Энергия океанской волны может служить человечеству

К сожалению, пока эффективных преобразователей энергии морской волны в природе нет

Сергей ДЖАНШИЕВ, Станислав ПОНЯТОВСКИЙ

Энергия океанской волны может служить человечеству

Наш естественный источник энергии - Солнце - на квадратный метр диска Земли посылает 1400 Вт.

Все вторичные возобновляемые источники энергии, за небольшим исключением, питаются из этого первичного источника.

Учитывая, что площадь поверхности Земли в 4 раз больше поверхности ее диска и прикрыта атмосферными помехами, то в среднем до поверхности Земли доходит около 200 Вт/м². Однако для того, чтобы выдержать конкуренцию в современных условиях, требуется, чтобы возобновляемые источники имели значительно более высокую концентрацию энергии, т.е. естественным путем эта энергия должна быть сконцентрирована.

Проект регаты «Формула 1-2»

Мощность воздействия ветра на единичную поверхность вычисляется по формуле E=mV^2/2=ρSV^3/2 кгм/сек
где:
ρ-плотность воздуха (0,13 кг сек²/м4 );
S-площадь поперечного сечения (1 м²);
V-скорость ветра (10 м/сек).

Мощность воздействия морской волны на единичную поверхность можно вычислить по формуле E=mgH=2ρSgA^2/τ кгм/сек
где:
ρ - плотность воды (102 кг сек²/м⁴ );
S-площадь поперечного сечения (1м²);
H-высота волны;
А- амплитуда волны в метрах A=H/2;
g- ускорение силы тяжести (9,8 м/сек²);
τ- период волны (сек).

Данные наблюдений морского волнения дают следующие средние значения:
При скорости ветра 10 м/сек, в открытом море поднимается волна высотой около 2-х метров.
Скорость волны составляет 0,8 от скорости ветра.
Длина волны в 20 раз превышает высоту волны.

итого:
При высоте волны 2 метра V=8м/сек, λ=40м
τ =λ/V волн=40/8=5 сек

Подставляя значения, получим:
Формула 1- 65 кг м/сек.
Формула 2- 400 кг м/сек.
Т.е., через единичную площадь воздействия энергоносителя, морская волна в 6 раз эффективней ветра.
Это то, что получается в теории.

Как преобразовать энергию ветра секрета нет.

Это - ветрогенератор для производства электроэнергии или паруса на судах.

К сожалению, пока эффективных преобразователей энергии морской волны в природе нет. Но разница в 6 раз говорит о многом.

Предлагаемые нами патенты РФ № 59568, 58612, 53374 способны стать основой такого оборудования.

Описание проекта

Имеются две классические формулы: E=mV^2/2 и E=mgH

Первая определяет энергетический потенциал ветра, вторая - энергетический потенциал волн.

Предполагается организовать регату на судах с разными движителями, использующих энергию ветра и волн, например, вокруг Антарктиды по «ревущим сороковым», где и того и другого - предостаточно. Причем гонки можно проводить в обоих направлениях как с запада на восток, так и с востока на запад.

Установка электротяги на бортовых аккумуляторах допустимо. Габариты не ограничены.

Такие соревнования, будучи интересными сами по себе, помогут отработать технику освоения возобновляемых ресурсов.

На сайте www.watervigorous.com предложены примерные схемы и рекомендации по созданию судов на основе волнового преобразователя.
Детали можно обсудить на форуме.

Известно, что поверхность нашей планеты представлена пятью континентами, окруженными значительно превосходящей их площадь водной поверхностью. Освоение солнечной энергии, как правило, принято рассматривать в основном на континентах. Здесь практически уже осваивается гидроэнергетика, прямое солнечное излучение, энергия ветра и биоэнергетика.

Наиболее эффективным из них является гидроэнергетика, где естественным образом концентрируется энергия падающей воды с огромного речного бассейна. Но ни ветер, ни солнечное излучение таких естественных концентраторов, как речной бассейн, не имеют, поэтому их освоение затруднено.

Хорошо концентрируется солнечная энергия в биоэнергетике, где практикуется выращивание рапса и других сельскохозяйственных культур для нужд энергетики, но эти технологии требуют посевных площадей, удобрения и т.д., которых не хватает даже для производства продуктов питания. Целесообразность производства топлива из биологических отходов также может оказаться под вопросом, поскольку эти отходы - хорошее сырье для удобрений. Учитывая, что речные стоки практически уже освоены, то для эффективного производства энергии из естественных источников на континентальной части остается ветер.

Схема возникновения и движения воздушных масс, представляющих ветер следующая:

Солнце в нижних широтах прогревает атмосферный воздух и поднимает в этой зоне давление. В высоких широтах воздух излучает тепло в космическое пространство и давление воздуха падает. В результате воздух, в виде теплых и холодных циклонов перемещаясь по планете, создаёт постоянно меняющуюся карту ветров. Так энергия солнечного излучения выделяется на всей поверхности планеты, а энергия ветра, в которую переходит значительная часть солнечного излучения, проходит через 3-4-километровый атмосферный диск средних широт. Это известные «ревущие сороковые», где наблюдаются наиболее сильные ветра. На естественную карту ветров за счет солнечного нагрева в последнее время накладывается изменения, связанные с изменением физических свойств воздуха (теплоемкость, прозрачность и т.д.).

