1598005375-fdca24712b4dd3cd0f1922045b94d243 (Преобразование энергии океана. В.А. Коробков, 1986u), страница 5

км' — 60 ГВт и 180 ТВт ч/год соответственно, Эти расчеты выполнены с учетом толщины приземпого слоя в 200 м, причем учтена только сотая часть суммарной мощности ветров иа площади 8,5 млн. км' (общая мощность ветров составляет 25,5 ТВт в этих зонах). Подобные оценки постоянно уточняют, к потенциальным районам по мере увеличения интереса к ветроэнергетике подключают все новые. Например, энергетики Эстонской ССР считают, что потенциал только прибрежных районов республики и ее островов в Балтийском море составляет несколько миллионов киловатт с возможной годовой выработкой электроэнергии от 17 до 35 ТВт ч. Применение ВЭУ здесь позволит экономить от 7 до 14 млн.

т у. т./год при вполне приемлемой стоимости энергии 0,3 — 0,4 коп./(кВт ч). Более детальное представление о ветровом потенциале прибрежных районов нашей страны можно получить по работе [12). Примерно также обстоит дело с оценкой волнового потенциала. Суммарная энергия волн составляет доли процента от энергии ветров. Мощность источника оценивается примерно в 3 ТВт. В Мировом океане участки с достаточно стабильным по мощности волнением встречаются редко. Выполнение оценок для конкретных районов требует длительных наблюдений, в целом по океану этих наблюдений еще не достаточно.

Можно сказать, что сейчас напоолее изучено Северное море (в ием ведется интенсивная добыча нефти и газа) и вообще Северная Атлантика. Обычная волна в достаточно бурном Северном море обладает мощностью .около 40 кВт на метр гребня в течение 30 о/з времени сушество- 22 о х о ы о о ч о х ~ х ( ыэ оо ох оо хэ о х о о о о \ о х 1в о хи й о о. о о х о ч х х ч В о о й о о о л ч х о о о э о о о ы д вания и примерно 1О кВт/м в остальные 70 % времени. Среднегодовой энергетический потенциал волн Западного побережья Великобритании по результатам обработки данных четырех станций, расположенных в 30 — 40 км от берега, за период 7 — 14 лет изменяется в пределах 31 — 44 кВт/м.

Однако для точной оценки потенциала волнения кроме усредненных характеристик мощности важны еще спектральные и пространственные (направление прихода) характеристики. Поэтому простые оценки ,".1 с помощью известного соотно- шения вида 1 Р = 0,25рггО'и/., (1.2) гб г- где Н вЂ” высота волн; и — ско- 1 рость распространения; /.— характерный горизонтальный 1 размер преобразователя, оказываются лишь примерными, пригодными только для реше- 1 1 1 2 ния вопроса о том, стоит ли в принципе заниматься в изучаемом районе преобразованием энергии волн.

Кроме того,' подобные удельные характеристики не дают полного пред() ставления о возможности по- лучения энергии на всей акваРнс. 1.9. Сопоставление относительных торин (21) сезонных потребностей (Г) в знергнн н возлюжностей океанских нсточннков Для морей, омываюн(их беветра (2) н волнення (3) хля северных Рега нашей страны, Г. В. Марайонов Велнкобрнтанвн в течение года тушевский методом осреднения (вб) элементов волн с учетом обес- печенности по сезонам получены следующие удельные мощности: Берингово — 15 — 44, Баренцево — 22 — 29, Японское — 21 — 31; Охотское — 12 — 20, Каспийское — 7 — 11, Балтийское — 7 — 8, Черное — 6 — 8 кВт/м, Этн оценки позволяют сделать вывод о том, что наиболее удобны для развития волновой энергетики в нашей стране Баренцево и Японское моря.

Для различных участков Мирового океана усредненные данные по запасам волновой энергии приведены на рис. 1.8. Определение потенциальных возможностей океанских ветров н волн невозможно без изучения их сезонной и суточной изменчивости. Нестационарность характера таких природных явлений — одно из серьезных препятствий на пути развития системной энергетики, основанной на этих ресурсах. Правда, и это подтверждает рис. 1.9, в ряде случаев по крайней мере сезонные потребности энергосистем и потенциальные возможности источников находятся в достаточно хорошем соответствии.

'24 й 4.6. Ресурсы приливной энергии Приливы — результат гравитационного воздействия космических тел на водные массы планеты. Наибольшую роль в этом воздействии играет Луна, менее значительную Солнце. Соответственно, период колебаний приливной силы, вызывающей наибольшие изменения уровня воды, пропорционален продолжительности периода обращения Луны вокруг Земли, равного примерно 25 ч. На планете наблюдаются полусуточные приливы с периодом около 12 ч 30 мин, суточные приливы, смешанные приливы. Для последних, как и для первых, характерны подъемы воды дважды в сутки, однако величины подъемов значительно отличаются. Океанологи выделяют еще и аномальные приливы, при которых четкое чередование периодов наступления высокой и малой воды нарушается, цикличность становится функцией времени.

