1598005375-fdca24712b4dd3cd0f1922045b94d243 (811202), страница 29
Текст из файла (страница 29)
Э. Собр. сои., т. 4, М., 1964, с. 362 — 364. 132 трех типов устройств н в настоящее время относящихся к разряду наиболее перспективных. Эти схемы приведены на рис. 6.1. В них мы без труда узнаем аналоги будущих устройств Масуды, Кайзера, Коккерелла. Сам К. Э, Циолковский считал, что первые две системы не оригинальны, но относительно новизны последней — контурного плота — не сомневался. Указанная статья была адресована массовому читателю и вводила в проблематику комплексного освоения нового в то время вида энергетических ресурсов: «Извлекая через посредство машин энергию движения из волн, мы ослабляем их колебания и тем самым отчасти укрощаем.
Ряд таких машин, следующих одно за другой, могут совсем укротить волнение. Эти двигатели Рнс. 6Л. Варианты преобразователей энергии волн, описанные К. Э. Ци- олковским: а, б — пневматические; в — контурный плот могут заменить мол и явиться искусственной гаванью там, где ее нет». Статья была откликом талантливого изобретателя на идеи в области поиска источников энергии для развивавшейся индустрии, волновавшие в то время нашу страну. Прошло всего 50 лет, н мы видим уже техническую реализацию этих идей, правда, выполненную на базе детального изучения природы волновых явлений, детального изучения взаимодействия волн с различными механическими системами, создания соответствующего математического аппарата. Не последнюю роль в становлении знаний о природе волн сыгралн за зтн годы работы наших исследователей.
Здесь необходимо отметить труды Н, Е. Кочина, В. В. Шулейкина, Л. Н. Сретенского и многих других. Но природа волн такова, что несмотря на развитую общую теорию до сих пор прн разработке проектов волновых преобразователей для конкретных районов инженерам недостает сведений, необходимых для оценки запасов энергии н выбора наилучшего конструктивного решения. Элемент случайное~и, присущий волновым явлениям, заставляет для каждого района предполагаемой установки волновых преобразователей проводить длительный цикл экспериментального исследования волнообразования, не ограничиваясь только теоретическими оценками.
Наибольшую заинтересованность в разработке ресурсов волновой энергии проявляют Великобритания, Норвегия, Япония. По оценкам специалистов первые две страны могут полностью обеспечить себя электроэнергией с .помощью волновых электростан- 133 ций на уровне потребления 2000 г. Ведутся работы по созданию волновых преобразователей энергии у нас в стране, в США, во Франции и ряде другнх стран. К этим раоотам, например, подключилась Социалистическая Респуолика Румыния с ее относительно спокойным Черноморским побережьем. Румынские инженеры рассчитывают с помощью 200-километровой цепи волновых преобразователей, расположенных в 3 — 5 км от берега, получать до 2 млрд, кВт ч электроэнергии в год. Отношение к ресурсам волновой энергии в мире постоянно изменяется, как бы отслеживая уровень технических разработок и уровень знаний о природе волн.
Например, в США первоначально подходящими для размещения волновых электростанций считались лишь районы северного побережья залива Мэн и побережье штата Вашингтон. Позже, после выполнения соответствующих исследований, рентабельным стало казаться использовать вообще всю зону на расстоянии 40 км от побережья страны (64]. Если в Японии первоначально волновую энергетику считали пригодной только для обеспечения питания автономных буев, то сейчас уже реализован первый крупномасштабный вариант планучей волновой установки и т.д. Как и всем возобновляемым океанским ресурсам энергии, волновым присущи свойства, ограничивающие полет фантазии разработчиков.
Простое перечисление этих свойств демонстрирует некоторые отрицательные стороны волновой энергии. Это и сравнительно низкая концентрация энергии, и относительное непостоянство в пространстве и во времени, и широкий спектр колебаний, и отсутствие корреляции между изменяющимися потребностями в энергии и мощностью источника в данный момент времени.
Перечисленные свойства создают необходимость при разработке волновых преобразователей удовлетворять целому ряду противоречивых треоований. Так, низкая концентрация энергии требует создания либо крупномасштабных преобразователей большой единичной мощности, либо соответствующего количества рассредоточенных на большой площади сравнительно небольших устройств. В первом случае приходится использовать массивные подвижные элементы или гигантские пассивные концентраторы волновой энергии, причем речь может идти только об использовании низкочастотных составляющих волнения и о практической невозможности перестраивать системы при изменении параметров волн.
