasta de nord, laOrkneys, este o grupare de 4 unităti cu puterea de 3 MW. Pe coasta de nord a Angliei este in curs derealizare o ferma de unităti Pelamis cu puterea de 20 MW. O singura unitate Pelamis amplasata intr-o zonaa marii cu puterea specifica medie, pe unitatea de lungime, de 55 kW/m produce intr-un an 2,2 x 106 kWh.

Factorul de incarcare rezulta din raportul dintre energia efectiv produsa si energia carear putea fi livrata daca sistemul ar lucra continuu la puterea instalata:

Rezulta un factor de incarcare semnificativ mai mare decât valorile curente ale sistemelor de convesie a energiei valurilor, care sunt de cca 0,25. in plus, sistemul este fiabil, usor de amplasat si are impact redus asupra mediului.

Convertorul Pelamis.

Istorie si evolutie Energia valurilor Clasificare sisteme Exploatare si Impact Concluzii

Cuprins Caracteristici Fibra de sticla Formare Concluzii

Pelamis Power Matrix

Istorie si evolutie Energia valurilor Clasificare sisteme Exploatare si Impact Concluzii

Matricea de putere prezinta performantele la scara larga ale dispozitivului in functie de inaltimea semnificativa a valului si perioada acestuia. Matricea de putere a dispozitivului Pelamis este prezentata in figura 29 si reprezinta cantitatea de energie electrica ce poate fi convertita de catre o unitate individuala WECS(KW) la diferite valori ale puterii valurilor disponibile(diferite combinatii ale Hs si Te)

Figura 29: Pelamis 750kW WECS matricea de putere reprezinta cantitatea de energie(kW) pentru diferite combinatii ale inaltimii semnificative a valurilor si perioada acestora.

Cuprins Caracteristici Fibra de sticla Formare Concluzii

Pelamis - limitarea puterii la inaltimea valurilor de 6m

Istorie si evolutie Energia valurilor Clasificare sisteme Exploatare si Impact Concluzii

Eficienta dispozitivului depinde de resursele valurilor. Pozitionarea optima a dispozitivului este in jur de 5-10 km in larg, in ape cu adancimi de la 50-70 m pana la 100m. Inaltimea optima a valurilor este de 6-7 m iar valoarea maxima a puterii este de 750kW(limitata pentru protejarea dispozitivului).

Cuprins Caracteristici Fibra de sticla Formare Concluzii

Pelamis –eficienta dispozitivului in decursul unui an.

Istorie si evolutie Energia valurilor Clasificare sisteme Exploatare si Impact Concluzii

Eficienta dispozitivului Pelamis este de 25-40% din puterea nominala de-a lungul anului. Se poate observa ca in lunile de iarna puterea nominala este de 50-60%.

Constructie si Instalare.Se preconizeaza ca implementarea pe scara larga se va produce prin amplasarea in larg a dispozitivelor

submerse sau flotante, la adancimi situate in jurul a 50 – 100 m. Acestea se vor grupa in ferme, in configuratii si de dimensiuni adecvate tipului de tehnologie. Desi zonele specifice amplasarii sunt cele cu adancime batimetrica de 50 m datorita celui mai bun compromis realizat intre resurse, lungimea cablurilor subacvatice si a cheltuielilor de ancorare se preconizeaza o extindere in curand a zonelor de amplasare la adancimi batimetrice de 100 m.

Tehnologiile de ancorare sunt adaptabile la conditiile de pe patul marii. Pentru funduri nisipoase siargiloase ale marii ancorele cu suctiune sunt optiunea preferabila. Pentru fundurile stancoase ale marii, lucrarile de pregatire in amplasament pot fi mai costisitoare si pot necesita multe foraje subacvatice. Dispozitivele pentru captareaenergiei valurilor in larg utilizeaza de cele mai multe ori ancorarea flexibila , permitand dispozitivului sa se orientezecatre valuri si sa se retraga in cazul valurilor extreme, pentru a reduce incarcarile foarte mari (varfurile de sarcina) asupra ancorelor.

Dispozitivele pentru captarea energiei valurilor fixate pe patul marii necesita existenta pe patul marii a unuistrat de nisip, pietris sau noroi. Dispoitivele amplasate langa tarm se fixeaza in mod uzual in ape de adancimi de cca. 20 m si pot fi expuse la valuri inalte (H = 20 m), iar dispozitivele de pe coasta se instaleaza in ape cu adancimi de 10m sausub. In cazul CAO, 6-7m reprezinta adancimea minima pentru realizarea unor performante rezonabile; dispozitiveleplasate in varf ar putea fi eficiente in ape de adancimi mai mici.

