1598005429-afd80cdf49ba7e5f6ece6b974d8fd3c4 (811213), страница 3
Текст из файла (страница 3)
За полтораста с лишним лат, прошедших с тех пор. было много дискуссий на тему о максимально возможной высоте ветровых волн. Ветровыми волнами называются поверхностные волны, вызванные ветром и находящиеся под его динамическим воздействием. Когда ветер прекращается, на воде остается зыбь, высота которой постепеняо уменыпается. Высотой волны пли зыби нааызается расстояние по вертикали, которое отделяет впадину от гребня. Специалисты ценят зыбь за ее высокую энергию. Вспомним, как иной раз гулко бьет о морской берег зыбь при полном безветрии.
Но иногда волны п зыбь наблюдаются одновременно. Причем нередко они имеют разные направления распространения. В таком случае зыбь обычно является отголоском шторма, прошедшего где-то в стороне. Известньг обширные районы, где наблюдается подобное смешанное волнение. Например, такой район отмечен на картах в северной части Тихого океана. Здесь трудно плавать малым судам. Длипноперподная зыбь может проходить по океану с большой скоростью значительные расстояния, порядка нескольких тысяч километров. Одно время появление длннноперподной зыби использовали для прогнозирования приближения шторма. С точки зрения волновой энергетики наличие на поверхности океана одновременно двух систем колебаний, распространяющихся в разных направлениях, нежелательно, так как может 'снизить коэффициент полезного действия волноэнергетической установки.
Для лучшего использования энергии волн установка должна быть развернута по направлению приходящих волн. Или, точнее, ее приемники энергии должны располагаться по нормали к направлению распространения волн. Но это условие нельзя выполнить, если волны или зыбь одновременно подходят с разных направлений. Поэтому хорошим может считаться только такое место для размещения волноэнергетической установки, где волны подходят преимущественно с одного направления.
Первая теория поверхностных волн была предложена Рерстнером в 1802 г. Но опа ничего не говори.ча о максимально воз»южной высоте волн. Еще в 1952 г. некоторые специалисты считали, что волны выше 7 м редки, а волны больше 10 и не существуют. Однако время показало, что Дюрвиль был прав. Вот фраза из современного научного изданмя: «При экстремальных скоростях ветра в этом районе порядка 50»«7с здесь достигаются рекордные вы- соты волн около 30 и и длины в сотни метров»».
Речь идет о знаменитых «ревущих широтах» 1Ожного полушария., Есть сообщение о еще более высоких волнах. Напри1«ер,' в журнале «й(орской флот» в первом номере за 1980 г. написано следуюптее: «В Тихом океане волна, измеренная с борта американского танкера „Рамано" 7 февраля 1933 г. на переходе из Манилы в Сан-Диего, достигала высоты 36 и», Есть и более свежие данные: «В зоне „ревущих соро- ковых широт" Южного полушария при штормовом ветре (35 м/с) одна пз советских антарктических экспедиций наблюдала волны, достигающие высоты около 30 и. Раа- мер волн был определен с помощью стереофотосъе»ши поверхности моря...» «.
Три свидетельства, не оставляющие сомнений з реаль- ности волны высотой 30 м. Но все же и в наше время данных о больших волнах мало. Например, трудно получить точ- ный ответ на простой вопрос: каков был период назван- ных выше рекордных волн? И на многие друп«е подобные вопросы. Почему возникло такое положенве? Во все времена мореплаватели опасались бурных волн. Опасаются и теперь. Капитаны попросту предпочитают обходить стороной опасные районы.
А они есть не только в «ревущих» сороковых»пиратах 10жного полушария. Со времен парусного флота идет дурная слава о некото- рых районах Индийского океана. Там ходят гороподоб- ные волны-убийцы (кейп-роллеры), встреча с которыми грозит бедой вполне современному судну. Современная техника позволяет получить необходи- мую информацию о волнах без риска для людей и судов минимум двумя спосг»ба»пь Самый современный — с по- мощью спутников.
Микроволновой радиолокатор, уста- новленный на спутнике. способен дать необходимую ин- формацию о высоте воли на поверхности океана. Более «старый», но вполне надежный способ — с помогцыо волно- графов открытого моря, приборов для измерения высоты волн, использующихся на научно-исследовательскпх гу- дах.
Судно спускает буек, к которому прикреплен кабель- трос, а на его нижнем конце крепится датчик гидроста- тического давления. Кабель-трос берется достаточно длин- ным (половина длины поверхностной волны). При выпол- «Физика океапа. Гидродииамика океана. Мл Наука, 1978, т.
2, е. 146. (Оке»иола»из). ' Гугев А. »1, Основы океанологии. Мл И»д-зо МГУ, 1986, е. 156. 13 кении этого условия буек, плавающий на поверхности, кротаскивает в глубине датчик давления, показания которого пропорциональны высоте волн. Если поверхностный буй снабдить радиопередатчиком, несущую частоту которого промодулнровать сигналами датчика давления, то таким путем можно легко получить необходимую информацию о высоте волн в районе, гдо будет плавать подобное устройство.
