Конспект лекций по дисциплине гидросиловые установки и возобновляющиеся источники энергии для студентов, обучающихся по специальности
 Скачать 6.68 Mb.
|
|
Раздел 2. Источники энергии водных масс Земли и технологии их преобразования. Гидросиловые установки для производства и потребления энергии Лекция 4. Гидравлические установки, предназначенные для производства и потребления энергии. – Понятие о гидросиловых и гидроэлектрических установках. – Водяные мельницы и гидроэлектростанции, водоподъемные и насосные установки Наиболее общим техническим понятием, к которому относится понятие "гидравлический двигатель", является понятие "машина". Под "машиной" подразумевается механизм (или сочетание механизмов), элементы которого осуществляют определенные целесообразные движения для преобразования энергии или производства работы. В гидравлических машинах (гидромашинах) осуществляется обмен энергией между жидкостью и каким-либо рабочим органом, с которого или снимается механическая энергия (гидромашина — двигатель, или турбина), или к нему подводится механическая же (не химическая, электрическая, тепловая) энергия от привода (гидромашина — орудие, или насос). Таким образом, гидравлические машины представляют собой устройства для преобразования механической энергии воды и других жидкостей. В современном промышленном обществе они являются совершенно необходимым оборудованием практически во всех отраслях народного хозяйства. Гидравлические машины относятся к классу так называемых проточных машин, в который, кроме них, входят и газовые машины, являющиеся устройствами для преобразования энергии воздуха и различных газов. Физические принципы действия гидравлических и газовых машин практически одинаковы, поскольку свойства жидкостей и газов во многом сходны, жидкости и газы относятся к одному классу вещества, называемого сплошной средой; отличия состоят в том, что газы сжимаемы, а жидкости практически несжимаемы. К машинам обычно не причисляются устройства, в которых преобразование одного вида энергии в другой происходит без посредства твердого движущегося тела, как, например: гальванический элемент (перевод химической энергии в электрическую), трансформатор (перевод электрической энергии с одного напряжения на другое), паровой котел (перевод химической энергии топлива в энергию давления пара) и т. п. Подобные устройства часто называются аппаратами. Жидкость может также служить средой, с помощью которой изменяются параметры подводимой энергии (например, давление), а преобразования энергии из одного вида в другой не происходит (гидропередачи). Рабочим органом гидромашины может быть как твердое тело (лопасть вращающегося колеса, винт, шток, поршень и т. п.), так и жидкость или газ (в струйных гидромашинах). Сегодня наиболее часто гидравлические машины применяются в следующих областях народного хозяйства:
Гравитационные водоподъемные машины — черпаковые насосы, были первой машиной, изобретенной человеком, они приводились в действие мускульной силой человека (рабов) или животных. В зеркальном энергетическом отображении аналогом черпаковых насосов стали появившиеся несколькими тысячелетиями позже наливные водяные колеса, ставшие приводом мукомольных и других водяных мельниц. Несколько позже появились динамические водяные колеса, действовавшие за счет удара свободной струи воды о лопасти. Динамическое мутовчатое водяное колесо, уже называвшееся мутовчатой турбиной, или мутовкой, стало прообразом наклонноструйной турбины. Затем появились турбины других типов. Общим практически для всех видов гравитационных и динамических гидродвигателей является вращательная форма движения лопастного колеса. В гравитационных водяных колесах вода заполняет находящиеся по одну сторону от оси вращения лопасти — ковши, и тем самым создается вращающий момент, в динамических двигателях вода так или иначе обтекает лопасти, помещенные в поток, и за счет этого также создается вращающий момент. Лопастные гидравлические двигатели принято делить на гидравлические турбины и водяные колеса. Максимально четкое разделение гидродвигателей на турбины и колеса заключается в том, что в водяных колесах вода работает преимущественно "ударом" струи о лопасти, в турбинах же ударного действия воды избегают, так как оно снижает КПД. Вторым отличием водяных колес от турбин является сход воды с их лопастей на тех же их кромках, на которых она на них вошла; у турбин же вода