Альтернативні джерела енергії 2 Вітроенергетика: історія

Міністерство освіти, і молодіжної політики

Киргизької республіки

Киргизький державний технічний

університет ім. І. Раззакова

Факультет транспорту та машинобудування:

Кафедра загальна фізика:

Доповідь

З дисципліни: Фізика

На тему: Альтернативні джерела енергії.

Виконали: Долгоульскій А. Сайдаматов Е.

Перевірила: Аманбаева Г.М.

Бішкек 2007-04-25

ВСТУП.

На порозі XXI століття людина все частіше став замислюватися про те, що стане основою його існування в новій ері. Енергія була і залишається головною складовою життя людини. Люди пройшли шлях від першого багаття до атомних електростанцій.

Існують «традиційні» види альтернативної енергії: енергія Сонця і вітру, морських хвиль і гарячих джерел, припливів і відливів. На основі цих природних ресурсів були створені електростанції: вітряні, приливні, геотермальні, сонячні.

Вітряні електростанції.

Принцип дії вітряних електростанцій простий: вітер крутить лопаті вітряка, приводячи в рух вал електрогенератора. Генератор в свою чергу виробляє енергію електричну. Виходить, що вітроелектростанції працюють, як іграшкові машини на батарейках, тільки принцип їх дії протилежний. Замість перетворення електричної енергії в механічну, енергія вітру перетворюється в електричний струм.

Припливні електростанції.

Для вироблення електроенергії електростанції такого типу використовують енергію припливу. Перша така електростанція (Паужетская)
потужністю 5 МВт була побудована на Камчатці. Для влаштування найпростішої припливної електростанції (ПЕС) потрібен басейн - перекритий греблею затоку або гирлі річки. У греблі є водопропускні отвори і встановлені турбіни, які обертають генератор. Під час припливу вода надходить у басейн. Коли рівні води в басейні і море зрівняються, затвори водопропускних отворів закриваються. З настанням відливу рівень води в морі знижується, і, коли натиск стає достатнім, турбіни і сполучені з ним електрогенератори починають працювати, а вода з басейну поступово йде.

Геотермальні електростанції.

Електростанції такого типу перетворять внутрішнє тепло Землі (енергію гарячих пароводяних джерел) в електрику. Перша геотермальна електростанція була побудована на Камчатці. Існує декілька схем отримання електроенергії на геотермальної електростанції. Пряма схема: природний пар направляється по трубам в турбіни, з'єднані з електрогенераторами. Непряма схема: пар попередньо (до того як потрапляє в турбіни) очищають від газів, що викликають руйнування труб. Змішана схема: неочищений пара надходить у турбіни, а потім з води, що утворився в результаті конденсації, видаляють не розчинилися в ній гази.

Сонячні електростанції.

В даний час будуються сонячні електростанції в основному двох типів: сонячні електростанції баштового типу і сонячні електростанції розподіленого (модульного) типу.

У баштових сонячних електростанціях використовується центральний приймач з полем геліостатів, що забезпечує ступінь концентрації в кілька тисяч. Система спостереження за Сонцем значно складна, тому що потрібно обертання навколо двох осей. Управління системою здійснюється за допомогою ЕОМ. Як робоче тіло в тепловому двигуні зазвичай використовується водяний пар з температурою до 550 º С, повітря та інші гази - до 1000 º С, низкокипящие органічні рідини (у тому числі фреони) - до 100 º С, жидкометаллическим теплоносії - до 800 º С .

Теплові електростанції.

Теплові електростанції працюють за таким принципом: паливо спалюється в топці парового котла. Виділяється при горінні тепло випаровує воду, що циркулює всередині розташованих в котлі труб, і перегріває утворився пар. Пар, розширюючись, обертає турбіну, а та, у свою чергу, - вал електричного генератора. Потім відпрацював пара конденсується, вода з конденсатора через систему підігрівачів повертається в котел.

Гідроелектростанції.

Гідрозлектростанціі перетворять енергію потоку води в електроенергію за допомогою гідравлічних турбін, що призводять в обертання електричні генератори. Найбільший ККД гідроелектростанція має тоді, коли потік води падає на турбіну зверху. Для цих цілей будується дамба, що піднімає рівень води в річці і зосереджуються напір води в місці розташування турбін.

Атомні електростанції.

Такі електростанції діють за таким же принципом, що й «ТЕС, але використовують для паротворення енергію, що виходить при розпаді радіоактивної. В якості палива використовується збагачена руда урану. Ядерний реактор працює на основі ланцюгової ядерної реакції, коли поділ одного ядра викликає розподіл інших ядер; таким чином, реакція сама себе підтримує.

Термоядерні електростанції.

В даний час учені працюють над створенням термоядерні електростанції, перевагою яких є забезпечення людства електроенергією на необмежений час. Термоядерна електростанція працює на основі термоядерного синтезу - реакції синтезу важких ізотопів водню з утворенням гелію і виділенням енергії. Реакція термоядерного синтезу не дає газоподібних і рідких радіоактивних відходів, не напрацьовує плутоній, який використовується для виробництва ядерної зброї. Якщо ще врахувати, що пальним для термоядерних станцій буде важкий ізотоп водню дейтерій, який отримують із простої води - у півлітрі води укладена енергія синтезу, еквівалентна тій, що вийде при спалюванні бочки бензину, - то переваги електростанцій, заснованих на термоядерній реакції, стають очевидними .

РОЗДІЛ 1 Вітроенергетика

§ 1.1.Історія розвитку

Розвиток будь-якої країни значною мірою пов'язане із забезпеченістю ресурсами, у тому числі енергетичними. Встановлено, що темпи приросту національного доходу приблизно соотвецтвуют темпами зростання споживання енергії.

Людина завжди прагнула використати сили природи, розвиток виробничих процесів зажадало переходу від застосування мускульної сили до використання нових джерел енергії. Перш за все людина звернулася до сили води і вітру, які використовувалися в промисловому виробництві, але головним чином у сільському господарстві.

Вперше енергія вітру була використана, мабуть, для пересування вітрильних суден, а пізніше-також для підйому води і розмелювання зерна. Перші вітряні двигуни, за припущенням - з вертикальною віссю обертання, були побудовані більше 2 тис. років тому. Вавилоняни ще до нашої ери використовували їх для осушення боліт, в Єгипті, на Близькому Сході, в Персії будували вітряні водопідйомники і млини. До теперішнього часу в деяких країнах басейну Середземного моря можна зустріти вітряні млини з крилами, що мають поперечні вітрила.

У Європі, спочатку у Франції, вітряні млини з'явилися в ХХ II ст. Ф. Енгельс писав, що «вітряк була винайдена близько 1000 р.». В Англії працювали млини, однотипні за принципом дії з французькими. У Німеччині перший млин була побудована в 1393 р. З Німеччини вони поширилися в інші країни. У Х IV столітті голландці широко використовували вітряні млини для осушення боліт і озер. На початку Х VII ст. велика частина території осушувалися за допомогою вітроустановок потужністю до 30 - 35 кВт. У цей же період з'явилися вдосконалені конструкції млинів і нові вітряні двигуни, які використовували для приводу машин папероробних фабрик, лісопилок та інших пристроїв. У 30-х роках Х VIII ст. у Голландії працювали 1200 вітроустановок, які охороняли 2 / 3 країни від зворотного перетворення на болота. Перше виклад теорії вітродвигуна відносять до початку Х VIII ст. У більш систематизованому вигляді вона з'явилася в кінці Х I Х ст. в Америці і Європі.

Конструкції перших вітряних млинів в Росії були, мабуть, запозичені в Німеччині, і їх називали німецькими. До початку Х VIII ст. число млинів стало значним, і їх застосування придбало державне значення. Багато чого для їх розповсюдження в Росії зробив Петро 1. У Х VIII - Х I Х ст. млини споруджувалися практично повсюдно, і до початку першої світової війни в Росії експлуатувалося понад 200 тис. млинів, які щорічно перемелювали 2 / 3 всього товарного зерна.

До середини минулого сторіччя в США експлуатувалося майже 6 млн. малопотужних вітродвигунів для підйому води, вироблення електроенергії та виконання інших простих робіт. Понад 150 тис. установок налічується в США і сьогодні.

У Росії поряд з кустарними млинами на початку минулого століття почалося виготовлення в заводських умовах (у майстернях) тихохідних багатолопатеве деревометаличні вітродвигунів системи інж. В.П. Давидова, які застосовували головним чином для механізації підйому води. Деяке число вітродвигунів завезли з Німеччини, Франції та США, де їх виробництво було налагоджено дещо раніше. В основному випускалося багатолопатеву двигуни, але вони вже були забезпечені системами автоматичного регулювання швидкості обертання і потужності, механізмами орієнтації вітроколеса за напрямком потоку. Сумарний річний випуск в основних промислово розвинених країнах становив сотні тисяч двигунів. Пізніше, на початку нашого століття, ряд країн (США, Франція, Німеччина, Австралія, Великобританія і. Ін) почав в значних кількостях випускати на заводах також і більш досконалі за конструкцією і економічні швидкохідні вітроагрегати, призначені в першу чергу для отримання електричної енергії . Їх використовували для освітлення невеликих і віддалених об'єктів і зарядки аккумулярних батарей.

У нашій країні широкий розвиток науково-дослідних і дослідно-конструкторських робіт у галузі вітроенергетики почалося буквально з перших днів Радянської влади. Вже в 1918 р. В. І. Ленін вважав за необхідне доручити Академії наук включити в план реорганізації промисловості та економічного пол'ема Росії поряд з іншими проблемами водні сили і вітряні двигуни взагалі і в застосуванні до землеробства. Через 3 роки він знову повертається до цього питання і в листі до А.П. Серебровського підкреслює важливість використання вітродвигунів в Азербайджані. В.І. Ленін вказував на необхідність використання непервоклассних сортів палива для отримання електричної енергії з найменшими витратами на видобуток і перевезення пального. Саме тому він надавав великого значення таким енергетичним джерелам, як вітер.

Перший етап розвитку вітроенергетики в нашій країні (до середини 30-х років) характеризується в основному теоретичними дослідженнями. Н.Є. Жуковським і його учнями Г.Х. Сабінін, В.П. Ветчинкіна та ін була розроблена теорія ідеального і реального вітродвигунів, которойпользуются у всьому світі. У той же період створені аеродинамічні профілі високої якості для лопат вітроколіс, спроектовані дослідні установки та проведено продування моделей у трубах, вивчені характеристики вітродвигунів. Проводилися випробування різних конструкцій вітроагрегатів та установок, удосконалювалися методи їх розрахунку та проектування.

Паралельно велися роботи по створенню нових моделей і тіповветродвігателей. Вже в 1924 році під керівництвом Н.В. Красовського у відділі вітродвигунів (ОВС) ЦАГІ був розроблений швидкохідний двигун потужністю до 50 к.с. з новою системою регулювання частоти обертання колеса, запропонованої Г.Х. Сабінін. Вона отримала назву стабілізаторной. З метою розширення робіт зі створення вітродвигунів та використання енергії вітру в 1930 р на базі ОВС ЦАГІ був організований Центральний вітроенергетичний інститут (ЦВЕІ), єдиний в світі в той час науково-дослідницька оргонізація такого профілю.

У ті роки вдалося швидко розробити конструкції тихохідних вітродвигунів ВД-5 і ВД-8 для серійного виробництва. Після модернізації ці двигуни, призначені для підйому води, а також для роботи з деякими сільськогосподарськими машинами (млинами, дробарками кормів, фуражу та ін), почали випускати у великих кількостях під марками ТВ-5 і ТБ-8. Була також створена конструкція і освоєно виробництво швидкохідного вітродвигуна Д-12 з стабілізаторной системою регулювання, який використовувався в сільському господарстві, в Арктиці, на зимівниках, на метеостанціях і для енергопостачання інших об'єктів.

У зв'язку з початком електрофікації сільського господарства були організовані роботи по створенню вітроелектричних станцій (ВЕС). У 1930 році була спроектована, а в 1931 році споруджена в Криму найбільша в світі ВЕС Д-30 потужністю 100 кВт. Станція працювала до 1942 року і давала електроенергію в мережу Севастопольенерго напругою 6300 В. Середньорічне вироблення енергії ВЕС перевищувала 270 МВт.год Під час Великої вітчизняної війни вона була зруйнована. До цього ж періоду відноситься створення в нашій країні проектів найбільших в світі ВЕС потужністю 1000 і 5000 кВт, які не змогли бути реалізовані через війну.

З 1936 р. основні проектні та слідчі роботи з використання енергії вітру, в першу чергу для нуждсела, були передані Всесоюзному НДІ механізації сільського хозяіства (ВІМ). У 1938 р. у складі Всесоюзного науково-дослідного інституту сільськогосподарського машинобудування (ВИСХОМ) було організовано конструкторське бюро з серійним вітродвигуна. Ряду підприємств доручили випуск установок. За 4 передвоєнних року тільки в колгоспах і радгоспах було побудовано більше 8000 вітросилових установок, з допомогою яких механізували трудомісткі процеси на фермах, в першу чергу водопостачання тварин.

