«Дәстүрлі емес және жаңаратын энергия көздері»

1.6 Боркум аралынан солтүстік-батысқа төмен саксонтдық лерде 12 желқұрабырлар жасалуда, қуаттылығы әрқайсысында 4-5 МВт. v=12м/с жел жылдамдығында олардың теориялық диамерін анықтау.

1.7 Алдыңғы тапсырма шарттарына арналған. 2007ж. жалпы қуаты 100МВт дейін ұлғайту жоспарланды. Сондай құбырлардың тағы қанша орнату қажет?

1.8 Е112 құбыр 4,5МВт белгіленген қуатқа ие. Диаметрі 110 метр құрады. Бұл жердегі һ,м биіктікте жел жылдамдығы , м/с екені белгілі болса, номиналді тәртіпте құбыр жұмыс істеуі қажет болатын биіктікті анықтау.

1.9 құбырдан алынатын қуат тәуелділігін құрыңыз 1) Д2;4;8;15;30;50;100 м құбыр диамерінен. Жел жылдамдығы Ө12м/с; қолдану коэффициенті 0,3; тығыздық g=1,2кг/м³. V=6;8;10;12;14м/с жел жылдамдығынан. Желдөңгелек диаметрі Д15м қолдану коэффициенті 0,3; тығыздық 1,2кг/м³. 3 ) һ20;30;40;60;80;100;120м құбырдың желдөңгелеген орнату биіктігінен. Желдөңгелек диаметрі Д15м; қолану коэффициенті 0,3, тығыздық g1,2 кг/м³, егер бұл жердегі һ, м биіктікте жел жылдамдығы , м/с құрғаны белгілі болса.
Күн энергиясы. Күн коллекторлары
Энергияның қалпына келетін көздері арасында экологиялық тазалығы, қол жеткізуі, қорлар масштабтары бойынша күн радиациясы жел энергиясынан кем емес және сондықтан да жеткілімді тиімді.

Күн энергиясын қолдану жеткілікті әртүрлі, бірақ күн энергиясын қолданудың көбірек көрнекті облысы су мен ауаны жылыту. Суық климатты аудандарда ыстық сумен қамту және тұрғын үйлерді жылыту қажет. Өндірісте ыстық судың үлкен көлемін талап етеді. Австралияда, мыссалы, сұйықтарды 100⁰С температураға дейін жылытуға шамамен 20 энергия шығындалады. Көптеген елдер үшін тжылумен қамтуда күн жүйелерін қолдану қазбалы отын импорттарынан экономикалық тәуелділігін азайту әдісі. Осыған байланысты коптеген елдерде, әсіресе Австралияда, Израильде, АҚШ,Жапонияда, Испанияда, Германияда, Грецияда,Австрияда, Кипрде күнмен жылыту жүйелерінің өндірісі белсенді кеңеюде. ЕҚ елдерінде орнатылған күн колекторларының жалпы ауданы 2004 ж. Соңында 13960000 м² асып түсті. Күн колектрлары ауданының жылсайынғы өсуі ЕҚ-да орташа алғанда 12, ал жеке елдерде 20-30 одан көбірек. Жылумен қамту жүйесінде күн коллекторларының қосынды жылулық қуаты жылына 680000 ГВт көп құрады.

Күн энергиясының негізгі артықшылықтары оның қолжетімділігі және қолданудың көпжақтылығы; сарқылмайтындығы; стандартты жабдықты қолдану мүмкіндігі мен ГВС және жылумен қамтудағы күн жүйелерін қолданудың қарапайымдылығы; көптеген ауудандарда салыстырмалы тұрақтылық.

Кемшіліктеріне жататындар шашыраңқылық, кезеңдік, көбінесе қымбат материалдарды қолдану қажеттігі; аккумулдеу және кезеңдегі салдарынан резервілеу қажеттігі.

Күн колекторы күн сәулесі ағынымен суды жылытуға арналған құрылғы, жылумен қамтудағы кез-келген күн жүйесінің негізгі құрамы болып табылады. Күннің жылулық колекторына мөлдір тақта, жылу сіңіргіш тақта, сұйықтық жылутасушыға арналған шыны түтіктер жинағы, жылушектеуші қабат кіреді.

Колекторда күн сәулесін жұту мен сұйыққа энергияны беру, яғни күн энергиясының жылуға айналуы жүреді. Ең қарапайым қабылдағыштар қыздыру қажет болатын сұйықтың бүкіл көлеміне ие. Көбірек күрделі құрылымды қабылдағыштар артынан жеке резервуарда (бак аккумуляторда) жинақталатын сұйықтықтың тек аздаған көлемін ғана белгіленген уақытта қыздырады. Колектордың техникалық жетілгендігі мен құнына күннің жылуымен қамту жүйесінің барлық тиімділігі жіне оның экономикалық көрсеткіштері тәуелді болады.

