1598005429-afd80cdf49ba7e5f6ece6b974d8fd3c4 (811213), страница 18
Текст из файла (страница 18)
В реаультате реализации этого проекта была построена самая мощная волнознергетическан установка с пневматическими преобразователями. Первая электроэнергия была получена осенью 1978 г. Установка «Каймей» состоит иа 11 одинаковых пневматических турбогенераторов по 125 кВт каждый. Суммарная проектная мощность установки — 1,375 МВт, Установка выполнена на барже длиной около 80 м, гпириной 12 и. Каждый агрегат состоит из двух камер, улавливающих энергию волны, турбины и электрического генератора, сидящего на одном валу с турбиной (диаметром 1,4 м при 60 лопатках). В днище баржи имеется 22 отверстия для прохода волн в воздугпные камеры (результаты морских испытаний показали, что расположение входных отверстий для волн в днище баржи нельая признать удачным).
Баржа была поставлена на якоря у побережья Японии на глубине 40 и, на расстоянии 2,5 км от берега. Принцип действия двухкамерного преобразователя поясняется с помощью рнс. 18. При прохождении гребней поверхностных волн уровень воды в воадуптных камерах 1 и 11 поднимается, олагодаря чему в них происходит сжатие воздуха. Поэтому клапан 1 закрывается, а клапан 2 открывается. Направление движения воадушного потока показано стрелками.
Видно, что из камеры 1 воадупуный поток проходит через турбину и отдает ей свою энергию, . полученную от гребня волны. Совершив работу в турбине, воздух выходят в атмосферу через клапан 2. Максимальная скорость воздушного потока прн подходе к. турбине достигает 100 ы/с'илп'. несколько выше, как показывают осциллограммы. При прохождении ложбины волны, т.
е. ири понижении уровня воды, в камерах 1и 11 возникает разрежение воадуха. Поэтому воздух кз атмосферы поступает в камеРы через клапан 1. Клапан й в этот полупериод закрыт. Рно. $8. Днухнамерный нвенматнчеений преобрааователь И. Ма- суды а — напраахенне аоадупжого погона прн нроаожденнн гребнев нонн, б— то же прл прохождении ложбнн аолн Воздух, всасываемый в камеру 2, совершает работу в турбине 4, вращающей генератор 8. Движение воздуха будет происходить, как описано только в том случае, если суммарная длина обеих камер по направлению движения волн будет существенно меньше половины их длины.
В противном случае направления движения воды в камерах будут иметь противоположные знаки и полезный эффект будет меньше. Кроме того, баржа- носитель не должна всплывать при подходе гребня или ааметно опускаться при прохождении ложбины. Это условие близко к требованию отсутствия килевой качки для судна-носителя. Требование зто трудно выполнить, особенно для относительно короткого корпуса баржи.
В зависимости от особенностей собственных колебаний кор-' пуса носителя силовые агрегаты, находящиеся на его разных концах, будут находиться в разных фазовых отноше- ' ниях к приходящим волнам. Согласно более поздним сообщениям (1981 г.)., с каждого силового агрегата установки «Каймей» вместо ожидаемых 125 кВт удалось снять только 20 кВт, т. е. в 6 с лишним раз меньше. Вместо 1375 кВт суммарной мощности было получено лишь около 200 кВт.
Столь значительное расхождение с проектными цифрами объясняется неудачным расположением входных отверстий для волн в днище 1 баржи. Поверхностные волны, ныряя под ее корпус, неизбежно уменьшают свою амплитуду. Корпус баржи действует как волнолом и, видимо, существенно уменьшает энергию, вводимую в воздушные камеры.
Для устра- иения етого недостатка баржа-носитель была йоставлеиа в док для переделки, чтобы входные отверстия для волн сделать по бортам баржи. Можно полагать, что зто улучшит условия работы пневматических преобразователей, однако остаются и другие причины, влияние которых должно быть исследовано. ~Конструкция преобразователя И.
Масуды была усовершенствована в Великобритании з Ист-Килбрайдской национальной инженерной лаборатории. При этом особое внимание было обращено па место входа волн в воздушную камеру — разработана гидродинамически обоснованная конструкция входа. Английский вариант установки получил известность как «преобразователь с осциллирующим водяным столбом». В Великобритании придают важное значение выбору судна-носителя для пневматического преобразования энергии волн.
Если колебания баржи-носителя будут совпадать по фазе с фазой поверхностных волн, то они не будут совершать значительной работы в воздушных камерах преобразователя. Лучше, если носитель будет неподвижен. Однако выполнить это услозпе з открытом море затруднительно. Р. А. Меир (из Ист-Килбрайдской национальной инженерной лаборатории) предложил конструкцию особого понтона, имеющего форму «опрокинутого дилижанса».
Дилижансы, как известно, обтекаемостью форм не отличались, но изобретатель считает, что конструкция будет служить в качестве носителя столь же эффективно, как и неподвижная конструкция, укрепленная на морском дне. Правда, при условии, что волны, генерируемые корпусом самого «дилижанса»„будут малы. Насколько удачным окажется подобное решение вопроса, покажет будущее. ГИДРАВЛИЧЕСКИЕ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛИ Гидравлическими называют такие преобразователи, в которых роль рабочей жидкости выполняет сама вода (морская или пресная — безразлично), причем рабочей— в самом широком смысле.
