Исследование прибрежных преобразователей энергии волн

Актуальность
2
До 90% электроэнергии Камчатки, Сахалина и Курил производится на завозном топливе;
Транспортные расходы;
Стоимость электроэнергии больше в 5-6 раз;
Поставки топлива не надежны (зависят от погоды и транспорта).

Цель диссертации:
разработка проекта малого преобразователя энергии волн для обеспечения энергией малых поселений и объектов на морском побережье Дальнего Востока.
3

Характеристика волновых режимов побережья Дальнего Востока
4
Среднегодовая мощность волнения (кВт/м) в разных районах мира
Параметры волнения у побережья ДВ России:

Обзор и анализ источников по волновым энергетическим преобразователям
5
PELAMIS
OWC: Oscillating Water Column
TAPCHAN
Oyster

Модель преобразователя энергии волн
Высота створки: 1,5 – 2,5 м;
Ширина створки: 3 - 4 м;
к.п.д. преобразователя: 30 – 40 %;
Средняя высота волн: 0,5 – 1 м;
Выходная мощность: 1 – 10 кВт.
6

НОВИЗНА:
Идея проекта состоит в создании малых установок, эффективных на малых волнах (высотой до 0,5 – 1 м), что позволит их применять на большой части побережья и без длительных перебоев в работе.
В предлагаемом проекте восстанавливающий момент обеспечивается эластичными (резиновыми или пружинными) элементами с возможностью настройки их жёсткости на оптимальный режим работы.
Створка автоматически поднимается и опускается, отслеживая уровень воды и волновую поверхность.

Получен патент на полезную модель.
Подана заявка на изобретение.

Математическая модель на основе обыкновенного дифференциального уравнения
7
n = 0
n = 2
На регулярном волнении
На пакетном волнении

Byy = 2 N·s/rad
Byy = 7 N·s/rad
Получены АЧХ системы при разных значениях сопротивления,
амплитуды волн и жесткости упругих элементов:
r = 33,5 мм
Byy = 0,8 N·s/rad
Byy = 5,8 N·s/rad
Получена зависимость к.п.д. от выходного сопротивления,
частоты волн и жёсткости эластичных элементов

Математическая модель на основе метода конечных объемов
8

Примеры расчётов:

Модельные эксперименты
В бассейне КнАГТУ
9
В естественной акватории

Спектр колебаний

Экономическая эффективность преобразователя
Достоинства преобразователя:
Экологичность;
Отсутствие затрат на топливо;
Простая конструкция и меньшая стоимость преобразователя;
Надёжность;
Возможность использования готовых компонентов для сборки электростанции.
10

Срок окупаемости: 1 – 2 года;
Себестоимость энергии (при 6000 часов работы в год):
при мощности 1 кВт: 3,3 руб/кВтч;
при мощности 10 кВт: 1,3 руб/кВтч.
Экономическая эффективность преобразователя

Основные результаты
Предложен проект волнового преобразователя;
Определена его конструкция;
Создана опытная модель;
Выполнен расчётный анализ преобразователя;
Разработан эскизный проект натурного образца;
Выполнено экономическое обоснование проекта;
Создана программа расчёта для преобразователя энергии волн качающегося типа;
Получен патент на полезную модель;
Подана заявка на изобретение.
11