Возобновляемые и ресурсосберегающие источники энергии (1). Возобновляемые и ресурсосберегающие источники энергии

• Название: Возобновляемые и ресурсосберегающие источники энергии
• Дата: 22.08.2022
• Размер: 7.49 Mb.
• Имя файла: Возобновляемые и ресурсосберегающие источники энергии (1).doc
• Тип: Документы; #650481
• страница: 34 из 43

6.3. Краткое описание устройств для преобразования
энергии волн

На основе использования одного характерного признака волнового движения, или их комбинаций, создано множество различных уст­ройств, поглощающих и преобразующих волновую энергию. Для увеличения интенсивности волнового движения в местах размещения преобразовате­лей используют разнообразные сооружения, позволяющие концентрировать энергию волн, применяя дифракционные и канальные эффекты.

Отметим наиболее часто используемые устройства для преобразования энергии волн.

1. "Утка" Солтера. Форма этого устройства обеспечивает максималь­ное преобразование мощности волн (рис. 6.1).

Волны, поступающие слева заставляют '"утку" колебаться вокруг оси 0. Мощность может быть снята с оси колебательной системы. Отражая и пропуская лишь незначительную часть энергии волн (примерно 5 %), это устройство обладает весьма высокой эффективностью преобразования в широком диапазоне частоты колебаний волн (рис. 6.2). Обычно размер реальной "утки" составляет О,1, и для увеличения снимающей мощности их соединяют в гирлянды.

	2 4 6 8 10 12 ТZ, С
Рис. 6.1. "Утка" Солтера	Рис. 6.2. КПД "Утки" Солтера в зависимости от периода колебания воды ТZ

2. Колеблющийся водяной столб. При набегании волны на частично погруженную полость, открытую под водой, столб жидкости в полости колеблется, вызывая изменения давления в газе над жидкостью. Полость может быть связана с атмосферой через турбину. Используя клапаны, поток может направляться так, чтобы проходить через турбину в одном направлении, или может использоваться турбина Уэлса. Основной прин­цип действия колеблющегося столба приведен на рис. 6.3.

Рис. 6.3. Схема установки, в которой используется принципколеблющегося водяного столба: 1 – волновой подъем уровня; 2 – воздушный поток;
3 – турбина; 4 – выпуск воздуха; 5 – направление волны; 6 – опускание уровня; 7 – впуск воздуха
Главное преимущество устройств на принципе водяного столба состоит в том, что скорость воздуха перед турбиной может быть значительно увеличена за счет уменьшения проходного сечения канала. Это позволяет сочетать низкочастотное волновое движение с высокочастотным вращени­ем турбины. Помимо этого здесь электрогенератор изолирован от соле­ной морской воды.

3. Системы, улавливающие волны. Схемы подобных устройств использу­ют явление, часто наблюдаемое в природных лагунах. Волна разбивается на откосе дамбы (вариант естественного рифа), и вода забрасывается на высоту, превышающую средний уровень моря, заполняя бассейн. Вода возвращается обратно в море через низконапорную турбину. На рис. 6.4 приведена схема, применяемая для этой цели.

Для преобразования энергии волн в электрическую применяют так на­зываемый ланкастерский "моллюск", использующий тот же геометрический принцип Солтера. В этом преобразователе клювообразный поплавок соединен несколькими гибкими воздушными оболочками, заполненными воздухом, сжимаемым под действием волн. Сжатый воздух перегоняется из одной обложки в другую по мере того, как волна поворачивает "клюв". Колеблющийся воздушный поток приводит в действие турбину, отличающуюся тем, что направление ее вращения не зависит от направления потока воздуха. А эта турбина механически связана с электрогенератором.

Рис. 6.4. Волноулавливающая энергетическая установка в естественной лагуне: схема заполнения бассейна (а); схема размещения сооружений (б)

6.4. Примеры решения задач

Задача 1. Какова мощность волны на глубокой воде при длине ее 80 м и амплитуде 1,5 м. Вычислить скорость перемещения поверхности волны С.

Решение.

Так как  = 2g/ω², то имеем
ω ²=2g/. (2)
Подставив числовые значения, получим
² = 6,28  9,8/80, = 0.87 с^-1
Период Т = 2/ ω =6,28/0.87= 7,15 с.

Скорость С= ; С = м/с.

Мощность Р определяется соотношением
Р =  g² а² T/8. (3)
Подставив в формулу (3) числовые данные, получим

Ответ: 61,5 кВт/м.
Задача 2. Для некоторого района Охотского моря Н_s = 4 м, а Т_z = 9 c. Вычислить мощность Р, приносимую волной в данном районе.

Решение.

Используя соотношение

Р = [550 Вт/м³с] H_s² T_Z, получим

Р = 5504²9 = 550169 = 79200 Вт/м = 79,2 кВт/м.