Қабылдағыш беті сіңіретін сәулелік энергия ағыны Q_бет, Вт, құрады:

Q_бет=_бетdAI (2.1)

Мұндағы _бет-мөлдір жабынмен күн сәулесін өткізу коэффициенті, бірқабатты шыны жабынды үшін 0,9-ға тең деп қабылданады, 0,8-екі қабатты шыны жабынды үшін 0,81-селектілік шыны үшін; d-колекторлық қабылдау бетімен күн сәулесін жұту коэффициенті, бірқабатты шыны жабынды үшін 0,91-ге тең, 0,9-екіқабатты шыны жабындыға арналған; 0,81-селектілік шыныға; А-колектордың жарықтанатын бетінің ауданы, м²; І-күн колекторы бетінің сәулеленуі, Вт/м²

Энергияяны жұту үрдісінде қабылдағыш бетінің температурасынан мәнді жоғары болады. Бұл қоршаған орта кері жылу ағынының туындауына әкеледі, оның анықталуы:

Q_потА(Т_б-Т_Қ.О.)/R_б (2.2)

Мұнда Т_қ-колектордың қабылдау бетіндегі температура, К; Т_қ.о.-қоршаған ауа температурасы, К; R_қ-колекторда қабылдау бетінің термиялық кедергісі, типті коллекторлар үшін бірқабатты шыныға 0,13м²К/Вт, екіқабатты шыныға -0,22 м²К/Вт; селектілік шыныға -0,4 м²К/Вт

Күн колекторы теңдеуі сонда:

Q_ккА(_бетdI-(Т_б-Т_қ.о)/R_б (2.3)

Бірақ колектормен алынатын энергияның барлығы суға берілмейді, тек күн энергиясы өтуінің kf коэффициентімен сипатталатын бөлігі ғана беріледі, ол сұйықтыққа берілетін жылу ағынының үлесін Q_ск көрсетеді, 0,85 ке тең

Q_c=kfQ_ck (2.4)

Температуралардың белгілі айырмасында Q сұйықтықты жылытуға қажет жылу мөлшерін Q_с, Вт былай жазуға болады:

Q_c=Lgc(Т_с-Т_б) (2.5)

Мұнда, Т_с-судың соңғы температурасы,К; Т_б-судың бастапқы температурасы, К; g-су тығыздығы, 1000 кг/м³-ке тең; с-судың жылусыйымдылығы, 4200 Дж/кгК-ге тең. L-судың көлемдік шығыны, м³/с.

Колектордың жылу тепе-теңдік теңдеуі:

kfA(_бет di-(T_б –T_қ.о)/R_б)=Lgc(T_с –T_б) (2.6)

Күн колекторы тепе-теңдігінің теңдеуінен барлық негізгі сипаттамалар анықталады.

2.2 2,1тапсырмасының шарттарына екі қабатты шынылауды қолданса, су шығыны қалай өзгереді?

2.3 2,1 тапсырмасының шарттарына селектілік жабындыны қолданса, су шығыны қалай өзгереді?

2.4 2,1 тапсырмасының шарттарына колектор жазықтығында сәулелі энергия ағыны І1000 Вт/м² болса, су шығыны қалай өзгереді?

2.5 2,1 тапсырманың шарттарына коллектор жазықтығында сәулелі энергия ағыны І450 Вт/м² болса, су шығыны қалай өзгереді?

2.6 2,1 тапсырмасының шарттарына шығуда су температурасы қалай өзгереді, егер судың сондай шығынында колектор жазықтығындағы сәулелі энергия ағыны І1000Вт/м² болса?

2.7 2,1 тапсырманың шартарына тәулігіне адамға 150 литр шартында 5 адам тұрып жатқан коттедждің сумен қамтылуын қамту үшін коллектр ауданы қандай болуы керек?

2.8 Су шығының тәуелділігін құрыңыз: 1) 2,1 тапсырмасының шарттары бойынша коллектр ауданынан А2;3;6;10;20;40;100;200 м²; 2) кіретін сұйық температурасынан Т_б12;15;18;20;24 ⁰С; 3) Қоршаған ауа температурасынан Т_қ.о.20;24;28;32;36 ⁰С; 4) шығатын сұйық температурасынан Т_с30;35;40;45 ⁰С; 5) Колектор беті температурасынан Т_б40;45;50;55;60 ⁰С; 6) Күн радиациясы интенсивтігінен І450;500;600;700;800;900 Вт/м²

Электрэнергияға толқындар энергиясының айналу мүмкіндігін ертеде дәлелдеген. Бұл мүмкіндікті іске асыруда мүмкіндік беретін, көптеген технмкалық шешімдер бар. Соңғы жылдары толқынды энергетикаға қызығушылық шұғыл уүшейді, әсіресе Жапонияда, Ұлыбританияда, Скандинавия елдерінде, нәтижесінде тәжірибелер жобалардың іске асу кезеңіне ұласты. Энергияның қалпына келетін түрлеріндегі қондырғылар сияқты, осындай қондырғыларды өңдеудің қазіргі тенденциясы толқын фронты бойында шамамен 50м өлшеммен қалыпты қуаттың (шамамен 1МВт) бірыңғай модулдеріне бейімделеді. Осындай құрылғылар қазірдің өзінде шет кенттерді, әсіресе аралдарда, энергиямен қамтитын дизельді генераторларды алмастыру жағдайында белгіленген экономикалық пайдалар әкелуі мүмкін.

Толқынды энергетиканың дамуы мәнді қиындықтармен тәуелденген. Негізінен олар келесілерге келеді:

1. 
   Толқындар қозғалыс бағыты, фаза мен амплитуда бойынша ретсіз. Варьирлеуші шамалардың кең диапазонына энергияны тиімді алуға арналған құрылғыны жобалау оңай емес.
   
2. 
   Өте үлкен интенсивтілікті толқындар түзілетін дауылдар мен экстремалды штормдер туындау мүмкіндігі әрқашан болады. Толқынэнергетикалық құрылғылар құрылыстары әрине, оларға қарсы тұрулары керек. Шамамен 50 жылда бір рет амплитудасы орташаны 10 есе сып түсетінтолқындар болады. Қалыпты жұмыс кезінде қарағанда, шторм кезінде құрылыстар шамамен 100 ретке үлкен жүктеулерге шыдауы керек.
   
