В.И. Трухин, К.В. Показеев, В.Е. Куницын - Общая и экологическая геофизика (1119248), страница 98
Текст из файла (страница 98)
Применение биоконверсии обеспечивает долгосрочную аккумуляцию энергии. Поэтому !л. рб Зкологииеекие проблемы энергегпики 502 гибридная солнечная станция, содержащая блок биоконверсии, способна круглогодично вырабатывать электроэнергию. Волновая энергетика В последнее время пристальное внимание ученых и конструкторов многих стран привлекает использование различных видов энергии Мирового океана.
Построены первые приливные электростанции. Разрабатываются методы использования тепловой энергии океана, связанной, например, со значительной разницей температур поверхностного и глубинного слоев океана, достигающей в тропических областях 20'С и более. В общем энергетическом балансе Мирового океана количество механической энергии значительно меньше тепловой. Рассмотрим некоторые способы использования одной из форм механической энергии океана энергии морских волн 132, 46, 61, 108, 112].
Плотность потока волновой энергии равна произведению плотности волновой энергии на групповую скорость. Плотность волновой энергии пропорциональна квадрату высоты волны !л Е= — д6 . 1 2 8 На глубокой воде групповая скорость поверхностных гравитаци- онных волн =И В случае мелководья групповая скорость волн имеет вид В этих формулах Н глубина жидкости, д ускорение свободного падения, Й волновое число, р плотность воды.
Например, волна с периодом 10 с и высотой 2 м действует на 1 м берега с мощностью около 37 кВт. Волны таких размеров явление типичное для Мирового океана. Мощные ветры, действующие над значительной частью поверхности океана, создают огромные волны. Волны высотой в 10. 20 м — вот размеры волн, обычные во многих частях океана. Интенсивность ветровых систем максимальна в зимнее время, когда потребности в энергии части человечества, проживающей в Северном полушарии, резко возрастают. Полная волновая мощность океана оценивается примерно в 50 1012 кВт.
Основными недостатками, ограничивающими широкое использование волновой энергии, являются ее Гл. 21. Эколоеинеекие проблемы онергетиики сравнительно низкая плотность, сильная изменчивость во времени и высокая стоимость волновых энергетических установок.
В настоящее время накоплен значительный объем инструментальных измерений ветрового волнения в Мировом океане. На основе этих данных волновая климатология определяет районы с наиболее интенсивным и постоянным волнением. Потери волновой энергии за счет прибоя для земного шара оцениваются в 2. 10э кВт. Общая длинабереговой линии равна 200000 км, те. в среднем на метр береговой линии приходится 10 кВт. Однако существуют районы побережья, в которых средняя волновая мощность значительно выше. Они постоянно подвергаются воздействию океанских волн, длиной 50 200 м, высотой более 2-5 м. Образование этих волн пе обязательно связано с действием местных ветров.
Волны, возникшие в одной части океана, способны проходить огромные расстояния в сотни и тысячи миль, так как они слабо затухают в глубоком океане. Согласно некоторым оценкам среднегодовая мощность волн, приходящаяся на каждый метр западного побережья Великобритании, достигает 80 кВт, а полная волновая мощность побережья равна 120 ГВт, что примерно в 5 раз превышает современные потребности электроэнергии в стране. На многих участках шельфовой зоны США и Японии плотность волновой энергии составляет около 40 кВт/м.
В большинстве преобразователей волновой энергии используют двухступенчатую схему преобразования, на первом этапе осуществляется передача энергии от волны к телу-поглотителю и решается задача концентрирования волновой энергии. На втором этапе поглощенная энергия преобразуется в вид, удобный для потребления. Существует три основных типа проектов по извлечению волновой энергии.
В первом используется метод повышения концентрации волновой энергии и превращения ее в потенциальную энергию воды. Во втором тело с несколькими степенями свободы находится у поверхности воды. Волновые силы, действующие на тело, .передают ему часть волновой энергии. Основным недостатком такого проекта является уязвимость тела, находящегося под действием волн. В третьем типе проектов система, поглощающая волновую энергию, находится под водой.