У цей період і в перші післявоєнні роки був прийнятий ряд партійних і урядових постанов про розвиток ветроіспользованія. Х VIII з'їзд партії в резолюції по 3-ому п'ятирічному плану (1938-1942 рр..) Вказав на необ'ходімость з метою економії палива широко розвинути будівництво невеликих вітроелектростанцій, організувати масове виробництво вітродвигунів і широко розгорнути спорудження колгоспних вітросилових установок.

У роки Великої Вітчизняної війни, коли не вистачало палива, в селі широко розгорнулося будівництво вітряних млинів. Відразу після закінчення війни було організовано промислове виробництво модернізованих вітродвигунів типів ТВ-5, ТБ-8, УНДІМ-Д-10, електричних зарядних вітроагрегатів невеликої потужності та інших установок, створені та випущені досвідченими партіями спеціальні станції Д-18 і 1Д-18 ЦАГІ потужністю 30кВт. У законі про 4-й п'ятирічний план розвитку народного господарства країни записано: «Забезпечити масове будівництво вітростанцій».

У роки, що передували другій світовій воїна, і аж до середини 50-х років у багатьох країнах нарядус розширенням масштабів виробництва та застосування вітродвигунів невеликої та середньої потужності велику увагу почали приділяти створенню та будівництва великих ВЕС. Так, на початку 1941р. в США була побудована станція 1,25 МВт з дволопатеве вітроколеса. Кілька років вона успішно працювала, виробляючи енергію, яка надходила до місцевої електричну мережу. У березні 1945 р. її експлуатація була припинена внаслідок пошкодження однієї з лопатей, викликаного вібрацією.

Після війни датчани створили три типи ВЕС потужністю 12,45 і 200 кВт для роботи на електричну мережу. Великобританія побудувала для випробувань кілька демонстраційних 100 кіловатний вітроелектростанцій, в тому числі одну установку принципово нового типу системи Андро з пневматичної передачею потужності від вітроколеса генератору, встановленому разом з повітряною турбіною в нижній частині машини.

Під керівництвом проф. У. Хюттера в Німеччині було здійснено ряд удосконалень ВЕС. Найбільша з них мала розрахункову потужність 100 кВт. Найбільш досконалими з них були установки фірми Allgaier.

Французькі вчені і конструктори створили кілька вітроелектричних станцій потужністю від 130 до 800 кВт з синхронним і асинхронними генераторами. Вони працювали на електричні мережі спільно з іншими, в основному тепловими, електростанціями. У цей же період велися роботи в області вітроенергетики в Швеції, Австралії, Канаді, Нідерландах, Аргентині, Мексиці та низці інших країн.

У нашій країні 50-і роки стали новим етапомдальнейшего розширення робіт у галузі використання енергії вітру. У серпні 1954 р. Рада Міністрів СРСР приймає розгорнуте постанову про подальший розвиток вітроенергетики та розширення масштабів використання ресурсів вітру, яким були визначені завдання щодо організації досліджень, розробці нових конструкцій вітроагрегатів, їх виробництва і впровадження в народне господарство, поліпшення експлуатації. Була створена Центральна науково-дослідна лабораторія з вітродвигунів (ЦНІЛВ), групи або лабораторії вітроенергетики в ряді республіканських науково-дослідних і проектних інститутів. Основна увага в цей період приділялася використання енергії вітру в сельскохозяіственном провадженні.

Вже в середині 50-х років різко зріс випуск вітроенергетичного обладнання різних типів тільки в 1956 р. було вироблено 9 тис. вітродвигунів. Одночасно у Всесоюзному НДІ електрифікації сільського господарства (ВІЕСХ) розширилися дослідження в галузі експлуатації вітроустановок, їх агрегатування з робочими машинами і генераторами з питань аеродинаміки розширилися роботи в ЦАГІ. Розробками вітроенергетичного кадастру, питань акумулювання енергії, нових методів розрахунку конструкції і оптимізації сфер применеия, дослідженнями в області підвищення надійності та ефективності експлуатації був зайнятий ряд центральних і республіканських інститутів та організацій. Були винайдені нові системи регулювання вітродвигунів, розроблені ефективні методи використання ВЕС, конструкції вітроагрегатів різного призначення, в тому числі для пасовищного водопостачання «Беркут» з електронасосом підвищеної частоти, УВЕУ-(1-4) -6 (нині АВЕУ-6), забезпечений заглибним електронасосом з двигуном промислової частоти, СБ-3Т з насосом вібраційного типу та ряд інших. У Казахстані була споруджена многоагрегатное ВЕС потужністю 400кВт, побудовані і випробувані зразки агрегатів і станцій потужністю від 0,2 до 30 кВт.В 1971 році на ряді заводів був організований випуск дослідних партій агрегатів чотирьох типів і проведена їх експлуатаційна перевірка на пасдбіщах Черних земель Кизлярський степів і в інших зонах. Тривали роботи над створенням ветрооогрегата Вихор з пневмотіческім насосом, електричних агрегатів Сокіл і УВЕУ-(8-16) -12 потужністю 15 кВт а так само розроблялися проекти більш потужних експериментальних ВЕС до 100кВт призначених для комплексного використання.

За неповними даними ЮНЕСКО, у 1960р. у світі налічується понад 1 млн ВЕС різних типів і призначення, в тому числі понад півмільйона швидкохідних вітроелектричних агрегатів. Більшість вітродвигунів використовувалося в системах сільськогосподарського водопостачання, для зарядки акумуляторних батарей і пміанія енергією невеликих об'єктів, на лініях радіорелейного зв'язку і для інших цілей у районах із сприятливим вітровим режимом, віддалених від джерел централізованого енергопостачання, У 1968 р. тільки в Австралії експлуатувалося майже 250 тис . вітроустановок.

У роки так званого «енергетичному кризи» (початок 70-хроків), викликаного збільшенням в усьому світі споживання енергії, поступовим скороченням запасів традиційних енергоресурсів і зростанням цін на рідке паливо, в багатьох країнах різко розширилися роботи з використання відновлюваних джерел енергії, в першу чергу Сонця, вітру, теплоти надр Землі і ін Відповідно до національних енергетичними програмами створені нові більш ефективні вітроустановки та станції з одиничною потужністю до 2-3 МВт, ведуться розробка нових конструкцій і пошук економічних технологій преоброзованія енергії вітру в електричну, хімічну енергію і теплоту . По суті ставиться і вирішується проблема технічного переозброєння цього напрямку енергетики на основі широкого використання результатів фундаментальних і прикладних досліджень, впровадження досягнень НТР.

Подальший розвиток вітроенергетики як галузі науки і техніки, що розробляє теоретичні основи, методи і засоби використання енергії вітру для виробництва механічної, електричної енергії і теплоти, є важливим народногосподарським проблемою. Одне із завдань галузі-на кожному з етапів розвитку країни визначати масштаби доцільного використання вітрової енергії в народному хозяйстве.Із двох складових частин вітроенергетики-вітротехніки і ветроіспользованія - перша покликана розробляти теоретичні засади та удосконалювати практичні прийоми проектування технічних засобів, друга - обгрунтовувати і вирішувати теоретичні і практичні питання оптимального використання ресурсів вітрової енергії, раціональної експлуатації установок, визначення їх техніко-економічних показників, узагальнення та поширення досвіду застосування вітроустановок в різних галузях, зонах і умовах, щоб вирішити головне завдання - забезпечити потребу країни в енергії.

§ 1.2ВЕТЕР ЯК ДЖЕРЕЛО ЕНЕРГІЇ.

Вітер в приземному шарі утворюється внаслідок нерівномірного нагрівання земної поверхні Сонцем. Оскільки поверхня Землі неоднорідна, то навіть на одній і тій же широті суша і водні простори, гори і лісові масиви, пустелі і болотисті низини нагріваються по-різному. Протягом дня над морями і океанами повітря залишається порівняно холодним, оскільки значна частина енергії сонячного випромінювання витрачається на випаровування води або поглинається нею. Над сушею повітря прогрівається більше, розширюється, знижує свою масову щільність і спрямовується в більш високі шари над землею. Його заміщують більш холодні, а отже, більш щільні повітряні маси, що розташовувалися над водними просторами, що і призводить до виникнення вітру як спрямованому переміщенню великих мас повітря. Ці місцеві вітри, утворюються в прибережних зонах, носять назву бризів. Річні зміни температури в берегових районах великих морів і океанів викликають циркуляцію більшого масштабу, ніж бризи, звані мусонами. Вони діляться на морські та материкові, відрізняються, як правило, великими швидкостями і протягом ночі змінюють свій напрямок. Аналогічні процеси відбуваються в гористих місцях і долинах внаслідок різних рівнів нагріву екваторіальних зон і полюсів Землі і багатьох інших факторів. Характер циркуляції земної атмосфери ускладнюється внаслідок сил інерції, що виникають при обертанні Землі. Вони викликають різні відхилення повітряних течій, утворюється безліч циркуляції, більшою чи меншою мірою взаємодіючих між собою.

Сила і напрямок вітру в різних зонах по-різному змінюються залежно від висоти над поверхнею Землі. Так, на екваторі близько до земної поверхні розташована зона з відносно невеликими і змінними за напрямом швидкостями вітру, а у верхніх шарах виникають досить великі за швидкістю повітряні потоки в східному напрямку. На висоті від 1 до 4 км від поверхні Землі, в зоні між 30 ° північної і південної широт утворюються достатньо рівномірні повітряні течії, звані пасатами. У північній півкулі ближче до поверхні Землі їх середня швидкість становить 7 - 9 м / с.

Навколо зони зниженого тиску утворюються великомасштабні циркуляції повітряних мас - в північній півкулі проти напрямку руху годинникової стрілки, а в південному - у напрямку її руху. Внаслідок нахилу 23,5 ° осі руху Землі до площини її обертання щодо Сонця відбуваються сезонні зміни теплової енергії, одержуваної від нього, величина яких залежить від сили і напряму вітру над певною зоною земної поверхні. 36

На відносно великій висоті над поверхнею Землі (у середньому 8-12 км) у тропосфері виникають досить рівномірні і потужні повітряні течії, що отримали назву струменевих. Їх утворення викликано особливостями висотної атмосферної циркуляції, тому характеристики струменевих течій істотно відрізняються від параметрів приземного вітру.

Розміри струменевих течій у поперечнику досягають 400-600 км, а протяжність - др 1000 км. Зазвичай вони не піддаються великим сезонним змінам, але можуть змінювати своє розташування по висоті. Так, над Східним Сибіром і Чукоткою вони іноді опускаються до висоти 3-4 км від поверхні Землі. Швидкості повітряних мас в ядрі струменевого течії складають 30-80 км / год, але часто доходять до 200 км / ч.

Таким чином, теплова енергія, безперервно надходить від Сонця, перетворюється в кінетичну енергію руху в атмосфері величезних мас повітря, циркуляція яких і називається вітром.

ЕНЕРГЕТИЧНІ ХАРАКТЕРИСТИКИ ВІТРУ

Вітер є одним з найбільш потужних енергетичних джерел, який здавна використовується людиною, і при сприятливих умовах може бути утилізовано в інтересах народного господарства в значно більших масштабах, ніж це має місце в даний час. За орієнтовними оцінками, енергія, 'яка безперервно надходить від Сонця, відповідає сумарній потужності, що перевищує ^{11 жовтень} ГВт. Це визначає можливу річну вироблення енергії вітроагрегатами, рівну 1,18 • 10 ¹³ кВт-год, що у багато разів перевищує кількість енергії, споживаної сьогодні у світі. За оцінками МІРЕК, щорічно в світі споживається близько 3 млрд. т умовного палива. У розвинених країнах споживання досягло 0,6 т умовного палива на рік на одну людину, в що розвиваються - в ​​3 рази менше.

Енергетичні установки зазвичай використовують вітер у приземному шарі на висоті до 50 - 70 м, рідше - до 100 м від поверхні Землі, тому найбільший інтерес представляють характеристики руху повітряних потоків саме в цьому шарі. Надалі, у міру створення відповідних технічних засобів, можуть виявитися практично цінними також струменеві течії, характерні для тропопаузи.

Найважливішою характеристикою, що визначає енергетичну цінність вітру, є його. швидкість. У силу ряду метеорологічних чинників (обурення атмосфери, зміни сонячної активності, кількості теплової енергії, що поступає на Землю, та інших причин), а також внаслідок впливу рельєфних умов безперервна тривалість вітру в певній місцевості, його швидкість і напрямок змінюються за випадковим законом. Тому потужність, яку може виробляти вітро-установка в різні періоди часу, вдається передбачати з дуже малою ймовірністю. У той же час сумарне вироблення агрегату, особливо за тривалий проміжок часу, можна розрахувати з високим рівнем достовірності, так як середня швидкість вітру і частота розподілу швидкостей протягом року або сезону змінюються мало.