3. 
   Қуаттың осындай шыңды шамалары басты түрде ашық теңіз жағынан өтетін терең судағы толқындарға тән. Осындай толқындар тәртіптер үшін энергетикалық құрлғылар жасауға, олардың қызмет көрсетуіне, берілген күйде ұсталуына, жағалауға энергия беруіне байланысты қиындықтар қауіп тудырады.
   
4. 
   Әдетте толқындар кезеңі Т≈ 5÷10с (жиілігі шамамен 0,1Гц). 500 есе жоғары өндірісті жиіліктегі электр энергияны генерлеуге бұл ретсіз баяу қозғалысты бейімдеу жеткілікті қиын.
   
5. 
   Олардың барлық көптүрлілігінен энергияны айналдыруға арналған құрылғының келетін түрін таңдау – күрделі, көбінесе күш жетпейтін тапсырма.
   
6. 
   Өндірісті дамыған аудандардың ірімасштабты энергетика санаттарымен ойлану әдеті жоғары толқынды потенциялды жерлерде тек ірі толқынды электростанция ғана салудың қызығына әкеледі. Бұл кезде толқынды энергияны қолдану көбінесе экономиакалық көбірек тиімді болатын, қалыпты потенциялдар аймақтарын шеттету тенденциясы болады.
   

Толқынды энергетикалық құрылғылардың көбірек саны терең судағы толқындардан энергия алу үшін өңделеді. Бұл теңіздің орташа тереңдігі Д толқын ұзындығының жартысы λ/2 шамасын асатын жағдайда болатын толқындардың көбірек жалпы түрі. Мысалы, сипатты толқын ұзындығында λ~100м және амплитудада а м толқын өзін 30м-ден асатын теңіз тереңдігіндегі терең судағы сияқты ұстайды. Шеңберлі қозғалыс амплитудасы тереңдікпен экспоненсиалды азаяды да, Д≥ λ/2 кезінде аз болады. Таяз судағы толқында бөлшектер элиптикалық орбита бойынша қозғалады, қозғалыс түптік қабатты қамтиды, толқын энергиясының диссипациясына әкеледі.

Терең судағы беткі толқындар тәндік ерекшеліктерге ие:

1. 
   Толқындар тұрақсыз ұзындықпен, фазамен және келуінің бағытымен бұзылмайтын синусойдалы болып табылады.
   
2. 
   Толқында сұйықтың әр бөлшегінің қозғалысы шеңберлі болып табылады. Еркіндіктің өзгеретін сызбалары толқынды қозғалыстың таралуы туралы куәлік еткен уақытта, бөлшектердің өздері бұл қозғалысиен байланыспаған және оның бағытында орын ауыстырмайды.
   
3. 
   Сұйықтықтың беткі қабаты бетінде қалады.
   
4. 
   Сұйықтың бөлшектері қозғалысының амплитудасы тереңдікиен экспоненциалды азаяды. Беттегі деңгейдің орташа күйінен λ/2П тереңдікте бөлшектердің шеңберлі қозғалыс амплитудасы е-ретке азаяды (е=2,72-табиғи логарифмдер негізі). λ/2 тереңдікте сұйықтың бөлшектерінің орналасуы беткіден 5% аз болып, аздау болады.
   
5. 
   Толқын амплитудасы а кезеңге Т, таралу жылдамдығына с, ұзындығы λ тәуелді емес, тек теңіз бетімен желдің болған өзара әрекеті сипатына ғана тәуелді. Сол кзде амплитуда λ/10 мәнге жететін шарттар сирек жасалады.
   
6. 
   Ақ боран түрінде толқындардың бұзылуы оның бетінен еңкеюі шамамен 1:7 болғанда жүреді. Бұл кезде толқынның энергетикалық потенциалы тарайды. Сұйықтықта толқынды қозғалыстың теориялық таралуы жеткілікті қиын, бірақ ол арнайы шығарылымдар қатарында бөлшектей орындалған. Бұл жерде теориядан тек көбірек қарапайым толқынэнергетикалық құрылғылар жұмысын түсінуге қажетті нәтижелер ғана қолданылған.
   

Терең судағы толқындарға сұйықтықтың келетін қозғалысы жоқ екенін түсіну өте маңызды.

Сұйықтықтың беті үстіндегі қабатта оның бөлшектері толқын амплитудасына тең орбита радиусымен а шеңбері қозғалыс жасайды. Есу шыңынан негізіне дейінгі толқын биіктігі Н оның еселенген амплитудасына тең (Н=2а). Бөлшектер қозғалысының бұрыштық жылдамдығы W секундына радиандармен өлшенеді. Толқынды бет формасының өзгеруіне келетін қозғалыс бйқалады, байқалғандай судың өзі толқын таралу бағытына орын ауыстырмайды (солдан оңға). Бұл көрінетін орын ауыстыру сұйықтықтың тізбектей орналасқан бөлшектердің қиылысу фазаларын бақылау нәтижесі болып табылады;

Есудегі бір бөлшек төмендей салысымен, басқасы оның орнын алады, осылай есу формасының сақталуы мен толқынды қозғалыстың алға таралуы қамтылды.

Қорытындылау күші Ғ m салмақты беткі бөлшекке әсер етеді. Осындай күштердің қосынды әсерінен су беті кез-келген нүктесіндегі жанам Ғ-ке перпендикуляр болатын форманы қабылдайды. Есуге көтерілерде бөлшек maw² центробежді күш әсеріне ұшырайды. Келесі сәтте бөлшек төмен құлайды, оның орнына фаза бойымен кідіріспен айналатын көршісі келеді. Сұйықтықтың орташа деңгейіндегі бөлшектер орналасуында беті қорытындылау күшіне Ғ перпендикуляр бейімделеді. Ойыста төмен бағытталған күш максимумге ие (центробежді гравитациялық күштер қосылады).