Основной фактор, влияющий на величину подъема уровня поверхности воды в океане,— взаимное положение Луны, Солнца н Земли. Сизигийные приливы, возникающие, когда Солнце и Луна находятся на одной прямой с Землей либо с одной стороны от нее, либо по разные стороны, примерно на 20 % превышают норму. Квадратурные приливы, действующие, когда Земля находится в вершине прямого угла между направлениями от Земли на Луну и Солнце, отличаются тем, что они на 20 % ниже обычных. Изменение расстояния между Луной, движущейся по эллиптической траектории, и Землей приводит к тому, что в перигее прилив становится примерно на 20 % выше обычного, а в апогее— совпадение квадратурного и апогейного приливов дает противоположный эффект — полную воду примерно на 40% ниже нормы. Однако случается такое достаточно редко. Прилив — волновое явление. Типичный период приливной волны — 12 ч 25 мин.

Длина волны зависит от глубины бассейна (длинная волна, амплитуда которой мала по сравнению с длиной) и определяется как ), = с/Т, где с= (дй) 'з — скорость движения волны; Т вЂ” период; й — средняя глубина бассейна, При средней глубине 4000 м скорость распространения волны оказывается равной 200 и/с, а длина волны — 8600 км. Такая длина волны по порядку величины соответствует расстояниям между континентами, ограничивающими океаны 118). Однако любой океан не является единым водным бассейном по отношению к происходящим в нем колебательным процессам.

Сложный рельеф берегов и подводные хребты разделяют Мировой океан иа 45 главных бассейнов, каждый из которых имеет свой собственный период колебаний. Если этот период равен или кратен периоду приливной волны, в бассейне наблюдается усиление приливных колебаний. В противном случае, величины приливов оказываются незначительными. Интересно отметить, что большинство районов, где планируется строительство приливных электростанций, характеризуется почти правильными полусуточными приливами, и основные гармонические составляющие приливооб2б йуазующих сил проявляются в течение лунного месяца (29,5 суток).

В открытом океане приливы практически не оп1ущаются. Проявляются они лишь у побережья, где приливная волна выходит на мелководье. Характерными для Атлантического побережья, например, являются подъемы уровня воды на 1 — 3 м. В узких же морях, в пределах вытянутых эстуариев рек и широких материковых отмелей часто наблюдается значительное увеличение высоты подъема воды, причем последняя увеличивается примерно пропорционально корню четвертой степени из глубины и корню квадратному из ширины бассейна. К повышению высот приводят и локальныс резонансы. Совокупность различных причин позволяет наблюдать в некоторых районах приливы величиной до 16 м. Приливы графически изображаются с помощью котидальных и амплитудных карт. Первые показывают время наступления максимума для каждой приливной волны, их изолинии отмечаются римскими цифрами, соответствующими времени, отсчитываемому в лунных часах от момента прохождения Луны через Гринвичский меридиан.

Вторые дают представление о величинах приливов. Часто эти карты совмещают подобно тому, как это сделано на рис. !.10, характеризующем картину приливов в Ла- 1"1анше и Северном море. Одна из особенностей распространения приливной волны в этом районе — наличие трех амфидромических точек, в которых сходятся котидальные линии н не происходит подъема уровня воды.

Сложность явления, определяемая колебательным характером прилива, астрономическими, географическими, геодезическими факторами, особенностями океанской циркуляции и погодными условиями, затрудняет расчет приливов в конкретных районах. Однако, имея данные наблюдений за 3 — 5 лет (а для предварительного анализа даже за 14 суток) и воспользовавшись методами гармонического анализа, сведения о времени и величине прилива можно получить с достаточной точностью (см., например, работу ! ! О] ) .

Данные о величине прилива позволяют оценить энергию, переносимую приливной волной в рассматриваемый район. Строгая периодичность явлений при правильном полусуточном приливе позволила Л. Б. Бернштейну !51 предложить для этого простую и достаточно точную формулу, согласно которой величина приливного потенциала бассейна ))гл„, кБт ч в зависимости от его площади Л, кмй и средней величины прилива Нсш м находится по формуле И7 1 97 !0аН-'пА (1.3) Для практических оценок более интересна величина так называемого технического потенциала бассейна — той энергии, которая может быть в нем получена в помощью ПЭС конкретного типа.

Если в предыдущей формуле заменить численный множи- тель на 0,64.10', то с ее помощью можно определять технический потенциал однобассейновой ПЭС двухстороннего действия при условии работы на максимум выработки энергии и при реальном значении К11Д турбин, Рис. 1ЛО, Карта приливов в проливе Ла-Манит и Северном море !18!. хотпдальные линии а лунных часах 11 лунный час-1 ч Ой мнн солнечного ароновн), отсчитыааемых после момента прохождении Луны исуса Грннаичсний меридиан; — — — — — линии оди- паиоаои амплитуды среднего поплина Подооные зависимости пригодны только для предварительной оценки возможностей изучаемых районов, так как в них используются средние величины параметров, не учитываются эффекты, связанные с отражением приливной волны от плотины и ряд других обстоятельств.

В ряде случаев бывает интересно оценить мощность приливного течения в достаточно узких проливах. Эта величина Р, Вт может быть оценена по формуле Р = 0,125РН,'р п1 (йй)о'а, (1.4) Таблица !.4 Европа: 1О. Шозе (Франция) * Котантен (Франция) ' 1!. Северн (Великобритания) Солузй-Ферт (Великобритания) 12. Мезенский залив (СССР) Азия: 23,0 120,0 14,7 8,4 8,0 9,8 8,4 8,4 5,5 5,5 10,7 11,8 !О,! Ш,7 4,0 12,5 2,1 6,3 50,0 12,7 5,4 5,1 10,0 6,7 50,0 3,4 7,0 13.