Одиницями вимірювання швидкості в СРСР є метр на секунду (м / с) і кілометр на годину (км / ч), за кордоном застосовують також миля на годину (1 миля / ч = 0,44 м / с). Напрямок вектора швидкості вимірюється в градусах або румбах і показує його кутове положення щодо спрямування (зазвичай північного), прийнятого за початок відліку.

Для вимірювання миттєвої швидкості вітру, тобто шляхи повітряного потоку, пройденого їм за проміжок часу, що вимірюється секундами або навіть частками секунд, користуються анемометрами різних конструкцій. Чим менше інтервал часу усереднення швидкості, тим менш інерційним повинно бути ветропріемное пристрій анемометра. Тому для подібних вимірів використовують спеціальний клас приладів - малоінерційні.

Усереднену за більш тривалі проміжки (кілька десятків секунд або хвилин) швидкість потоку вимірюють анемометрами і інтегруючими пристроями різноманітних типів, які мають також прилади для отримання візуальних відліків і реєструє частину, що забезпечує запис швидкостей на стрічку. Похибка вимірювання швидкості анемометром може доходити до 5 -7%, тому в тих випадках, коли потрібна велика точність, наприклад при випробуваннях в аеродинамічній трубі вітродвигунів і їхніх моделей, використовують трубку Піто, з'єднану з мікроманометра. На деяких метеостанціях поряд з анемометром іноді ще використовують флюгер Вільда, але він не дає необхідної точності вимірювань швидкості, і практично для отримання даних з метою проведення енергетічеекіх розрахунків він непридатний.

Миттєва швидкість вітру часто визначає динамічний вплив повітряного потоку на вітродвигун. Динамічні характеристики потоку, його пориви впливають на роботу автоматичних систем регулювання та орієнтації. Кількість енергії, яку може виробити вітроагрегат, залежить в першу чергу від усередненої швидкості вітру за певний інтервал часу і по всьому перетину потоку, рівному площі поверхні, захоплюваної вітроколеса. Саме ця швидкість в основному визначає також режими роботи агрегату.

Середня швидкість вітру v за вибраний проміжок часу Т = t ₂ - t ₁ визначається відношенням суми виміряних значень миттєвої швидкості Vj до числа вимірювань n:

Середньодобову швидкість v _добу знаходять розподілом на 24 суми середньогодинні швидкостей v _4, а середньорічну v _r - поділом на 365 суми всіх

v _cyT за рік.

Середні значення швидкостей в даному районі, як правило, визначають за даними спостережень на метеостанціях, а в ряді випадків - за матеріалами анеморазведок. Залежно від категорії і класу метеостанції, вимог та особливостей об'єктів, що знаходяться поблизу від обслуговуючих станцій, метеорологічні терміни спостережень за швидкістю вітру встановлюються різні. Найчастіше прийняті інтервали в 3, 4 або 6 год з вимірами у певний час, але на частині метеостанцій і спеціальних об'єктів ведуть безперервну запис швидкостей (наприклад, на Московській і інших телевежа, при деяких аеропортах, в зонах з аномальним вітровим режимом і т. д.) або проводять щогодинні спостереження.

Клас відкритості метеостанції, ступінь захищеності (затіненості перешкодами) анемометра враховують при вимірах швидкості вітру різних напрямків (по румбах). Для класифікації станцій користуються спеціальною методикою, запропонованої В.Ю. Мілевським, яка викладена в літературі з метеорології. Методика забезпечує можливість кращого порівнянності спостережень, їх репрезентативності для обслуговується зони. На метеостанціях отримують і накопичують досить точні для практики відомості про среднеперіодних швидкостях, які у порівнянні з даними, обчисленими за середньогодинні швидкостям, дають відносно невелику похибку. Треба мати на увазі, що на свідчення анемометрів впливають їх розташування, макро-і мікрорельєф місцевості, клас відкритості метеостанції. Це слід враховувати при перерахунку швидкостей для певної висоти і для кожного конкретного району, де передбачається установка вітроагрегату, навіть якщо він розташований порівняно недалеко від станції.

Середні швидкості вітру змінюються в різний час доби, різні місяці і сезони. Тому розглядають добовий, місячний і сезонний хід швидкостей, що визначає загальну тенденцію їх зміни в зазначені періоди і оцінюючий макроструктуру повітряного потоку. Граничні значення швидкостей вітру, дані про його інтенсивності і мікроструктура потоку в різних точках його поперечного перерізу і поздовжнього вектора за відносно короткі проміжки часу є важливими режимними характеристиками вітру, використовуваними в розрахунках на міцність і довговічність агрегатів, при проектуванні механізмів приводу, систем регулювання та орієнтації , схем спільного використання з іншими установками і ін

Важливою характеристикою є вертикальний профіль вітру, тобто зміни його швидкості по висоті в приземному шарі. Вплив земної поверхні на швидкість і напрямок вітру зменшується у міру збільшення висоти. Тому швидкість зазвичай зростає, а поривчастість і прискорення потоку знижуються. Градієнт швидкостей влітку, як правило, менше, ніж взимку, коли вертикальний перепад температур відносно невеликий. При адіабатичному градієнті температури в нижніх шарах атмосфери вертикальний профіль вітру v (К) апроксимується залежностями виду

Найважливіше значення для надійності і довговічності вітроенергетичної установки мають значення граничних швидкостей вітру в зоні. \ Вони визначають прийняті розрахункові нормативи при проектуванні вузлів і конструкцій установки на міцність, параметри регуляторів, аеродинамічні характеристики лопатей. При визначенні розрахункових значень максимальних швидкостей вітру різної ймовірності, користуються формулою Л.С. Гандина і Л.Є. Анапольской

де F (x) - ймовірність того, що v перевершить задане значення х; (1, у - параметри рівняння, що залежать від характеристик зони і режимів вітру; е - основа натурального логарифма.

Для оцінки відносної швидкості вітру в метеорологічної практиці використовують коефіцієнт,%,

де - - Виміряна у певну годину швидкість; v - середня швидкість за вибраний проміжок часу; v _max> v _min - екстремальні значення швидкості вітру за цей період.

Лінії, що з'єднують точки на карті, мають рівні величини К ', називаються ізоплетамі.

Енергія Е повітряного потоку з поперечним перерізом F, Дж:

E = mv ² / ^2.

Секундна маса т повітря, що протікає зі швидкістю v через це перетин, кг / с:

m = pFv.

Підставляючи E в m, отримуємо, Дж / ​​с,

E = pv ³ F / 2,

де р - щільність повітря, рівна для нормальних умов 1,23 кг / м ³ (при t = 15 ° С і р = 101,3 кПа або 760мм рт. ст.).

Таким чином, енергія вітру змінюється пропорційно кубу його швидкості. Вітроколесо може перетворити в корисну роботу тільки частина цієї енергії, яка оцінюється коефіцієнтом використання енергії вітру £. Для ідеального крильчатиє вітроколеса максимально досяжна величина £, розрахована за класичної теорії Н.Є. Жуковського і теорії Г.Х. Сабініна, дорівнює відповідно 0,593 і 0,687. Сучасні вітродвигуни при роботі в номінальному (розрахунковому) режимі перетворять в механічну роботу не більше 45 - 48% кінетичної енергії вітрового потоку, що викликано різними втратами та іншими причинами. Кінетична енергія, якої потенційно має вітровий потік, залежить від швидкості вітру v, температури повітря t і атмосферного тиску р. Питома потужність (секундна енергія), яка укладена в потоці, що має поперечний переріз, рівне 1 м ^2, при t = +15 ° С і p = 101,3 кПа округлено становить:

Швидкість вітру, м / с ....... 4 6 8 10 14 18 22

Потужність потоку, кВт / м ² ... 0,04 0,13 0,31 0,61 1,67 3,6 6,25

По відношенню до цих умов зміна температури повітря від + 15 до 0 ° С підвищує потужність потоку приблизно на 6%, а при t = +30 ° С енергія, укладена в потоці, навпаки, знижується на 5%. При постійній температурі повітря 0 ° С зміна атмосферного тиску, наприклад, від 103,7 до 97,3 кПа (від 770 до 730 мм рт. Ст.) Знижує енергію потоку приблизно на 6%.

§ 1.3ПРІНЦІПИ ПЕРЕТВОРЕННЯ ЕНЕРГІЇ ВІТРУ ТА РОБОТИ Ветродвігатель

Повітряний потік, як і будь-яке рухоме тіло, володіє енергією руху, або запасом кінетичної енергії. Остання з допомогою вітроколеса або іншого робочого органу перетворюється на механічну енергію. У залежності від призначення вітроустановки механічна енергія за допомогою виконавчих механізмів (генератора, компресора, електролізера і т.д.) може бути перетворена в електричну, теплову або механічну енергію, а також в енергію стисненого повітря. Згідно (3.7) - (3.9) секундна кінетична енергія Е повітряного потоку з площею поперечного перерізу F, що має масу т, пліт-яость р і швидкість v, дорівнює pFv ³ / 2. Помічаючи, що F - П R ^2, і зробивши відповідні підстановки, одержимо, Н * м / с,

Рис 1. 1. Карусельний вітродвигун-шторка

Рис 1. 2. Модель карусельного вітродвигуна з повертаються лопатями

1 - вертикальна вісь, 2 - горизонтальні планки; 3 - повертаються лопаті; 4 - вісь лопаті

Отже, секундна енергія, або потужність повітряного потоку, пропорційна його щільності, плошали поперечного перерізу і кубу швидкості.

Частина повної енергії потоку, сприйнятої ветроколесам, яку вітродвигун перетворює на механічну енергію, оцінюється коефіцієнтом використання енергії вітру

який залежить від типу вітродвигуна та режиму його роботи.

Секундна робота або потужність, Н-м / с, що розвивається ветроколесам, визначається за формулою

Р = pv ³ F

Так як щільність повітря дуже мала (в 800 разів менше щільності води), то для отримання відносно великих потужностей доводиться застосовувати вітродвигуни зі значною поверхнею вітроколеса. Постійні зміни швидкості v призводять до того, що потужність, що розвивається двигуном, змінюється в дуже великих межах: від нуля під час штилю до величини, в десятки разів переважаючій встановлену потужність, на яку розраховують вітродвигун при розрахунковій швидкості вітру. Для перетворення кінетичної енергії повітряного потоку в механічну енергію можуть бути використані вітродвигуни різних типів. Першими (приблизно в XVIII ст. До н.е.) з'явилися, мабуть в Персії та Китаї, двигуни з вертикальною віссю обертання, як найбільш прості. Вони отримали назву карусельних. Щоб отримати обертаючий момент на осі, лопаті, рухомі назустріч вітру, повинні бути прикриті шторкою (рис. 4.3) або повертатися ребром до потоку (рис. 4.4). Для цього вони зміцнюються на осі за допомогою шарнірів і на активній ділянці шляху (в зоні А) фіксуються в потрібному положенні спеціальними пристроями (упорами).

Рис. 1.3. Роторний вітродвигун

Рис. 1.4. Барабанний вітродвигун

Різновидом двигунів карусельного типу є роторні двигуни, у яких робочі поверхні виконані не плоскими, а криволінійними (рис. 4.5). Тому тиск на них при русі по напрямку дії потоку і проти нього різний, що й обумовлює виникнення обертаючого моменту. Двигуни з плоскими робочими поверхнями, що обертаються відносно горизонтальної осі, отримали назву барабанних (рис. 4.6).

Всі перераховані типи двигунів працюють внаслідок наявності різниці сил лобового тиску, утворених відносно осі обертання. При цьому неважко показати, що найбільшу потужність двигун розвиває в тому випадку, коли робоча площина, що сприймає тиск вітру, рухається у напрямку потоку зі швидкістю, приблизно дорівнює 1 / 3 його швидкості. Більшість із зазначених типів двигунів має досить просту конструкцію, але тим не менш вони не знайшли широкого поширення із-за своєї тихохідність, громіздкість, малого значення коефіцієнта використання енергії вітру ij (в кращих умов він не перевищує 0,18), великих труднощів, що виникають при необхідності обладнання їх системами автоматичного регулювання розвивається потужності і частоти обертання.

В останні роки в ряді зарубіжних країн (США, Канаді, Аргентині, Великобританії та ін) велику увагу привернули до себе вітродвигуни з вертикальною віссю обертання, запропоновані в 30-х роках французьким винахідником Дар'ї. Цей вітродвигун (рис. 4.7) відрізняється тим, що його ветропріемное пристрій - ротор складається з двох-чотирьох вигнутих лопатей, що мають у поперечному перерізі аеродинамічний профіль. Лопаті, закріплені в точках А і Б на осі обертання, вигнуті так, що утворюють просторову конструкцію, що обертається під дією підйомної сили, що виникає на лопатях від вітрового потоку. Це дозволяє підвищити величину £ до 0,3-0,32. Перевагами такого вітродвигуна є його менший відносний вага на одиницю потужності, ніж в інших типів двигунів з верти-

ри c. 1.5. Ветродвігатель (ротор) системи Дарії:

1 - лопаті, 2 - вал, 3 - розтяжки, 4 - опора; 5 - привід

кальним віссю обертання, велика швидкохідність. Крім того, на відміну від двигунів з горизонтальною віссю система Дарії не потребує механізмі орієнтації в напрямку вітрового потоку.

