Энергия волн

С точки зрения энергетики морские волны представляют собой концентрированную форму ветровой энергии. Ветры, дующие над океаном, разводят волны, сила которого зависит от скорости ветра и длины пробега. До берегов Чукотки доходят волны, зародившиеся у берегов Антарк­тиды. В волнах частицы воды совершают круговые движения. Высота вол­ны равна диаметру круговой орбиты частицы на поверхности (рис. 1.9). С глубиной диаметры орбит быстро убывают. Накатываясь на мелководье, волна растет по высоте и уменьшается по длине (расстоянию между греб­нями). Волны в море имеют разную длину и скорость, высоты отдельных волн при наложении суммируются.

Механическая энергия волны пропорциональна длине и квадрату вы­соты. Энергия волны шестиметровой высоты превышает 100 кВт на 1 по­гонный метр фронта волны. Средняя для океанских волн энергия оценива­ется в 50 кВт/м. Использование волновой энергии у побережья Англии дало бы 120 ГВт -это больше, чем суммарная мощность электростанций страны. Суммарная волновая мощность Мирового океана оценивается в 2700 ГВт. В России возможно освоение энергии морских волн на побережье тихоокеанских мо­рей и Баренцева моря.

Типы волновых энергетических установок. 1) у берега дамбами выгораживается бассейн с пологой плотиной-волноломом. Океанская волна забрасывает через эту плотину свои гребни. Уровень в бассейне поддерживается на 2...3 м выше, чем в море. Низконапорные гидроагрегаты срабатывают этот напор. Реализация такого проекта требует больших затрат на возведение плотин.

2) установка на якоре двух или трех понтонов, имеющих шарнирное соедине­ние. Проходящая волна вызывает изгибы в шарнирах, которые используют­ся в поршневой гидравлической системе, запасающей энергию в сжатой до высокого давления жидкости. Эта энергия затем используется в гидродви­гателе и электрогенераторе. Основные трудности при внедрении подобных систем связаны с низкой надежностью якорных постановок и шарнирных соединений при штормах и подвижках льда.

3) заяко­ренный буй имеет полость, открытую снизу. При колебаниях на волне уро­вень воды в полости меняется. В надводной верхней части буя имеется от­верстие, через которое воздух выходит из полости при ее заполнении во­дой, когда проходит гребень волны. Когда проходит подошва волны, воз­дух, наоборот, входит в полость из-за опускания уровня воды. Течения воз­духа через отверстие приводят в движение воздушную турбину, соединен­ную с электрогенератором. В автономных электрических буях вырабаты­ваемая энергия используется для зарядки аккумуляторов, питающих 60-ваттную электролампу. Реализуется подобный проект, в котором «поплав­ком» является судно водоизмещением 500 т, проектная мощность волновой энергоустановки составляет 2,2 МВт. Подобная установка может использо­ваться также для аккумулирования энергии, вырабатывая сжатый воздух, который по трубам направляется в береговые баки.

В качестве волнового генератора может использоваться заякоренный буй, к которому на тросе подвешен обратимый капсульный гидроагрегат с вертикальной осью на глубину, где волновые колебания невелики. Турбина агрегата вращается при движении вверх и вниз, когда проходят гребень и подошва волны. Ограничения снова связаны с низкой надежностью якор­ной постановки и передачи электроэнергии по кабель-тросу при штормах. Возможна также установка на мелководье гидроагрегатов с горизонтальной осью в придонном слое.

Важным преимуществом волновой энергетики является возможность применения модульного принципа - последовательное сооружение блоков ограниченной мощности, без больших начальных затрат на капитальное строительство, свойственных приливным электростанциям. К разработке волновых энергоустановок должны привлекаться специалисты в области энергомашиностроения, физики, энергетики, кораблестроения, океанологии, металловедения, электроники, экономики. Вследствие непостоянства морского волнения необходимо предусматривать системы аккумулирова­ния энергии (ГАЭС и т.п.).

Дата добавления: 2014-12-17