lecture12 (1185075), страница 2
Текст из файла (страница 2)
Цилиндрическая форма противоположной поверхности обеспечивает отсутствие распространения волны направо при колебаниях утки вокруг оси. Мощность можетбыть снята с оси колебательной системы с таким расчетом, чтобы обеспечитьминимум отражения энергии. Отражая и пропуская лишь незначительнуючасть энергии волн (примерно 5%), это устройство обладает весьма высокойэффективностью преобразования в широком диапазоне частот возбуждающих колебаний (рис. 12.3.1.2).Рис. 12.3.1.2. Эффективность «утки Солтера» (диаметр 15 м, ось зафиксирована).Первоначально Солтером был создан макет достаточно узкополосногопо частоте устройства.
В волновом бассейне оно поглощало до 90 % падающей энергии. Первые испытания в условиях, близких к морским, были проведены в мае 1977 г. на оз. Лох-Несс. 50-метровая гирлянда из 20-метровых©Кафедра теплоэнергетических систем, 20048Агеев В.А. Нетрадиционные и возобновляемые источники энергии (курс лекций)«уток» общей массой 16 т была спущена на воду и испытывалась в течение 4месяцев при различных волновых условиях. В декабре того же года эта модель в 1/10 будущей величины океанского преобразователя была вновь спущена на воду и дала первый ток. В течение 3 мес одного из самых суровыхзимних периодов модель первой английской волновой электростанции работала с КПД около 50 %.Дальнейшие разработки Солтера направлены на то, чтобы обеспечитьутке способность противостоять ударам максимальных волн и создать заякоренную гирлянду преобразователей в виде достаточно гибкой линии.
Предполагается, что характерный размер реальной утки будет равен примерно 0,1λ , что для 100-метровых атлантических волн соответствует 10 м. Нитьиз уток протяженностью несколько километров предполагается установить врайоне с наиболее интенсивным волнением западнее Гебридских островов.Мощность всей станции будет примерно 100 МВт.Наиболее серьезными недостатками для «уток Солтера» оказались следующие:− необходимость передачи медленного колебательного движения на привод генератора;− необходимость снятия мощности с плавающего на значительной глубине устройства большой протяженности;− вследствие высокой чувствительности системы к направлению волннеобходимость отслеживать изменение их направления для получениявысокого КПД преобразования;− затруднения при сборке и монтаже из-за сложность формы поверхности «утки».Другой вариант волнового преобразователя с качающимся элементом –контурный плот Коккерелла.
Его модель также в 1/10 величины испытывалась в том же, что и «утка Солтера», году в проливе Солент вблизи г. Саутгемптона. Контурный плот – многозвенная система из шарнирно соединен©Кафедра теплоэнергетических систем, 20049Агеев В.А. Нетрадиционные и возобновляемые источники энергии (курс лекций)ных секций (рис. 12.3.1.3). Как и «утка», он устанавливается перпендикулярно к фронту волны и отслеживает ее профиль.Рис. 12.3.1.3. Вариант выполнения контурного плота Коккерелла: 1 – колеблющаяся секция; 2 – преобразователь; 3 – тяга; 4 – шарнир.Детальные лабораторные испытания модели плота в масштабе 1/100показали, что его эффективность составляет около 45 %.
Это ниже, чем у«утки» Солтера (но плот привлекает другим достоинством: близость конструкции к традиционным судостроительным). Изготовление таких плотов непотребует создания новых промышленных предприятий и позволит поднятьзанятость в судостроительной промышленности.12.3.2. Преобразователи, использующие энергию колеблющегосяводяного столбаПри набегании волны на частично погруженную полость, открытуюпод водой, столб жидкости в полости колеблется, вызывая изменения давления в газе над жидкостью.
Полость может быть связана с атмосферой черезтурбину. Поток может регулироваться так, чтобы проходить через турбину водном направлении, или может быть использована турбина Уэлса. Уже известны по крайней мере два примера коммерческого использования устройств на этом принципе – сигнальные буи, внедренные в Японии Масудой(рис. 12.3.2.1) и в Великобритании сотрудниками Королевского университетаБелфаста.