проходит через колесо насквозь. Особую группу динамических насосов составляют насосы трения, к которым относятся струйные насосы (эжекторы) и эрлифты, а также вихревые насосы. В них используется внутреннее трение, возникающее в жидкости при ее активном взаимодействии с движущимся внутри нее рабочим органом, в качестве которого может выступать твердое тело, струя жидкости или газа. Совершенно своеобразную группу динамических насосов составляют гидротараны, основанные на использовании такого гидравлического явления, как гидравлический удар. Объемные гидравлические машины, или машины вытеснения, действуют за счет изменения давления жидкости в замкнутом пространстве, объем которого изменяется посредством механического устройства. Простейшие объемные гидромашины представляют собой закрытый с одной стороны цилиндр, внутренний объем которого циклически изменяется за счет движения внутри цилиндра поршня; при движении поршня из цилиндра внутрь последнего поступает жидкость через всасывающий клапан, а при движении поршня внутрь цилиндра давление в жидкости повышается, и она выталкивается через нагнетательный клапан. Особую группу гидравлических двигателей, предназначенных для преобразования энергии волновой формы движения водных масс со свободной поверхностью, составляют волновые гидродвигатели. Гидравлический двигатель (гидродвигатель) преобразует механическую энергию капельной жидкости в механическую же энергию твердого тела, движущегося поступательно (поршня, штока, скалки) или чаще вращательно (вала). Такой жидкостью чаще всего являются пресная вода и масло, гораздо реже — химические растворы, морская вода. Механическая энергия текущей жидкости может быть трех видов: положения, давления и движения. Энергия первых двух видов (а иногда только первого) именуется потенциальной (запасенной), энергия последнего вида — кинетической (скоростной). Для характеристики количества механической энергии текущей жидкости традиционно применялось понятие удельной энергии, то есть энергии жидкости, взятой в количестве единицы ее веса. Если при этом механическая энергия измеряется килограммометрами, то такая отнесенная к 1 кг жидкости энергия Е будет иметь размерность длины, то есть измеряться метрами. Именно в метрах или других единицах длины и выражаются отдельные виды энергии, входящие в суммирующее их уравнение Даниила Бернулли для несжимаемой и невязкой жидкости:  ,где z — удельная энергия положения над какой-то горизонтальной плоскостью сравнения; р — давление, кг/м2, отсчитываемое от нуля или атмосферного давления и тогда называемое избыточным; ∙g = — объемный вес жидкости, т. е. вес ее в килограммах в объеме 1 м3; v — скорость жидкости, м/с; g — ускорение силы тяжести, м/с2. Небольшими колебаниями плотности пресной воды при ее температуре в естественных условиях между 0 и 20ºС и при изменении ее давления обычно пренебрегают и принимают для нее = 1000 кг/м3. Для океанской соленой воды (в приливных гидростанциях) 1030 кг/м3. Принято считать g = 9,81 м/с2, хотя на крайнем севере России его значение повышается до 9,825, а на юге снижается до 9,782 в соответствии с формулой  ,где º — широта местности;  м — отметка ее над уровнем моря.На рис. 4.1 изображены три принципиально разных вида гидродвигателей, каждый из которых использует преимущественно один из трех видов энергии. Слева наливное водяное колесо вращается потому, что одна его наполненная водой половина тяжелее другой. Справа груз поднимается вверх, так как на служащий ему опорой поршень вода оказывает давление. Посредине кинетическая энергия воды заставляет вращаться колесо турбины.  Рис. 4.1. Схемы трех видов гидродвигателей Недоумения необходимо сделать оговорку, что введение в состав удельной энергии жидкости энергии давления является условным. Жидкости почти несжимаемы. Уединенный элемент несжимаемой жидкости (например, массой 1 кг) при уменьшении давления почти не расширяется, а следовательно, и не может производить работы, соответствующей изменению его давления; располагаемый им запас энергии определяется лишь энергиями положения и кинетической. Поэтому по существу член  нельзя причислять к энергии, несомой самой частицей. Однако при рассмотрении вопросов, связанных с течением жидкости, удобно и эту величину включать в энергию частицы, в удельную энергию жидкости. В действительности же при использовании энергии, соответствующей этому члену, работу затрачивает не данная частица, а ряд частиц той же струйки, одновременно изменяющих свои энергии положения и скоростную и воздействующих на данную частицу. Таким образом, постановка буквы Е перед трехчленом Бернулли является удобной условностью.