Більш досконалими двигунами є так звані крило-чатие вітродвигуни з горизонтальною віссю обертання вітроколеса, робочий момент на якому створюється за рахунок аеродинамічних сил, що виникають на лопатях, які в простих конструкціях представляють собою площині. У сучасних агрегатах застосовують лопаті, що мають спеціальний аеродинамічний профіль. Вони з'явилися приблизно в IV - III ст. до н. е.. в Олександрії [321.

Рис. 1.6. Принципова схема вітродвигуна крильчасті типу з горизонтальною віссю обертання:

/ - Редуктор; 2 - генератор, 3 - вертикальний вал

Рис. 1.7. Принцип роботи вітроколеса:

а - підйомна сила крила Р _у; б - план швидкостей повітряного потоку і сил, що діють на лопать

Такі вітродвигуни більш швидкохідні, мають меншу відносну масу, забезпечені пристроями, що автоматично регулюють розвивається потужність, що обмежують частоту обертання і орієнтують вісь обертання вітроколеса за напрямком вектора швидкості потоку. Коефіцієнт використання енергії вітру у них приблизно в 3 рази вище, ніж у двигунів карусельного, роторного і барабанного типів.

У більшості країн виробляють і застосовують тільки крильчатиє вітродвигуни. Двигуни інших типів виготовляють зазвичай кустарним шляхом або виробляють в дуже невеликих кількостях. Тому надалі ми будемо розглядати тільки агрегати та установки з двигунами крильчасті типу. Основним робочим органом такого двигуна є вітроколесо з лопатями, розташованими по радіусах і під деяким кутом tp до площини обертання. Число лопатей може бути різним і залежить від призначення двигуна. При обтіканні повітряним потоком крила під ним створюється зона підвищеного тиску, а над ним, навпаки, зниженого. Це обумовлює виникнення підйомної сили P _v, яка створює обертаючий момент на вітроколесі

Електричні зарядні вітроагрегати, призначені для зарядки акумуляторів з метою висвітлення жител чабанів, польових станів, юрт оленярів, наметів і будиночків різних експедицій, а також для живлення сигнальних пристроїв, радіовузлів, приймачів і телевізорів, зазвичай мають потужність 1 кВт і використовуються в неелектрифікованих, віддалених від ліній електропередачі і малонаселених районах, де _v v> 3,5 м / с. Агрегати потужністю від 50 Вт до 1,5 кВт застосовують також як енергоустановок для живлення пристроїв катодного захисту магістральних нафто-і 'газопроводів, морських естакад, живлення автоматичних метеостанцій і опріснювальних установок індивідуального користування. Агрегати забезпечені акумуляторними батареями низької напруги (6-24 В), які працюють в буферному режимі.

Агрегат АВЕУ-2 (колишня марка - АВЕС-0, 1) має такі вузли (рис. 5.26): вітроколесо 1 діаметром 2 м, головка 2, хвіст 3, стійка 4 і електричний щиток з акумуляторною батареєю. Стійка головки прикріплена до опорного стовпа 5 і розтяжками 6, на якому закріплений важіль ручного управління, за допомогою якого, гальмуючи вал генератора, зупиняють агрегат.

Вітроколесо має дві металеві лопаті, що обертаються в підшипниках втулки, закріпленої-на валу генератора. Відцентровий регулятор працює за таким же принципом, як 'і агрегат «Беркут». У залежності від швидкості вітру і величини навантаження частота обертання змінюється в діапазоні від 300 до 800 об / хв.

На стійці, що несе ферму з хвостовим оперенням, закріплений генератор зі збудженням від постійних магнітів. У ньому розташовані трифазна нерухома статорна обмотка і ротор у вигляді восьмиполюсового постійного магніту. Вони розміщені в корпусі з алюмінієвого сплаву. Залежно від способу з'єднання обмоток генератор виробляє струм напругою 26 або 15 В.

Генератор з'єднаний з електричним щитком трижильним кабелем, пропущеним крізь трубу стійки, яка може повертатися в

Таблиця 1

Корисна потужність і подача агрегату «Сокіл», м ³ / чупорном шарикопідшипнику і направляючій втулці. Щиток має один-два селенових випрямляча, зібраних за трифазною двухполье-периодной схемою, амперметр для контролю роботи агрегату, вимикачі, запобіжник і затискачі для приєднання навантаження до акумуляторної батареї (рис. 5.27). Транзисторний перетворювач використовується для живлення телевізора.

Рис.1.9. Електрична схема агрегату АВЕУ-2:

/ - Ветроелектроагрегат; 2 - електрощит, 3 - перетворювач, 4 - телевізор; 5 - радіоприймач; 6 - акумуляторні батареї; 7 - електричне освітлення

Рис. 1.10. Електричний агрегат Д-4 для зарядки акумуляторних батарей

Для запобігання батарей від перезаряду і википання електроліту передбачений релейний автоматика, яка підключає до генератора додаткове навантаження при досягненні напруги акумулятора 15 В і надлишку потужності. Цим знижуються напруга і струм заряду до 0,5 - 1 А.

Агрегат працює з акумуляторними батареями 6СТ-128 або ЗВТ-84 напругою 6,12 або 24 В.

Агрегат Д-4 представляє інтерес як приклад дуже простого за конструкції та сталого в роботі пристрою для отримання електричної енергії. Він має вітроколесо з регулятором частоти обертання, редуктор, генератор, опору з хвостом, опорний стовп з розтяжками і важелем механізму ручного пуску і зупинки, а також електричний щиток. Найпростіший за конструкцією редуктор і генератор постійного струму потужністю 750 Вт складають голівку Колесо і регулятор за принципом дії такі ж, як у агрегату «Беркут».

РОЗДІЛ 2

ВИДИ ЕНЕРГІЇ СВІТОВОГО ОКЕАНУ

§ 2.1ОСНОВНИЕ НАПРЯМКИ РОЗВИТКУ океанській енергетиці

Різке збільшення цін на паливо, труднощі з його отриманням, повідомлення про виснаження паливних ресурсів - всі ці видимі ознаки енергетичної кризи викликали в останні роки в багатьох країнах значний інтерес до нових джерел енергії, у тому числі до енергії Світового океану.

Природно, цей інтерес особливо великий у країнах, що не володіють достатніми власними паливними ресурсами, тобто запасами нафти, газу, вугілля та ін Наприклад, в Японії здійснюється національна програма «Сонячне світло», яка передбачає до 2000 р. покриття більше 70 % усього енергетичного споживання країни за рахунок нових джерел енергії, у тому числі - за рахунок енергії океану. В Англії на дослідження в цій області було виділено 13 млн. фунтів стерлінгів. Передбачається, що найкращий принцип перетворення енергії хвиль ляже в основу майбутніх потужних хвильових електростанцій, здатних забезпечити значну частину (до 30%) потреби цієї країни в електроенергії. У Норвегії реалізується програма по використанню енергії морських хвиль; па дослідження в цій області витрачено 10 млн. крон. Ведеться будівництво двох досвідчених хвильових електростанцій, кожна з них буде щорічно виробляти близько 1,5 млн. кВт-год електроенергії імовірною вартістю не більше 0,6 крон за 1 кВт-год.

У різних видах акумулює енергію Світовий океан. Питання полягає в тому, щоб знайти оптимальні способи її використання.

За оцінками різних авторів, доступна частина енергії Світового океану, тобто та частина, яка може бути практично використана при сучасному рівні техніки перетворення, у багато разів перевищує рівень сучасного споживання енергії в світі, який визначається цифрою близько 3-10 ²⁰ Дж в рік (44,8% від цієї цифри покриваються нафтою; 32,4 - вугіллям, 20 - газом; 2,8% - енергією, що виробляється гідро-та атомними станціями). Найбільше в океані теплової енергії, оскільки океан - гігантський тепловий акумулятор енергії Сонця.

Останнє десятиліття характеризується певними успіхами у використанні теплової енергії океану. Так, створені установки міні-ОТЕС і ОТЕС-1 (OTEG - початкові букви англійських слів Ocean Thermal Energy Conversion, тобто перетворення теплової енергії океану - мова йде про перетворення в електричну енергію). Установка міні-ОТЕС змогла віддати в електричну мережу 12-15 кВт, а на власні потреби спожила близько 35 кВт. Досвід, отриманий при розробці та дослідної експлуатації установок міні-ОТЕС і ОТЕС-1, дозволив приступити до проектування теплових океанських станцій на сотні мегават.

Запаси енергії градієнта солоності, або осмосу (грец. «поштовх», «тиск»), за деякими оцінками, не поступаються теплової енергії океану. Осмотична енергія - найбільш «таємничий», тобто найменш очевидний вид енергії океану, оскільки наші органи почуттів цю енергію ие сприймають.

Енергія течій Світового океану за величиною близька до енергії, одержуваної від спалювання всіх видів палива на Землі протягом року (приблизно ^{20 жовтня} Дж). Розпочато роботи з використання енергії Гольфстріму, найпотужнішої течії в Світовому океані. Передбачається використати близько 1% його енергії. Автори проекту вважають, що ця цифра не повинна помітно позначитися на загальному балансі енергії течії.

За оцінкою Комісії з економії енергії та енергоресурсів Світової енергетичної конференції (МІРЕК), сьогодні важливим енергетичним ресурсом є біомаса, так як дає 10% світового споживання первинної енергії. Очікується, що вона буде грати таку ж важливу роль у майбутньому забезпеченні енергією при виробленні технологічного тепла і виробництва синтетичних палив. Синтетичне паливо з біомаси можна спалювати на електростанціях, використовувати на транспорті або в промисловості. Частина біомаси доставляє Світовий океан, передбачається, що частка океану в постачанні біомаси буде зростати. Розглядається створення енергетичних плантацій, для яких в океані є дуже широкі можливості. За оптимістичними оцінками, вуглеводневе паливо з водоростей може здійснюватися за ціною, меншою світової ринкової ціни на нафту.

Більше третини поверхні Світового океану (130 млн. км '") має дно, грунт якою придатний для вирощування швидкозростаючих водоростей, з яких можна легко отримати горючі гази метан і етан, широко використовувані для самих різних цілей. В даний час звернуто увагу на вирощування бурої водорості - вельми врожайною культури (від 600 до 1000 т з гектара в сирому вазі). Бура водорость не має коренів, тому для неї не дуже важливий склад грунту. Росте вона в товщі морської води, але вода повинна бути досить багата поживними солями і повинно бути багато сонця.

Маються на Світовому океані й інші джерела енергії. Наприклад, обговорювалося питання про використання сірководню - пального газу з непоганою калорійністю. Сірководнем дуже багато Чорне море, і до того ж його кількість там безперервно зростає. Є сірководень і в інших районах Світового океану - загальні запаси його дуже великі (недолік цього виду палива - неприємний запах, але, можливо, буде знайдено спосіб його усунення).

Дуже перспективний вид енергії Світового океану - це енергія хвиль. В океані багато видів волі. Однак з точки зору вироблення електричної енергії заслуговують уваги лише три їх типи: приливні хвилі, вітрові хвилі і брижі. Вітрові хвилі мають велику руйнівну силу, тобто несуть значну енергію. Кілька мільйонів штормів щороку трапляється у Світовому океані. За підрахунками академіка М. В. Мельникова, 1 км ² водної поверхні з хвилями заввишки близько 5 м має потужність близько 3 млн. кВт. А штормова погода може охопити площу в декілька тисяч квадратних кілометрів. Відповідно хвильова потужність Світового океану оцінюється цифрою близько 3 млрд. кВт! Запаси енергії вітрових хвиль і брижах величезні, але ступінь розробленості проблеми її використання поки недостатня, лише в останнє десятиліття були зроблені деякі кроки в справі практичного використання енергії вітрових хвиль і брижах - для вироблення електричної енергії Значно раніше почалося використання енергії приливних хвиль, що відрізняються чіткою регулярністю : два рази на добу в певний час з'являються приливні хвилі заздалегідь відомою висоти. Ці властивості - сувора періодичність і певна висота - дозволили людям дуже рано навчитися використовувати чувати їх енергію: вже в XI ст. будували млини, що працюють за рахунок енергії припливу (наприклад, у Франції в м. Шербуре до цих пір діє старий млин, що використовує енергію приливних хвиль). У наші дні приливні електростанції - найпотужніші серед інших хвильових електростанцій, але їх можна побудувати не на будь-якій ділянці узбережжя (і, як правило, не там, де особливо потрібна енергія). У нас в країні, наприклад, природа розпорядилася так, що найпотужніші припливи є далеко від індустріальних центрів або районів з великим споживанням енергії. У Радянському Союзі найпотужніші припливи - біля берегів Камчатки, де загальна енергія приливних хвиль дорівнює приблизно 10 ¹⁹ Дж на рік.

