Характеристики потужності хвильової електростанції за умови збільшення амплітуди коливання поверхні моря

Abstract

Потужність хвиль Світового океану оцінюється приблизно в 10...90 млрд кВт, з яких 2,7 млрд кВт може реально бути використане людством. Світовий океан займає 75% поверхні Землі і є гігантським акумулятором енергії Сонця. Він трансформує її енергію хвиль, вітра, океанських течій. Сучасна цивілізація навчилася перетворювати ці види енергії в електрику. Сонце невичерпне джерело, тому енергія Світового океану практично необмежена.Спільними зусиллями науковців Національного авіаційного університету, Національного університету кораблебудування ім. адмірала Макарова та Інституту гідромеханіки НАН України за ініціативою НВФ «Крок-1» (м. Київ) створена, виготовлена та випробувана конструкція хвильової електростанції з гнучким енергопоглинальним елементом, яка принципово відрізняється від всіх сучасних аналогів. Розроблено методику визначення потужності модуля морської хвильової електростанції з енергопоглинальним елементом під час збільшення величини і амплітуди хвилі моря відносно розрахункового значення, яка дозволяє виконувати розрахунки таких станцій при любій комбінації геометричних параметрів для хвиль стандартної форми. В залежності від акваторії моря, сезонного впливу атмосфери, потреби споживачів електроенергії приймається рішення на визначення геометричних параметрів станції (довжина, радіус енергопоглинального елемента). Визначено, що ширина енергопоглинального елемента не впливає на величину частоти обертання установки. Під час збільшення амплітуди хвилі відносно розрахункової величини частота обертання ротора сильно зменшується. Представлено результати розрахунку змінення потужності морської станції довжиною 9 м та R/b=2 під час збільшення амплітуди коливання поверхні моря.

Estimated power density of world's marine energy is about 10-90 terawatts-hour and partially can be used by mankind. Ocean covers 75% of Earth surface and accumulates amounts of solar energy that is stored as wave energy, tide energy, current energy, osmotic energy and thermal energy. Current level of mankind technological advancement allows transforming these kinds of energy into electricity taping into this enormous course of transformed solar energy. With combined effort from members of National Aviation University, Admiral Makarov National University of Shipbuilding and Institute of Hydromechanics of NAS Ukraine a breakthrough version of wave energy converter was successfully designed, created and tested in a field. Designing a wave energy converter that will be durable, efficient and easy to install\maintain has been the ultimate goal of research teams across the globe for a while. This method of calculating power output of wave energy converter power station allows to make changes into power station configuration based on changes in working conditions. According to coastline geometry, seasonal weather changes and actual demand for electrical power we can calculate dimensions of our station like length, radius of power take-off element etc. Math shows that width of power take-off element does not affect the rotation speed of a turbine. In case of increase of wave amplitude, compared to value used in theoretical calculation of specific station, the rotation speed of a turbine will drastically decrease. Article presents calculations of changes in wave energy converter station power output that occurs on condition of increase of wave amplitude for wave length of 9m and R/b=2.

Мощность волн Мирового океана оценивается приблизительно в 10...90 млрд. кВт, из которых 2,7 млрд. кВт может быть реально использовано человечеством. Мировой океан занимает 75% поверхности Земли и является гигантским аккумулятором энергии Солнца. Он трансформирует ее в энергию волн, ветра, океанских течений. Современная цивилизация научилась преобразовывать эти виды энергии в электричество. Солнце неисчерпаемый источник, поэтому энергия Мирового океана практически неограниченная. Совместными усилиями ученых Национального авиационного университета, Национального университета кораблестроения им. адмирала Макарова и Института гидромеханики НАН Украины создана, изготовлена и испытана конструкция волновой электростанции с гибким энергопоглощающим элементом, которая принципиально отличается от всех современных аналогов. Создана методика определения мощности модуля морской волновой электростанции с энергопоглощаю-щим элементом для расчета таких станций при любой комбинации геометрических параметров для волн стандартной формы. В зависимости от акваторий моря, сезонного влияния атмосферы, необходимости потребителей электроэнергии принимается решение на определение геометрических параметров станции (длинна, радиус энергопоглощающего элемента и др.). Определено, что ширина энергопоглощающего элемента не влияет на величину частоты оборотов установки. При увеличении амплитуды волны относительно расчетной величины частота обращения ротора сильно уменьшается. Представлено результаты расчета изменения мощности морской станции длиной 9 м и R/b=2 при увеличении амплитуды колебания поверхности моря.