Procesul de instalare necesita intotdeauna conditii prielnice, adica perioade de valuri reduse (uzual cu Hs< 1,5m). De mare importanta este prognozarea din timp a regimului de valuri care urmeaza si gradul de incredere al acesteia. In general, regimul aproximativ al valurilor poate fi practic prognozat cu 3 – 4 zile in avans pe deschidereacoastei Atlantice (centrale). Inaintand spre nord, unde fenomenele climatice locale si regionale pot influenta mai puternicregimul valurilor, gradul de incredere al prognozei scade. Experienta a demonstrat importanta acestui aspect siimportanta gasirii unor metode rapide, eficiente si robuste de a conecta dispozitivele pe ancore, acestea fiind, in mod uzual, pregatite separat, inaintea desfasurarii instalarii (AWS si Pelamis au intocmit exemple de proceduri in conditii de siguranta). In general, pentru amplasarea echipamentelor se utilizeaza ambarcatiuni simple sau dispozitive de remorcaresi nu sunt necesare macarale sau barci speciale in larg. Totusi in centrala pilot Pelamis a fost necesar un dispozitiv de ancorare, ceea ce a dus la cresterea considerabila a costurilor, a programului de lucru si a cheltuielilor prestabilite.

Istorie si evolutie Energia valurilor Clasificare sisteme Exploatare si Impact Concluzii

Cuprins Caracteristici Fibra de sticla Formare Concluzii

Conditiile climatice.

Procesul de instalare necesita intotdeauna conditii prielnice, adica perioade de valuri reduse(uzual cu Hs< 1,5m). De mare importanta este prognozarea din timp a regimului de valuri care urmeaza sigradul de incredere al acesteia. In general, regimul aproximativ al valurilor poate fi practic prognozat cu 3 – 4 zile in avans pe deschiderea coastei Atlantice (centrale). Inaintand spre nord, unde fenomeneleclimatice locale si regionale pot influenta mai puternic regimul valurilor, gradul de incredere al prognozeiscade. Experienta a demonstrat importanta acestui aspect si importanta gasirii unor metode rapide, eficiente si robuste de a conecta dispozitivele pe ancore, acestea fiind, in mod uzual, pregatite separat, inaintea desfasurarii instalarii (AWS si Pelamis au intocmit exemple de proceduri in conditii de siguranta).

In general, pentru amplsarea echipamentelor se utilizeaza ambarcatiuni simple sau dispozitivede remorcare si nu sunt necesare macarale sau barci speciale in larg. Totusi in centrala pilot Pelamis a fostnecesar un dispozitiv de ancorare, ceea ce a dus la cresterea considerabila a costurilor, a programului de lucru si a cheltuielilor prestabilite.

Istorie si evolutie Energia valurilor Clasificare sisteme Exploatare si Impact Concluzii

In principiu, sunt necesare interventii majore anuale pentru intretinere. In acest scop esteposibil ca dispozitivele sa fie scoase din dispozitivele de ancorare. Inspectii minore si alte actiuni de intretinere se efectueaza cu barci de cauciuc, vehicule actionate la distanta (VAD – aceestea sunt vehiculesubmarine actionate la distanta in tehnologia utilizata in larg, in scopul inspectarii si a operatiunilor de intretinere curente) sau mici vase speciale care acosteaza in centrala in perioade de ape calme. Operatiunile de intretinere sunt in principal solicitate pentru echipamentele mecanice si electrice si pentrustructuri; totusi, conexiunile la retea si instalatiile periferice necesita de asemenea atentie si trebuie avutein vedere.

Constructia modulara a chesoanelor pentru dispozitivele amplasate pe linia de coasta sporescsemnificativ stabilitatea acestora si eficienta costurilor, dar lucrarile in amplasament sunt in continuarenecesare pentru pregatirea patului marii si in faza finala a etapei de constructie.Functionarea si intretinerea centralelor care utilizeaza energia valurilor au reprezentat subiecte principalede discutii, datorita lipsei de experienta practica in conditii reale de mare si a unor bugete scazute, cauzecare nu au permis o planificare adecvata. Majoritatea problemelor pot fi solutionate pe baza tehnologiei sia echipamentelor utilizate in larg, existente in industria extractiva de petrol si gaz. Totusi, mijloacele siprocedurile utilizate in tehnologia folosita in larg sunt de obicei costisitoare, deoarece au fost dezvoltatein conditiile unor activitati care aduc venituri mari. Acest aspect, precum si volatilitatea pretului, ceruta de diferitele oportunitati de afaceri bazate pe activitatile desfasurate in larg, fac din aplicarea acestortehnologii de conversie a energiei valurilor, o optiune nerealista chiar pe termen mediu sau lung, daca nu se gasesc solutii specifice, eficiente sub aspectul costurilor. Generarea lenta a veniturilor (recuperarealenta a capitalului, costuri investitionale mari) in centralele care exploateaza energia valurilor impunegasire unor noi abordari si tehnologii, pentru ca aceste centrale sa devina competitive pe termen lung.