В последнее столетие в результате промышленной деятельности было использовано порядка 500 куб. км. условного топлива. Практически это углеводороды. При этом в атмосферу выделилось порядка 7,5 млн куб. км. газа с отличными от воздуха физическими параметрами. Поскольку атмосфера является рабочим телом такой глобальной тепловой машины, каким является планета, то наблюдаемые в последние годы участившиеся ураганы легко объясняются через схему тепловой машины, в которой циркулирует воздух в качестве рабочего тела. В течение последующих 100 лет основным поставщиком энергии так же остаются углеводороды. Планируется использовать на нужды экономики порядка 1500 куб. км. углеводородов. Похоже, это последние запасы углеводородов, на которые можно рассчитывать. В процессе их использования в атмосферу будет выброшено еще более 20 млн куб. км. газа, которые способны принести не только глобальное потепление, но и более разрушительные ураганные ветры.

Если исключить эту схему и перейти на атомные станции, то в течение 100 лет необходимо построить порядка 10 000 блоков по 1000 МВт, т.е. по 100 блоков ежегодно.

Реалии говорят о том, что все идет по комплексному варианту. Это значит, что будет использовано 1000-1200 куб. км. углеводородов и построено еще около 1000 атомных энергоблоков - около 10 энергоблоков в год.

Практически перспектива в энергетике неутешительная.

Теория золотого миллиарда говорит о том, что на Земле комфортно может проживать только около одного миллиарда жителей. Сегодня нас - около шести с половиной.

Вопрос: куда девать пять «лишних» миллиардов в ближайшие 100-150 лет, и кто эти «лишние».

Вероятность того, что может сработать силовой вариант достаточно велика. У всех сегодня оружия всякого и разного - в избытке, чего не скажешь о ресурсах. Единственный разумный выход - освоить новые территории.

Луна и Марс - нереально, особенно в ближайшие 500 лет. Остается морская акватория самой Земли.

Рассматривая морскую акваторию можно заметить, что здесь солнечная энергия хорошо концентрируется.

Схема естественной концентрации солнечной энергии в морских волнах следующая:

Солнечное излучение нагревает атмосферу и вызывает ветер. Далее, двигаясь над морской поверхностью, ветер поднимает морскую волну, передавая ей часть своей энергии. При этом концентрация энергии в волне значительно превышает концентрацию энергии ветра.

К примеру:

Ветер со скоростью 10 м/сек, на который в основном рассчитываются ветряные преобразователи, имеет энергетический потенциал E=mV2/2 =ρSV^3/2=0,13*1000/2=65кгм/м^2.=650Вт/м^2. Волна, поднятая этим ветром, имеет высоту около 2 м при периоде около 5 сек ее энергетический потенциал составит E=mgH=2ρSA^2.=2*102*9,8*1/5 или около 4 кВт /м². Таким образом, можно сказать, что морские волны являются концентрированным выражением солнечной энергии.

Помимо этого, действующая сила, направленная у воздушного потока горизонтально, переходит в вертикальную плоскость определяемым вертикальным колебательным движением воды. Для морских объектов это позволит рационально использовать площадь верхней палубы, а энергию морских волн отбирать снизу.

Вторым, еще более мощным концентратором и аккумулятором солнечной энергии, является вода тропических широт. В данном случае концентрацию энергии определяет теплоёмкость воды. Как известно, она составляет 1ккал/кг град. Технически эту воду можно охладить на 1-2 градуса за счет градиентной разности температур поверхностных и глубинных слоев, из этой воды получить около 2% содержащейся в ней энергии, и при этом на 2 порядка перекрыть возможности прямого солнечного излучения по концентрации энергии на м² набегающего потока. Энергия эта не только хорошо концентрирована, но и хорошо аккумулирована. Т.е. энергию можно получать круглосуточно.

Энергетическая установка может представлять собой точечный объект, обрабатывающий на скорости 1м/сек поверхность океана точно так, как это делается при сборе сельхозпродуктов.

Только сажать и растить этот урожай не надо.

P.S. Электричество, получаемое из энергии океанских волн

Бывший австралийский серфингист Джордж Тэйлор разработал установку, с помощью которой движения океанских волн можно перерабатывать в электричество. Вскоре частные дома и здания Западного побережья США будут освещены именно этим электричеством. К 2010 году Тэйлор планирует посредством своих установок извлекать около 500 КВт энергии, которые обойдутся дешевле, чем остальные ее виды.

Исследователи государственного университета Орегона считают, что лишь 0.2% энергии Мирового океана хватит на то, чтобы обеспечить электроэнергией весь мир. (oceanpowertechnologies.com)

Журнал "СЕВЕР промышленный" № 6-7 2008