Это означает, что вода не только совершает работу в той или иной турбине, как это иногда делается и в других типах преобразователей (например, в гидравлической системе плота Коккереля), но столб воды служит непосредственно для съема знергии с поверхностных волн. Одна из главных трудностей при преобразовании энергии поверхностных волн в электроэнергию вызвана их З7 педостато1ной в среднем высоток и связанной с яей малой средней скоростью орбитального движения частиц воды, Средняя высота поверхностных волн в Мировом океане оценивается в 2,5 м.
Для среднего периода волн Т=8 с среднее значение орбитальной скорости воды в таких волнах )г„— — Л <«--=1,25 — '-„— =- 0,97 м/с, 6,28 где Л=1,25 м — средняя амплитуда волн для Мирового океана; ю=-2к/Т вЂ” — 2 3,14/8=0,78 — средняя угловая частота волн.
Водные потоки со скоростями менее 1 м/с гидроэнергетики считают не представляющими практической ценности. Отсюда следует важнейптее требование к гидравлическим преобразователям: онп должны увеличивать и;шор илк скорость водного потока, формирующегося в результате работы преобразователя. Поверхностные гравитационные волны обладают еще одним важным физическим свойством. На поверхности глубокой воды частицы движутся по траекториям, близким к окруя настям.
Как мга только что подсч»ггали, ско- 1»ест» ороитальпого двпяюнкя близка к 1 и/с для волк высотой 2,5 и, По при подходе к мелководью форма волновых орбит измоняется. Происходит трансформация вола, приводящая к уснле«ппо составляющей скорости, направленной по береговому склону. Образуется проб й, волны которого ударяясь о каменистый берег, поднимают высоко вверх часть води. Это явление используотся в волновой энергетике с помощью гидравлического тарана, обладающего свойством увеличивать напор.
Гидравлический таран преобразует часть кинетической энергии болшпой массы воды в кинетическую энергию малой массы, за счет чего вода приобретает большую скорость и стюсобаа подняться па значительную высоту. Гидравлический тараи .— изобретение французского физика Монгольфьо (одного пз двух братьев, создавших в 1783 г. воздушный шар). Патент па водоподъемную машину «Гидравлический таран» Монгольфьо получил в 1797 г. Первый таран был сделан и смоптпровап самим изобретателем (вблизи Парижа) и работал около 60 лет без ремонта. Гидравлические тараны (известные также под названием инерционаых насосов) были гпироко распространены в Гвропе. Применялись раньше они и у нас в стране, однако с развитием артезианских Сивая<им н централизованного водоснабжения постепенно вышли пэ употребления. Факты свидетельствуют о надев»ности конструкции тарана.
Это вселяет надежду на то, что волноэнергетические установка, основанные на принципе гидравлического тарана, так»не окажутдя надежнымк в эксплуатации. Правда, условия их эксплуатации в море будут значительно тя»келее наземных. Академик В. В. В1улейкин один из первых оценил достоинства тарана в качестве преобразователя энершш поверхностных волн ~'. Кще перед Великой Отечественной войной в Черноморском отделении Морского гидрофизического института АН СССР (в поселке Кацивели) была построена па скалистом берегу энергетическая установка с гидравлическим тараном и турбогенератором, развивавшая мощность до 10 кВт ". Установка в Кацивели относилась к типу береговых таранных установок. Для успегпной работы подобной' установки необходим береговой склон, профиль которого был бы благоприятен для возникновения максимального эффекта гидравлического тарана.
Речь идет о профиле берегового канала, входя в который, набегающие волны наилучшим образом трансформировали бы сво»о энергию для подъема части воды в напорный бассейн, расположенный на высоте, значительно превыгпающей высоту волн. В Кацпвели велись работы по выбору оптимального профиля сечения капала для лести»кения максимальной фокусировки волн. Вопрос этот достаточно сложен и в то время он окончательно решен не был. В настоящее время в теории и практике строительства энергетических таранных установок достигнуты значительные успехи. Одним из примеров может служить программа обеспечения энергией острова Маврикий в Индийском океане, практически не имеющего традиционных источников энергии. Программа основана на применении гидравлического тарана, располагаемого в лагуне острова.
Таран использует энергию волн для накачивания воды в напорный резервуар па берегу. Из резервуара вода подается к турбинам, враща»ощип генераторы электрической энергии мощностью 18 МВт. В Норвегии разработана волновая энергетическая уста- »' Сма Шуеепк»э» В. В. Фвэвка моря. М.; Лл ОНТИ, 1938, т.
2, с. 314 — 313, 320. " К сожалению, ие сохранилось вв самой установки, яи ее опвеаВвн, вв чертежей: все погибло в 1941 Г, новка, интересная наличием системы фокусировки волн. Фокуснрующая система вынесена в море и заканчивается ворозкообразным каналом, увеличивающим напор воды настолько, что заполняется напорный бак на вьзсоет. 100 и. Из бака вода спускается в турбину. В печати было сообщение о проведении испытаний у побережья Калифорнии волновой электростанции мощностью 2 тыс. кВт. построенной на искусственном атолле. Перечисленные установки — силовые прибрежные волноэнергетнческне устройства, использующие твердое основание для размещения необходимых частей и механизмов. Иначе дело обстоит в открытом море, где твердое основание, необходимое для постройки фундамента тарана, находится на практически недоступной глубине. Для работы в открытом море предложены плавучие установки с гидравлическими пРеобразователями.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