Cuprins Caracteristici Fibra de sticla Formare Concluzii

Exploatare si Management

Istorie si evolutie Energia valurilor Clasificare sisteme Exploatare si Impact Concluzii

Cuprins Caracteristici Fibra de sticla Formare Concluzii

Dezafectare.

Dispozitivele pentru energia valurilor sunt in mod uzual proiectate pentru o durata de viata de 20 de ani. Totusi, tinand seama de experientele anterioare si de fragilitatea abordarilor, in aceasta etapa, nu se poate considera ca fiind un punct de vedere realist. Constructorii sunt constienti ca pentru a consideraun dispozitiv ca fiind comercial, acestuia trebuie sa i se garanteze o durata de viata de 20 de ani, pentru a face fezabile structurile si instalatiile care necesita investitii capitale mari . Centralele pilot si primeleprototipuri pot dura de la cateva luni la 3-5 ani. Aceasta este o decizie luata pentru a testa mai intaiconceptul si strategia PTO.

In functie de dispozitiv si de alegerea componentelor PTO, pot fi necesare imbunatatiri majoreplanificate anual, ceea ce solicita de multe ori indepartarea dispozitivului din ancorele sale si transportareasa in portul urmator. Aceste operatiuni de indepartare arata faptul ca dezafectarea nu va constitui o problema. Dispozitivele se vor extrage relativ fara efort si transportate pe tarm.

Sistemele de ancorare pot fi proiectate pentru durate de viata mai mari, in scopul de a fiutilizate pentru urmatorul dispozitiv. In functie de tipul constructiv (fundatie de beton, ancora carlig, ancora cupa de suctiune) indepartarea lor se va face cu eforturi mari sau se vor considera ca ancorepierdute. In acest ultim caz, configuratiile cu puteri instalate de ordinul MW, cuprinzand mai multe zecisau sute de dispozitive ar putea fi puse in situatia de a nu obtine acordul de mediu, motiv pentru care sistemele care pot fi indepartate, precum si impactul acestora asupra mediului vor face obiectulcercetarilor si activitatilor de monitorizare viitoare.

Istorie si evolutie Energia valurilor Clasificare sisteme Exploatare si Impact Concluzii

Cuprins Caracteristici Fibra de sticla Formare Concluzii

Factori EconomiciPe langa lipsa de credibilitate, datorata defectiunilor survenite, principalul motiv al lipsei de investitii in

energia valurilor este cel al costurilor capitale foarte mari, necesare in special in etapele initiale ale dezvoltarii tehnologiei.Desi domeniul energiei eoliene constituie un exemplu prin care s-a demonstrat ca subventionarea initiala a tehnologieipoate conduce la dezvoltarea rapida a unei industrii durabile, domeniul energiei valurilor se caracterizeaza printr-odezvoltare lenta.

Carbon Trust (2006) a publicat recent un set de valori. Pentru aceasta s-a considerat un scenariu optimist siunul pesimist folosind date de plecare diferite. Scenariul optimist arata ca valoarea de 12.75 c€/kWh (8.5 p/kWh) ar puteafi atinsa dupa instalarea primilor 250 MW, in timp ce in scenariul pesimist aceasta valoare s-ar realiza in jurul valorii de 5MW instalati. Cel mai atractiv domeniu de costuri este cel de la 7.5 c€/kWh la 9.0 c€/kWh (adica valori comparabile cucosturile energiei eoliene in etapa in care aceasta reprezinta un sector industrial durabil in Europa). Acest domeniu decosturi ar putea fi atins dupa instalarea a 3 – 12 MW, corespunzator scenariilor optimist, respectiv pesimist. In al treileascenariu alternativ, dupa instalarea primilor 50 MW s-ar putea realiza o scadere substantiala a costurilor initiale, de la 33-38c€/kWh la 15 c€/kWh . In aceste conditii, dupa instalarea a 400 MW s-ar putea atinge valori de 9 c€/kWh, iar , dupainstalarea a 10 MW s-ar putea atinge valori de 3,75 c€/kWh. Aceste niveluri ale costurilor, exprimate in c€/kWh, reprezintafezabilitatea economica a tehnologiei destinate producerii de energie, prin compararea costurilor totale de investitie,functionare si intretinere cu energia totala produsa in perioada de depreciere a instalatiei.