Вітрові хвилі і брижі хороші тим, що для використання їх енергії не треба шукати особливих місць зі сприятливими географічними умовами, як для приливних хвиль. Вони бувають на будь-який акваторії - був би вітер та простір для розгону. Щоб утилізувати енергію вітрових хвиль (і брижах), не треба будувати великих і дорогих гребель, що також дуже важлива перевага. Саме тому в різних країнах ведуться дослідження з вибору найкращих способів перетворення енергії вітрових хвиль і брижах. Створено волноенергетіческіе установки різних потужностей, які використовують різні фізичні принципи для перетворення енергії хвиль.

Майже півстоліття тому академік В. В. Шулейкин відзначив три основні напрями, за якими йшла конструкторська думка в Решеп проблеми використання енергії поверхневих хвиль. На одне з перших місць він ставив використання енергії качки: рух поплавця передається поршням насосів. Якщо врахувати, що поплавець може мати масу в сотні тонн, а розмах коливального руху прийняти близько кількох метрів, то, очевидно, таким шляхом може бути отримана досить значна потужність. Сучасні англійські проекти використання хвильової енергії («качка» Солтера і «пліт» Коккереля) грунтуються саме на цьому принципі. Другий спосіб - використання ударного тиску: хвилі б'ють у рухливу деталь хвильової машини і віддають їй свою кінетичну енергію. Цей принцип з успіхом застосовувався в кінці минулого сторіччя в установках, що використовували енергію хвиль для накачування води. Не втратив він свого значення і в наші дні (правда, для малопотужних установок). Третій шлях - використання гідравлічного тарану. За цим способом була побудована експериментальна установка на станції Морського гідрофізичного інституту АН СРСР в Криму. Нині ця ідея в більшому масштабі реалізується на острові Маврикій і в інших місцях.

Різні види енергії океану американський фахівець Д. Д. Айзек запропонував умовно оцінювати однією мірою - у метрах водяного стовпа ^2. Ця величина називається їм щільністю потоку, вона характеризує ступінь концентрації даного виду енергії. За допомогою цього поняття зручно порівнювати між собою різні види енергії в океані. Наприклад, для теплового градієнта (тобто різниці температур між теплим і холодним шарами) 20 ° С щільність потоку становить 570 м водяного стовпа, її натиск - як у грандіозному водосховище, підпертий греблею заввишки більше півкілометра. А для градієнта 12 ° С щільність потоку дорівнює 210 м. Обидві цифри (210 і 570 м) розраховані з урахуванням ККД теплової машини, що працює за циклом Карно. Таку щільність потоку в океані має ще тільки енергія градієнта солоності (осмосу) - 240 м. Інші види енергії океану мають значно менші значення щільності потоку. Так, для вітрових хвиль вона становить 1,5 м, а для океанських течій-лише 0,05 м. Але, як сказав Д. Д. Айзек, ще залишаються невідкритими абсолютно нові принципи, прості і складні, виявивши які, можна використовувати ресурси океану, пов'язані з енергією, для блага людства.

§ 2.2ПРЕОБРАЗОВАНІЕ ТЕПЛОВОЇ ЕНЕРГІЇ ОКЕАНУ

ІДЕЯ Арсонваля І РОБОТИ КЛОДА

У 20-і роки нашого століття багато журналів світу обійшов дивний малюнок (мал. 27): з-під кіля судна в глибину йшла труба більше самого судна. Настільки незвичайна труба знадобилася французькому вченому Жоржу Клоду. для підйому з глибин океану холодної води. Клод у ті роки почав експериментальні роботи з використання тепла океану для отримання електричної енергії. \ Але щоб витягти енергію з теплої води, одночасно необхідна і холодна. Теплої води скільки завгодно на поверхні океану в тропіках, а холодна вода (4-5 ° С) є тільки на великих глибинах океану - близько 1 км. Для її отримання звідти і знадобилася довга труба, яка виявилася найбільш вразливою частиною енергетичної установки і відламалася під час шторму, а судно зазнало аварії.

Це була вже не перша спроба Клода використовувати тепло океану для вироблення електричної енергії ". Перед досвідом: з трубою на судні він відчував енергетичну установку на березі океану (Атлантичного). Але щоб з берега дістати холодну воду, потрібна труба довжиною близько 1,8 км (за іншими даними, 2,5 км). Втрати напору в довгій трубі були такі великі, що на них йшла значна частина потужності, яку могла виробити установка. Занадто довга труба практично не дозволяла реалізувати чудову ідею. Довжину труби можна було б значно скоротити, якщо змонтувати установку не на березі, а на судні, трубу ж опустити прямо з судна в глибину. Що й було зроблено. Проте конструкція не витримала першого шторму.

Але головне було зроблено - два тижні установка опрацювала і дала потужність 22 кВт за рахунок тепла океану. Правда, на власні потреби вона спожила значно більше. Проте правильність принципу була доведена - і в цьому заслуга Клода. Треба сказати, що з'єднати з судном трубу довжиною понад півкілометра - далеко не проста справа.

Задовільно вирішити це питання вдалося лише наприкінці 80-х років нашого століття, коли була створена установка міні-ОТЕС.

Клод разом з французьким вченим Бушер зробили кілька спроб зі створення енергетичних теплових установок в різних частинах Атлантичного океану: у затоці Мантанзас на Кубі, на узбережжі Абіджана і в прибережних водах Бразилії. Але жодного разу їм не вдалося отримати з океану більше енергії, ніж установка споживала на власні потреби, і тому для своєї роботи вона вимагала додаткової енергії від допоміжного джерела. Ця сумна особливість почасти була пов'язана з малою потужністю установки, через що різні втрати становили занадто високий відсоток у загальному балансі. Втрат виявилося більше, ніж спочатку передбачалося.

Першим звернув увагу на величезні запаси теплової енергії в океані французький учений Жак Д'Арсон-валь більше 100 років тому (1881 р.) і теоретично показав можливість її використання. Жоржа Клода називають його учнем, але між ними були серйозні розбіжності в питанні про вибір найкращої рідини в якості робочого тіла для океанічної теплової машини. Це питання треба було вирішити насамперед. Робоча рідина повинна закипати при температурі нагрівача, а пари її після здійснення роботи в турбіні повинні сконденсуватися при температурі холодильника.

Нагрівач - тепла вода з верхніх шарів океану. Найбільш висока температура води спостерігається в Перській затоці в серпні - понад 33 ° С (а найвища температура води зафіксована в Червоному морі-плюс 36 ° С). Але на максимальну температуру розраховувати перетворювач не можна: вона зустрічається на обмежених ділянках Світового океану, а великі райони мають температуру поверхневого шару близько 25 ° С. Це досить висока температура, при якій киплять багато рідини. Д'Арсонваль запропонував застосувати в якості робочої рідини аміак - рідина з температурою кипіння мінус 33,4 ° С, яка буде добре кипіти при 25 ° С. При нормальній температурі (20 ° С) аміак - безбарвний газ з їдким запахом. При підвищенні тиску газоподібний аміак знову перетворюється в рідину. При 20 ° С для цього тиск треба підвищити до 8,46 атм, але при 5 ° С - значно менше.

Вибір аміаку в якості вторинного робочого тіла пов'язаний з відмінними термодинамічними властивостями його парів. Пари аміаку мають низький молекулярний вагу, досить великий питомий обсяг і хороші характеристики теплопередачі. Вони забезпечують турбіні обертання з великою швидкістю, що дуже важливо. Завдяки цим якостям аміак шіроко2пріменяется в наші дні в енергетичних установках, які використовують тепло океанських вод. При цьому схема теплової енергетичної ^ установки повинна бути замкнутою, тобто ^ після холодильника рідкий аміак знову закачується в нагрівач. Цикл безперервно повторюється, поки працює установка. Кількість робочої рідини, залитої в систему теплового перетворювача, практично не змінюється в процесі роботи. Замкнутий цикл має ряд переваг перед відкритим циклом, запропонованим Клодом, завдяки чому він отримав широке застосування в наші дні в установках OTEG.

Але Клод не захотів скористатися аміаком. Він вирішив в якості робочої рідини використовувати морську воду. Щоб домогтися її кипіння при температурі поверхневих вод в тропіках, створив в установці знижений тиск. Якщо знизити атмосферний тиск в 15 раз, тобто приблизно до 50 мм рт. ст., морська вода закипить при температурі не вище 27 ° С. Пара, що утворилася піде в турбіну, змусить її обертатися і обертати електрогенератор. А потім пар надійде в холодильник, де за допомогою холодної глибинної води перетвориться на прісну воду. Клод спускав її в море: тоді вона була нікому не потрібна. Такий цикл називається відкритим, або незамкнутим.

Схема енергетичної установки, що працює за цим принципом, представлена ​​на рис. 2.2. За цією схемою була побудована перша експериментальна!! установка Клода і Бушері.

При практичній реалізації установки її автори зіткнулися з низкою специфічних труднощів. Одна з перших - це створення низконапорной турбіни.

Справа в тому, що тиск водяної пари, одержуваного при невисокій температурі в умовах часткового вакууму, мало. Щоб зняти скільки-небудь помітну потужність, турбіна повинна мати великі розміри. З цим ускладненням Клоду і Бушер вдалося впоратися цілком задовільно. Однак при перших же випробуваннях виявивши лась несподіванка. При нагріванні з морської води у великій кількості виділявся розчинений в ній повітря, що підвищувало тиск в системі і порушувало процес кипіння. Для підтримання достатнього розрідження систему доводилося безперервно відкачувати, на що була потрібна додаткова потужність. У результаті зменшувався і без того невеликий ККД установки. З цією проблемою винахідникам не вдалося впоратися. Були й інші проблеми. Тому в наступні роки основна увага вчених і інженерів зверталася на розробку теплових перетворювачів із замкнутим циклом. Підсумок їхніх зусиль - діючі нині системи OTEG.

Рис. 2.2. Схема теплоенергетп * чеський океанської установки відкритого циклу

1 - випарник, м - турбіна, 3 - генератор, 4 - конденсатор, 5 - прісна вода, в - тепла вода й, ч верхніх шарів, 7 - холодна вода з великих глибин

Але тепер, через більш як півстоліття, увагу знову притягнуто до відкритого циклу. «Відкритий цикл викликає величезний інтерес. Він усуває всі проблеми, що стосуються поводження з аміаком, фреоном і т. н. Прісна вода виробляється в якості побічної продукції », - вважають американські фахівці. У США розробляється океанська енергетична установка, яка одночасно з виробництвом електроенергії буде давати прісну воду - один з найцінніших у наш час продуктів, особливо в жарких і індустріальних країнах, де все гостріше відчувається її нестача.

Але залишаються невирішені проблеми, зокрема створення великих низьконапірних турбін і видалення з системи перетворювача виділяється з морської води повітря. Найближчим завданням вважається знайти такий спосіб видалення повітря, щоб на нього витрачалося не більше 10% вироблюваної енергії. Для її вирішення в схему енергетичної установки включається деаератор - камера, в якій морська вода буде дегазувати перед надходженням в нагрівач.

Теоретично обидва види перетворювачів - з відкритим і закритим циклом - мають близькі й однаково малі коефіцієнти корисної дії.

Приймемо температуру нагрівача T 1 = 273 +25 = 298 К, температуру холодильника T ₂ = 273 +5 = 278 К. Відповідно до формули Карно ККД буде дорівнювати

nk == (T 1 - T 2) / T 1 = (298-278) / 298 = 0,067, або 6,7%,

Отримана цифра ще недавно вважалася близькою до теоретичної межі ККД для океанської теплової машини при прийнятих значеннях температури нагрівача і холодильника (як і для будь-якої іншої). Але нещодавно було показано ^2, що з-за специфічних особливостей перетворення енергії тепла в океані теоретичний ККД теплового циклу в цьому випадку слід оцінювати за формулою n 0 = (T 1 - T 2) / (T 1 + T 2)

При малому значенні різниці температур ^ T = T ₁ - Т ₂ ККД океанської теплової машини може бути вдвічі менше теоретичного значення, обчисленого за формулою Карно, т. е.

n 0 = 1 / 2 nk

Поправка вельми істотна. Фактично ККД перетворювача в будь-якому випадку буде ще менше з-за неминучих втрат у теплообмінниках, насосах, трубопроводах та ін Розмір втрат буде залежати від ступеня досконалості конструкції теплової машини. Для перетворювачів із замкнутим циклом реальним вважається одержання ККД в межах до 2-3%. Ці цифри близькі до ККД відкинутого паровоза. Але він спалював дорогоцінне пальне, а тут енергія виробляється за рахунок безкоштовного тепла океану, палива не потрібно.