Сондықтан бұзылмаған толқын үшін g»аW (мысалы, а=2м, Т=8с, аW=1,2м/с және g=9,8м/с² ).

h-орташа деңгей үстінде көтерілудің ағымды мәні, k=2π/α- толқынды сан.

k=2πg/W² (3.1.1)

шартында бет қозғалысы да оның кеңістіктегі орналасуы сияқты сипатталады. Бұл қатынас терең суда беткі су үшін ұзындық пен жиілік арасында тәуелділікті орнатады.

Толқын қозғалысының кезеңі Т=2π/W/(2πg/λ^1/2). Яғни,

Т=(2πλ/g)^1/2 (3.1.2)

X бағытында толқын бетінің орналасу жылдамдығы:

С=gλ/2π (3.1.3)

С жылдамдықты сұйықтың бетінде жасалатын толқындар таралуының фазалық жылдамдығы деп атайды. Бұл шама толқын амплитудасына тәуелсіз және анық емес түрде толқында сұйықтың бөлшектері қозғалысымен жылдамдығымен байланысты.

Терең суда толқындардың элементарлы теориясы бір реттік толқын қасиеттері туралы рұқсаттарға негізделген. Ондай толқындарда сұйықтың бөлшектері толқын тарау бағытына ауыспалы фазамен шеңберлі орбита боымен қозғалады. Бұл қозғалыс амплитудасы тік жазықтықта есуден толқын ойысына дейінгі қашықтықтың жартысына тең және тереңдікпен экспоненциалды азаяды. Бөлшектер қозғалысы теңіз тереңдігінде D=0,5π шеңберлі болып қалады. Осындай тереңдерде түбіне жақын бөлшектер орналасуы аздау. Бұл жағдайларға арналып (3.1.а-сурет), бет деңгейінің орташа күйінен z қашықтықта болатын бөлшек үшін шеңберлі орбита радиусы анықталады:

r=ae^kz (3.1.4)

мұнда, а – амплитуда, м; k – толқын саны; z – беттің орташа деңгейіне қатысты бөлшектер орналасуы, м.

Беттің орташа деңгейінен төмен күй үшін z – теріс шама.

Е_k – толық кинетикалық энергия болсын, сонда толқын тарау бағыты бойында ұзындық бірлігіне және толқын фронты енінің бірлігіне толық кинетикалық энергиясы тең болады:

Е_k=ga²g/4 (3.1.5)

Мұнда, g – су тығыздығы, кг/м³.

Сурет 3.1. терең суда бөлшектің шеңберлі орбитасы радиусын анықтау. Қалыптанған потенциалды энергия сондай шамаға дәлдікпен тең. Бұл кинетекалықпен потенциалды құрайтын энергиялар тереңдігі – гармониялық қозғалыс қасиеттері.

Келтірілген қалыптандыру әдісі толқын беті ауданының бірлігіне нормалау, яғни толқын беті ауданының бірлігіне толық энергия кинетикалық пен потенциалды энергиялар қосындысына тең:

Е=Е_к+Е_h= ga²g/2 (3.1.6)

Толқынды фронт ені бірлігіне толқын тарау бағытында аусытын қуаттың анықталу мәні:

Р= gga²λ/4Т (3.1.7)

Жоғарыда терең суда үздіксіз толқынды қозғалыс үшін оның толық (кинетикалық пен потенциалды) энергиясы анықталған. Бұл энергия уақытта орташа кеңістікте тұрақты күйде қалатын сұйықтықпен байланысты. бірақ келтірілген есептеулер тік қима арқылы энергияның өтуі туралы ештеңе айтпады.

Оқулықтарда бұл қуатты орналасулар мен қорытындылаушы қысымдар туралы болжамда динамиканың бірінші заңынан шыға отырып есептеу қабылданған. Қолданбалы математика сұйықта толқындар таралудың іргетасы теориясына негізделген түсініктер жағдайлары үшін мәнді жеңілденеді.

Толқындар энергиясы таситын терең судағы толқындардың топты жылдамдығына көбейтілген u=c/2 бет ауданы бірлігіне толқындағы толық энергияға (кинетикалық+потенциалды) Е қуат Р тең болады. Топты жылдамдық үшін айқындалу есебінде:

Р= gga²с/4 (3.1.8)

Яғни, фазалық жылдамдық:

с=W/k; с=λ/Т (3.1.9)

Фазалық жылдамдығы толқын ұзындығына тәуелді кез-келген толқынды үрдістер үшін топты және толқынды (фазалық) жылдамдықтар арасындағы айырмашылық ортақ болып табылады.

Яғни, толқындармен тасымалданатын қуат кезең мен амплитуда квадратына тура пропорционал ұлғаяды. Сондықтан, мұхиттық энергетика бойынша мамандар үшін мәнді амплитудаға ие мұхиттық зыбтің ұзын кезеңді толқындары ерекше тартымды.