В соответствии с тем, какой вид энергии воды преобразует лопастной гидродвигатель, и водяные колеса, и турбины делятся на два класса — активные и реактивные. Активные двигатели преобразуют в механическую энергию только кинетическую энергию потока воды, реактивные — кинетическую энергию совместно с энергией давления, причем последняя составляет основную долю энергии, преобразованной гидродвигателем. Для использования энергии давления рабочее колесо гидродвигателя должно быть полностью погружено в поток. Энергия положения переводится еще до входа в рабочее колесо в эти два вида энергии, а сама как таковая внутри колеса почти не используется, так современные колеса вообще имеют относительно малый размер по высоте. Под гидроэнергетической установкой понимают техническую систему (комплекс сооружений, оборудования, устройств) для преобразования энергии воды, в которой, независимо от первичного источника энергии воды (химической, тепловой, механической), на последнем этапе энергетических преобразований создается напор (концентрированный перепад уровней), преобразуемый в другие виды энергии, преимущественно электроэнергию, традиционным гидротурбинным агрегатом. Под первичным источником энергии воды понимают энергетический ресурс (энергетическое состояние) водных масс, присущий им в их естественном состоянии. Энергия, полученная водными массами в результате искусственного воздействия человека (например, нагревание и превращение в пар в тепловых электростанциях, в солнечных нагревательных установках, в тепловых прудах и т. п.), не входит в состав первичных источников, а относится к технологическому процессу подобных установок, поэтому такие энергетические установки не являются гидроэнергетическими. Гидроэнергетическую установку любой мощности, любой конструкции и на любом первичном источнике энергии воды, предназначенную исключительно для производства электроэнергии, называют гидравлической электрической станцией, гидроэлектростанцией (ГЭС). Гидроэнергетическую установку, предназначенную для получения механической силы или производства промежуточного энергоносителя неэлектрической природы (например, жидкого водорода), называют гидросиловой установкой. Лекция 5. Общая классификация гидравлических машин. – Машины-двигатели (турбины) и машины-орудия (насосы). – Типы гидромашин по принципу их действия. – Понятие об обратимости гидромашин. – Динамические (в том числе лопастные) и объемные насосы Множество гидравлических машин делает возможной их классификацию по самым разнообразным признакам:
Большинство гидравлических машин обладает свойством обратимости, то есть одна и та же машина может использоваться и как машина-двигатель (турбина), и как машина-орудие (насос). Исходя из этого, дадим краткую, принципиальную классификацию гидромашин по энергетическому признаку, принципу действия и важнейшим конструктивным признакам. Основная цель классификации — показать единство принципов рабочего процесса различных типов машин, независимо от того, двигатель это или насос, то есть независимо от направления процесса преобразования энергии (сообщается энергия жидкости или отбирается от нее). Действие известных гидравлических машин основано на небольшом числе физических явлений; в соответствии с используемыми явлениями гидравлические машины подразделяются на динамические, объемные и гравитационные. На рис. 5.2 в развитие рис. 5.1 приведена более подробная классификация гидравлических двигателей. В классификацию включены и гидравлические двигатели, действующие по иному принципу — принципу вытеснения (объемные). Они применяются в отдельных отраслях техники, но область их применения гораздо ýже, чем динамических двигателей. Они применяются лишь в виде мелких подсобных механизмов в ряде специальных машин, в частности, в станках для обработки металлов. Поршневые двигатели без кривошипного механизма, а лишь с передвижением напряженного штока применяются в гидротехнических устройствах для обслуживания затворов, в гидравлических прессах, а также в виде сервомоторов при обслуживании гидротурбин. Наиболее простой по своей физической природе вид энергии жидкости — энергию положения (силу тяжести) — преобразует наливное водяное колесо.  