Цікаво відзначити переоцінку значення малих цифр ККД, яка відбулася за останні півстоліття. П'ятдесят років тому теоретичне значення ККД около7% вважалося

нікчемним і навряд чи заслуговує на увагу. У наш же час будуються потужні океанські енергоцентралі з ККД приблизно в половину цієї величини. Суттєвого покращення ККД можна чекати тільки при використанні в океанських теплових енергоцентралям більшого перепаду температури між нагрівачем і холодильником. Принципово така можливість є. У різних районах на дні океану виявлені місця, де різниця температури води значно перевищує прийняті. Для розрахунку 20 ° С. Наприклад, в термальних западинах на дні Червоного моря температура води досягає 60 ^С С, до того ж вона щорічно трохи підвищується. А на дні Тихого океану б'ють гідротермальні джерела з температурою більше 350 ° С, як у казані цілком сучасної ТЕЦ високого тиску. Поблизу від цих гарячих джерел є вода з низькою температурою, придатна для холодильника. При використанні такої води можливе отримання ККД океанської установки, як у кращих наземних ТЕЦ високого тиску. Однак застосування гарячих гідротермальних вод для вироблення електричної енергії вимагатиме особливої ​​технології.

СИСТЕМИ ОТЕС

У серпні 1979 р, поблизу Гавайських островів почала працювати теплоенергетична установка міні-ОТЕС. Пробна експлуатація установки протягом трьох з половиною місяців показала її достатню надійність. При безперервній цілодобовій роботі не було зривів, якщо не вважати дрібних технічних неполадок, що зазвичай виникають при випробуваннях будь-яких нових установок. Її повна потужність складала в середньому 48,7 кВт, максимальна - 53 кВт, 12 кВт (максимум 15) установка віддавала в зовнішню мережу на корисне навантаження, точніше - на зарядку акумуляторів. Решта потужності, що виробляється, витрачалася на власні потреби установки. У їх число входять витрати енергії на роботу трьох насосів, втрати в двох теплообмінниках, турбіні і в генераторі електричної енергії.

Три насоси було потрібно з наступного розрахунку: один - для подачі теплої води з океану, другий - для підкачки холодної води з глибини близько 700 м, третій - для перекачування вторинної робочої рідини усередині самої системи, тобто з конденсатора у випарник. В якості вторинної робочої рідини застосовується аміак,

Установка міні-ОТЕС змонтована на баржі. Під її днищем поміщений довгий трубопровід для забору холодної води. Трубопроводом служить поліетиленова труба довжиною 700 м з внутрішнім діаметром 50 см. Труба зварюється на березі з 58 секцій. Вибір поліетилену пов'язаний з тим, що він начебто не схильний до обростання і, отже корозії (створення 700-метрового трубопроводу було найважчим справою). Трубопровід прикріплений до днища судна за допомогою особливого затвора, що дозволяє в разі потреби ого швидке від'єднання. Поліетиленова труба одночасно використовується і для заякоріванія системи труба-судно. Оригінальність подібного рішення не викликає сумнівів, оскільки якірні постановки для розроблюваних нині більш потужних систем ОТЕС є досить серйозною проблемою.

Вперше в історії техніки установка міні-ОТЕС змогла віддати в зовнішнє навантаження корисну потужність, одночасно покривши і власні потреби. Досвід, отриманий при експлуатації міні-ОТЕС, дозволив швидко добудувати більш потужну теплоенергетичні установки ОТЕС-1 і приступити до проектування ще могутніших систем подібного типу.

ОТЕС-1 - плавуча лабораторія: як і міні-ОТЕС, вона не призначена для комерційної вироблення електричної енергії, хоча її потужність досягає 1 МВт, тобто в 20 разів більше, ніж у міні-ОТЕС. Як вторинна робочого тіла в ОГЕС-1 також застосовується аміак. Живильний насос забирає воду з поверхневого шару океану з температурою 27 ° С і проганяє її через нагрівач аміаку, що складається з 6304 титанових трубок діаметром 2 см. Це - паровий котел установки. Аміак розпорошується в теплих трубках і закипає. Пар аміаку йде в турбіну і обертає її, а звідти, зробивши роботу, надходить у конденсатор - холодильник. Конденсатор також зроблений з тонких трубок, охолоджуваних водою з температурою трохи більше 4 ° С. Там пари аміаку конденсуються і перетворюються знову п рідина, що перекачується назад і випарник. Загальна довжина трубок у двох теплообмінниках (випарнику і конденсаторі) становить 140 км.

Під установку ОТЕС-1 переобладнаний танкер з турбо-електричним приводом. Електрична силова установка танкера дозволяє із зручністю використовувати її енергетичні ресурси під час проведення різних експериментів для приводу насосів та інших цілей. На цій установці передбачається перевірити деякі експлуатаційні характеристики ОТЕС, щоб надалі їх можна було використовувати при створенні дослідного зразка. Число питань, що підлягають вивченню, достатньо велике. До них відносяться, наприклад, такі. Якого типу теплообмінники будуть оптимальними і з якого матеріалу їх слід робити? Титан - доріг, чи не можна його замінити на алюміній або що-небудь інше? Як швидко будуть розвиватися морські оргаппзми-обростувачів в теплообмінниках і в інших частинах системи і як з ними боротися? Як вплинуть на стан навколишнього морського середовища потужні установки такого типу? Як краще виконати трубопровід для підйому холодної води?

Останнє питання стає традиційним для конструкторів всіх установок ОТЕС. Для OTEG -1 він був вирішений на користь застосування трьох паралельних поліетиленових труб діаметром 1 м кожна, довжиною але 900 м. Труби були доставлені на Гавайські острови секціями довжиною по 27 м і зварені на березі. Потім всі три труби були зв'язані разом і укладені на візки, встановлені на спеціальному рейковому шляху, що спускається прямо в океан. Сумарна маса трубопроводу досягла 450 т, укладання його на візки була виконана за допомогою лебідки. Для закріплення нижнього кінця трубопроводу поблизу дна знадобилося 50 т баласту. А для підтримки трубопроводу у вертикальному положенні його верхній кінець оточений плавучим кільцем, що має буй, до якого прикріплений міцний кінець, з його допомогою трубопровід можна кілька переміщати. Такий спосіб кріплення верхнього кінця труби до днища судна дозволив дуже швидко (за 2 години) зробити постановку труби в океані. Так само просто відбувається і роз'єднання трубопроводу холодної води з судном, якщо виникає сильне хвилювання або з якої-небудь друюй причини.

Конструктори установки ОТЕС-1 ввели між трубопроводом холодної води і судном нову деталь, яка зробила всю систему більш надійною. Мова йде про карданном підвісі труби до судна. При наявності кардана судно може довільно гойдатися на хвилях при відносно малорухомому довгому трубопроводі, якщо хвилі не надто великі (не більше 2 м). А якщо хвилювання збільшується, судно відчіплюється від труби і йде в укриття.

Засувка для швидкого завершення судна з трубою була випробувана ще в системі міні-ОТЕС. Застосуванням карданного підвісу труби і засувки зважився стару суперечку судна з трубою, що почався ще за Клоді. Треба сказати, що, мабуть, труба все ж «переможе» судно, в тому сенсі, що нові станції ОТЕС на потужність у багато десятків і сотень мегават проектуються без судна. Це - одна грандіозна труба, у верхній частині якої знаходиться круглий машинний зал,, де розміщені всі необхідні пристрої для перетворення енергії (рис. 29). Верхній кінець трубопроводу холодної води розташується в океані на глибині 25-50 м. Машинний зал проектується навколо труби на глибині близько 100 м. Там будуть встановлені турбоагрегати, що працюють на парах аміаку, а також все інше обладнання. Маса всього споруди перевищує 300 тис. т. Труба-монстр, що йде майже на кілометр в холодну глибину океану, а в її верхній частині щось подібне до маленького острівця. І ніякого судна, крім, звичайно, звичайних судів, необхідних для обслуговування системи і для зв'язку з берегом. Це цікавий епізод з новітньої історії розвитку техніки перетворення тепла океану.

Намічено закінчення будівництва нової, третьої за рахунком, експериментальної станції ОТЕС, потужність якої буде знаходитися в межах 40-100 МВт. При будівництві цієї станції використовується модульний принцип, вона збирається з окремих блоків по 10 МВт кожен. Такий підхід дозволить легко нарощувати потужність до бажаної величини у встановлених межах. Трубопровід холодної води, як і раніше залишається одним з найбільш складних вузлів цієї станції. Станції потужністю в 40 МВт потрібно трубопровід діаметром 10 м і довжиною 900 м. А для проектованої комерційної станції OTEG на 400 МВт при тій же довжині трубопровід повинен мати діаметр 30 м. Кожну секунду насоси через нього будуть прокачувати близько 1500 м ³ холодної води. Стільки ж буде потрібно прокачати і теплої води. Сумарна витрата води в цій потужній установці вийде, як v річки Ніл, - 2600 м ⁸ / с, Повна водотоннажність корпусу станції на 400 МВт з забірної трубою оцінюється цифрою близько 500 тис. т. Станція повинна встановлюватися в районах океану з глибинами понад 1200 м . Для її утримання в районі постановки потрібно якірна система з великою масою. У цілому - воістину циклопічна споруда, будівництво його передбачалося почати в 1985 р. Було також повідомлення про будівництво станції типу ОТЕС в Японії, але значно менш потужною.

Рис. 2.3. Один з варіантів станції ОТЕС на потужність в сотні мегават

I - платформа, 2 - труба холодної води, з - якірна система

ТЕПЛО З ХОЛОДУ

Енергію можна отримувати не тільки з теплих вод тропічних або субтропічних районів Світового океану, але і з крайніх північних або південних басейнів планети, тобто з вод Арктики і Антарктики. Була б тільки достатня різниця температур для ефективної роботи теплової машини. А різниця там звичайно є, і іноді не менше, ніж у тропіках. Але не між шарами поверхневої і глибинної води, як у тропіках.

Наприклад, у Північному Льодовитому океані температура в поверхневому шарі під льодом близька до 0 ° С. Нижче, на кількох сотнях метрів глибини, температура води трохи підвищується і доходить приблизно до 0,6 ° С. Там знаходиться теплий проміжний шар, що утворився за рахунок припливу вод атлантичного походження. А глибше декількох сот метрів температура води знову знижується до мінус 1 ° С. Найхолодніша вода зустрічається у Датському протоці поблизу Гренландії, де температура її падає до мінус 2,2 ° С; така ж холодна вода буває і в морі Уеддела в Антарктиці. Де ж при подібних умовах взяти досить високу різницю температур у цих широтах планети?

На допомогу енергетикам приходить холодне повітря.

У багатьох районах Арктики більшу частину року температура повітря нижче мінус 10 ° С. Наприклад, на Новосибірських островах в році буває лише 2-4 дні з температурою повітря вище мінус 10 ° С, на узбережжі моря Лаптєвих таких днів від 10 до 14, а на архіпелазі Північна Земля їх тільки 10-12. В інший час року тут царюють морози, часом значно перевищують мінус 10 ° С.

На можливість використання енергетичного потенціалу високих широт, мабуть, першим звернув увагу в 1928 р. французький інженер баржі. В якості нагрівача їм пропонувалася морська вода з температурою,, близькою до 0 ° С. Холодильником повинен був служити морозне повітря. Як вторинна робочого тіла було запропоновано взяти таку речовину, яка кипіло б при температурі трохи нижче 0 ° С і конденсуватися б в рідину при температурі мінус 20 ° С. Баржі рекомендував вуглеводневі сполуки типу пропану, бутану або ізобутану. Для запобігання втрат робочого речовини пропонувався замкнутий цикл роботи енергетичної установки. Схема Баржі має багато спільного з ідеєю Арсонваля. Але, враховуючи арктичні умови, баржі пропонував викликати кипіння робочого тіла шляхом розбризкування в нагрівачі морської води, щоб замерзаючи, вона віддавала робочому тілу свою приховану теплоту льодоутворення. Це - дотепне пропозицію, але, як краще реалізувати його, до цих пір невідомо.

Пропозиція баржі не було практично реалізовано. П'ятдесят років тому вказувалися мінімум дві причини цього: малий ККД установки і практично неприйнятні розміри теплообмінника (нагрівача) для отримання достатньої потужності через низьку робочої температури нагрівача.

А нещодавно опублікована робота А. К. Ільїна, де показана можливість практичної реалізації перетворення теплової енергії океану в арктичних районах ^3. У ній відзначається не тільки важливість наявності достатнього градієнта температури, але також і необхідність достатньої швидкості вітру і швидкості течії води в океані. Два останніх умови, на які раніше не зверталося належної уваги, необхідні для забезпечення нормальної роботи теплообмінників. Сприятливі умови для роботи енергетичних установок є в гирлі сибірських річок.