Сұйықтықта толқынды қозғалыс нәтижесінде толқынды бетінің еңкеюі мен деңгей күінің өзгерісімен біруақытта толқын астында қысым өзгеруі, кинетикалық және потенциалды энергия өзгеруі жүреді. Толқынды қозғалыстың бір сипатты белгісін немесе олардың комбинациясын қолдану негізінде толқынды энергияны айналдыратын және жұтатын әртүрлі құрылғылардың үлкен саны жасалған. Осыған толқындар есуінен суды қағып алатын және оны орташа деңгейге қайтаратын немесе потенциалды энергия айналуынан кейін толқын етегіне әкелетін құрылғылар да жатады. Сондай-ақ, дифракциялы және арналы есебінен айналдырушылар орнатылған жерлерде толқынды қозғалыс интенсивтілігін ұлғайту үшін ең әртүрлі құрылыстарды қолдануға болады.

Бұл бөлімнен толқыннан энергия алуға арналған, қашан-да бір жасалған құрылғылардың барлығына толық шолу жасау мүмкін емес, сондықтан мұнда тек кейбір ең көбірек маңыздыларына сипаттау берілген.

Бұл толқынды аулайтын жүйелер мен суасты құрылғылары, тербелісті су бағаны, толқын профльін бақылайтын құрылғылар.

Толқын профилін бақылайтын құрылғылар. Эдинбург университетінен Стефан Солтер «үйрен» деп аталған құрылғысын өңдейді. Оның формасы қуаттың максималды алынуын қамтыды. Содан түсетін толқындар үйректі тербеліске келтіреді. Үйрктің өсті айнала тербелісінде оңға толқынның таралуы болмауын қарама-қарсы беттің цилиндрлі формасы қамтиды. Энергияның минимум шағылысуын қамту үшін, есептеуде тербеліс жүйесі өсінен қуат алынуы мүмкін. Толқындар энергиясының тек мәнсіз бөлігін көрсетіп және өткізе отырып (шамамен 5 %), бұл құрылғы қозушы тербелістердегі жиіліктердің кең диапазонында айналудың өте жоғары әсеріне ие болады.

Солтердің ары қарай өңдеулері үйректі максималді толқындар соққысына қарсы тұру қабілетімен қамту және жиілікті иілгіш сызық түрінде айналдырушылрдың зәкірленген гирляндасын жасау. Болжам бойынша, шынайы үйрек өлшемі 100 метрлі атлантиканың толқындар үшін шамамен 10м-ге тең болады. Бірнеше километрлер ұзындықты үйректерден жіпті гебридті аралдардан батысырақ көбірек интенсивті толқындалу ауданында орнату болжануда, бүкіл станция қуаты шамасен 100 МВт болады. Зәкірленген салдарда орнатылатын және аз тереңдіктегі (шамамен 20м) жұмысқа арналған жеке үйректер де жобалануда.

Кез-келген толқынды айналдырғыштар қандай да бір кемшіліктерге ие, бірақ үйректер үшін көбірек шынайысы келесілер:

1. 
   Генератор жерткізуіне баяу тербелісті қозғалысты беру қажеттілігі (Солтер генераторлар ретінде құрылған гиоскоптар қолданумен жұмыс істеуде, олар толқындалуда үйректер корпустарының баяу айналуына пропорционал қуатты желіге берулері керек);
   
2. 
   Үлкен аралықта мәнді тереңдігінде малтып жүрген құрылғыдан қуат алу қажеттігі.
   

Тербелісті су бағаны. Су астында ашық, жартылай жүктелген қуысқа толқын енуінде, қуыстағы сұйықтық бағаны, сұйықтың үстіндегі газда қысым өзгерісі шақыра отырып, тербеледі. Қуыс құбыр арқылы атмосфермен байланысты болуы мүмкін. Бір бағытта құбыр арқылы өтетіндей ағынтеттелуі мүмкін, немесе Уэлс құбыры қолданылуы мүмкін. Бүгінде, аз дегенде, бұл қағидада құрылғыларды коммерциялық қолданудың екі мысалы белгілі – Жапонияда Масудамен енгізілген, Ұлыбританияда Белфаст Королдік университеті қызметкерлері енгізген сигналды буйлер. Ең ірі және алған электрожеліге қосылған құрылғы Тофтестолленде (Норвегия) жасалған. Тофтестоллендегі қондырғы қуаты 500кВт құрады, ол аспалы жартас шетінде жасалған. Сондай-ақ Ұлыбританияның ұлттық электрлік зертханасы теңіз түбінде тікелей орнатылатын құрылысты ұсынады.

Суда тербелетін баған қағидасындағы құрылғының басты арттықшылығы, арнаның өтетін қимасының азаюы есебінен құбыр алдындағы ауа жылдамдығы мәнді ұлғаюы мүмкін. Бұл құбырдың жоғарыжиілікті айналуымен баяу толқынды қозғалысты сәйкестендіруге мүмкіндік береді. Сондай-ақ тұзды теңіз суының тікелей әсері аймағынан генерлеуші құрылғыны жою мүмкіндігі туындайды.

Суасты құрылғылары. Суасты құрылғыларының артықшылығы, бұл құрылғылар айналдырушыларға шторм әсерінен қашуға мүмкіндік береді. Брақ, оларды қолданғанда энергияны алу мен қызмет көрсетуге байланысты қиындықтар ұлғаяды. Мысал ретінде, жерге грунтта орнатылған тіреулерде су астында бекітілген, ауамен толтырылған малтушы корпус болып табылатын, «бритоль цилиндрін» ұсынуға болады. Цилиндр гидростатикалық қысым өзгерісі мен судың беткі қозғалысы әсерінде болады. Тіреулерге жөнделген гидравликалық насостар цилиндр қозғалысы энергиясын айналдырады. Олар үрлейтін сұйықтық құбыржолдар бойымен бірнеше цилиндрлер үшін бірыңғай генератолық станцияға берілуі мүмкін.