Pelamis Wave Power a beneficiat de un masiv capital privat provenit dintr-o etapa anterioara a dezvoltariiprodusului, permitind un proces de dezvoltare continua si stabila, dispunand de o echipa de cateva zeci de ingineri sipersonal auxiliar. AWS a fost infiintata si dezvoltata de la zero de mica companie olandeza de inovare, TeamworkTechnology, ajungand la instalarea in 2004 a unei centrale pilot de 2 MW in Portugalia. Constructia prototipului a fostposibila datorita investitiei realizate de o companie de utilitati olandeza, dar care s-a retras in cea mai importanta faza aproiectului, cea a pregatirii instalarii. Dupa nesiguranta legata de posibilitatea continuarii sau nu a proiectului, o companieportugheza a investit in AWS, pentru a permite realizarea testelor. Din nou fondurile necesare intr-o faza esentiala nu aufost disponibile si testele au fost suspendate. Bunurile asociate tehnologiei la care s-a lucrat au trecut la nou infiintatacompanie AWS Ocean Ltd, care a reusit sa atraga in 2007 un investitor privat puternic, ceea ce a permis crearea unorconditii mult mai stabile de finalizare a prototipului.

Istorie si evolutie Energia valurilor Clasificare sisteme Exploatare si Impact Concluzii

Cuprins Caracteristici Fibra de sticla Formare Concluzii

Impactul asupra mediului.Energia valurilor este direct legata de coastele marine. Locatiile cele mai favorabile sunt situate

in zone salbatice, slab populate. Dezvoltarea unei surse de energie in imediata vecinatate a unor asemenea zone poate schimba tendinta de dezvoltare regionala, schimbând densitatea de locuire si afectând indirect ecosistemele existente. in ansamblu, impactul social favorabil, prin renasterea economica a zonei de litoral, este de natura sa compenseze unele schimbari in ecosisteme.

Fata de majoritatea tehnologiilor de producere a energiei, captatorii de energie a valurilor au un impact redus asupra mediului. Prin locul si modul de amplasare aceste instalatii au un impact vizual minim. Instlatiile din larg, de tip plutitori, interfera foarte putin cu flora si fauna marina. Toate tipurile de instalatii de captare nu lasa efecte remanente in zonele in care au fost instalate.

Date certe s-au obtinut numai de la instalatiile care sunt in faza industriala si mai putin de la prototipuri. Sunt unele impacturi deranjante, cum ar fi zgomotul turbinei cu aer de la instalatiile montate in tarm. Sunt interferente cu marea libera pentru navigatie, dar minore si imediat rezolvabile prin balizare. Un efect benefic pentru eroziunea costiera se asteapta de la sistemele de captare a energiei valurilor. Promovarera lor in zone cu eroziune puternica a plajelor poate diminua substantial procesul erozional si astfel se atenueaza impactul negativ asupra turismului local.

Cea mai problematica interactiune poate fi cea a utilizarii spatiului oceanului, care poate intra in competitie cu industria pescuitului si a transportului naval. Interactiunile vizuale pot fi importante pentrudispozitivele instalate pe coasta sau langa coasta, dar se preconizeaza ca aceste tipuri de echipamente voravea doar o contributie marginala la exploatarea resursei valurilor.

Un argument puternic al sinergiei dintre energia valurilor si zonele de crestere a pestilor esteacela ca adaposturile pentru cresterea pestilor vor fi afectate colateral de marile ferme care exploateazaenergia valurilor, care in mod obisnuit vor fi inchise traficului maritim pe suprafete de ordinul a catorvakm2.

Istorie si evolutie Energia valurilor Clasificare sisteme Exploatare si Impact Concluzii

Concluzii

Energia clasica, provenita din resursele naturale este epuizabila. In urma unor cercetaristiintifice s-a ajuns la concluzia ca in 40 de ani resursele de petrol se vor termina, gazele naturale maistau la dispozitia noastra abia 60 de ani, iar consumul actual al carbunelui duce la epuizarea acestuia inaproximativ 200 de ani.