Допустима максимальна ступінь охолодження води в арктичних силових установках визначається нерівністю

Тж-Тз = ^ Т <2К,

де Т _ж - Температура морської води, що забирається в нагрівач перетворювача; Т ₃ - температура замерзання морської води при даній солоності.

Фізичний сенс цієї нерівності полягає в тому, що морську воду не можна доводити до точки замерзання, як пропонував свого часу баржі. Якщо олу буде замерзати в теплообміннику, службовця нагріву! їв їм для вторинної робочої рідини, то утворюється лід. який порушить роботу перетворювача.

За розрахунками Ільїна, ККД енергетичної установки потужністю близько 50 кВт в арктичних умовах виходить в межах 0,79-2,08%. Мова йде про ККД використання тепла води, що ж стосується ККД самої установки, то він досить високий і досягає 43%. Ця цифра відноситься до аміачної установці потужністю 1 МВт. На підставі детальних розрахунків автор приходить до висновку, що в арктичних районах океану взимку енергія, обумовлена ​​різницею температур між морською водою під льодом і атмосферним повітрям, може використовуватися досить ефективно.

Є й інший шлях використання теплової енергії океану у високих широтах. Мова йде про термоелектричних перетворювачах, на перспективність застосування яких для цієї мети вказував академік А. Ф. Йоффе ще в 1932 р. У наш час це питання досліджується в Тихоокеанському океанологічній інституті. За розрахунками, при різниці температур 10 ° С і різниці глибин 100 м при використанні термоелектричних перетворювачів енергії з ККД 1% з 1 км ² поверхні океану можна отримати електричну потужність близько 100 МВт. Необхідною умовою є наявність течії зі швидкістю не менше 0,1 м7с. Відзначається, що «загальна енергія Світового океану, яку можна використовувати подібним чином, перевищує ^{20 жовтень} Дж на рік, тобто порівнянна

З енергією, одержуваної від спалювання хімічного палива на Земній кулі протягом року ».

Використання нових джерел енергії дуже важливо для розвитку енергетики Крайньої Півночі.

§ 2 .3. ПЕРЕТВОРЮВАЧ З вагається МАГНІТО

Фарадей відкрив закон електромагнітної індукції за допомогою постійного магніту у вигляді стрижня, який він вводив (рукою) в котушку з мідним дротом. При кожному введенні або виведенні магніту в котушку на кінцях її обмотки спостерігалося виникнення електричної напруги. Відповідно до закону електромагнітної індукції, величина виникає електрорушійної сили прямо пропорційна швидкості зміни магнітного потоку через котушку і числу витків котушки.

Закон електромагнітної індукції визначив шлях розвитку електричних машин. Їхній головний принцип: щоб отримати швидкі зміни магнітного потоку, треба обертати магніт при нерухомій котушці або, навпаки, обертати котушку при нерухомому магніті. Саме так діяла перша електрична машина, винайдена італійцем Грамом більше 100 років тому і через приблизно 50 років після відкриття Фарадеєм електромагнітної індукції, - так зване «Кільце Грамма». «Кільцем» вона була названа з тієї причини, що в якості якоря мала тороїдальні кільце з тонких залізних дротів, що оберталося на осі в полі подковообразного постійного магніту. На кільці кріпилося кілька котушок з мідного дроту. Кільце наводилося в обертання рукою за допомогою ремінної передачі.

Грам не міг обертати магніт, оскільки 100 років тому магніти повинні були бути досить довгими. Тепер же новітні магніти (типу РЗМ) добре працюють тільки при малій довжині, тому конструктивно їх просто привести в обертання. РЗМ - рідкоземельні магніти, або магніти на основі рідкісних земель, - найсильніші (але крихкі) постійні магніти. РЗМ зроблені на основі самарію в поєднанні з кобальтом (SmCo _5). Мова йде переважно про електричні машинах малої потужності, коли бажано уникнути застосування колектора або контактних кілець. Це важливо для машин, які тривалий час працюють у важких умовах експлуатації, без частих оглядів та своєчасної профілактики, наприклад велогенераторів, генераторів для тракторів і т. п. Для хвильових енергетичних установок також зручніше безконтактні генератори, особливо для установок у відкритому морі.

Електричні машини в своєму розвитку пройшли величезний шлях, теорія електричних машин - одна з найбільш розроблених глав сучасної електротехніки. Але обертання якоря або ротора і сьогодні залишається основним принципом отримання високої швидкості зміни магнітного потоку і відповідно високою електричної потужності, необхідної сучасної індустрії. Однак у наш час розвиваються й інші способи отримання великої електричної потужності, не обов'язково пов'язані з обертальним рухом. Наприклад, МГД-генератори не мають обертових частин. Струмінь розпеченої плазми з великою швидкістю пронизує сильне магнітне поле (силові лінії поля розташовані по нормалі до струменя), в плазмі індукується електричний струм, що відводить з допомогою системи електродів.

Замість обертального або прямолінійного рухів для отримання електричної енергії можна застосувати також коливальний рух. Так (або майже так), як це робив Фарадей, тільки роботу (руху) руки замінити роботою хвиль. Думка про використання коливального руху, природно, виникає при пошуку способів використання енергії поверхневих хвиль: як відомо, хвилі є найбільш наочним прикладом коливального руху. Можна по-різному виконати перетворювач для роботи в коливальному режимі. Схема одного з найпростіших (макета) зображена на рис. 5. Приймачем енергії хвиль тут служить тонка плоска плита (пластина) 1, до якої вдаряють набігають хвилі. Під тиском хвиль плита робить коливання відносно горизонтальної осі 2. Вісь може обертатися в підшипниках В. До цих пір цей пристрій дуже схоже на першу волноенергетіческую установку в Ошен-Грове. Однак далі починаються серйозні відмінності.

Коливання плити за допомогою штанги 4 передаються не поршню гідравлічного насоса, а генератора електричної енергії. Він розміщений подалі від поверхні води, тому потрібна була досить довга штанга. Нижній кінець штанги болтами скріплений з плитою, а на її верхньому кінці укріплена перемичка (ярмо) 5 з трансформаторного заліза з двома магнітами 6. Перемичка з магнітами є суттєвою частиною коливального генератора, вона відповідає ротору або якоря в звичайному генераторі. Нерухома частина генератора (статор) складається з магнітопровода 7 П-подібної форми, зібраного зі смужок тонкого трансформаторного заліза. Застосування трансформаторного заліза для муздрамтеатру і перемички необхідно для зменшення втрат на вихрові струми. На вертикальних стрижнях (частинах) муздрамтеатру насаджені дві котушки 8, кожна має по 400 витків товстого мідного ізольованого дроту. Котушки з'єднані послідовно і включені на загальне навантаження. Вся конструкція пов'язана зварний рамою 9 з кутової сталі (на ній укріплені і два підшипники ковзання, що підтримують вісь), яка кріпиться до причалу. Під ударами хвиль плита періодично робить коливання, тобто гойдається. Гойдається і жорстко пов'язана з нею штанга, тому перемичка з магнітами періодично замикає й розмикає ланцюг муздрамтеатру. У той момент, коли перемичка з магнітами замикає маг-нітопровод, у ньому з'являється наростаючий магнітний потік, який перетинає витки обох котушок. А коли хвиля просуває плиту далі, перемичка з магнітами розмикає магнітопровід,

тому магнітний потік зменшується, знову перетинаючи витки котушок.

Рис. 2.4. Графіки, що пояснюють процес індукції

(Ф-зміна магнітного потоку в ланцюзі муздрамтеатру, Е-індукована електрорушійна сила)

Рис.2.5 Кінематична схема перетворювача енергії поверхневих хвиль з хитаються магнітами і приймачем енергії хвиль у вигляді пластини

За законом електромагнітної індукції в обох випадках в ланцюзі котушок виникає електрорушійна сила, яка викликає електричний струм. Процес індукції пояснюється за допомогою рис. 6.

Як приклад оцінимо електричну потужність, яка може бути отримана в режимі коливань за допомогою описаного пристрою при наступних умовах: період поверхневих хвиль Т = 6 с; амплітуда поверхневих хвиль А-= 1 м; розмір постійних магнітів в напрямку хитання перемички (тобто . ярма) 6 = 0,05 м (ця величина дорівнює відповідній стороні поперечного перерізу магнітопроводу); повне число витків на двох котушках W _B -= 800; максимальне значення магнітного потоку через магнітопровід Ф = BS = 1,7-10 ^5; максимальне значення індукції в сердечнику магнітопровода g = 8000 Гс; площа поперечного перерізу магнітопроводу S = 19,6 см ^2.

Визначимо час, протягом якого магнітний потік в сердечнику буде наростати від початкового значення, близького до нуля, до максимальної величини, прийнятої в розрахунку (1,7 -10 ⁵ силових ліній). Наростання потоку розпочнеться при підході перемички з магнітами до магнітопро-воду і триватиме до тих пір, поки вона не встане точно під ним. Збіг проекцій площин поперечного перерізу вертикальних стрижнів магнітопроводу з площинами магнітів на перемичці буде відповідати максимуму магнітного потоку через сердечник; при подальшому русі перемички магнітний потік буде зменшуватися.

При виході перемички з магнітами РЗМ за площу проекцій стрижнів магнітопроводу магнітний потік знову прийме значення, близьке до нуля. Для спрощення розрахунків приймемо площі поперечного перерізу стержнів муздрамтеатру і магнітів РЗМ однаковими, а швидкість руху перемички незмінною і рівною максимальної швидкості орбітального руху частинок води у хвилі при прийнятій амплітуді (А-1 м). Тоді тривалість індукції, яка визначається нами як час досягнення магнітним потоком свого максимального чи мінімального значень, визначиться формулою

Фактично воно буде трохи більше, так як зростання магнітного потоку почнеться через повітряний зазор трохи раніше підходу кромки магнітів до краю стержня. Обчислимо максимальне значення електрорушійної сили, яка виникає на кінцях обмотки при прийнятих умовах. Відповідно до формули Максвелла, вона буде дорівнює

Для визначення потужності необхідно обчислити квадрат ефективного значення електричної напруги за період поверхневої хвилі. Шукана величина визначиться виразом од

де (w = 2ТС / = 62,8 - кутова частота змінного струму, збуджуваного в обмотках перетворювача (800 витків)

при коливаннях перемички з постійними магнітами РЗМ;

f = 1 / 2 t = (2-3,14-0,05) - ¹ -10 Гц.

Щоб обчислити квадрат діючого значення електричної напруги за період поверхневої хвилі згідно з наведеним вище інтегралу, скористаємося підстановкою

sin ² w t = 1 / 2 - 1 / 2 cos 2wt = 1 / 2 (1 - cos 2wt). Підставляючи прийняті вище значення, отримуємо

Щоб обчислити електричну потужність, необхідно знати внутрішній опір обмотки і опір корисного навантаження. Опір обмотки перетворювача, що складається з 800 витків мідного дроту діаметром 2,56 мм, дорівнює приблизно 1 Ом. Виходячи з умови отримання максимальної потужності, приймемо опір корисного навантаження також в 1 Ом; в цьому випадку сумарна електрична потужність перетворювача

N ел = 6,1 / 1 +1 = 3,1 Вт

При рівності опору навантаження внутрішньому опору генератора електричний ККД перетворювача складає 50%. Отже, на корисне навантаження виділиться тільки половина від отриманої цифри, тобто лише 1,55 Вт

З приводу цього розрахунку необхідно зробити кілька зауважень. Якщо правильно вибрати розміри плити, то за один період поверхневої хвилі рухома її енергією плита здійснить два напівколивань.

Перше - при проходженні гребеня в напрямку його руху, друге - при проходженні улоговини хвилі, в цьому випадку напрямок руху плити буде прямо протилежно напрямку її руху за рахунок гребеня. Щоб плита насправді здійснювала ці коливання, її розмір по вертикалі а _п повинен бути досить великий і становити не менше 2,5 А (де А - амплітуда поверхневої хвилі). Це умова визначається необхідністю мати достатню змочену поверхню плити під час проходження улоговини хвилі. При його виконанні корисна електрична потужність перетворювача подвоїться, тобто ми отримаємо не 1,55, а близько 3,1 Вт

Фактично потужність була навіть дещо більше при меншій амплітуді поверхневих хвиль. Збільшення потужності сталося завдяки деяким нелінійним ефектів, не врахованим в розрахунку ^8. Мова йде насамперед про силу тяжіння магнітів РЗМ до сердечника перетворювача з трансформаторного заліза. Сила ця досить велика, вона не підпорядковується закону синуса і залежить від багатьох параметрів, у тому числі від положення магнітів щодо сердечника. Суттєву нелінійність вносить тангенціальна складова цієї сили, що змінюється hj напрямку і величиною від нуля до максимуму при коливаннях перемички з магнітами РЗМ під дією хвиль. Максимальна величина тангенціальною складової сили тяжіння при застосуванні двох магнітів РЗМ досягає 40 кг; цифра ця досить велика для маленького макета. Вона порівнянна за своєю величиною з силою тиску both на плиту, яка також не підпорядковується гармонійним законом.