Рис. 5.1. Общая классификация гидравлических машин  Рис. 5.2. Классификация гидравлических двигателей Все другие гидравлические двигатели преобразуют кинетическую энергию текущей жидкости или одновременно кинетическую энергию и энергию давления; процесс преобразования энергии так или иначе связан с протеканием жидкости через рабочий орган, поэтому эта группа двигателей объединена термином "динамические". Подавляющее большинство из этой группы составляют лопастные (водяные колеса и турбины), имеющие вращающийся рабочий орган в виде рабочего колеса (с одной осью вращения), снабженного лопастями той или иной формы, размеров и количества. При протекании потока жидкости через лопасти рабочего колеса тем или иным образом изменяется структура потока, это является основным условием преобразования энергии. При изменении скорости поток оказывает давление на лопасти и тем самым заставляет их двигаться, а несущее лопасти рабочее колесо — вращаться. Несколько особняком по отношению к большой группе лопастных гидродвигателей стоят несколько двигателей, названных условно "водяными контурами". Эти двигатели имеют рабочей орган в виде бесконечной ленты, вращающейся как минимум на двух валах и, следовательно, имеющей две оси вращения. К бесконечной ленте прикреплены лопасти или заменяющие их устройства (паруса, парашюты), которые с одной стороны ленты расположены (развернуты) поперек потока, а с другой они расположены вдоль потока, или свернуты, или подняты над уровнем воды. Лопасти, расположенные в потоке и поперек него, под действием скоростного напора движутся вместе с потоком; лопасти с противоположной стороны ленты по возможности не препятствуют этому движению. За счет разности усилий на лопасти, расположенные на противоположных сторонах ленты, возникает крутящий момент, заставляющий ленту вращаться на валах, к одному из которых может быть подсоединен электрогенератор. Поскольку в активных двигателях не предусмотрено преобразовывать энергию давления, то отсутствует необходимость погружения рабочего колеса в водный поток; рабочее колесо целиком (в активных турбинах и во многих водяных колесах) или большей своей частью (в некоторых водяных колесах) вращается в воздухе. При размещении колеса целиком в воздухе давление воды на входе в колесо, в его пределах и на выходе одно и то же и в подавляющем числе случае равно атмосферному. Вся располагаемая энергия воды должна находиться перед колесом в виде кинетической энергии. Тогда скорость истечения из подводящего элемента приближается к напорной скорости  и лишь немного меньше ее из-за потерь в подводе.Применение водяных колес может рассматриваться в экзотических целях как памятников технической мысли и технического искусства, в составе, например, водяных мельниц или водоподъемных систем, но их функциональные возможности не вызывают сомнений. Объективные законы развития техники вообще и электроэнергетики (гидроэлектроэнергетики) в частности, обусловили в XX веке достижение исключительно высоких технологических, конструктивных и эксплуатационных показателей гидравлических турбин для гидроэлектростанций. Мощность гидротурбин достигла 730 МВт, максимальный КПД — более 96%. Лекция 6. Классификация источников энергии водных масс Земли, традиционные и нетрадиционные способы их преобразования. – Речные и приливные гидроэлектростанции, волновые энергетические установки, установки для преобразования энергии течений, осмотические электростанции, океанские тепловые электростанции и другие Наряду с широко используемой человеком гидравлической энергией рек, водные массы нашей планеты обладают огромным потенциалом механической (течения, приливы, волны), тепловой (градиент температур), химической (градиент солености, биомасса), атомной ("тяжелая" вода) энергии, способы использования которой находятся только в начальной стадии разработки, такие источники энергии называются нетрадиционными (табл. 6.1). Таблица 6.1 Виды энергии водных масс