Передача волновой энергии приемному устройству происходит под действием волнового давления или скорости. Более общей классификацией волновых преобразователей является их деление на активные и пассивные. К активным типам преобразователей волновой энергии относятся преобразователи, имеющие Гл. Р б Эпологинеепие проблемы эпергеглипи 504 движущиеся или колеблющиеся части. К пассивным типам относятся устройства, которые только концентрируют волновую энергию. В ряде волновых установок для повышения эффективности плотность волновой энергии искусственно повышается.
Изменяя рельеф дна в прибрежной зоне (групповая скорость волн зависит от глубины), можно сконцентрировать морские волны. Например, если сфокусировать волны с побережья длиной в несколько километров на фронте в 500 м, то высота волны может достигнуть 30 м. Попадая в сооружения специальной конструкции, вода поднимается на высоту в 100 м. В такой установке около 70% энергии морских волн можно преобразовать в потенциальную энергию морской воды, поднятой па 100 м пад уровнем океана. Энергия поднятой воды далее используется для работы гидроэлектростанции, расположенной на уровне океана.
Волновая электростанция подобного типа построена для обеспечения электроэнергией острова Маврикий, не имеющего традиционных источников энергии. Электростанция мощностью 850 кВт действует в Норвегии с 1985 г. Рис. 21.4. Г!лот Коккереля К устройствам второго типа можно отнести плот Коккереля, состоящий из двух или трех шарнирно-соединенных понтонов (рис.
21.4). При прохождении волны понтоны перемещая)тся друг относительно друга. Из-за взаимного перемещения понтонов при помощи поршней приводится в движение жидкость в гидросистеме. Жидкость уже приводит в движение гидромотор. Эффективность работы такого устройства зависит от соотношения длины Гл. рн Эхологичеехие ироблелеи энергетики 505 волны и длины волнопреобразователя. Эксперименты с плотом Коккереля показали его высокую эффективность, однако размещение таких конструкций в прибрежной зоне требует болыпих затрат. Хорошо поглощает волновую энергию «утка Солтераеи На опытных лабораторных установках достигался КПД 90%.
«Утка Солтера» представляет собой поплавок конической формы, насаженный на ввл и отслеживающий падающую волну. Для работы в морских условиях на длинный ввл надевается несколько Рис. 21.5. «Утка Солтера» поплавков (рис. 21.5). Однако при создании в натурных условиях преобразователя типа «утки Солтера» возникают значительные инженерные сложности. Поплавок должен иметь болыпие размеры, система должна включать большое число поплавков, специфика конструкции приводит к сложностям на стадии преобразования механической энергии в электрическую. Ряд устройств по преобразованию волновой энергии использует различные свойства волновых движений: периодические изменения уровня водной поверхности, волнового давления или волновой скорости.
Опишем некоторые из таких устройств. Представим себе сооружение, состоящее из ряда замкнутых камер, соединенных с морем отверстиями. Под действием волн уровень воды в камерах периодически изменяется, что вызывает поток воздуха из камер. Воздушный поток из камер можно превратить в пульсирующий по величине, но постоянный по Гл. 21. Экологические нроблемн энергетики 506 Рис. 21.6. Волновой насос, или пневматический преобразователь Рис. 21.7.
Схема пневматического преобразователя волновой энергии; 1 волновая поверхность, 2 волновой генератор, 3 поршень, 4 волновой столб направлению поток, приводящий в движение воздушную турбину (рис. 21.6, 21.7). Процент использования волновой энергии достигает 40%. Подобное устройство можно разместить как у берега, так и в прибрежной зоне. Электроэнергия передается на берег по кабелю. В Японии создан промышленный образец такой системы, имеющей 9 турбин общей мощностью в 2 МВт. Перед выпуском промышленного образца работа системы воздушных турбогенераторов, схемы крепления станции и методы передачи электроэнергии отрабатывались на плавучей электростанции «Каймей э мощностью 330 кВт.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