Для малогабаритных установок возможность перестройки на оптимальную частоту становится реальной, но увеличивается общая материалоемкость, возрастает стоимость обслуживания. В то же время при настройке волнового преобразователя на оптимальную частоту с целью увеличения эффективности преобразования энергии оказывается возможным использовать лишь часть суммарной энергии волн, обычно распределенной в достаточно широком спектральном диапазоне. Именно поэтому устройства, хорошо зарекомендовавшие своя в лабораторных условиях, часто оказываются малоэффективными при установке в море 164~ !34 В случае непосредственного использования электроэнергии, вырабатываемой волновой станцией, для хозяйственных нужд ее нельзя рассматривать как самостоятельный источник.
Непостоянство во времени и пространстве, сезонный характер самого ресурса требуют иметь в резерве какой-то дополнительный источник электроэнергии, либо подключать волновую электростанцию к энергосети, позволяющей за счет сторонних источников компенсировать снижение мощности из-за уменьшения волнения, либо, наконец, использовать аккумулирование энергии. Еще одна трудность при создании волновых преобразователей — ооеспечение их живучести в случае экстремальных волновых нагрузок, значительно превышающих расчетные режимы эксплуатации.
Например, если среднее значение мощности, приходящейся на единицу длины гребня волны, для Северной Атлантики составляет примерно 50 кВт/м, то во время сильного шторма эта величина может достичь значения 2 МВт/м при высоте волн 15 м. А наблюдавшиеся в этом же районе максимальные волны (так называемые «пятидесятилетние волны>) имели высоту до 34 м. Для этого района считается целесообразным разрабатывать устройства, рассчитанные на нормальную работу в диапазоне мощностей 50 — 150 кВт/м.
Таким образом, чтобы противостоять штормам средней силы преобразователи энергии волн должны иметь установленную мощность, значительно превышающую среднюю. Это не спасает их от сильных штормов. Здесь предложено несколько вариантов защиты. Например, в случае такого шторма преобразователь может быть затоплен.
Другой вариант — так рассчитывать преобразователи, чтобы с увеличением волнения выше оптимального их эффективность падала. Однако в любом случае возникают серьезные трудности при обслуживании, передаче энергии, удержании на якоре. Возникают даже совершенно новые проолемы. Например, срыв с якоря одного из точечных преобразователей может привести к разрушению соседних с ним устройств. Выбрасывание же на берег аварийных устройств может привести к опасности разрушения береговых сооружений.
Трудности создания энергетики на преобразовании энергии волн достаточно велики. Их преодоление потребует еще многих усилий разработчиков и ученых. В настоящее время в мире уже эксплуатируется около 400 автономных навигационных буев, использующих энергию воды. Однако уже в этом столетии прогнозируется возможное получение от океанских волн мощности не менее 10 ГВт 1мощность Красноярской ГЭС около 12 ГВт). Сильная связь со средой — этот наиболее существенный признак именно волновых преобразователей — заставляет при нх разработке обращаться к алгоритму, сходному с представленным на рис.
6.2. Эта схема показывает, как путем последовательных приближенцй удается оптимальным образом увязать свойства реальной среды с особенностями конструкций преобразователей, имея при этом в виду не только наилучший КПД превращения 1Зб энергии, но и приемлемую стоимость будущего сооружения — вол- новой электростанции [45]. 1 Гсорстичсская разработка, опенка эффек- тивности и стоимости Энергетические и другие харак- терн -гики невозмупгсниой среды Устройство, приводимое в действие волнами Море Взаимодей- ствие Доработка Силы и лвижсиис под действием волн Изменения в полях ско остей реальное устройство: эффективность, гтоимость Энергетические н другие характеристики среды с учетом работы преобразователя Полная эффективносп системы и стоимость энергии Рнс.
6.2. Алгоритм согласования волнового преобразователя со средой [451 6 6.2. Кпвссифинвция волновых преобрвзоватепей 136 Обилие схем преобразователей энергии волн породило несколько вариантов классификации, в основе которых лежат различные принципы. Можно, например, выделить два класса преобразователей — активные и пассивные. К первому относятся все устройства, имеющие перемещающиеся под действием колебаний водных масс элементы, ко второму — устройства лишь направляющие движение вод с целью концентрации энергии волн. В основу классификации иногда кладут наиболее характерные особенности природы волновых явлений и тогда выделяют три характерных признака: подъем волновой поверхности и изменение ее наклона; подповерхностное движение частиц жидкости и изменение давления; преобразование волн при подходе к естественным или искусственным препятствиям.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
