Оценка энергетических параметров волновой поплавковой электростанции
С использованием статистических данных наблюдений параметров морских волн, линейной теории волн и теории волновых спектров оценивается располагаемая энергия морских волн с максимальной амплитудой до 3 м. На основе трехпоплавкового модуля изгибной плавучей ВЭС оценивается средняя за период мощность,...
Збережено в:
| Опубліковано в: : | Прикладна гідромеханіка |
|---|---|
| Дата: | 2016 |
| Автор: | |
| Формат: | Стаття |
| Мова: | Russian |
| Опубліковано: |
Інститут гідромеханіки НАН України
2016
|
| Теми: | |
| Онлайн доступ: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/116559 |
| Теги: |
Додати тег
Немає тегів, Будьте першим, хто поставить тег для цього запису!
|
| Назва журналу: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Цитувати: | Оценка энергетических параметров волновой поплавковой электростанции / Г.Ю. Савченко // Прикладна гідромеханіка. — 2016. — Т. 18, № 2. — С. 58-63. — Бібліогр.: 5 назв. — рос. |
Репозитарії
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| id |
nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-116559 |
|---|---|
| record_format |
dspace |
| spelling |
Савченко, Г.Ю. 2017-04-29T09:41:51Z 2017-04-29T09:41:51Z 2016 Оценка энергетических параметров волновой поплавковой электростанции / Г.Ю. Савченко // Прикладна гідромеханіка. — 2016. — Т. 18, № 2. — С. 58-63. — Бібліогр.: 5 назв. — рос. 1561-9087 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/116559 532.528 С использованием статистических данных наблюдений параметров морских волн, линейной теории волн и теории волновых спектров оценивается располагаемая энергия морских волн с максимальной амплитудой до 3 м. На основе трехпоплавкового модуля изгибной плавучей ВЭС оценивается средняя за период мощность, приходящаяся на ширину 1 м фронта волны и ширины станции. Предложены простые расчетные формулы для оценки максимально возможной мощности модуля с учетом водоизмещения поплавков, длины рычагов и изменения осадки поплавка в работе. Приведены рекомендации для выбора оптимальных параметров модуля ВЭС при адаптации к параметрам волнения. З використанням статистичних даних спостережень параметрів морських хвиль, лінійної теорії хвиль і теорії хвильових спектрів оцінюється наявна енергія морських хвиль з максимальною амплітудою до 3 м. На основі трипоплавцевого модуля вигинистої плавучої ХЕС оцінюється середня за період потужність, що припадає на ширину 1 м фронту хвилі й ширини станції. Запропоновано прості розрахункові формули для оцінки максимально можливої потужності модуля з урахуванням водотонажності поплавців, довжини важелів і зміни занурення поплавця в роботі. Наведено рекомендації для вибору оптимальних параметрів модуля ХЕС при адаптації до параметрів хвилювання. The available energy of sea waves with maximal amplitude up to 3 m is estimated using the statistic data of observations of sea wave parameters along with the involving of the linear theory of waves and the theory of wave spectra. The average power for a period is estimated on the basis of a three-float module of the flexural floating WES. This power corresponds to 1 m of widths of wave front and the station. Simple calculation formulas for assessing of the maximal possible power efficiency of the module are proposed with the allowance of float displacement, lengths of levers and the in-process variation of float drought. The recommendations for choice of the optimal parameters of the WES module during the adaptation to the sea roughness parameters are given. ru Інститут гідромеханіки НАН України Прикладна гідромеханіка Науковi статтi Оценка энергетических параметров волновой поплавковой электростанции Оцінка енергетичних параметрів хвильової поплавцевої електростанції Estimation of power parameters of wave float power-station Article published earlier |
| institution |
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| collection |
DSpace DC |
| title |
Оценка энергетических параметров волновой поплавковой электростанции |
| spellingShingle |
Оценка энергетических параметров волновой поплавковой электростанции Савченко, Г.Ю. Науковi статтi |
| title_short |
Оценка энергетических параметров волновой поплавковой электростанции |
| title_full |
Оценка энергетических параметров волновой поплавковой электростанции |
| title_fullStr |