Разработаны п более совершенные проволочные волпографы. Запасы волновой энергии огромны, яо степень разработанности проблемы ее использования пока недостаточна. Энергия волн, ялгл волновой поток Мирового океаяа, оценивается Д. Д. Айзексом в 10зг Дж, а плотность потока — в 1,5 и. Расчет сделан им для волн с периодом 8 с и средней длиной приблизительно 20 м.
По его ориентировочной оценке, запаса волновой энергии хватит для покрытия потребности всего мира в 2050 г., а может быть, и на весь ХХ1 век. Дело в том, что энергия поверхностных волн обладает очень важным свойством возобнозляемости. Предположим, что в открытом море выставлена цепочка преобразователей энергии волн. Пусть они работают столь эффективно, что подходящие к ним волны полностью поглощаготся, т.
е. имеет место КПД преобразования 100 %. Тогда за линией преобразователей образуется свободное от волн пространство воды. Но не надолго, Ветер вскоре вновь образует там волны. А когда волны достигнут прежней величины, можно установить второй ряд преобразователей я снова получать энергию. В этом заключается одна из важных особенностей энергегики ветровых воля. Необходимо, однако, помшпь, что при подобном мно"оразовом использовании энергии волнового поля на гаждый новый разгон волн требуется достаточно болыпое :зободное водное пространство. Поэтому вычисление энеретических ресурсов данной акватории по ее площади г средней высоте волн, как это обычно делается, не может [ать полностью правильного представления о величине ~еальной энергии, которая может быть здесь полусна ' Смл Сичеерее В. В. Волиезкергегвческке ресурсы к вх исполь- зование.
— В ккл Методы преобразования зкергви океане. Вла- дивосток: ТОН ДВНЦ АН СССР, 1983, с. 72. я реального сЪема волновой энергии определяется Доля ре по формуле Ь=4х где 2 — дл длина волны; х — расстояние между рядами волновых ст х станций равное расстоянию, необходимому для разгона волн. Р Р ~ — 120 м, 500 Э о означает, что только 0,024 ',е бполцай энергия волн, то озп щзихся в данном бассейне, могут быть практически использованы при принятом значении х.
Отсюда следует важность правильного выбора этой величины и необходимость оптимизации значения т~. Ветровые волны с достаточной энергией часто наблюдаются в прибрежной полосе стран, нуждающихся в электроэнергии. Ветровые волны и зыбь удобны тем, что для использования нх энергии обычно не надо искать специальных мест с особо благоприятнымн географическими условиями, как для приливных. Окп бывают на любой акватории, Чтобы утилизировать энергию ветровых волн (и зыби), яе надо строить болыппх и дорогих плотин. Это также очень валеное преимущество.
История развития использования волновой энергии началась в 80-х годах прошгэого столетия. Однако до сих пор в этой обласпг нет единства технических решений, как, например, в использовании приливной нли тепловой энергии океана. Во многих странах широким фронтом идут экспериментальные и теоретические исследования с целью найти опткмальяый метод преобразования. Опасность болыпих волн для мореплавателей связана с их большой энергией. Однако с точки зрения энергетиков большая энергия — вагкяая положительная особенность в деле преобразования энергии воля в электрическую энергию.
Ветровые волны считаются очень энергоемкими образованиями. По одновременно есть мненно об их пизкой потенциальности как источников энергии н обсуждаготся методы увеличения ее концентрации. Концентрация волновой энергии гкелательна для повышения снимаемой мощности прн неизменных размеРах преобразователя. Познакомимся с практическими цифРазги, характеризующими мощность океанских волн. Мощность волны ка единицу длины ее фронта определяется формулой г заезд (2) (3) (4) й;0,2У«/б, 2=2«в р'„»/д, Т =2ну,///.
Иа формулы (2) найдем скорость ветра )г,=л/ай,. Подставив полученное значение в формулы (3) и (4), по- лучим ) 10н/»л Т„= 2н л/5Ь/я. Ф Подставив полученные аначения Т„и 2 в формулу (1), получим А „=0,3рл' йй'/*, где /л/ — мощность волны (в ваттах) на 1 м длины фронта. Уч»втывая, что плотность воды р=1000 кг/мв, й'1 =30,8, можно окончательно написать Л'л=10«й'„' Вт/м.
(5) Вычислим по этой форв«уле мощность 1 м по фронту для рекордной волны высотой 36 м; Асл=10«36'ь 3 3,10« Вт=-70 МВт. 70 МВт — зто мощность районной электростанции. Такую волну никак не назовешь ниакопотенциальным источником энергии. Совершонно очевидно, что здесь не требуется концентрации энергии, скорее, наоборот. Но подобные волны редки, и они бывают слишком далеко от мест потребления электрической энергии — на ннх нельзя базировать энергетику.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