Толқындарды ауалайтын жүйелер. Осындай құрылғылар сызбалары табиғи лагуналарда жиі байқалатын құбылыстарды қолданады. Толқын дамба айрығында бөлінеді (Жаратылысты риф нұсқасы), су қауызды толтыра отырып, теңіздің орташа деңгейінен асатын биіктікке шашырайды. Төментегеурінді құбыр арқылы су кері теңізге қайтарылуы мүмкін. Бұл сызба Маврикий аралының шарттарына бөлшектей өңделіп, электр қуатының 20МВт-н генерлеуді қамтуға арналған. Толқын қуатының үлестік шамасында 22кВт/м осындай құрылғының тиімділігі 30% төмен емес болады (қауызда толқындардың кинетикалық энергиясыныңсұйықтықтың потенциалды энергиясына айналуы айтылады). Теңіздамбасының қажетті ұзындығы шамамен 5км-ге тең. Бұлқағидадағы әлемдегі бірінші камерциялық станция толқындардың жаратылысты фокусировкасымен ауданда Норвегияда жасалған.
Тапсырмалар

3.1.1. Егер амплитуда 2 м, период 6 с екені белгілі болса, толқын қуатын табыңыздар.

3.1.2. Жиіліктің орналасуы z = - 3; - 2; - 1; 0; 1; 2; 3 м, ал период Т = 10 с, амплитуда а, м екені белгілі, айналма орбитасының радиусы қандай болады? z жиіліктің орналасуына r айналма орбита радиусының қатыстылық графигін және диаграммасын тұрғызыңыздар.

3.1.3. Жиілік 0,1 Гц, толқындағы айналма орбита бөлшегінің радиусы r 5 м, жоғрағы орташа деңгейге қатысты жиілік z = 2 м тең. Толқынның кинетикалық энергиясын табыңыздар.

3.1.4. 3.1.1. есебінің шарты бойынша Т = 8 с, а = 3 м кезіндегі.

3.1.5. 3.1.1. есебінің шарты бойынша Т = 10 с, а = 4 м кезіндегі.

3.1.6. 3.1.1. есебінің шарты бойынша Т = 8 с, а = 2 м кезіндегі.

3.1.7. 3.1.1. есебінің шарты бойынша Т = 10 с, а = 3 м кезіндегі.

3.1.8. 3.1.2. есебінің шарты бойынша Т = 8 с, а = 3 м, z = - 3; - 2; - 1; 0; 1; 2; 3 м.

3.1.9. 3.1.3. есебінің шарты бойынша Т = 8 с, а = 4 м, z = - 3; - 2; - 1; 0; 1; 2; 3 м. Кинектикалық энергияға қатысты график тұрғызыңыздар. 1) айналма орбита радиусынан r = 1; 2; 3; 4; 5 м. 2) z жиілік жағдайынан, м.

Судың келу уақыты кезіндегі көтерілген максималды биіктігін теңіздерден дамбамен немесе бассейндағы S ауданды бөгеттермен алшақтықта болады. Егер құйма кезінде осы су массасын құбыр арқылы өткізсе, онда мынадай қуатты алуға болады:

R – деңгей айырмасы, м;

S – су келуі (приливного) бассейінің ауданы, м².

Үлкен биіктікті су келуі бар жерлер үлкен са келуі энергияларының потенциалдарына бағынышты.

Су келуі энергияларының қайта жасалуы орта ғасырлық Қытай және Англиядағы аз қуатты қондырғылармен салыстырып, іске қосуда қолданды. Заманауи Су келуінің энергетикалық станцияларынан (Приливная электро станция) жақсы белгілі болғаны аса үлкен масштабты Ране электро станциясы 240 МВт, Ла Ране өзенінің эстуариясында орналасқан, (Бретань, Франция) Сен Мало бұғазына құлайды және кішігірім Ресейдегі Баренцева теңізінің жағасындағы Кислой ерініндегі 400 кВт қуатты тәжірибелі әдістік маңызды станцияларды айтуға болады. Су келуі тәртібі жетерліктей дәл болуы мүмкін, 4 % - дан кем емес қателікті. Сол себепті, су келуінің энергиясы қайтадан жаңаратын энергия және ол өте ыңғайлы формада болып табылады.

Су келуі энергетикасының беделділеріне:

стандартты құрылғылардың қолдану мүмкіндігі; олардың қатысты тұрақтылығы; жоғарғы сенімділік.

Су келуі энергиясын қолданудағы техникалық қиындықтар келесідей:

Су келуі электро станцияларының (ПЭС) құрылыс жол визнасы; энергияны өндірудегі периодтылық; ПЭС – сы құрылысы кезіндегі экологияның бұзылуы; перспективті аудан құрылыстарына ауыр жетушілік (труднодоступность); турбиналардың көптеген мөлшерін қолданудың мүмкіншілігі.

Судың келуіне анализ жүргізу әдістерімен көптеген бұрынғы атақты математиктер және физиктер, олардың ішінде Ньютон, Эри, Лаплас, Джордж Дарвин, Кельвин айналысқан. Бірақ – та, ескеретін бір жағдай гармоникалық анализдің математикалық әдістері негізінде жасалған заманауи әдістер мен су келулерінің алдын ала болжалуы Глазгода жасалған, Кельвин лордтың негізін салған жұмыстары да бағаланады. Су келуі динамикасының барлық бөлшектерінің толық физикалық түсініктері мұхиттық бассейіндердің әлі де толық қол жетерліктей емес.