Оценка энергетических параметров волновой поплавковой электростанции |
| title_full_unstemmed |
Оценка энергетических параметров волновой поплавковой электростанции |
| title_sort |
оценка энергетических параметров волновой поплавковой электростанции |
| author |
Савченко, Г.Ю. |
| author_facet |
Савченко, Г.Ю. |
| topic |
Науковi статтi |
| topic_facet |
Науковi статтi |
| publishDate |
2016 |
| language |
Russian |
| container_title |
Прикладна гідромеханіка |
| publisher |
Інститут гідромеханіки НАН України |
| format |
Article |
| title_alt |
Оцінка енергетичних параметрів хвильової поплавцевої електростанції Estimation of power parameters of wave float power-station |
| description |
С использованием статистических данных наблюдений параметров морских волн, линейной теории волн и теории волновых спектров оценивается располагаемая энергия морских волн с максимальной амплитудой до 3 м. На основе трехпоплавкового модуля изгибной плавучей ВЭС оценивается средняя за период мощность, приходящаяся на ширину 1 м фронта волны и ширины станции. Предложены простые расчетные формулы для оценки максимально возможной мощности модуля с учетом водоизмещения поплавков, длины рычагов и изменения осадки поплавка в работе. Приведены рекомендации для выбора оптимальных параметров модуля ВЭС при адаптации к параметрам волнения.
З використанням статистичних даних спостережень параметрів морських хвиль, лінійної теорії хвиль і теорії хвильових спектрів оцінюється наявна енергія морських хвиль з максимальною амплітудою до 3 м. На основі трипоплавцевого модуля вигинистої плавучої ХЕС оцінюється середня за період потужність, що припадає на ширину 1 м фронту хвилі й ширини станції. Запропоновано прості розрахункові формули для оцінки максимально можливої потужності модуля з урахуванням водотонажності поплавців, довжини важелів і зміни занурення поплавця в роботі. Наведено рекомендації для вибору оптимальних параметрів модуля ХЕС при адаптації до параметрів хвилювання.
The available energy of sea waves with maximal amplitude up to 3 m is estimated using the statistic data of observations of sea wave parameters along with the involving of the linear theory of waves and the theory of wave spectra. The average power for a period is estimated on the basis of a three-float module of the flexural floating WES. This power corresponds to 1 m of widths of wave front and the station. Simple calculation formulas for assessing of the maximal possible power efficiency of the module are proposed with the allowance of float displacement, lengths of levers and the in-process variation of float drought. The recommendations for choice of the optimal parameters of the WES module during the adaptation to the sea roughness parameters are given.
|
| issn |
1561-9087 |
| url |
https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/116559 |
| citation_txt |
Оценка энергетических параметров волновой поплавковой электростанции / Г.Ю. Савченко // Прикладна гідромеханіка. — 2016. — Т. 18, № 2. — С. 58-63. — Бібліогр.: 5 назв. — рос. |
| work_keys_str_mv |
AT savčenkogû ocenkaénergetičeskihparametrovvolnovoipoplavkovoiélektrostancii AT savčenkogû ocínkaenergetičnihparametrívhvilʹovoípoplavcevoíelektrostancíí AT savčenkogû estimationofpowerparametersofwavefloatpowerstation |
| first_indexed |
2025-11-25T10:03:28Z |
| last_indexed |
2025-11-25T10:03:28Z |
| _version_ |
1850509602780610560 |
| fulltext |
ISSN 1561 -9087 Прикладна гiдромеханiка. 2016. Том 18, N 2. С. 58 – 63
УДК 532.528
ОЦЕНКА ЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ ВОЛНОВОЙ
ПОПЛАВКОВОЙ ЭЛЕКТРОСТАНЦИИ
Г. Ю. СА В ЧЕ Н К О
Институт гидромеханики НАН Украины, Киев
ул. Желябова, 8/4, 03680, ГСП, Киев-180
∗E-mail: savch@kiev.ldc.net
Получено 10.03.2016
С использованием статистических данных наблюдений параметров морских волн, линейной теории волн и теории
волновых спектров оценивается располагаемая энергия морских волн с максимальной амплитудой до 3 м. На основе
трехпоплавкового модуля изгибной плавучей ВЭС оценивается средняя за период мощность, приходящаяся на
ширину 1 м фронта волны и ширины станции. Предложены простые расчетные формулы для оценки максимально
возможной мощности модуля с учетом водоизмещения поплавков, длины рычагов и изменения осадки поплавка в
работе. Приводятся рекомендации для выбора оптимальных параметров модуля ВЭС при адаптации к параметрам
волнения.