Dupa aceste calcule, oamenii de stiinta au gasit o alternativa pentru aceasta energie clasica,si anume energiile neconventionale (care se folodesc la nivel mondial de aproximativ 35 de ani).Furnizarea acestora este o sarcina importanta a politicii energetice si de mediu, la nivel global.Economisirea energiei, a combustibililor si cresterea puternica a eficientei folosirii acestora, constituiein prezent unul din obiectele prioritare ale planurilor de dezvoltare economica si sociala ale fiecareitari. Tot mai multe tari privesc aceasta problema cu un interes ridicat, problemele energetice devenindo preocupare generala a lumii contemporane.

Este nevoie de noi pentru ca eforturile comune de popularizare a practicilor pentru folosireaenergiilor neconventionale sa isi atinga tinta, astfel orice alternativa de folosire a energiei este de marefolos pentru natura, chiar daca deocamdata acesta implica si un efort financiar deosebit pentru fiecaredin noi.

Istorie si evolutie Energia valurilor Clasificare sisteme Exploatare si Impact Concluzii

In 2020 Europa ar putea ajunge la cativa GW de putere instalata ca energie data de puterea valurilor. Carbon Trust (2006) a considerat ca aceasta valoare va fi cuprinsa in intervalul 1 – 2,5 GW, prin comparatie cu sectorul energiei eoliene la nivelul anilor ’80. Capitalul total care ar trebui antrenat in acest stadiu este estimat la 1,5 – 3,75 miliarde €. Dupa 2020, conform experientei pietei, se preconizeaza o crestere mai rapida.

Perioada 2007 – 2010 a fost esentiala pentru succes si pentru ritmul implementarii energiei valurilor oceanului. Prototipurile au atins un nivel acceptabil de profesionalism si primele tehnologii trebuie sa demonstreze ca sunt capabile sa produca energie electrica pe o baza competitiva si pe termen lung. Este esential ca prototipurile care vor urma si micile parcuri sa prezinte o fiabilitate si supravietuire mai bune decat sistemele anterioare, caracterizate de un serios sprijin academica, fiind de obicei foarte bine proiectate din punct de vedere hidrodinamic si sub alte aspecte, dar esuand in ceea ce priveste aspectele de marketing.

BIBLIOGRAFIE1. Case Study: Okeanós Pelamis Wave Farm -Aquatic Renewable Energy Technologies

(Aqua-RET)2. Amenajari hidroenergetice –Dan Stematiu3. Constantin Iulian-Utilizarea energiei Valurilor,Ed. Tehnica Bucuresti,19904. www.alternative-energy-news.com5. Introduction to Ocean Wave Energy Conversion-Aurélien Babarit6. Wave Crest Analysis from Directional Buoy Data - FUGRO OCEANOR7. Study of the Intentium wave energy converter – Intentium AS8. Energia valurilor – Proiect Universitatea Politehnica Bucuresti9. Offshore Wave Energy Conversion Devices – EPRI10. The Pelamis Wave Energy Converter - OCEAN POWER DELIVERY LTD11. Wave power conversion systems for electrical energy production - Leão Rodrigues 12. Pelamis P-750 Wave energy converter13. New method for converting sea wave energy - Ehsan Enferad, Murtaza Farsadi, and

Shirin Enferad14. Ocean Wave Energy Generation on the West Coast of Vancouver Island and the

Queen Charlotte Islands-Bryson R. D. Robertson, University of Guelph, Guelph, Ontario, Canada

15. Economic Wave Energy Resource Assessment Methodology & European Assessment, Robin D Murray

BIBLIOGRAFIE16. Wave Energy Potential for Kangaroo Island - Tom Winkler17. ESTIMATION OF AVAILABLE WAVE POWER IN THE NEAR SHORE AREA

AROUND HANSTHOLM HARBOR - Aina Figueras Alvarez 18. A Matlab Toolbox for Analysis of Random Waves and Loads19. WAFO - A MATLAB toolbox for random waves and loads - Sofia Aberg20. http://www.connaissancedesenergies.org/fiche-pedagogique/energie-houlomotrice-ou-

energie-des-vagues21. http://tpe.energiesdelamer.free.fr/houlomotrice.html22. http://www.aquaret.com/ro/downloadsandresources-/manualstext-books-23. http://ocsenergy.anl.gov/guide/wave/index.cfm

Va multumesc!


Recommended