Более крупное и впервые включенное в энергосеть устройство построено в Тофтестоллене (Норвегия) фирмой Kvaernor Brug A/S. Основнойпринцип действия колеблющегося столба показан на рис. 12.3.2.2. В Тофтестоллене он используется в 500-киловаттной установке, построенной на краю©Кафедра теплоэнергетических систем, 200410Агеев В.А. Нетрадиционные и возобновляемые источники энергии (курс лекций)отвесной скалы. Кроме того, национальная электрическая лаборатория (NEL)Великобритании предлагает конструкцию, устанавливаемую непосредственно на морском дне.Рис. 12.3.2.1.
Схема установки, в которой используется принцип колеблющегося водного столба (разработана Национальной инженерной лабораториейNEL, Великобритания, размещается непосредственно на грунте, турбинаприводится в действие потоком одного направления): 1 – волновой подъемуровня; 2 – воздушный поток; 3 – турбина; 4 – выпуск воздуха; 5 – направление волны; 6 – опускание уровня; 7 – впуск воздуха.Рис. 12.3.2.2. Пневмобуй Масуды: 1– корпус; 2 – электрогенератор; 3 – клапан; 4 – воздушная турбина.Главное преимущество устройств на принципе водяного колеблющегося столба состоит в том, что скорость воздуха перед турбиной может бытьзначительно увеличена за счет уменьшения проходного сечения канала.
Этопозволяет сочетать медленное волновое движение с высокочастотным вращением турбины. Кроме того, здесь создается возможность удалить генери©Кафедра теплоэнергетических систем, 200411Агеев В.А. Нетрадиционные и возобновляемые источники энергии (курс лекций)рующее устройство из зоны непосредственного воздействия соленой морской воды.12.3.3. Подводные устройстваПреимущества подводных устройств состоят в том, что эти устройствапозволяют избежать штормового воздействия на преобразователи.
Однакопри их использовании увеличиваются трудности, связанные с извлечениемэнергии и обслуживанием.Для примера можно рассмотреть преобразователь типа «бристольскийцилиндр», относящийся к группе устройств, работающих под действием скоростного напора в волне. Наполненный воздухом плавучий корпус (цилиндр), имеющий среднюю плотность 0,6-0,8 т/м3, закреплен под водой наопорах, установленных на грунте. Цилиндр колеблется в волне, совершаядвижение по эллиптической траектории и приводя в действие гидравлические насосы, вмонтированные в опоры и преобразующие энергию движенияцилиндра.
Перекачиваемая ими жидкость может подаваться по трубопроводам на генераторную станцию, единую для нескольких цилиндров.Одно из преимуществ идеи «бристольского цилиндра» то, что посленастройки на оптимальную частоту он не отражает энергию других частот, адает ей возможность распространяться далее, где ее могут поглотить другиепреобразователи, например цилиндры с другой частотой.Литература1. Твайделл Дж., Уэйр А. Возобновляемые источники энергии: Пер. с англ. –М. Энергоатомиздат. 1990.
– 392 с.2. Коробков В.А. Преобразование энергии океана. – Л.: Судостроение, 1986.– 280 с.3. Волновые энергетические станции в океане / В.И. Сичкарев, В.А. Акули©Кафедра теплоэнергетических систем, 200412Агеев В.А. Нетрадиционные и возобновляемые источники энергии (курс лекций)чев. – М.: Наука, 1989.
– 132 с.4. http://acre.murdoch.edu.au/ – The Australian Renewable Energy Website.Содержание12. Энергетические ресурсы океана ...................................................................... 112.1. Баланс возобновляемой энергии океана ...................................................... 112.2. Основы преобразования энергии волн.........................................................
312.3. Преобразователи энергии волн..................................................................... 712.3.1. Преобразователи, отслеживающие профиль волны................................ 712.3.2. Преобразователи, использующие энергию колеблющегося водяногостолба...................................................................................................................... 1012.3.3.
Подводные устройства ............................................................................. 12Литература ............................................................................................................. 12©Кафедра теплоэнергетических систем, 200413.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