Оцінимо величину сі ти тиску хвиль на плиту за формулою

F = Kp _u S _a,

де F - Сумарна сила тиску хвиль, кг; К = 1 - коефіцієнт обтікання плити (наближене значення); р _я = 102 кгс ² / м ⁴ - масова щільність води; S _n -0,5 м ² - площа плити; V _c = l м / с - горизонтальна складова хвильової швидкості;

F = l * 102 * 0,5 * l ² = 50 кг.

Розрахунок сили тиску відповідає моменту, коли гребінь хвилі набігає на плиту, що стоїть нерухомо в положенні рівноваги. Приймається, що перед набіганням хвилі плита висить вертикально під дією сили тяжіння і сили тяжіння магнітів РЗМ до торців осердя; в цей момент тангенціальна складова сили тяжіння магнітів дорівнює нулю.

Розрахунок показує, що при прийнятих параметрах величина сили хвильового тиску близька до сили статичного тяжіння магнітів. Якщо сила хвильового тиску з якої-небудь причини зменшиться до 40 кг. то плита не зрушиться помітним чином or положення рівноваги і акта індукції не відбудеться. Це може статися, наприклад, при проходженні улоговини хвилі, так як змочена площа плити буде значно менше, ніж під час проходження гребеня. Це свідчить про те, що у перетворювача є поріг спрацьовування по орбітальної швидкості поверхневих хвиль; якщо горизонтальна складова орбітальної швидкості і відповідно тиск хвиль на плиту стають нижче деякої величини, то коливання плити припиняються.

Рис.2.6. Осцилограми електричної напруги, що виникає на навантаженні при коливаннях плити під дією хвиль

Тому процес порушення електричних коливань має суттєво нелінійний характер, що підтверджується осцилограм, наведеної на рис. 7. Осцилограма показує електрична напруга, зареєстроване на омічний навантаженні перетворювача під час його випробувань на морському причалі. Імпульси електричної напруги на навантаженні дуже далекі від синусоїдальної форми кривої; вони мають складну форму, причому великі імпульси чергуються з малими, що пояснюється складною грою нелінійних сил.

На осцилограмі, що відповідає одному періоду поверхневої хвилі, можна побачити всього чотири відносно великих імпульсу електричної напруги. Перший імпульс (рахуючи зліва направо) відповідає виходу магнітів з-під торців сердечника під тиском гребеня підійшла хвилі; максимальне значення напруги досягає 3 В. Після проходження гребеня тиск хвилі на плиту слабшає і вона повертається в положення рівноваги; магніти входять під торці осердя. Процес цей відбувається швидше їх виходу, тому індуковані напруга досягає приблизно 4,5 В. Третій імпульс відповідає другого виходу магнітів за рахунок проходження улоговини хвилі, його максимальне значення напруги досягає лише 2,5 В, після закінчення проходження улоговини плита і пов'язана з нею перемичка з магнітами знову повертаються в положення рівноваги, при цьому порушується четвертий імпульс величиною близько 4 В.

Великі імпульси напруги виходять, коли магніти входять в робочий зазор сердечника. У цьому випадку напрямок моменту тангенціальною складової сили тяжіння магнітів збігається з моментом сили тяжіння плити та штанги; крім того, при закінченні будь фази хвилі (тобто гребеня або улоговини) напрям моменту сили тиску від починається нової фази збігається з моментами цих двох сил . Тому зростає швидкість руху магнітів, збільшується швидкість зміни магнітного потоку через магнітопровід, зростає индуцируемая ЕРС і напругу на навантаженні. Піки напруги меншої величини завжди спостерігалися при виході перемички з магнітами з положення рівноваги. У цьому випадку момент тангенціальною складової сили тяжіння протилежний моменту сили хвильового тиску. Природно, що швидкість руху магнітів менше, менше индуцируемая ЕРС і напругу на навантаженні.

На осцилограмі рис. 7 після другого імпульсу можна побачити ще два імпульси малої амплітуди; їх походження, можливо, пов'язано з відбитими від берега хвилями.

Під час проведення експериментів відзначено вплив власної частоти коливань плити на генерируемую потужність.

При більш строгому аналізі процесу перетворення енергії необхідно також врахувати так звану Пондер-моторну силу (або силу Ампера). Вона викликана взаємодією індукованого струму в обмотках з магнітним полем збуджуючих магнітів. Пондеромоторную силу можна оцінити за формулою

Fa = 1,02 BlI ¹⁰ липня кг,

де В - магнітна індукція в зазорі, Гс; I - Сумарна довжина проводу обмотки, см; / - струм через обмотку, А. Розрахунок показує, що в нашому випадку значення сили F _a не перевершує 0,25 кг, тому в орієнтовному розрахунку нею можна знехтувати. Незначність цієї величини свідчить, зокрема, про те, що у перетворювача є значні можливості в сенсі збільшення генерується потужності. Цього можна досягти різними шляхами.

Наприклад, для збільшення генерується потужності в 10 разів можна збільшити магнітний потік в \ / 10, тобто приблизно в 3,16 рази; для цього будуть потрібні два магніти РЗМ площею по 6 J см ^2. При виконанні цієї умови легко отримати потужність в 30-40 Вт Такої потужності цілком достатньо для забезпечення енергопостачання навігаційного буя або буя для передачі інформації про гідрофізичних параметрах океану. Для збільшення потужності в 100 разів, тобто для отримання 300-400 Вт, магнітний потік при всіх інших незмінних даних буде потрібно збільшити в 10 разів; цього можна домогтися застосуванням декількох пар магнітів РЗМ замість однієї. Такий спосіб зручніше, оскільки дозволяє ввести автоматичну компенсацію сили статичного тяжіння магнітів, що полегшить умови роботи перетворювача і дозволить говорити про створення генераторів такого типу потужністю до декількох десятків кіловат.

Питання стоїть про ціну кіловата в залежності від розмірів установки. Перетворювачі цього типу відрізняються простотою, але дорога основна частина - магніти РЗМ. Можлива область їх застосування - мала енергетика, тобто невеликі силові установки для окремих ферм, рибозаводів або радгоспів, розташованих поблизу узбережжя.

Основна перевага пристроїв подібного типу-гранична простота пристрою. Вони цілком відповідають другого типу перетворювачів наведеної вище класифікації. Перетворення йде по короткій схемі: хвилі - механічний приймач енергії хвиль-генератор електричної енергії; ця схема відрізняється від ідеальної (схеми I) введенням лише одного елемента - приймача енергії у вигляді плити.

Одна з особливостей перетворювачів з коливальним рухом полягає в необхідності застосування постійних магнітів типу РЗМ (з іншими відомими нині типами постійних магнітів потрібного ефекту не вийде з-за недостатності їх залишкової індукції), але РЗМ - щодо дороги та дефіцитні, що позначиться на їх застосуванні.

Для нормальної роботи перетворювачів розглянутого типу необхідно мати нерухоме підставу, на чому можна було б зміцнити раму, підтримуючу горизонтальну вісь, щодо якої коливається плита зі штангою і магнітами. Подібна вимога не завжди

можна виконати в умовах відкритого моря, проте є способи обійти це складне становище. Перший з них полягає в застосуванні якоря. Він може забезпечити достатню нерухомість однієї з частин перетворювача, щодо якої буде коливатися друга частина, що несе магніти або обмотки. У цьому випадку конструкція перетворювача повинна дещо змінитися. Ще краще замість якоря використовувати стабілізований буй (типу «віхи Фрудл») з достатньою плавучістю. Можна вирішити цю задачу н на принципово іншому фізичному принципі, використавши сили інерції замість прямого тиску хвиль на плиту.

Описаний перетворювач дінамоелектріческого типу в коливальному режимі дає змінний струм, частота якого коливається так само, як і його ефективне значення. Безпосередня подача такого струму споживачам навряд чи виявиться прийнятною, тому перед подачею його параметри повинні бути покращені. Найпростіше це зробити за допомогою акумулятора того чи іншого типу.

§ 2.4.ЗАКЛЮЧЕНІЕ.

Незаперечна роль енергії в підтримці і подальшому розвитку цивілізації. У сучасному суспільстві важко знайти хоча б одну область людської діяльності, яка не вимагала б - прямо або побічно - більше енергії, ніж її можуть дати м'язи людини.

Споживання енергії - важливий показник життєвого рівня. У ті часи, коли людина добував їжу, збираючи лісові плоди і полюючи на тварин, йому було потрібно в добу близько 8 МДж енергії. Після оволодіння вогнем ця величина зросла до 16 МДж: у примітивному сільськогосподарському товаристві вона становила 50 МДж, а в більш розвинутій - 100 МДж.

За час існування нашої цивілізації багато разів відбувалася зміна традиційних джерел енергії на нові, більш досконалі. І не тому, що старе джерело було вичерпано.

Сонце світило і обігрівало людини завжди: і тим не менше одного разу люди приручили вогонь, почали палити деревину. Потім деревина поступилася місцем кам'яному вугіллю. Запаси деревини здавалися безмежними, але парові машини вимагали більш калорійного «корми».

Але і це був лише етап. Вугілля незабаром поступається своїм лідерством на енергетичному ринку нафти.

І ось новий виток в наші дні провідними видами палива поки залишаються нафта і газ. Але за кожним новим кубометром газу або тонною нафти потрібно йти все далі на північ або схід, зариватися все глибше в землю. Не дивно, що нафта і газ з кожним роком коштуватимуть нам все дорожче.

У гонитві за надлишком енергії чоловік все глибше занурювався в стихійний світ природних явищ і до якоїсь пори не дуже замислювався про наслідки своїх справ і вчинків.

Але часи змінилися. Зараз, починається новий, значний етап земної енергетики. З'явилася енергетика «щадна». Побудована те, щоб людина не рубав сук, на якому він сидить. Дбав про охорону вже сильно ушкодженої біосфери.

Безсумнівно, у майбутньому паралельно з лінією інтенсивного розвитку енергетики отримають широкі права громадянства і лінія екстенсивна: розосереджені джерела енергії не дуже великої потужності, але зате з високим ККД, екологічно чисті, зручні в зверненні.

Енергетика дуже швидко акумулює, асимілює, вбирає в себе всі самі новітні ідей, винаходи, досягнення науки. Це й зрозуміло: енергетика пов'язана буквально з Усім, і Всі тягнеться до енергетики, залежить від неї.

Лабіринти енергетики. Таємничі переходи, вузькі, звивисті стежки. Повні загадок, перешкод, несподіваних осяянь, криків суму і поразок, кліків радості і перемог. Тернистий, непростий, непромис енергетичний шлях людства. Але ми віримо, що ми на шляху до Ері Енергетичного Достатку і що всі перепони, перешкоди і труднощі будуть подолані.

Розповідь про енергію може бути нескінченний, незлічимі альтернативні форми її використання за умови, що ми повинні розробити для цього ефективні і економічні методи. Не так важливо, яка ваша думка про потреби енергетики, про джерела енергії, її якості, і собівартості. Нам, мабуть. слід лише погодитися з тим, що сказав вчений мудрець, ім'я якого залишилося невідомим: «Немає простих рішень, є тільки розумний вибір».

СПИСОК ЛІТЕРАТУРИ.

1. Баланчевадзе В. І., Барановський О. І. та ін; Під ред. А. Ф. Дьякова. Енергетика сьогодні і завтра. - М.: Вища школа, 1990. - 344 с.

2. Шефтер Я.І. Використання енергії вітру 2 видання .., перероб, і доп. Вища.

3. Шейдлін А. Є. Нова енергетика. - М.: Наука, 1987. - 463 с.

4. Юдасин Л. С.. Енергетика: проблеми та надії. - М.: Просвещение, 1990. - 207с.

5. Вершинський Н. В. Енергія океану - М. Наука, 1986 - 144с.

6. Шулейкин В. В. Фізика моря - М. ОНТИ, 1938 - 314с.

ЗМІСТ

ВСТУП

РОЗДІЛ 1 ВІТРОЕНЕРГЕТИКА

§ 1.1. ІСТОРІЯ РОЗВИТКУ

§ 1.2. ВІТЕР ЯК ДЖЕРЕЛО ЕНЕРГІЇ

§ 1.3. Принцип перетворення ЕНЕРГІЇ ТА РОБОТИ Ветродвігатель

РОЗДІЛ 2 ВИДИ ЕНЕРГІЇ СВІТОВОГО ОКЕАНУ

§ 2.1ОСНОВНИЕ НАПРЯМКИ РОЗВИТКУ океанській енергетиці

§ 2.2ПРЕОБРАЗОВАНІЕ ТЕПЛОВОЇ ЕНЕРГІЇ ОКЕАНУ

ІДЕЯ Арсонваля І РОБОТИ КЛОДА

§ 2.3.ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ

З вагається МАГНІТО

§ 2.4.ЗАКЛЮЧЕНІЕ

СПИСОК ЛІТЕРАТУРИ.