Нетрадиционными гидроэнергетическими установками могут быть утилизированы следующие виды энергии водных масс (см. табл. 2.1): А III; А III ; А III ; Б I; Б II ; Б III ; В III ; В III ; В III . Энергия первичных источников, помещенная в табл. 6.1 под №№ БI; Б III ; Б II′; Б II ; В I и В II, может быть утилизирована установками, основанными на иных технологических процессах и не являющихся гидроэнергетическими. Энергопотенциал нетрадиционных источников, приведенный в табл. 6.2, пока определен на уровне оценок и должен быть уточнен. В литературе встречаются иные оценки мировых запасов энергоресурсов, иногда значительно отличающиеся от приведенных, что объясняется использованием различных исходных предпосылок. Возобновляющиеся источники энергии по своему потенциалу значительно превосходят невозобновляющиеся (примерно в 2 раза). Все вместе взятые и почти каждый в отдельности они по своему масштабу способны обеспечить непрерывно растущие энергопотребности человечества на длительную перспективу. Первичные источники энергии водных масс подразделяются на: источники энергии континентальных вод (энергию речных потоков с концентрированным перепадом (напором); скоростной напор речных потоков; скоростной напор течений в искусственных каналах); источники энергии прибрежных вод (энергию осмотического давления в устьях рек; энергию ветровых волн; энергию приливов); источники энергии акваториальных вод морей и океанов (энергию морских непериодических течений; энергию приливно-отливных течений). Установки для утилизации кинетической энергии (скоростного напора) водных потоков (течений) разделяют на две группы: установки для преобразования энергии безнапорных потоков (в каналах, реках, морях и океанах) и установки для преобразования энергии напорных потоков (в трубопроводах систем водоснабжения, канализации, гидротранспорта и т. п.). Первая группа этих установок разделяется на две подгруппы, отличающиеся мощностью: небольшие установки для преобразования энергии потоков рек и каналов и крупные для преобразования энергии океанских течений. Установки для преобразования энергии течения рек и каналов. Большинство установок предполагается размещать свободно в потоке, удерживая их от сноса течением тросами, якорями и т. п. Для некоторых установок предусматривается создание специальных опор, направляющих стенок, лотков и других сооружений. Установки, использующие энергию течений в реках и каналах, могут служить для удовлетворения нужд местных потребителей, в том числе и при чрезвычайных ситуациях, однако пока они не нашли широкого применения. Установки для использования энергии океанских и приливных течений. Конструктивные отличия этих установок обусловлены тем, что направление непериодических течений всегда постоянно, направление муссонных течений меняется дважды в году, а приливно-отливных — четырежды в сутки. Таблица 6.2 Основные первичные источники энергии Земного шара
Установки для преобразования энергии потоков в трубопроводах. Наличие большого числа таких систем, постоянный во времени режим их работы, близость потребителей энергии и разнообразие возможных схем применения этой энергии делают целесообразным создание энергоустановок, преобразующих энергию течений в напорных трубопроводах. Гидравлическая энергия рек издревле использовалась человеком и была одним из первых источников энергии, который применялся для удовлетворения хозяйственных и промышленных задач. Водяные мельницы были одними из первых механизмов, изобретенных человеком; сотни тысяч их исправно мололи зерно в течение тысячелетий, а в последние столетия снабжали механической энергией самые разнообразные промышленные предприятия. Сегодня на реках земного шара построены десятки тысяч малых, средних и крупных гидроэлектростанций, которые вырабатывают экологически чистую электроэнергию и обеспечивают надежность функционирования крупных электроэнергетических систем. Скоростной напор речных потоков. Энергия скоростного напора речных потоков утилизируется с помощью "бесплотинных" или "свободнопоточных" гидроэнергетических установок. В текущую воду погружается водяной двигатель, и он работает только "на скоростном" напоре. Энергия течения (кинетическая энергия) в сечении водотока равна  ,где Q — расход воды в рассматриваемом сечении; Н — скоростной напор, равный  ,где — коэффициент кинетической энергии (Кориолиса); V — средняя скорость потока в сечении водотока. Без дополнительных преобразований использовать энергию течения открытого потока невозможно. Свободнопоточные турбины берут энергию не непосредственно от скоростного напора потока, а из промежуточного источника, которым является местное повышение давления в потоке (подпор) в области перед преобразователем энергии, реализуемое в виде более высоких скоростей потока в пределах преобразователя. В случае расположения установки на поверхности воды или близко к ней