КЛЮЧЕВЫЕ СЛОВА: энергия плавучей волновой станции, модуль ВЭС, оценка мощности
З використанням статистичних даних спостережень параметрiв морських хвиль, лiнiйної теорiї хвиль i теорiї
хвилевих спектрiв оцiнюється наявна енергiя морських хвиль з максимальною амплiтудою до 3 м. На основi
трьохпоплавцевого модуля вигинистої плавучої ХЕС оцiнюється середня за перiод потужнiсть, що припадає на
ширину 1 м фронту хвилi i ширини станцiї. Запропоновано простi розрахунковi формули для оцiнки максимально
можливої потужностi модуля з урахуванням водотонажностi поплавцiв, довжини важелiв i змiни занурення
поплавця в роботi. Наводяться рекомендацiї для вибору оптимальних параметрiв модуля ХЕС при адаптацiї до
параметрiв хвилювання.
КЛЮЧОВI СЛОВА: енергiя плавучої хвильової станцiї, модуль ХЕС, оцiнка потужностi
Using statistic data of observations of sea wave parameters, the linear theory of waves and the theory of wave spectrums,
the available energy of sea waves with maximal amplitude up to 3 m is estimated. On the basis of a three-float module
of the flexural floating WES the average power for a period is estimated. This power correspnds to 1 m of the wave
front width and of the station width. Simple calculation formulae to estimate the maximally possible power of the
module with taking into account the float displacement, lengths of levers and variation of float draught in-process are
proposed. Recommendations for choice of optimal parameters of the WES module during adaptation to the sea roughness
parameters are given.
KEY WORDS: energy of floating wave station, WES module, power estimation
ВВЕДЕНИЕ
По данным Государственного управления гидро-
метслужбы протяженность береговой линии
Украины у берегов Черного и Азовского морей
составляет около 3 тысяч километров.
При этом ресурс волновой энергии всей бере-
говой линии Украины оценивается величиной 200
млрд. кВт·ч в год при средней плотности 5 ÷ 7.5
кВт/м.
Для сравнения: плотность потока солнечной
энергии для Украины составляет 0.5 кВт/м2, а ве-
тровой энергии – 0.2 ÷ 1.6 кВт/м2.
Помимо относительно высокой концентрации
энергии волновая энергетика имеет сравнительно
низкие затраты на капитальное строительство сре-
ди других видов возобновляемой энергии:
ВЭУ – 1000 $/кВт
СолнЭУ – 1400 – ” –
ВетрЭУ - 1600 – ” –
Волновые станции разделяются по своему ра-
сположению на береговые, пребрежные, донные и
плавучие. По принципу отбора энергии – перелив-
ные, компрессионные, колебательные, гидростати-
ческие. По типу преобразования энергии – турбин-
ные, механические, электромагнитные.
Среди волновых станций плавучие-поплавковые
станции имеют самые низкие капитальные затра-
ты и стоимость обслуживания.
Обычно поплавковая волновая станция состоит
из системы плотиков, шарнирно соединеных ме-
жду собой, которая удерживается якорем на опре-
деленной глубине. Такая станция работает в ре-
жиме огибания волны и ее рабочими ходами яв-
ляются угловые повороты плотиков относительно
друг друга на волнении. Впервые предложена в
1935 г. К.Э. Циолковским [4].
Рабочим элементом волновой поплавковой стан-
ции является "модуль" , состоящий минимум из
двух плотиков. Из таких модулей монтируется
58 c© Г.Ю.Савченко, 2016
ISSN 1561 -9087 Прикладна гiдромеханiка. 2016. Том 18, N 2. С. 58 – 63
волновая станция, в которой системы модулей мо-
гут быть скомпанованы и развернуты как вдоль
движения волн, так и поперек.
