Средняя высота волн в Мировом океане равна 2.5 м, а период их колебаний 8 с. При таких параметрах удельный поток энергии составит около 75 кВт/м фронта волны. Величина удельной энергии для разных морей существенно различается. Так, в Балтийском море она равна 7-8 кВт/м, а в морях Баренцево и Берингово соответственно 22-29 и 15-44 кВт/м.

Существенным достоинством волновой энергии является увеличение мощности волн в осенне-зимний период, когда возрастает и потребление электроэнергии.

Подавляющее большинство волновых энергетических установок в конструктивном отношении представляют собой сооружение, состоящее из трех основных элементов (систем): рабочего тела (или волноприемника), силового преобразователя с электрогенератором и системы крепления.

Рабочее тело может быть твердым, жидким или газообразным. Оно находится в непосредственном контакте с водой и под действием волн совершает какие-либо движения, например, колебательные. В качестве рабочего тела могут служить поплавки, водяные колеса, волноприемные камеры, эластичные трубы, набережные стенки, волноотбойные устройства и другие.

Силовой преобразователь служит для преобразования энергии, запасенной рабочим телом, в энергию, пригодную для использования или передачи на расстояние. В качестве таких преобразователей могут выступать разнообразные по исполнению гидравлические насосы, зубчатые, цепные, тросовые передачи, гидравлические и воздушные турбины и т. п. Система крепления предназначена для удержания на месте волновой установки.

На рис, 2,9 приведен пример конструкции простейшей волновой установки.

Установка состоит из рабочего тела, выполненного в виде поплавка -1 и укрепленного на одном конце штанги - 2, другой конец которой соединен с силовым преобразователем - 3. Последний размещен на свайных опорах - 4. Преобразователь - 3 воспринимает колебания - 5 штанги - 2. Если поплавок - 1 выполнить плоским и соединить со штангой - 2 шарнирно, то он будет также совершать и колебательные движения -6 относительно этого шарнира. Тогда целесообразно на поплавке установить дополнительный преобразователь - 7 для преобразования этих движений.

Перемещения поплавка используются для попеременного сжатия газа или жидкости в какой-либо емкости или перемещения сердечника в электромагнитной обмотке. Возможно также использование перемещений поплавка либо для преобразования во вращательное движение вала с помощью реечной или цепной передачи, либо в давление рабочей жидкости с помощью поршневого насоса.

Тип волновой установки определяется той составляющей энергии волн, которую рабочее тело преобразует в другой вид энергии. В частности, выделяют следующие составляющие энергии волн:

1) потенциальную энергию положения. При этом энергетическими установками могут использоваться:

разность между уровнем гребня волны и средним уровнем воды в море;

разность между уровнями гребня и ложбины волны;

наклон поверхности воды между гребнем и ложбиной волны;

перелом поверхности моря при волнении (постоянное изменение формы поверхности);

2) потенциальную энергию давления (переменное гидростатическое давление):

разность давлений на горизонтальную поверхность под гребнем и ложбиной волны у дна моря или в толще воды;

гидростатическое давление на вертикальную (наклонную) поверхность, равное высоте волны;

3) кинетическую энергию (гидродинамическое давление):

- энергию горизонтального перемещения гребней волн;

- энергию вертикального перемещения уровня воды от ложбины к іребню;

- энергию циркуляционного движения масс воды в волне.

Следует иметь в виду, что многие волновые энергоустановки

способны преобразовывать одновременно несколько составляющих энергии волны, поэтому такая классификация является условной.

Наиболее многочисленны установки, применяющие в качестве рабочего тела поплавок, использующий разность между уровнями гребня и ложбиной волны. С целью увеличения амплитуды колебаний (появления резонанса) цилиндрические поплавки могут частично заполняться водой. Пример такого устройства приведен на рис. 2.10.

работу от осевой гидротурбины - 5, обеспечивающей одностороннее вращение. При необходимости возможно применение мультипликатора - 6, позволяющего увеличивать частоту вращения ротора генератора. Такие устройства имеют амплитуду вертикальных колебаний, в 10 -12 раз превышающую высоту волны.

Волновые установки, использующие постоянное изменение формы поверхности, получили название «контурного (шарнирного) плота». Эти «плоты» имеют плоское или коробчатое рабочее тело, состоящее из двух или многих поплавков - 1 (рис. 2.11, а), соединенных между собой шарнирами, и снабженное поршневыми насосами -2. Установка удерживается с помощью якоря. Изменение формы поверхности моря приводит к изменению углового положения поплавков относительно друг друга, которое и используется для привода в действие насоса.

В Великобритании был предложен преобразователь энергии волн, использующий, наряду с изменением формы поверхности, давление набегающей волны. Схема этого преобразователя, который стали называть «ныряющая утка», представлена на рис. 2.11,6. Его эксцентрические поплавки - 1 раскачиваются на волнах и изменяют свое угловое положение относительно неподвижного вала - 2, укрепленного на опорных стойках - 3. Эти колебательные действия преобразуются в работу насоса - 4.

Динамическое воздействие волн на препятствия использовано в волновой установке с «конфузорным откосом», схема которой приведена на рис. 2.11, в. Она выполняется из бетонного корпуса - 1, на котором размещаются поверхности - 2 наката волн, опирающиеся на опорное кольцо-3. В средней части энергоустановки предусматривается бассейн -4 с водоприемным отверстием, через которое вода поступает на гидротурбину - 5 и далее по отводящему диффузору - 6 снова отводится в море. Генератор - 7 устанавливается в верхней части сооружения.

Пологий откос установки позволяет увеличить эффект набегания волны и поднять воду в бассейн, расположенный выше уровня моря. Образовавшийся при этом напор используется гидротурбиной. Такая волновая установка имеет существенные преимущества по сравнению с рассмотренными ранее. Она может размещаться на берегу, что полностью исключает риск, связанный с поломкой установки.

б)

При проектировании волновых установок следует помнить, что их рабочие поверхности находятся в постоянном контакте не с пресной, а с морской водой, которая может привести к быстрой коррозии конструктивных элементов и оборудования, если не принять специальных защитных мер.