этот подпор будет иметь форму поднятия свободной поверхности потока перед установкой. При размещении гидродвигателя глубоко под уровнем воды подпор примет форму местного повышения давления в потоке перед рабочим колесом двигателя. Теоретический (полный) потенциал энергии скоростного напора речного потока, реализуемый свободнопоточными двигателями, в точности равен потенциалу, реализуемой напорными установками. Технический потенциал участка реки, реализуемый свободнопоточными установками гораздо меньше. Тем не менее, потребитель всегда найдет в реке необходимый источник энергии для удовлетворения его нужд — привода в действие свободнопоточного гидродвигателя. Скоростной напор естественных потоков (рек) и искусственных (каналов) очень невелик. Притом чем больше скорость потока, тем обычно меньше его глубина, что мешает помещению в него двигателя достаточных размеров. То и другое являются причиной, почему мощность таких двигателей измеряется обычно несколькими киловаттами. Другим недостатком русловых двигателей являются почти непреодолимые затруднения при их эксплуатации на покрытой льдом реке и обеспечении их безопасности во время паводков и ледохода. Источники энергии прибрежных вод. Источники энергии водных масс морей и океанов интересуют человека вблизи тех мест, где он обитает, то есть в достаточно узкой прибрежной зоне. Здесь расположены следующие источники энергии водных масс: осмотическое давление при впадении пресных вод рек в соленые воды океана (моря); ветровые разбитые волны; приливно-отливные колебания уровня воды. Энергия осмотического давления в устьях рек.Явление осмоса — проникновение (диффузия) молекул воды через полупроницаемую мембрану, отделяющую пресную воду от морской и имеющую отверстия такого размера, что молекулы воды могут проходить через них, а более крупные молекулы соли — нет. Если в сосуд поместить такую полупроницаемую мембрану между пресной и соленой водой, то осмотические силы начнут "перекачивать" пресную воду в соленую, и этот процесс прекратится тогда, когда давление столба воды в "соленом" отсеке сосуда станет равным давлению осмоса П, эквивалентному для обычной морской воды (с соленостью 35%) напору в 220–240 м, а для более насыщенных растворов, как в лиманах с интенсивным испарением, — до 3000–5000 м. Расход пресной воды, проходящей через мембрану, пропорционален разности давлений П–Р, где Р — давление со стороны "соленого" отсека. При Р = 0,5П КПД 65%. 1 м3 пресной воды в процессе смешения с соленой морской водой дает около 0,15 кВт∙ч. Общий гидроосмотический энергетический потенциал рек мира равен ориентировочно 700 млрд. кВт∙ч/год. Возможная схема гидроосмотической электростанции с плотиной в устье реки показана на рис. 6.1.  Рис. 6.1. Гидроосмотическая электростанция с плотинным водозабором в устье реки: 1 — плотина; 2 — водоприемник пресной воды; 3 — насосная станция подкачки соленой морской воды; 4 — резервуар высокого давления; 5 — полупроницаемая мембрана; 6 — демпфирующая воздушная прослойка; 7 — энергетический водоприемник; 8 — слив излишков пресной воды; 9 — здание ГЭС; 10 — водоприемник соленой морской воды Энергия приливно-отливных колебаний уровня воды морей Мирового океана огромна, однако для ее использования необходимо сооружение плотины, которая позволила бы изменить во времени уровенный режим в прибрежном бассейне и в единый момент времени создать перепад уровней, то есть напор. Сооружения и оборудование приливных ГЭС и ПЭС практически не отличаются от традиционных речных ГЭС. Энергетический потенциал ПЭС характеризуется выработкой энергии в год Э, кВт∙ч/г; и средней мощностью Nср, кВт; и для нормального полусуточного прилива рекомендуется определять по формулам:  ; ,в которых Аср — среднеквадратическая за лунный месяц амплитуда; Fб — средняя площадь зеркала бассейна в пределах приливных колебаний уровня, м2. ПЭС целесообразно сооружать, если напор (полная амплитуда колебаний уровня воды) составляет более 3–5 м. Важнейшей особенностью ПЭС является то, что изменение во времени их энергетического ресурса подчиняется лунным суткам (24 часа 50 минут), а не солнечным, поэтому график выработки электроэнергии на ПЭС "скользит" относительно графика потребления электроэнергии в энергосистеме. Поэтому совмещение ПЭС с ГЭС позволяет удачно решить эти проблемы; к тому же имеется достаточно много мест (устья рек, впадающих в моря и океаны), где это совмещение может