Поскольку станции состоят из одинаковых эле-
ментов – модулей, то, в первую очередь, необхо-
димо указать основные параметры модуля и со-
отношения для выбора оптимальных параметров,
когда трансформация энергии волн будет макси-
мальной для заданных амплитуды A0 и длины λ0
волны.
Для оценки энергии вырабатываемой модулем
поплавковой электростанции необходимо знать ха-
рактеристики волнения в районе постановки вол-
новой электростанции (ВЭС). К ним относятся ам-
плитуда A, длина L, период T волны и количество
часов в год O ч/год наличия волн заданых пара-
метров. Существования волн амплитудой не менее
A0 называется "обеспеченностью"волн амплитуды
A0:
O(A0) =
T (A0)
364 · 24
=
T (A0)
8736
.
Несмотря на относительно невысокую плот-
ность потока энергии, волны Черного моря созда-
ют поток волновой энергии E с одного метра бе-
реговой линии:
E ≥ 1.7 кВт/м в течение 7000 часов/год,
E ≥ 13.5 кВт/м в течение 2450 часов/год.
1. ФОРМАЛИЗАЦИЯ ПАРАМЕТРОВ МОДУ-
ЛЯ ПЛАВУЧЕЙ ПОПЛАВКОВОЙ ВЭС
Среди предложенных конструкций поплавко-
вых ВЭС можно указать плот Коккерелла и вол-
новой насос Мак Кэйба [4]. ВЭС Мак Кэйба имела
два прямоугольных понтона, полную длину 40 м
и была установлена в Ирландии в 1996 г.
Другая плавучая ВЭС "Пеламис"мощностью
750 кВт имела водоизмещение 700 тонн и длину
150 м, четыре подвижных сегмента диаметром 3.5
м и три преобразователя энергии в местах сое-
динения сегментов. В мае 2013 "Пеламис"прошел
успешное испытание в Европейском центре мор-
ской энергетики (ЕМЕС) [5].
На рис. 1, а показана схема модуля ВЭС из двух
плотиков, совершающих угловые колебания отно-
сительно друг друга при огибании волн. На схемах
1, б, в показаны кинематические равноценные схе-
мы. Схема б – четыреxпоплавковый модуль, где
каждый плотик заменен двумя поплавками при
сохранении длины – L. Схема в – трехпоплавковый
модуль, где соседние поплавки заменены одним
центальным, плавучесть и вес которого в 2–4 раза
выше. При этом левый поплавок жестко связан с
Рис. 1. Модули изгибной ВЭС:
a – 2xплотиковый модуль Циолковского (1935) г.;
б – 2xплотиковый 4xпоплавковый модуль (аналог);
в – 2x элементный, 3x поплавковый модуль (аналог)
центральным, а правый имеет шарнирное соеди-
нение и длину рычага – L.
В качестве кинематических особеностей следует
отметить, что в работе левый и правый поплавки
создают моменты, уравновешивающие друг дру-
га. При этом вертикальные силы плавучести и ве-
са боковых поплавков в каждый момент компен-
сируются силой плавучести и веса центрального
поплавка.
Параметрами согласования волновой энергии
с нагрузкой электрогенератора будут момент и
угловая скорость на рычаге поплавка с моментом
и угловой скоростью на валу редуктора электро-
генератора.
К основным параметром модуля рис. 1 относя-
тся:
Lм – длина модуля по ходу волны;
Bм – ширина модуля по фронту волны;
D – диаметр центрального поплавка;
Ld =
Lм
2
– длина рычагов боковых поплавков;
Wd =
πD2
d
4
· B – объем боковых поплавков;
Gd – вес бокового поплавка;
Pd – запас плавучести бокового поплавка;
Qd – водоизмещение бокового поплавка;
Г.Ю.Савченко 59
ISSN 1561 -9087 Прикладна гiдромеханiка. 2016. Том 18, N 2. С. 58 – 63
h0 – осадка бокового поплавка в покое;
WD =
πD2
d
4
·Bм – объем центрального поплавка;
GD – вес центрального поплавка;
QD – водоизмещение центрального поплавка.
