Использование энергии падающей разбивающейся волны - относительно новое явление. Большинство волновых технологий сбора энергии фокусируются на волнах до их падения. Однако разбивающаяся волна обладает большей мощностью и удобством извлечения энергии

Океан и атмосфера образуют связанную систему, в которой происходит непрерывный обмен энергией на границе раздела воздух-море. Поток энергии из атмосферы в океан приводит к появлению «аэродинамически шероховатой поверхности, в которой могут появляться динамические, неустойчивые, очень высокие и крутые поверхностные волны». [1]

На известные пляжи, такие как Маверикс в Сан-Франциско и Банзай-Пайплайн на Гавайях, могут приходить волны высотой 15 метров. Эти волны содержат огромное количество энергии, которая высвобождается при их падении.

При определенных обстоятельствах волны могут стать устойчивым источником энергии. Перед лицом экологических проблем, стремясь ограничить поставки углеродоемких видов топлива, крайне важно научиться эффективно использовать возобновляемые источники энергии. Волновая энергия является экологически чистой, возобновляемой и использует ресурсы, которые покрывают 71 процент земной поверхности. [2]

Ветер и волны

Энергия падающих волн исходит из атмосферы. Волны в первую очередь появляются от ветра, в частности, за счет трения между ветром и водой. [3] Когда ветер дует на поверхность океанической воды, он передает ей часть своей энергии и формирует на водной поверхности пики, создавая рябь. Движение ряби хаотично и происходит в случайных направлениях без определенной последовательности. Эта возмущенная вспененная вода имеет большую площадь поверхности, позволяя ветру оказывать на нее еще большее влияние. [1]

Постоянное воздействие ветра на водную поверхность в конечном итоге приводит к тому, что она на некотором расстоянии превращается в нарастающие орбитальные волны. По мере перемещения волн, молекулы воды движутся по круговым орбитам, начало которых находится у впадины (подошвы) волны, далее следует за подъемом к вершине, а затем возвращается к обратно к впадине.

Через эти молекулы происходит передача волновой энергии. Хотя визуально можно наблюдать только вершину орбитального движения молекул, энергия волн достигает и дна океана. По мере движения волн они сталкиваются и объединяются. [1]

Когда волна приближается к берегу, глубина воды снижается, в результате чего диаметр орбит уменьшается, а скорость волны падает. Поскольку отстающая часть волны находится в более глубокой области, она движется быстрее. Это заставляет волну расти, становясь выше и круче.

Силы сопротивления океанического дна растут, и волна образует наклон. Рядом с берегом задняя часть волны набегает еще сильнее и опрокидывается. Форма и размер опрокидывающейся волны зависит от того, как долго и сильно дул ветер. Другим фактором является площадь поверхности воды, на которую ветер воздействовал.

Сочетание различных условий позволяет накапливается большему количеству энергии, чтобы разбивающиеся волны становились сильнее. Топография дна океана также влияет на форму волн. Горные хребты на дне океана могут создавать эффект мелкой воды и вызывать появление высоких опрокидывающихся волн прежде, чем если бы они достигли берега. [1]

Возобновляемая энергия опрокидывающихся волн

Использование энергии падающей разбивающейся волны - относительно новое явление. Большинство волновых технологий сбора энергии фокусируются на волнах до их падения. Однако разбивающаяся волна обладает большей мощностью и удобством извлечения энергии. Устройства ее сбора могут находиться на суше, позволяя избежать проблем, связанных с затонувшими буями или привлечением к работе аквалангистов.

Задача заключается в разработке технологии, которая сможет функционировать в суровых условиях, не нарушая экосистему. Yam Pro Energy, израильская компания, специализирующаяся на волновых технологиях, разработала проект электростанции на побережье Ганы, недалеко от Аккры, которая могла бы обслуживать более 10 000 семей.

Их стратегия основана на гидравлическом давлении, возникающим от падающих волн, которое преобразуется в электричество. [2] Они разместили волнорезы вдоль береговой линии, где предполагается разместить «поплавки», которые должны качаться вверх и вниз при падении волн.

По словам генерального директора компании, их волновая технология собирает и преобразовывает 65% доступной энергии, в отличие от солнечных батарей и ветряных турбин с эффективностью менее 24%. [2]

Использование энергии волн не загрязняет окружающую среду, а после возведения энергетического объекта затраты на его эксплуатацию и обслуживание оцениваются как низкие.

В отличие от других возобновляемых источников энергии использование волн имеет преимущества, поскольку они более предсказуемы. Проект электростанции рассчитан на генерацию до 150 мегаватт электричества, это примерно 6% из необходимых 2500 мегаватт, чтобы обеспечить полную потребность в электроэнергии всей Ганы. [2]

 

Источник:

Sophia Kazmierowicz. «Сбор энергии разбивающихся волн».

Ссылки:

[1] S. R. Massel, «Поверхностные волны океана: их физика и прогнозирование поведения» (World Scientific, 2013).

[2] B. Britton, «Могут ли волны стать следующим крупным источником возобновляемой энергии?», CNN, 3 Jan 17.

[3] P. A. E. M. Janssen and P. Viterbo, «Океанические волны и атмосферный климат», J. Climate 9, 1269 (1996).

Комментарии

Руслан Витальевич Крутенко

Береговые и закрепленные на дне ВЭС по причине больших фундаментных и гидростроительных работ весьма затратны и малорентабельны, что ведёт к очень длительному сроку окупаемости.

Есть более интересные, как с технической точки зрения системы ВЭС, так и с точки зрения рентабельности. Сравнивались 14 различных систем волновых электростанций по 14 параметрам.

Написать комментарий

Нажимая на кнопку, вы даете согласие на обработку персональных данных и соглашаетесь с политикой конфиденциальности

  • Дата:14.05.2020
  • Просмотры:520
  • Источник: Stanford University

Другие публикации по теме