Возобновляемые и ресурсосберегающие источники энергии (1). Возобновляемые и ресурсосберегающие источники энергии
![]()
|
7.3. Мощность приливных теченийСоотношения, позволяющие оценить мощность приливных течений, подобны тем, которые используются в ветроэнергетике, при этом следует иметь в виду, что плотность воды в 103 раз больше плотности воздуха, а скорости течения воды невелики. Плотность мощности потока воды равна q = 0,5U3. (7.5) Скорости приливных течений изменяются во времени примерно как функция: U = Uo sin (2t/), (7.6) где – период естественного прилива, равный 12 часам 25 мин; U0 – максимальная скорость течения. Таким образом, электрическая мощность, снимаемая с 1 м2 площади поперечного сечения потока (с учетом КПД = 0,4), в среднем равняется: ![]() или q = 0,2U3(/3) (4/) 0,1 U3. (7.8) Например, для турбины, работающей на прямом и обратном течениях, при максимальной скорости 3 м/с, q 2,8 кВт/м2. Периодическая природа генерации электроэнергии, безусловно, создает определенные трудности для потребителей, но мощность, развиваемая приливным течением, отстает по фазе примерно на 90° от мощности, создаваемой в заполняющемся бассейне; следовательно, преобразователи двух типов могут быть объединены. К настоящему времени разработан целый ряд устройств для преобразования энергии приливных течений, один из которых показан на рис. 7.2. ![]() Рис. 7.2. Принцип работы приливной электростанции 7.5. Мощность приливного подъема водыТеоретические основы извлечения приливной энергии заключаются в следующем. Пусть бассейн ПЭС наполняется при высокой воде и опускается через турбины при малой воде (рис. 7.3). ![]() Рис. 7.3. Схема извлечения приливной энергии Бассейн имеет постоянную площадь приливов А, остающуюся покрытой водой при малой воде, где А – площадь бассейна. Допустим, что поступившая в бассейн вода имеет массу AR, распределенную в центре тяжести на высоте R/2 от уровня малой воды, и вся вода вытекает из бассейна при малой воде. Максимальную энергию от прилива можно получить, если вся вода падает с высоты R/2. В этом случае энергия прилива W будет: W = (AR)gR/2. (7.9) Тогда средняя мощность за приливной период равна: Р=АR2g/2. (7. 10) Высота прилива в течение месяца изменяется от максимального значения Rc (сизигийный прилив) до минимального Rкв (квадратурный прилив). Форма огибающей этого изменения имеет синусоидальный характер (рис. 7.4). ![]() а) ![]() б) ![]() ![]() в) ![]() ![]() Рис. 7.4. Изменение высоты прилива в течение лунного месяца (29,53 суток) В любой произвольный момент времени t после достижения приливом средней высоты в течение всего лунного месяца (Т = 29,53 суток), высота прилива определяется соотношением R/2 = 0,25(Rc + Rкв) + 0.25(Rc – Rкв)/sin (4t/T). (7.11) Если Rкв = Rc , (7.12) то высота прилива определяется таким образом: R = 0,5Rc [(1+)+(1-)sin( 4t/T)]. (7.13) При определении мощности учитывается средний квадрат высоты прилива: ![]() Вычислив интеграл (7.14), получим Средняя мощность, производимая в течение месяца, равняется мес>= Ag / 2 Rc2/8 (3+2+32), (7.16) где Rкв= Rc, – период прилива. Так как 0,5, то выражение (7.16) мало отличается от часто применяемой аппроксимации <Р> A g / 2 ( ![]() где R – средняя высота по всем приливам. Среднюю мощность можно выразить еще как: <Р> A g / 2 (Rmax2 + Rmin2)/2, (7.18) гдe Rmax и Rmin – максимальное и минимальное значения R. На рис.7.3. показано, что ПЭС принципиально может работать как при опустошении бассейна, так и при его наполнении. Оптимальная ПЭС, использующая реверсивные гидроагрегаты, которые, кроме того, можно еще использовать и в насосном режиме для повышения уровня воды в бассейне, может перерабатывать 90% потенциальной энергии прилива. |