Предлагаю проект волновой электростанции, в которой механическая энергия волн используется для привода поршневых насосов, подающих морскую воду в бассейн. Уровень воды в бассейне на 20—30 м выше уровня моря, чтобы обеспечить перепад высот. Из бассейна вода самотеком поступает в гидравлическую турбину, которая вращает электрический генератор. Электрический ток можно использовать для освещения улиц небольшого приморского города.
Сергей Прибылов, г. Владивосток
В выпуске ПБ рассказывается о двух необычных проектах электростанций и других интересных предложениях.
ЕЩЕ ОДНА ВОЛНОВАЯ
Как мне кажется, энергию морских волн можно преобразовывать в электрическую без всяких промежуточных устройств. В вертикальной трубе (без дна) установлен поплавок. При волнении моря поплавок перемещается в трубе вверх-вниз. Возаратно-поступательные движения через шток передаются сильному постоянному магниту, на сердечник которого надета спираль проводника. Когда спираль-проводник пересекает силовые линии магнита, в проводнике генерируется ток.
Александр Самсонов, г. Мурманск
КОММЕНТАРИЙ
СПЕЦИАЛИСТА
Ветер раскачивает поверхность морей и океанов. Во время бриза образуется едва заметная рябь. Ветер стал ураганным — и на берег обрушиваются огромные валы. Если взглянуть на поверхность моря с крутого берега, может показаться — вода движется вместе с волной. Но в действительности перемещается не вода, а лишь ее поверхность. Так, например, пробка, плавающая на поверхности моря, «танцует» вверх-вниз и незначительно подвигается в направлении движения волны. Когда же волна подходит к берегу, ее гребень опрокидывается, перемещая огромные массы воды вперед.
На эти две особенности и обращают внимание изобретатели. И вот почему. Береговая линия нашей страны, обращенная только к Тихому океану, протянулась на многие тысячи километров. По подсчетам энергетиков, на нее обрушиваются волны, суммарная энергия которых составляет половину от вырабатываемой в настоящее время всеми электростанциями страны. За последнее десятилетие предложено много проектов электростанций, преобразующих даровую энергию волн в энергию электрическую. Правда, построены и дают промышленный ток пока лишь единицы. Чем же объяснить, что до сих пор не используются огромные запасы механической энергии морских волн, которые в масштабах Земли сравнимы с энергией 400 ООО таких энергетических гигантов, как Красноярская ГЭС? Причин несколько. Первая — механическая энергия рассеяна по волнам, имеющим различную высоту и длину. Вторая — очень трудно использовать полностью всю энергию волны. Лучшие экспериментальные образцы электростанций преобразуют механическую энергию волн в энергию электрическую с коэффициентом полезного действия, не превышающим 50 процентов. И последняя, третья, причина заключается в малой мощности отдельного энергоблока, отчего стоимость строительства и эксплуатации всей волновой электростанции значительно возрастает. Это станет понятнее, если скажем, что каждый метр береговой пинии может дать в среднем до 10 кВт, если, конечно, эту энергию использовать полностью.
Посмотрим, как же пытаются преодолеть эти трудности Сергей Прибылов и Александр Самсонов. Оба автора рассматривают прибрежный вариант волновых электростанций. И совершенно правильно. У берега разница в высоте между горбом и впадиной волны, или ее амплитуда, будет наибольшей! Правда, в проекте Александра Самсонова высота волны не играет существенной роли — лишь бы она была вообще. Дело в том, что вертикальные перемещения штока ограничены высотой пружинного проводника. В проекте же Сергея Прибылова высота волны, наоборот, имеет существенное значение. Чтобы станция могла работать, когда волнение моря не превышает двух баллов, Сергей придумал необычный гидравлический усилитель. По сути дела, это железобетонный желоб, установленный перпендикулярно волнам. У желоба есть маленькая хитрость — его горловина напоминает воронку, разрезанную вдоль оси. Накатившаяся на такой желоб волна благодаря суживающимся стенкам поднимается, усиливая действие на поплавковые механизмы в несколько раз. А сами поплавки связаны рычагами со штоками поршневых насосов одностороннего действия. Морская вода засасывается десятками таких насосов и подается наверх в резервуар. Оттуда она самотеком устремится по трубам на лопатки гидравлической турбины. Дальше электростанция Прибылова работает как обычная гидравлическая станция. Обращаем ваше внимание на одну любопытную сторону проекта Сергея. Он рассматривает свою станцию не только как волновую и гидравлическую, но и как гидроаккумулирующую. Это означает: если в электрической сети появилось избыточное электричество (такое имеет место после пиковых нагрузок, например ночью), его можно использовать для подкачки воды в резервуар.
Очевидно, что ни длина волны, ни ее направление, ни ее высота для обоих проектов существенного значения не имеют. Если волнение моря будет превышать два балла, обе электростанции способны вырабатывать электричество.
Пойдем дальше. В проекте Сергея энергия морских волн преобразуется в электрическую через цепочку машин. Тут рычаги, поршневые насосы, клапаны, трубопроводы, гидравлическая турбина. В каждом звене этой цепочки возникают потери, связанные с трением. Поэтому коэффициент полезного действия такой станции в целом будет не очень высоким.
В проекте Александра подобная механическая цепочка отсутствует. Энергия волн непосредственно преобразуется в энергию электрическую. Потери, конечно, и здесь есть, но они небольшие, лишь на трение штоков в подшипниках. Все устройство преобразователя состоит из постоянного магнита и проводника-пружины. По закону Ленца индукционный ток, возникающий в проводнике, имеет такое направление, при котором его магнитное поле противодействует изменению магнитного потока, вызывающему этот ток. Следовательно, ток, генерируемый этим преобразователем, будет переменный, а вся электрическая энергия будет получаться согласно закону сохранения и превращения энергии за счет эквивалентного количества энергии, затрачиваемой волной на перемещения поплавка.
Значит, коэффициент полезного действия волновой электростанции Самсонова будет, несомненно, выше, чем электростанции Прибылова.
И наконец, интересно сравнить затраты на строительство и эксплуатацию равных по электрической мощности волновых электростанций наших юных изобрететелей. Строительство железобетонных желобов, механических узлов электрической станции Прибылова пришлось бы развертывать на воде или в каньоне, отделенном от моря временной насыпью. Сделать это не так-то просто и очень дорого. Кроме того, сборка трубопроводов, строительство резервуара, здания станции потребовало бы также огромных затрат. Да и для эксплуатации такой станции нужен большой штат обслуживающего персонала, следящего за работой многочисленных ее частей.
Гораздо проще волновая станция Самсонова. Монтаж отдельных блоков можно производить в заводских условиях. А сборку блоков в секции легко производить на берегу, где мощный плавучий кран быстро установит секции на предварительно вбитые в дно опоры. Остается соединить части секций параллельно и последовательно, чтобы увеличить ток и напряжение.
Член экспертного совета инженер В. ЗАВОРОТОВ