Главная Обратная связь

Дисциплины:






Енергія морських хвиль



У океані, який складає 72% поверхні планети, потенційно є|наявний| різні види енергії – енергія хвиль і приливів|припливів|; енергія хімічних зв'язків газів, солей|соль| і інших мінералів; енергія течій, спокійно і нескінченно рухомих в різних частинах|частках| океану; енергія температурного градієнта і ін., і їх можна перетворювати в стандартні види палива|пального|. Такі кількості енергії, різноманіття її форм гарантують, що в майбутньому людство не відчуватиме в ній нестачі.

Океан наповнений позаземною|неземною| енергією, яка поступає|надходить| в нього з|із| космосу. Вона доступна і безпечна, не зачіпає навколишнє середовище, невичерпна і вільна. З|із| космосу поступає|надходить| енергія Сонця. Вона нагріває повітря, утворюючи вітри, що викликають|спричиняють| хвилі. Вона нагріває океан, який накопичує|скупчує,нагромаджує| теплову енергію. Вона приводить|призводить,наводить| в рух течії, які в той же час змінюють|змінюють,замінюють| свій напрям|направлення| під дію обертання Землі|грунту|. З|із| космосу ж поступає|надходить| енергія сонячного і місячного тяжіння. Вона є|з'являється,являється| рушійною силою системи Земля|грунт|-Місяць і викликає|спричиняє| приливи|припливи| і відливи|відпливи|. Океан – це не плоский, млявий водний простір, а величезна комора неспокійної енергії.

За оцінками Інституту океанології АН Росії, теплова (внутрішня) енергія, що відповідає перегріву поверхневої води морів та океанів, наприклад, на 20°С, становить близько 1026Дж. Кінетична енергія океанських течій оцінюється приблизно в 1018Дж. Великі надії покладають на використання енергії морських хвиль. Бакени та маяки, які використовують цю енергію, вже покрили прибережні води Японії. Цікавим напрямком океанської енергетики виявилося вирощування із плотів в океані гігантських водоростей - келпів, які швидко ростуть і легко перероблюються на метан. За зарубіжними оцінками, для повного забезпечення енергією кожної людини-споживача достатньо 1 га плантацій келпів.

На велику увагу заслуговує "океанотермічна енергоконверсія", іншими словами отримання електроенергії за допомогою різниці температур між поверхневими та глибинними океанськими водами, що засмоктуються водним насосом, наприклад, при використанні в замкнутому циклі турбіни таких рідин, які легко випаровуються (пропан, фреон чи амоній).
Поки що далекою здається перспектива отримання електроенергії завдяки різниці між солоною та прісною водою, наприклад, морською і річковою.

Велику енергію мають морські течії. У деяких місцях Гольфстрім мас швидкість до 9 км/год. Вчені припускають, що найближчим часом енергія морських течій стане конкурентоспроможною. Із зазначеного випливає, що енергія морів і океанів проявляється у вигляді припливів, хвиль, течій, різниці температур і хімічного складу води. Факторами, що впливають на припливи, є положення Сонця й Місяця відносно Землі, а також її обертання. Велике значення мас й конфігурація океанських акваторій та берегів, які часто створюють унікальні умови для припливів. Приміром, різниця в рівнях припливів на Таїті становить 25 м.



Перетворення енергії припливу на механічну енергію використовувалося ще на початку XI століття в припливних млинах, які будували в гирлах річок, що впадали в океан. Для цього перегороджували дамбами річки і створювали резервуари, в яких встановлювалися засувні ворота чи шлюзи. Коли починався приплив, шлюзи відчинялися всередину, й вода заповнювала резервуар. Знижуючи свій рівень при відпливі, вода сама зачиняла шлюзи. Якщо було необхідно, вода подавалася крізь вузькі ворота зливу на лопаті водяних коліс. У перших припливних млинах використовувалась тільки потенційна енергія води, зібраної в резервуар. Пізніше, коли були винайдені ефективні насоси, з'явилася можливість використання й другого виду енергії припливів - кінетичної, тобто енергії води, яка рухається. Припливні електростанції мають великий водозбірний басейн чи резервуар, з'єднаний з морем руслом річки чи спеціальним каналом, в якому встановлюють реверсивні турбіни, що примушують обертатися електрогенератор. Така електростанція перетворює енергію припливів послідовно на механічну, а потім на електричну як під час припливу, так і під час відпливу. До недоліків ПЕС слід віднести труднощі, пов'язані із захистом дамб та устаткування від ударів льодяних торсів, особливо у північних районах. Поблизу дамб морська флора й фауна дуже потерпає внаслідок, хоча й незначного, підвищення температури та зменшення вмісту кисню у воді. Крім того, дамби перешкоджають міграції риб.

Основною позитивною рисою енергії припливів є те, що вона легко обліковується завдяки постійності її фаз. Однак велика тривалість останніх і малий потенціал енергії припливів зумовлюють необхідність створення ємних акумуляторів цієї енергії. Використання енергії припливів у мало потужних установках взагалі неекономічне.

Краще використовувати енергію морських і океанських хвиль. Відомим є випадок, коли хвилі викинули камінь масою 69,5кг на покрівлю маяка висотою 40 м над рівнем моря (штат Орегон, США). У Франції (г. Шербур) хвилі перекинутій валун масою 2700 кг через дамбу висотою 6м. Максимальна висота хвиль, зареєстрована в Тихому океані, досягала 35 м.
За оцінками спеціалістів, енергія морських і океанських хвиль становить приблизно 30% всієї використовуваної у світі енергії.
До 1979 р. серед усіх проектів використання енергії хвиль, що розглядалися, було виділено чотири:

- "пірнало" Солтера;

- пліт Кокерела;

- випрямлювач Расела;

- коливальна водяна колонка (резервуар).