2. ОЦЕНКА РАСПОЛАГАЕМОЙ ЭНЕРГИИ
МОРСКИХ ВЕТРОВЫХ ВОЛН
Характеристики ветровых волн в общем случае
зависят от:
– скорости ветра;
– времени действия ветра;
– длины разгона волн ветром.
В ветровом волнении различаюи три состаяния:
– состояние развития волн;
– состояние полностью развитого волнения;
– состояние затухания волнения.
В ветровом волнении присутствуют волны раз-
личных высот и длин, однако период T , длина
L и скорость V единичных волновых составляю-
щих оказываются связаны простыми соотношени-
ями [2]:
V = 1.34
√
L = 3/0.3T ; L = 0.557V 2 = 5.12T 2;
T = 0.33V,
где V – выражена в узлах, L – в футах, T – в
секундах.
2.1. Теория кумулятивных спектров волн
Согласно этой теории [2], состояние полностью
развитого волнения для данной скорости ветра ха-
рактеризуется спектром, где квадраты амплитуд
волн поставлены в соответствие собственным ча-
стотам a2(f).
Если просуммировать квадраты амплитуд в спе-
ктре в диапазоне частот 0 < f < fa, то можно
построить кумулятивный энергетический спектр
Eк = E(fa).
Кумулятивные спектры имеют размерность [м2]
и позволяют оценивать высоту волн H по их ве-
личине:
средняя высота волн Hc = 1.71
√
Eк;
значительная высота волн Hз = 2.83
√
Eк;
1/10 наиболее высоких волн H1/10 = 3.6
√
Eк.
Кумулятивные энергетические спектры для раз-
личных скоростей ветра приведены в справочни-
ках [2]. Там же приводились таблицы H(Eк) и
T (Vв) для расчета и прогнозирования развития
волн.
Теория волновых спектров HcpF = 1.7/
√
E,
T̃ = 0.285Vв узл, L̃ = 3.41T 2.
2.2. Наблюдаемые параметра ветровых волн
В литературе накоплены большие статические
данные о параметрах ветровых волн. Средние ве-
личины максимальных наблюдаемых волн указа-
ны в табл. 1:
Ветер Волны
Баллы V , H , L, V , T ,
м/сек м м м/сек сек
5 8 1.2 25 6.2 4.0
6 10 2.6 39 7.8 5.0
7 13 4.0 87 11.8 7.4
8 16 5.0 85 11.5 7.4
9 16 5.8 129 14.2 9.1
9 19 8.4 138 14.7 9.4
10 22 11.5 180 16.8 10.7
10 25 12.6 285 21.1 13.5
10 25 11.0 200 17.1 11.8
11 27 14.5 376 24.4 15.5
Связь между высотой морских волн H = 2a и
их длиной по результатам наблюдений дается при-
ближенной формулой [1]
H = 2a = 0.22λ0.718. (1)
2.3. Линейная теория поверхностных волн
Согласно линейной теории форма плоской про-
грессивной волны имеет вид косинусоиды:
y = a cos(кx − ωt) (2)
с круговой частотой ω = 2π/T , волновым числом
к = 2π/λ и амплитудой a [3].
Линейная теория позволяет легко установить
вертикальную скорость Vy движения волны в виде
ее мгновенной, средней и максимальной величин:
Vy = aω cosωt; V y = 4a/T ; Vymax = aω.
Форма поверхности волны имеет важное значе-
ние при проректировании ВЭС изгибного типа, где
необходимо учитывать изменение угла волнового
склона αв:
αв =
2πa
λ
sin(кx − ωt). (3)
60 Г.Ю.Савченко
ISSN 1561 -9087 Прикладна гiдромеханiка. 2016. Том 18, N 2. С. 58 – 63
Рис. 2. Значения мощности волн [кВт/м],
осредненные по длине волны
Максимальное значение угла волнового склона
αo
вmax = 57.3
2πa
λ
. (4)
Для больших глубина, период и длина волны
связаны соотношением [1]
T = 0.8
√
λ. (5)
Полная энергия волн, приходящаяся на участок,
равный длине волны и шириной 1 м, определяется
соотношением
Eλ =
γa2
2
λ = 4905a2λ, [Hм/м]. (6)
Удельная мощность волн, приходящаяся на 1 м
ширины их гребня (фронта), будет определяться
по энергии (6) за период T :
N =
4.9a2λ
T
[кВт/м], (7)
где γ – удельный вес воды [кГ/м3].
