7. Основные закономерности преобразования энергии волн. Устройства для преобразования энергии волн

Обилие схем преобразователей энергии волн породило несколько вариантов классификации, в основе которых лежат раз­личные принципы. Можно, выделить два класса преоб­разователей— активные и пассивные. К первому относятся все устройства, имеющие перемещающиеся под действием колебаний водных масс элементы, ко второму — устройства,  направляю­щие движение вод с целью концентрации энергии волн. В основу классификации иногда кладут наиболее характерные особенности природы волновых явлений и тогда выделяют три характерных признака:

- подъем волновой поверхности и изменение ее наклона;

- подповерхностное движение частиц жидкости и изменение дав­ления;

- преобразование волн при подходе к естественным или искус­ственным препятствиям.

При такой классификации под первый признак попадают раз­личные типы активных устройств — буев, колеблющихся тел, пре­образователей волнового движения в изменение воздушного дав­ления и т. п. Под второй признак попадают также активные уст­ройства, например поглощающие волновую энергию оболочки и устройства с колеблющимися и вращающимися элементами. Под третью — различные концентраторы энергии пассивного типа. Такая классификация не позволяет выявить всего много­образия принципов и мало отличается от первой.

Наиболее удачным кажется метод классификации, идущий от природы волновых явлений, но дающий им большую детализа­цию. В соответствии с этой классификацией конструкции волновых пре­образователей делятся на использующие следующие физические факторы:

Принцип работы электростанции на энергии волн

- разность фаз колебаний в пространственно разнесенных точках;

- изменение уровня моря относительно стационарно размещен­ного тела;

- разность фаз колебаний уровня давления воды в пространст­венно разнесенных точках;

- периодичность колебаний суммарного давления относительно стабилизированного уровня;

- периодическое  изменение  наклона   волновой   поверхности;

- концентрацию волновой энергии по фронту или по глубине;

- скоростной напор жидкости;

- комбинацию эффектов.

Классификация позволяет анализировать возможность исполь­зования тех или иных устройств применительно к конкретным ус­ловиям. Например, относительно преобразователей второй группы можно сказать, что если они используют жесткое закрепление на грунте, то в зоне действия приливов неприемлемы. В то же время такое ограничение не распространяется на аналогичные устройства, в которых перемещение поплавка происходит относи­тельно инерционной платформы или динамического якоря. Конструкции, использующие разность фаз колебаний уровня (первая группа), вряд ли могут иметь значительные еди­ничные мощности из-за прочностных характеристик передаточных пространственных механизмов. Устройства третьей группы имеют ограничение по глубинам установки. То же можно сказать о пре­образователях предпоследней группы. На них, как и вообще на устройства, размещаемые под поверхностью водоема и на дне, действует еще одно ограничение: быстрое затухание волнового возмущения с глубиной. Для скорости движения частиц жидкости такое затухание, например, происходит по экспоненциальному за­кону. Кроме того, любые устанавливаемые на дне устройства находятся в какой-то мере под угрозой заноса осадочными мате­риалами.

Большие единичные мощности — необходимое условие круп­номасштабной энергетики — позволяют получить либо устройства, концентрирующие волновую энергию по фронту и по глубине, либо объединенные в сети преобразователи, работающие на общую нагрузку. При таком    объединении    размещают    отдельные блоки или вдоль фронта волн (терминаторы), или поперек фронта (аттенюаторные устройства). В роли и аттенюаторов, и термина­торов могут выступать устройства различных групп.

В настоящее время разрабатываются варианты преобразова­телей практически всех групп. Многие из них реализованы и ис­пытаны в лабораторных условиях волновых бассейнов, ряд испы­тан в условиях моря. Но до сего дня нельзя выделить какое-то одно или даже несколько устройств, которые были бы приемлемы для всех случаев, удовлетворяли бы всем противоречивым требо­ваниям, предъявляемым потребителями.