быть реализовано не только энергетически, но и компоновочно-конструктивно. В 1967 г. во Франции было завершено строительство крупной ПЭС на р. Ранс (24 агрегата общей мощностью 240 МВт). В СССР в 1968 г. в Кислой Губе (Кольский полуостров) вступила в строй первая опытная ПЭС мощностью 0,4 МВт, на которой ныне проводятся экспериментальные работы для будущего строительства ПЭС. Источники энергии акваториальных вод морей и океанов Энергия морских непериодических течений Течения в морях и океанах по сравнению с энергией ветра или температурным градиентом воды в океане, обладают значительной плотностью концентрации мощности: при скорости потока 2 м/с значение плотности составляет 4,4 кВт/м2. По происхождению течения разделяют на три группы: непериодические, муссонные (пассатные) и приливно-отливные. Основное внимание уделяют изучению возможности использования энергии непериодических течений. Достоинства этой энергии — высокие значения обеспеченности мощности, предсказуемость изменений мощности во времени, постоянство или закономерность изменения направления течений. Мощность установок можно повысить за счет различных способов концентрации энергии течения. "Динамическая плотина" (рис. 6.2) представляет собой комбинацию из трех вихревых коллекторов. Вертикальный коллектор 1 используется для отбора воды из течения и создания вихря с полостью с пониженным давлением в центре; таким образом создается значительный перепад уровней, который может использоваться гидротурбиной 4. По горизонтальным отсасывающим коллекторам 2 и 3 отработанная вода отводится в океан.  Рис. 6.2. Схема устройства "динамической плотины" Энергия морских ветровых волн. В природе существует четыре источника возникновения волн: ветер, порождающий ветровые волны и зыбь; сейсмические возмущения, вызывающие волны типа приливных или цунами; лунное и солнечное гравитационные поля, под действием которых образуются наиболее крупные волны — приливы; движущиеся на свободной поверхности объекты, генерирующие волны низкого периода и малой энергии. Возможности практического преобразования в промышленных масштабах имеются только у энергии ветровых волн. Энергетический потенциал волны зависит от ее высоты, ширины и периода волновых процессов. Мощность энергии волн Мирового океана может колебаться от 0,1 млн. до 10 млн. МВт, а технические ресурсы могут составлять от 50000 до 2 700 000 МВт. Средняя удельная мощность волнения Мирового океана составляет 2,7 Вт/м2. Однако, развиваясь на значительных расстояниях, измеряемых сотнями километров, волнение накапливает энергию, в результате чего в месте расположения волновых энергетических установок оно оказывается в природно-концентрированном виде (рис. 6.3). Мощность ветровых волн, которая может быть полезно использована, примерно равна мощности всех действующих электростанций мира. Суммарная мощность волн, набегающих на береговую линию морей России, составляет, млн. кВт: на Черном море — 14,7; Каспийском — 67,5; Баренцевом — 55,9; Балтийском — 9,1; Охотском — 129. Достоинства волновой энергии —возобновляемость, предсказуемость, экологическая чистота преобразования, значительный суммарный потенциал, увеличение мощности волн в осенне-зимний период, когда возрастает и потребление электроэнергии.  Рис. 6.3. Удельные мощности ветрового волнения (кВт/п.м) — по Халлсу; — по Торнквисту; О — по Сичкареву Энергия ветровых волн имеет и ряд недостатков, главный из которых — невозможность регулировать во времени производимую мощность с учетом требований потребителя. Существуют также проблемы размещения и крепления волновых установок на расстоянии от берега, передачи энергии от установки к потребителю, обеспечение надежности работы в штормовых условиях, защита от коррозии в агрессивной морской среде и биологического обрастания, снижения материалоемкости и стоимости изготовления. Способы использования энергии, производимой волновыми установками, —выработка электроэнергии для передачи в электроэнергетическую систему, для снабжения изолированных электропотребителей, зарядка аккумуляторов и газовых баллонов, приготовление жидкого воздуха, опреснения морской воды, перекачивание воды из глубинных слоев моря в поверхностные, снабжение морских платформ забортной технической водой. Волновые энергетические установки удачно могут выполнять функции волноотбойных и берегозащитных сооружений. | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||