Мұхиттардағы сұйықтық айналатын Жердің гравитациялық күшімен ұсталынады. Ай мен Күннің Жермен гравитациялық өзара әрекеттері осы күштерді біріктіріп судың келуін жасайды. Ол арқылыПЭС турбинасынан алынған су келуі энергиясы су келуінің процесі кезіндегі су ағады және сол арқылы айналатын Жердің кинетикалық энергиясын алады. Егер бүкіл әлемдегі барлық қанша маңызды жерлердегі жетерліктей биік су келулерін әрекеттендірсек, онда есептеулерге сәйкес, 2000 жылдарға бір тәулікке Жердің айналуының периодын тоқтатуға әкеледі. Бұл қоршаған орта үшін соншалықты қорқынышты емес.

Бәрімізге белгілі, су келуі мынадай жылдамдықпен жүреді:

Ашық теңіз жақтан жақындайтын су келуі су үшін резонансты, мынадай шарттарда жүзеге асырылады:

Өзара f_r резонансты сәйкестендірілген жиілік, Гц және период Т_r, с, бір бірімен байланысты мынадай жағдайларда:

Осыдан,

Эстуарлардың, құймалардың жағадағы сызығы мен топологияның түп астының күнделікті өзгеруіне байланысты резонанс шартының анализдері жетерліктей қиын. Сондықтан, бұл жерде жасанды есептеулер жүргізіледі.

Ұқсас шарттары су келуінің биіктігі кезінде 10 м күшейеді. ПЭС – да орналасу үшін құймалар және эстуарлар азжарамды болып табылады, су келуіндегі биіктігі 2 м-ден аспайды. Бірақ бұдан тәуелсіз барлық жағдайларда жергілікті шарттардың мұқият анализдері қажет.

Практикада эстуарлар мен құймалардың әрине, біркелкі анықталған мөлшері болмайды, олар мысалдарда қолданылған. Сондықтан, шартты резонанстардың анализдері қатты қиындатылады. Лабораториялық толқынды бассейндерде табиғи шарттардың моделирлеуін жүргізу міндетті болады, оны теоретикалық анализдер және сәйкес техникалық масштабтармен қолданады. Ол өте маңызды, себебі, су келуінің энергетикалық буындарды жобалау кезіндегі негізгі сұрақтардың бірі болып табылады, ол дамба және бөгеттер бассейніндегі резонансты шарттарға әсерін тигізеді. Северн өзенінің эстуарына жүргізілген кейбір есептеулер бойынша ПЭС – та орналасуына байланысты су келуінің өсуі не төмендеуінен мүмкін ПЭС – ның құрылысында қателіктер жіберу жұмысшыларға қымбатқа түседі.

3.2.2. Теңіздің тереңдігі Һ = 100,200,300,400,500,600,700,800,900,1000 м, су келуіндегі толқынның таралу жылдамдығының (с) тәуелділігін тұрғызыңыздар.

3.2.3. Егер ұзақтық L=1,5 км, су келуіндегі толқынның ұзындығы Һ=200 м болса, құймадағы резонансты күтуге болады ма? Қарастырыңдар.

3.2.4 3.2.3. есебінің шарты бойынша құйманың ұзақтығы L=3000 км, теңіз тереңдігі Һ=20 м болса, есептеңіздер.

3.2.5. Судың қозғалыс жылдамдығы 40 м/с болса, ағыннан орташа қуатты алудың мүмкіншілігін есептеңдер.

3.2.6. Ұзындығы L=200 км, құйманың тереңдігі Һ=10;20;30;40;60;100;200 м кезіндегі резонанстың тәуелділігін тұрғызыңыздар.

3.2.7. Тереңдігі Һ=200 м, құйма ұзындығы L=20;50;100;200;500 км тәуелділігін есептеңіздер.

3.2.8. Егер де бассейн ауданы S=2000 м², судың құлау деңгейі R=6 м болса, ПЭС-тан бір цикл алынатын максималды мүмкін болатын қуатты есептеңдер.

3.2.9. Мезенск құймасы үшін 3.2.8. есебінің шарты бойынша есептеңіздер.
Мұхитін жылулық энергиясы
Дүние жүзлік мұхит күннің сәуле шығаруының ең үлкен коллекторы болып табылады.Онда жылулар арасында күннің сәулесіңи жұтаттын сулармен және суықтау температурамен Бұл бізге үнемі жылулық энергияны береді және бұл басқа энергияға түрленеді.

Мұхиттің жылулық энергиясы деген термин OTEC ocean terminal energy бұның бір бөлігі жұмысқа ал бір бөлігі электроэнергияға түрленеді.

Суретте құрылғылардың мысалы көрсетілген бұл түрленуді жүзеге асырады. Негізінен бұл жылулық машина болып табылады, бұл әртүрлі температурада жұмыс істейді суық температурамен Т түпттен көтерілген және де ыстық сумен беттен жиналған. Жұмысшы дене жабық денеде айнала отырып ыстық судан жылуды алады жылуауысттырғыш буландырғышында , булы фазада турбинаны жұмысқа келтіреді генератормен байланысқан, ал одан кейін суық ауамен конденсацияланады. Осымен цикл бітеді.
Мұхиттын жылулық энергиясының түрленуі 3.2 сурет
1-Жылудың берілуі, 2-буландырғыш, 3-жұмыстық дене берудің сорапы, 4-турбина,5- генератор, 6-конденсатор, 7-суық ауаны беру, 8- мұхиттың бетті, мұхит түбі.

Жылулық машина мұхиттын түбі мен беткі температурасының төмендетуде қолданады.