"Пірнало" Солтера нагадує поплавок, який, піднімаючись і опускаючись одночасно з хвилями, приводить в дію насос, що подає воду під тиском в турбогенератор.

Пліт Кокерела складається з трьох шарнірне з'єднаних понтонів, які перебувають на плаву і відтворюють колихання хвиль, їхнє підняття й опускання приводить в дію гідравлічні тарани, які з'єднують понтони. Стискання і розтягування таранів передається робочій рідині, яка діє на гідравлічний генератор, що виробляє електричний струм.

Випрямлювач Расела регулює рух води таким чином, що вона надходить у турбіну тільки в одному напрямку. Коливальна водяна колонка (резервуар) відрізняється від попередніх проектів. Вона перетворює енергію хвиль на потенціальну енергію стиснутого повітря, яке потім віддає енергію повітряній турбіні.

Ідея колонки належить японському морському офіцеру Масуді, який винайшов плаваючий хвилеріз. Він довів, що коли хвилеріз зробите у вигляді перевернутої камери з отворами у верхній частині, то висота хвиль усередині буде значно меншою, ніж ззовні, оскільки хвиля вирівнюватиметься під дією потоків повітря, що проходять крізь отвори. Інтенсивні повітряні потоки постійно надходять у середину камери і виходять з неї внаслідок піднімання та опускання колони. За цим принципом сьогодні працюють плавучі установки, які використовуються для буїв різного призначення. Схему такої установки показано на рис. 5.3.

Рисунок 5.3 – Схема плавучої установки

В її камері 1, яка має дискову опору 2, міститься турбіна 3. з'єднана з електрогенератором 4. Коли проходить хвиля камера намагається піднятися разом із нею. Опора перешкоджає цьому й таким чином забезпечує інтенсивне проникнення води всередину камери. Стовп води витісняє повітря із середини камери крізь сопловий апарат на лопаті турбіни. Після проходження хвилі вода виходить з камери, а її місце знову займає повітря. Потім цикл повторюється.

Досить оригінальний і простий пристрій запропоновано в Японії для використання змін гідростатичного тиску в товщі води при її хвилюванні. У морі, де ці зміни найбільш помітні, розміщують установку (рис. 5.4), яка складається з трьох камер 1, 3 і 5, з'єднаних між собою через клапани 2, 6 і робочий канал 4.

 

Рисунок 5.4 – Схема установки для використання зміни гідростатичного тиску в товщі води при хвилюванні

 

У верхній частині камер 3 і 5 міститься газ, решту простору заповнено струмопровідною рідиною. Якщо канал 4 з'єднати, наприклад, з магнітогідродинамічним генератором, то при змін! тиску навколишнього середовища в каналі почне переміщуватися магнітопровідна рідина, що призведе до появи різниці потенціалів на електродах. Така установка може бути дуже зручною для вимірювання тиску та отримання енергії невеликої потужності.

На рис. 5.5 показана схема побудованої в Японії прибійної електростанції потужністю 50кВт. Принцип її роботи приваблює своєю простотою і майже повною відсутністю рухомих частин. Хвиля, яка падає під козирок 1, стискає повітря й жене його крізь сопловий канал 2 до турбіни 3. яка приводить в дію електрогенератор 4.

 

Рисунок 5.5 – Схема прибійної електростанції

 

В Японії створено подібну прибійну електростанцію потужністю 50 кВт. Собівартість виробленої нею електроенергії становить 20-30 ен/кВт•год, що відповідає собівартості електроенергії, яка виробляється дизель-електричними станціями.

Основними причинами, які стримують розвиток хвилевих енергоустановок, є розосередження енергії на великій поверхні, непостійне хвилевідтворення, низька швидкість руху хвиль при значних силах їхньої дії.

Таким чином, коли проектуються хвилеві енергоустановки, слід насамперед вирішувати питання концентрації та акумулювання енергії, а також ефективного її перетворювання з максимальним використанням наявних технічних рішень.

Основними шляхами розвитку хвилевих енергоустановок є підвищення концентрації енергії хвиль і енергоємності акумуляторів, їхньої надійності та ефективності перетворювання енергії. Усім цим умовам відповідає багатоступінчастий хвилевий насос, схему якого наведено на рис. 5.6. Одна його ступінь вміщує гофрований патрубок 1, вихідний клапан 2, демпфугачий резервуар 3, вихідний клапан 4 і тонкий гнучкий лист 5, який вертикально входи у воду. За допомогою хвилевого насоса здійснюється перетворення кінетичної та потенціальної енергії на направлений рух рідини. Подальше перетворення кінетичної енергії рідини, що рухається, на електроенергію відбувається за допомогою гідравлічних турбін, які обертають електрогенератор.

Рисунок 5.6 – Схема багатоступінчатого хвилевого насоса

 

У Данії, Норвегії та Швеції станції розташовано на плотах, з'єднаних з насосом, який починає працювати, коли хвилі діють на пліт. Тут використано великий насос, що міститься на дні моря. Поршень насоса з'єднується з плотом за допомогою еластичного дроту. Коли хвилі підіймають пліт, поршень піднімається, вода проходить крізь заповнений блок генератора турбіни, виробляючи електроенергію. Коли хвиля спадає, поршень опускається, витискаючи своєю вагою воду через клапани.


РОЗДІЛ 6





sdamzavas.net - 2019 год. Все права принадлежат их авторам! В случае нарушение авторского права, обращайтесь по форме обратной связи...