ВОЗОБНОВЛЯЕМЫЕ ИСТОЧНИКИ ЭНЕРГИИ
Высота волны
Высота волны зависит как от ее разгона, так и от продолжительности действия ветра при различных его скоростях. На рис. 14.1 показаны эмпирические зависимости высоты волны от этих параметров. Предполагается, что ветер дует в течение длительного времени (в зависимостях от разгона) и ветровое воздействие распространяется на достаточно обширную область (в зависимостях от продолжительности ветра). Для обоих наборов кривых, как видно, существуют некоторые значения скоростей ветра, к которым эти кривые асимптотически приближаются.
Максимальная зафиксированная высота волны1* равнялась 34 м; длина ее составляла 342 м, период — 14,8 с. Она имела фазовую скорость 23,1 м/с и групповую скорость около 11,5 м/с.
Плотность энергии морских волн (Дж/м2) примерно равна:
|
2 |
где р — плотность воды (примерно 1000 кг/м3). Мощность волны (Вт/м):
|
Цунами могут быть гораздо крупнее штормовых волн. Так, волна цунами, достигшая побережья Аляски (Lituya Вау) 9 июля 1958 г. имела высоту 524 м. |
|
Р = vgW Рассмотрим энергию упомянутой выше наиболее мошной волны |
|
(6) |
Поскольку групповая скорость этой волны была равна 11,5 м/с, то характерная плотность энергии 11,5 • 2,8 • 106 Вт/м = 32,5 МВт/м.
|
2000 ° 0 |
14.2.2. Преобразователи энергии волн
Основной проблемой при создании преобразователей энергии волн является значительный диапазон изменения удельной энергии морских волн. При относительно спокойном море волны характеризуются средней удельной мощностью около 50 кВт/м, в то время как сильный шторм может генерировать волны с удельной мощностью в десятки мегаватт на метр. Технически очень сложно создать эффективно и надежно работающее во всем столь широком диапазоне изменения удельной мощности (200:1) энергетическое устройство. Механизмы, ориентированные на эффективную работу при мощности морской волны 50 кВт/м, могут быть легко разрушены при сильном шторме.
Как уже отмечалось, существенными недостатками большинства видов возобновляемых источники энергии являются непостоянство (нестабильность) энергетических потоков (изменчивость скорости ветра, вариации солнечной радиации, изменения состояния поверхности моря и т. д.) и невысокая их удельная мощность. В наиболее благоприятных по ветровым условиям местах мощность воздушного потока составляет всего около 400 Вт в расчете на 1 м2 ветрового колеса. Среднегодовой поток солнечного излучения даже в самых солнечных местах земного шара с учетом дня и ночи и погодных условий редко превышает
250 Вт/м2. По параметру удельной плотности энергии морские волны занимают одно из лидирующих положений среди возобновляемых источников энергии. Имеется большое число мест в мире, где океанические волны характеризуются удельной мощностью в расчете на единицу длины волны свыше 50 кВт/м. Если энергоустановка имеет, например, 10 метровую протяженность в направлении, перпендикулярном фронту волны, то она будет характеризоваться удельной мощностью (в расчете на 1 м2 занимаемой ею площади) около 5 кВт/м2, что на порядок больше, чем для ветровых и солнечных установок. Данная оценка является приближенной, но дает ясные основания для аргументации преимуществ использования энергии морских волн.
Другим преимуществом волновых энергетических систем является возможность встраивать их в прибрежные сооружения, такие как волноломы, пристани, молы, призванные противодействовать разрушающему действию моря. Такая интеграция может быть экономически эффективной. Однако преобразователи волновой энергии не обязательно должны сооружаться на береговой линии — они могут размещаться и на некотором расстоянии от берега, хотя это связано с проблемами швартовки и постановки конструкций на якорь.