Располагаемая удельная мощность волн N
[кВт/м], приходящаяся на 1 м волнового фронта,
представлена на рис. 2, где представлены расчеты
по тееории спектров и результаты наблюдений за
параметрами морского волнения в диапазоне ам-
плитуд a = 1÷3 м, длине волн L до 100 м и периода
до T = 10 с.
Однако при морском волнении могут возникать
и нелинейные волны трохоидальной формы. Они
возникают среди волн максимальной высоты на
глубокой воде при h/λ = 0.14 и имеют максималь-
ный угол склона αв = 30o.
Рис. 3. Характерные фазы рабочего цикла
двухзвенной изгибной ВЭС в режиме
огибания волны
Волны с крутыми склонами кноидальной фор-
мы возникают также на мелководье, где они транс-
формируются вплоть до обрушения.
3. РАБОТА ИЗГИБНОЙ ВЭС В РЕЖИМЕ
ОГИБАНИЯ ВОЛН
В режиме огибания волны двухэлементный
трехпоплавковый модуль изгибной ВЭС должен
отслеживать профиль волны. При этом боковые
поплавки будут подниматься и опускаться в про-
тивофазе относительно центрального поплавка,
а подвижные элементы модуля будут совершать
угловые колебания вокруг оси центрального по-
плавка.
Для обеспечения режима огибания волны якор-
ная цепь ВЭС должна быть достаточно длинной
и тяжелой, чтобы допускать перемещение модуля
по вертикали и ограничивать перемещение по го-
ризонтали.
Характерные фазы рабочего цикла модуля ВЭС
показаны на рис. 3, где отмечены последователь-
ные фазы движения волны через 1/4 периода в
направлении справа налево.
Согласно схемы движения рис. 3, а, модуль
имеющий начальную прямолинейную позицию по-
плавков на склоне волны "а а а" , в фазе "1"пере-
ходит в выгнутую позицию "b b b" в фазе волны
"2" , смещенную на 1/4 λ в направлении движе-
ния волны. При этом боковые поплавки на дли-
не рычага L = 0.125λ оказываются смещенными
вниз симметрично центральному поплавку на ма-
ксимальную величину Yd по вертикали.
Г.Ю.Савченко 61
ISSN 1561 -9087 Прикладна гiдромеханiка. 2016. Том 18, N 2. С. 58 – 63
3.1. Оценка мощности модуля ВЭС
Для того, чтобы силы веса и плавучести поплав-
ка могли совершать работу при его периодиче-
ских вертикальных движениях на волнах, попла-
вок должен изменять свою осадку h0.
Примем, что силы веса G′
p и плавучести P ′
p ли-
нейно зависят от осадки h0 ± ∆h:
P ′
p =
Qd
Dd
∆h; G′
p =
Qd
Dd
(−∆h), (8)
где Qd – полное водоизмещение поплавка; Dd –
высота (диаметр) поплавка; ∆h – изменение осад-
ки; h0 – осадка покоя поплавка.
Согласно кинематики движения поплавка на
волне рис. 3 линейная теория волн позволяет
вычислить величину вертикального перемещения
поплавка Yd при переходе модуля из крайней по-
зиции "b b b"в нижнюю "d d d":
Yd = 2a
[
1 − sin(2π(0.25 + Ld))
]
= 2Ka, (9)
где Ld =
Ld
λ
– безразмерная длина рычага.
Работа силы плавучести (8) на пути (9) должна
учитывать сокращение пути на величину измене-
ния осадки ∆h:
E1 = P ′
p(Yd − ∆h). (10)
Работа на пути всплывания ∆h до осадки покоя
hc при линейной зависимости силы плавучести от
осадки (10) будет определяться соотношением
E2 =
1
2
P ′
d∆h =
1
2
Qd
Dd
∆h2. (11)
Полная работа при подъеме поплавка будет рав-
на сумме (10) и (11):
E1 + E2 = P ′
d(Yd − 1
2
∆h). (12)
Средняя мощность модуля за полный период бу-
дет
N =
4
102
Qd∆h
TDd
(
Yd − 1
2
∆h
)
. (13)
Если вместо изменения осадки ∆h указать ее
максимальную величину
∆h ≤ Dd
2
,
то получим оценку средней мощности при макси-
мальной осадке:
Рис. 4. Средняя мощность модуля ВЭС в
зависимости от амплитуды волн и размеров боковых
поплавков Dd = 1; 2. Средняя мощность определена
для значений к = 1 при длине рычага L = 0.25λ (9).
