Интересные и нужные сведения о строительных материалах и технологиях


Волновые энергетические установки

Средняя высота волн в Мировом океане равна 2.5 м, а период их колебаний 8 с. При таких параметрах удельный поток энергии составит около 75 кВт/м фронта волны. Величина удельной энергии для разных морей существенно различается. Так, в Балтийском море она равна 7-8 кВт/м, а в морях Баренцево и Берингово соответственно 22-29 и 15-44 кВт/м.

Существенным достоинством волновой энергии является увеличение мощности волн в осенне-зимний период, когда возрастает и потребление электроэнергии.

Подавляющее большинство волновых энергетических установок в конструктивном отношении представляют собой сооружение, состоящее из трех основных элементов (систем): рабочего тела (или волноприемника), силового преобразователя с электрогенератором и системы крепления.

Рабочее тело может быть твердым, жидким или газообразным. Оно находится в непосредственном контакте с водой и под действием волн совершает какие-либо движения, например, колебательные. В качестве рабочего тела могут служить поплавки, водяные колеса, волноприемные камеры, эластичные трубы, набережные стенки, волноотбойные устройства и другие.

Силовой преобразователь служит для преобразования энергии, запасенной рабочим телом, в энергию, пригодную для использования или передачи на расстояние. В качестве таких преобразователей могут выступать разнообразные по исполнению гидравлические насосы, зубчатые, цепные, тросовые передачи, гидравлические и воздушные турбины и т.п. Система крепления предназначена для удержания на месте волновой установки.

На рис. 2.9 приведен пример конструкции простейшей волновой установки.


Установка состоит из рабочего тела, выполненного в виде поплавка -1 и укрепленного на одном конце штанги - 2, другой конец которой соединен с силовым преобразователем - 3. Последний размещен на свайных опорах - 4. Преобразователь - 3 воспринимает колебания - 5 штанги - 2. Если поплавок - 1 выполнить плоским и соединить со штангой - 2 шарнирно, то он будет также совершать и колебательные движения -6 относительно этого шарнира. Тогда целесообразно на поплавке установить дополнительный преобразователь - 7 для преобразования этих движений.

Перемещения поплавка используются для попеременного сжатия газа или жидкости в какой-либо емкости или перемещения сердечника в электромагнитной обмотке. Возможно также

использование перемещений поплавка либо для преобразования во вращательное движение вала с помощью реечной или цепной передачи, либо в давление рабочей жидкости с помощью поршневого насоса.

Тип волновой установки определяется той составляющей энергии волн, которую рабочее тело преобразует в другой вид энергии. В частности, выделяют следующие составляющие энергии волн:

1) потенциальную энергию положения. При этом энергетическими установками могут использоваться:

разность между уровнем гребня волны и средним уровнем воды в море;

разность между уровнями гребня и ложбины волны;

наклон поверхности воды между гребнем и ложбиной волны;

перелом поверхности моря при волнении (постоянное

изменение формы поверхности);

2) потенциальную энергию давления (переменное гидростатическое давление):

разность давлений на горизонтальную поверхность под гребнем и ложбиной волны у дна моря или в толще воды;

гидростатическое давление на вертикальную (наклонную) поверхность, равное высоте волны;

3) кинетическую энергию (гидродинамическое давление):

- энергию горизонтального перемещения гребней волн;

- энергию вертикального перемещения уровня воды от ложбины к 1ребню;

- энергию циркуляционного движения масс воды в волне.

Следует иметь в виду, что многие волновые энергоустановки способны преобразовывать одновременно несколько составляющих энергии волны, поэтому такая классификация является условной.

Наиболее многочисленны установки, применяющие в качестве рабочего тела поплавок, использующий разность между уровнями гребня и ложбиной волны. С целью увеличения амплитуды колебаний (появления резонанса) цилиндрические поплавки могут частично заполняться водой. Пример такого устройства приведен на рис. 2.10.


Волновые установки, использующие постоянное изменение формы поверхности, получили название «контурного (шарнирного) плота». Эти «плоты» имеют плоское или коробчатое рабочее тело, состоящее из двух или многих поплавков - 1 (рис. 2.11, а), соединенных между собой шарнирами, и снабженное поршневыми насосами -2. Установка удерживается с помощью якоря. Изменение формы поверхности моря приводит к изменению углового положения поплавков относительно друг друга, которое и используется для привода в действие насоса.

В Великобритании был предложен преобразователь энергии волн, использующий, наряду с изменением формы поверхности, давление набегающей волны. Схема этого преобразователя, который стали называть «ныряющая утка», представлена на рис. 2.11,6. Его эксцентрические поплавки - 1 раскачиваются на волнах и изменяют свое угловое положение относительно неподвижного вала - 2, укрепленного на опорных стойках - 3. Эти колебательные действия преобразуются в работу насоса - 4.

Динамическое воздействие волн на препятствия использовано в волновой установке с «конфузорным откосом», схема которой приведена на рис. 2.11, в. Она выполняется из бетонного корпуса - 1, на котором размещаются поверхности - 2 наката волн, опирающиеся на опорное кольцо-3. В средней части энергоустановки предусматривается бассейн -4 с водоприемным отверстием, через которое вода поступает на гидротурбину - 5 и далее по отводящему диффузору - 6 снова отводится в море. Генератор - 7 устанавливается в верхней части сооружения.

Пологий откос установки позволяет увеличить эффект набегания волны и поднять воду в бассейн, расположенный выше уровня моря. Образовавшийся при этом напор используется гидротурбиной. Такая волновая установка имеет существенные преимущества по сравнению с рассмотренными ранее. Она может размещаться на берегу, что полностью исключает риск, связанный с поломкой установки.


При проектировании волновых установок следует помнить, что их рабочие поверхности находятся в постоянном контакте не с пресной, а с морской водой, которая может привести к быстрой коррозии конструктивных элементов и оборудования, если не принять специальных защитных мер.

ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ВОЗОБНОВЛЯЕМОЙ ЭНЕРГИИ/Елистратов В. В., Санкт-Петербургский государственный политехнический университет, 2008

??????????

??????? ?.?., ??$B!`(B?????? ?.?., ??????? ?.?., ?????????????? ???????????

?????? ?.?., ???????????? ??????????? ?????????? ????????????

?.?. ???????, ????????????? ???????????

?.?. ???????, ???????? ?????? ?? ??????? ???????????

?. ???????, ????????$B!`(B????? ???????????? ???????????

???????? ?.?., ??????????? ?.?., ???????? ?.?., ???????????????? ?????????? ???????????

?.?. ???????, ?????????? ???????????

?.?. ?????????, ?. ????, X. ???????, ????? ???????????? ?????

?.?. ???????, ?????? ???????

?????? ?.?., ??????????: ??? ??? ???????? ? ??? ??? ??$B!`(B?????

?. ????????, ???????????? ????????????? ???????????? ??????

?.?. ???????, ?????????????$B!`(B????? ?????????

?.?. ???????, ????????? ??????????$B!`(B?????? ? ?????????????????? ?????????????

??????????$B!`(B????? ??????????. $B!_(B. I. ?????? ???????

??????????$B!`(B????? ??????????. $B!_(B. II. ??????????? ???????

???????????? ??????????$B!`(B????? ?????

?.?. ???????, ??????????$B!`(B????? ??????????

?. ?. ????, ????????????????

????????????$B!`(B????? ??????????????? ???????

????????????? ?????????????? ???????

????? ? ???????????, ????????? ??????

??????????? ????????? ? ??????????? ???????? ??????????