ВОЗОБНОВЛЯЕМЫЕ ИСТОЧНИКИ ЭНЕРГИИ

Оффшорные волновые преобразователи

Обычно выделяют следующие категории преобразователей энергии морских волн, располагающихся в открытом море:

1) всплывающие буи;

2) шарнирные контуры;

3) переливные механизмы;

4) осциллирующие водные столбы. Последняя категория волновых пре­образователей может быть использована как в открытом море, так и на берегу. Такие устройства будут описаны при рассмотрении береговых механизмов.

14.2.2.1.1. Всплывающие буйковые преобразователи

Хотя описанный ниже механизм преобразования энергии волн в электри­ческую энергию вряд ли сможет найти широкое практическое применение, мы остановимся на нем, чтобы дать представление об основных принципах, на которых построена работа более сложных устройств. В принципе понятно, что вертикальное колебание воды можно преобразовать в полезную механическую энергию с помощью поплавков, связанных рычагами с поршнями энергоуста­новки, однако такое устройство оказывается слишком сложным и подвержен­ным разрушительному воздействию при шторме. Более простые схемы могут оказаться более практичными. Рассмотрим волновой насос, состоящий из буя с длинной вертикальной трубой, снабженной на нижнем конце обратным кла­паном (рис. 14.2).

Когда волна поднимает это устройство, вода, заполняющая трубу, поскольку она не может вытечь через обратный клапан, с ускорением перемещается вверх. Когда уровень воды спадает, труба вместе с буем начинает перемещаться вниз против движения воды, заключенной внутри нее, в результате чего на верхнем конце создается значительное гидравлическое давление. Вода выплеснется че­рез верхнее отверстие в трубе, и ее энергию можно использовать для вращения некоей турбины. При этом новая порция воды попадает в трубу через обратный клапан. С каждым циклом подъема и опускания волны процесс повторяется.

Рис. 14.2. Волновой насос

Пусть А — площадь поперечного сечения трубы, L — ее длина, 5 — плотность воды и у — максимальное ускорение трубы. Тогда масса воды в трубе М= 8AL, и действующая сила F = фAL. Развиваемое при этом гидравлическое давление может быть оценено как р = 48L. Если L = 100 м, у = 5 м/с2, то давление равно 0,5 МПа (5 атм).

Известно устройство AquaBuOY, предложенное фирмой AquaEnergy, которое является примером буйкового всплывающего устройства. В нем вертикально колеблющийся столб воды воздействует на поршень, который в свою очередь накачивает воду под давлением в накопитель, играющий роль низкочастотного фильтра. Из накопителя вода поступает на турбину электрогенератора. Модель этого устройства, прошедшая тестовые испытания, имела поплавок диаметром 6 м и трубу, погружаемую на глубину до 30 м. При типичной высоте волн рас­четная мощность устройства составляет около 250 кВт. Для надежной работы

предложенного устройства в широком диапазоне интенсивности волн требуется глубина не менее 50 м.

Другая подобная модель волновой энергоустановки Seadog имела плавок диаметром 5,7 м и накачивала воду в резервуар на берегу. Вода из резервуара направлялась в стандартную гидротурбину. Установка рассчитана на использо­вание при глубинах водоема не менее 20 м.

Приведенные примеры показывают, что рассмотренные волновые установки могут быть установлены лишь, как правило, в местах с достаточно большими глу­бинами, причем их мощность пропорциональна длине и площади сечения трубы.

14.2.2.1.2. Шарнирные контурные преобразователи

Рассмотренные выше поплавковые устройства Seadog и AquaBuOY являются точечными абсорберами, поскольку взаимодействуют с относительно небольшой площадью поверхности моря (океана). Для выработки большей мощности необ­ходимо использовать одновременно несколько подобных устройств. Решение, предложенное шотландской фирмой Pelamis Wave Power (ранее Ocean Power Delivery), хотя и использует, как и вышеупомянутые устройства, поплавковую систему, но обеспечивает возможность съема энергии с достаточно большой площади водной поверхности.

Движение

волн

►

Волновая энергоустановка Pelamis номинальной мощностью 750 кВт, создан­ная и находящаяся на испытаниях в Европейском центре морской энергетики (European Marine Energy Centre) в Оркни (графство Шотландии)состоит из четырех плавающих на поверхности стальных цилиндрических сосудов диамет­ром 4,63 м, последовательно соединенных шарнирами. Общая длина системы, похожей на змею, составляет 150 м. Сила, действующая на соединяющие со­суды шарниры при их относительном перемещении на волне, передается на поршни силовых цилиндров, сжимающие масло в буферной емкости-аккуму­ляторе, которое из нее направляется в гидромоторы, соединенные с шестью электрогенераторами мощностью по 125 кВт. Система заякорена в трех точ­ках так, что установка Pelamis может самостоятельно выстраиваться перпен­дикулярно движущемуся волновому фронту и двигаться в резонансе с волной.

Острова Оркни образуют архипелаг примерно в 50 км к северу от северной оконечности Шотландии

В штормовых условиях система автоматически перестраивается так. чтобы обес­печить минимальное силовое воздействие на конструкции, предотвращая их раз­рушение. В целом испытания показали, что Pelamis демонстрирует уникальную живучесть при шторме1).