Мощность приливных течений.

Плотность мощности потока воды:

q = ρ*u³/2. (11.8.) Если u = 3 м/с; плотность морской воды ρ = 1025кг/м³; q = 13.8кВТ/м³

На практике η_макс= 40%. Скорости приливных течений изменяются во времени:

u = u_макс*Sin(2πt/τ), (11.9.) где τ – период естественного прилива – 12ч 25мин. для полусуточного, а u_макс – максимальная скорость течения.

Т.о. электрическая мощность, снимаемая с 1м² площади поперечного сечения потока (с учётом η = 40%) , в среднем равняется:

q_ср= 0,1ρ*u³. (11.10)

Для устройства, которое может работать при прямом и обратном течениях при максимальной скорости 3м/с, q = 2,8кВт/м². При максимальной скорости 5м/с, q = 14кВт/м². Перекрыв площадь 1000м² , можно получить мощность ПЭС – 14МВт.

Рис. 11.3. Схема электростанции на приливном течении.

Бассейн ПЭС наполняется при высокой воде и опустошается через турбины на малой воде. Площадь бассейна А , масса воды в бассейне ρ*А*R. Центр тяжести на высоте R/2. Энергия прилива:

Р_ср= ρ*А*R²*g/2τ. (11.11.)

Рис. 11.4. Извлечение приливной энергии.

Высота прилива в течение месяца изменяется от максимального до минимального значения.

Рис. 11.5 Положения Солнца (С), Луны (Л) и Земли (З), в результате которых приливы 2 раза в месяц нарастают и угасают.

Средняя мощность, производимая в течение месяца:

Р _ср.мес.= (ρ*А*g/2τ)*(R_c²/8)*(3 + 2α +3α²), (11.12.)

где α ≈ 0,5

Р_ср =(ρ*А*g/2τ)*[(R²_макс – R²_мин)/2]. (11.13.)

Энергия волн.

Огромное количество энергии можно получить от морских волн. Мощность, переносимая волнами на глубокой воде, пропорциональна квадрату их амплитуды и периоду. Поэтому наибольший интерес представляют длиннопериодные (Т = 10с) волны большой амплитуды (а ≈ 2м), позволяющие снимать с единицы длины гребня в среднем от 50 до 70 кВт/м. Развитие волновой энергетики сопряжено со значительными трудностями:

Волны нерегулярны по амплитуде, фазе и направлению движения.

Всегда есть вероятность штормов и ураганов, способных разрушить конструкции.

Пиковые значения мощности присущи волнам на глубокой воде.

Период волн Т = 5…~ 10с. Трудно приспособить для частоты 50 Гц.

Преимущества волновой энергетики состоят в том, что она сильно сконцентрирована, доступна и прогнозируема. Поверхностные волны на глубокой воде имеют характерные особенности:

Волны являются не разрушающимися синусоидальными с нерегулярной длиной, фазой и направлением.

В волнах на глубокой воде нет поступательного движения жидкости.

Поверхностный слой жидкости остаётся на поверхности.

В настоящее время волно - энергетические установки используются для энергопитания автономных буёв, маяков, научных приборов. Создание волновых электростанций определяется оптимальным выбором акватории океана с устойчивым запасом волновой энергии. В волновых установках с пневматическими преобразователями под действием волн воздушный поток периодически изменяет своё направление на обратное. Для этих условий разработана турбина Уэллса, ротор которой обладает выпрямляющим действием, сохраняя неизменным направление своего вращения при смене направления воздушного потока и поддерживается неизменным направление вращения генератора. Волновая энергетическая установка «Каймей» (Морской свет) самая мощная действующая энергетическая установка с пневматическими преобразователями – построена в Японии в 1976г. Она использует волнение высотой до 6 – 10м. Волновой плот Коккерела состоит из шарнирно соединённых секций, перемещение которых относительно друг друга передаётся насосам с электрогенераторами. Трёхсекционный волновой плот Коккерела длиной 100м, шириной 50м и высотой 10м может дать мощность до 2 т. кВт.

Высота волны H равна её удвоенной амплитуде H = 2а.

Рис. 11.6. Характеристики волны.

Зависимость между частотой и длиной для поверхностной волны на глубокой воде:

λ = 2πg/ω². (11.14.)

Период движения волны:

Т = 2π/ω = 2π/(2πg/λ)^1/2 = (2πλ/g)^1/2 (11.15.)

Скорость перемещения поверхности волны в направлении (х):

с = ω*λ/2π = g/ω = g*(λ/2πg)^1/2 =g*λ/2π(11.16.)

Скорость с – фазовая скорость распространения волн.