Сплошная линия – мощность N по формуле (13)
(модель МПВ), (14); штриховая линия – мощность N
по формуле (15), где использована модель точечных
размеров поплавка (МТП)
Nm =
2
102
Qd
T
(
Yd − Dd
4
)
. (14)
Если в формуле (14) заменить Yd его эквивален-
тным значением (9)
Yd = 2Ka,
где K изменяется в пределах 0 ÷ 1 и зависит от
длины рычага Ld =
Ld
λ
,то можно получить ма-
ксимальную оценку мощности в виде
Nm =
4
102
Qda
T
. (15)
когда K = 1, 0.25Dd � 2Ka.
Оценка мощности по (15) означает, что исполь-
зуется модель с точечными размерами поплавка
(МТП), но максимально возможными силами ве-
са и плавучести и оптимальной длиной рычага
Ld = 0.25λ. Такая модель является идеализиро-
ванной, но она полезна своей простотой для макси-
мальной оценки мощности при выборе параметров
модуля, габаритов поплавка и электрогенератора.
На рис. 4 представлена средняя мощность мо-
дуля ВЭС, раcсчитанная по формулам (13), (14)
с учетом осадки (сплошная линия ∆ – модель по-
гружного в волну поплавка (МПВ) и по модели
точечных размеров поплавка (МТП) (15) – штри-
ховая линия ◦), для диаметров боковых поплавков
Dd = 1 м и Dd = 2 м.
Сравнение средней мощности модуля с распола-
гаемой энергией волн (рис. 2) показывает возмож-
ность использования модуля от 3 до 60% распола-
62 Г.Ю.Савченко
ISSN 1561 -9087 Прикладна гiдромеханiка. 2016. Том 18, N 2. С. 58 – 63
гаемой энергии волн. Отбор энергии волн повыша-
ется с увеличением амплитуды волн и диаметра
поплавков.
РЕКОМЕНДАЦИИ
Структура формул для оценки средней мощности
N показывает, что для обеспечения максимальной
мощности выражение в скобках в формулах (13),
(14) должно быть максимальным. Это можно сде-
лать двумя независимыми путями:
1. Увеличить путь вертикального движения по-
плавка Yd (9) за счет увеличения относительной
длины рачага Ld =
Ld
λ
поплавка (рис. 3, б):
Ld =
Ld
λ
≥ 0.25;
2. Уменьшить изменение осадки ∆h поплавка
при сохранении силы P ′
d; G′
p (8), что достигается
изменением формы поплавков на плоские прямо-
угольные и сплющенные эллиптические [5]:
∆h
∣
∣
∣
∣
∣
∣
→ O,
∆h
Dd
= const.
Рекомендуется использовать волны амплитудой
0.5 ÷ 1.75 м и периодом T = 4 ÷ 7 с. Такие вол-
ны имеют умеренную длину волны λ = 16 ÷ 60
м и обеспеченность – 7000 ÷ 2500 часов в год для
побережья Черного моря.
1. Войткунский Я.И., Першитц Р.Я., Титов И.А.
Справочник по теории корабля.– Л.: Судострое-
ние, 1960.– 687 с.
2. Пирсон В.Дж. Ветровые волны.– М.: ИЛ, 1962.–
441 с.
3. Ньюмен Дж. Морская гидромеханика.– Л.: Судо-
строение, 1985.– 362 с.
4. Коробков В.А. Преобразование энергии океана.–
Л.: Судостроение, 1986.– 240 с.
5. Pelamis wave power The Scotsman Newspaper Tu 21
May 2013
http://www.scotsman.com/news/environment/
Г.Ю.Савченко 63
|