Разрушенные берега, унесенные в море песчаные и галечные пляжи, ис­кореженные железобетонные прибрежные конструкции, громадные океанские суда с разломанным корпусом или выброшенные на скалы — такими мы ви­дим последствия проявления энергии, которую природа вложила в волны. Че­ловечество не только защищается от разрушительного действия морских волн, но и пытается с пользой для себя преобразовать их энергетический потенциал.

В морских волнах концентрируется энергия ветра, дующего над океан­скими просторами. Энергия волны зависит от таких параметров, как длина и период волны, ее амплитуда. Период волны измеряется временем между появ­лением двух последовательных гребней волны в заданном районе. .Длина вол­ны L связана с ее периодом Т следующим выражением:

(5.2)

Мощность волны Р определяется по формуле:

где р — плотность воды, кг/м3; g — ускорение силы тяжести, м/с2; Н — амплиту­да, м; Т—период волны, с.

Расчеты показывают, что волна высотой Н=1 м с периодом 5 с имеет мощность около 2,5 кВг/м, а мощность двухметровой волны с тем же перио­дом — 22,1 кВт/м.

Период ветровых волн меняется от 2 до 20 с, а гребень иногда поднимается на высоту до 30 м. Такие громадные волны наблюдались в і 933 и 1937 годах.

В отличие от звуковых и электромагнитных волн скорость морских волн не является постоянной. Она возрастает с увеличением периода, и поэтому одна волна может догнать другую, имеющую меньший период. Новая волна в этот момент будет больше каждой отдельной.

Время существования даже самой большой волны не превышает 2 минут. Для некоторых морей хорошо изучена энергетика волн. Так, среднегодовая удельная мощность волн для Великобритании составляет 70 кВт/м, в Север­ной Атлантике — 40-80 кВт/м, на побережье Индии 50-90 кВт/м, для Каспий­ского моря 7-11 кВт/м, Баренцева — 22-29 кВт/м, Охотского 12-20 кВт/м.

По мнению исследователей, предельные значения удельной мощности, пригодные для использования, не должны превышать 80 кВт/м.

Первый проект преобразования энергии волн появился на рубеже XVIII и XIX веков. В нем поплавок прикреплялся к одному концу рычага, имевшего опору на берегу. Второй конец рычага соединялся с рабочим органом — жер­новами и приводил их в движение.

В наше время имеется широкая гамма устройств разного принципа дейст­вия, предназначенных для преобразования энергии волн всех периодов и ам­плитуд [99].

Часть установок использует принцип осциллирующего столба (рис. 5.2).

На схеме волна 5 попадает в приемное устройство, где уровень воды 1 поднимается, сжимает в камере находящийся над поверхностью воды воздух и проталкивает его через клапан 2 и воздушную гурбину 3, связанную с элек­трогенератором. Затем через клапан 4 воздух попадает в атмосферу. При опускании уровня воды в камере 6 открывается другая система клапанов 7,8. Воздух из атмосферы просасывается через них и воздушную турбину. Таким образом, система клапанов позволяет создать поток воздуха через турбину в одном направлении.

Рис, 5.2. Схема осциллирующего столба

Подобные системы могут находиться в плавающем состоянии. Экспери­ментальная установка мощностью 500 кВт с колеблющимся воздушным стол­бом была сооружена на побережье Норвегии в середине 80-х годов. Однако через короткое время разрушилась под напором штормовых волн. Более мощ­ный волновой преобразователь 1,4 МВт сооружен на базе японского судна «Каймэй». В нем смонтированы воздушные турбины по 125 кВт.

Опробован принцип относительного перемещения отдельных узлов уста­новки при набегании волны. Плот Коккереля, например, содержит 2-3 шар­нирно соединенных плота. На них закреплены гидроцилиндры с поршнями. Колебания г/лотов друг относительно друга с помощью гидроцилиндра обес­печивают повышение давления в рабочей жидкости, которая затем поступает в гидротурбину и вращает ее. Эффективно преобразует энергию волны «утка Солтера» (рис. 5.3), в которой поплавок 1 колеблется относительно полого ва­ла 2. В результате в гидроцилиндре 3 сжимается масло, а затем поступает в гидро двигатель. Плавающая система крепится к подвижной платформе 4.

Целый ряд устройств работает на принципе гибкого длинного резервуара, заполненного воздухом. Под воздействием волн эластичные стенки сосуда сжимают воздух, нагнетая его в пневмотурбину, вращающую электрогенера­тор.

з