Төменде тек қана жүйе орындалады, жабық циклмен жұмыс істейтін. Басқа да жүйені келтіруге болады, мысалы жұмыстық дене арқылы сол мұхит суын қолдану және ашық цикл бойынша жұмыс істеу.Сонымен осы жерде келтірілген физикалық және де географикалық көрсеткіштер ОТЕС жүйесінің барлық түріне қолданылады.

P ₀ қуат мәнін анықтаумен бастайық, жылулық суды идеальды жүйеге беру арқылы. Мысалы жылулық су ағыны Q қөлемдік шығыны Т _ы температурасымен жүйеге енеді және де Т _с температурасымен шығады бұл түбіндегі суық су. Р ны алғанда біз идельды жылуылық жылуаламастырғышты айтамыз. ∆ T=Tы -Tс

Мұндағы

η=∆T\ Tc
Карно машинасының пәгі, және ол Tы,температуралардың Т=Ты-∆T өзгеруінде жұмыс істейді.Егер де жүйеге шығатын болса онда Р төмен болады, Негізінен идеальды жылулық машиналар Карно циклмен жұмыс істемейді , олардың циклы булы турбиналы идеальды Ренкин циклына жақындау келеді.
P₁ =pLc(∆T)² \Tы
Сонымен бұл көрсеткіштер ОТЕС тің қанадай мүмкіндіктері бар екенін білдіреді, жылулық энергия түрленгіштің механикалық шығу қуаты мынаған тең

Сонымен белгілі мөлшердегі қуатты алу үшін үлкен су ағындары қажететіледі максималды мұхиттағы судың төмендеуіне байланысты. Бұл өз жағынан үлкен және де қымбат қондырғылардың алуына әкеп соқтырады.

Р ₁ негізінен Т квадрвтына тәуелді болады ОТЕС тін негізінен белгілі бір ∆ T> 15 C аудандар да ғана тиімді екенін көрсетедіТ Ал ондай аудандарға тропиктер жатады. ОТЕС проблемаларын шешуде Гавай аралдарында жұмыстар жүргізуде(20⁰ сол ендік , 160⁰ бат ұзақтық ) Науру аралында ( 0⁰ сол ендік, 166⁰ шығыстық ұзақтық )Гольфстрим ағысымен Флорида арал қасында. Тропикалық аудандарда Ты және же Тс мерзімге байланысты өзгере қоймайды, ал ол негізіне жыл бойы энергия өндіруге мүмкіндік береді.

Шынында да табиғат өзгерістерінің болмауы ОТЕС тің ең тиімді жақтары болып табылады энергия көзі ретінде.

Тым салынған аудандарда түрлендіргіштерді орналастыруда тек қана қондырғылардың өлшемдерін ғана салады.

Экономикалық тиімді қондырғыларды орнатуда тек қана біраз жөндеу жұмыстарын талап етеді мысалға жылуалмастырғыштар мен және де турбиналарда. Жаңа техикалық қондырғыларды талап етпейді.

Тиімсіз жақтары қондырғының бағасы мен оның үлендігі. Егер де Р фактикалық қуатына жеттетіндей болсақ онда оның бағасы миниамаьды брлушы еді,бірақ та судың тұтқырлығымен және де жылуалмастырғыштың сапасына байланысты. Мысалға меншікті шығын ның мысалы келтірілген таяу арада өндіріске жіберілген эксперименталды мұхитты термальды электорстанцияның МТЭС долл\кВТ орнатылған қуатпен. Бірақ та келтірілген анализ бойынша үлкен масштабты МТЭС экономикалық жағынан тиімді болып келеді. АҚШ, Франция, Жапония елдерінде оны қолдану қарастырылып жатыр. ОТЭС жүйесін қолданудағы бағасының үлкеюінің бір факторы негізнен ашық қөлде және де энергияны жағалауға жеткізуде болып тұр.Бірақ та жағалаулы аудандар бар мұнда түбі тез түсіп кетеді ОТЭС құрылғысының және құрылықта орналасады. Осындай жерлердің бірі болып Тынық мұхиттының оңтүстік жағындағы Науру аралы болып табылады.
Тапсырмалар
3.3.1 Судың шығынын L М м\с ³анықтау температуралардың ∆ Т әртүрлі болуы идеальды жылулық К қуат алу үшін 1 Мвт егер Т_ы =300 К

3.3.2 мұхиттың Жылулық энергиясын түрлендіргішінің механикалық қуаттын анықтау егер де судың бет температурасы t= 27 белгілі болса, түб қабаты су шығыны болды G =1 т\сағ.

3.3.3 Қуаттың максималды мүмкіндігін анықтау керек, ал оны ОТЭС жүйесінде алуға болады. t= 30 C , t=11C,G= 5 т\сағ.

3.3.4 Жылутасымалдағышының шығынын анықтау керек,∆ T=15 Cегер белгілі болса, ал өндірілген қуат 100 к\Вт t=26C

3.3.5 ОТЭС 150 қуатттын алу үшін трубосымның диаметтрін анықтау қажет температура ,∆ T=15 C айырмашылығымен сору жылдамдығы 0,1 м\с t=26C

3.3.7 .Есебінің 3.3.5 шартты бойынша трубасымның димаетр тәуелдігін жасау жылдамдықтан 1) w=0.1, 0,2, 0,3:0,4;0,5;0,8; 1 м\с

3.3.8 Есептің шарты 3.3.2 бойынша трубосымның диаметр тәуелдігін жасау қажет температуралар әртүрлігімен L=1;2;3;4;6;8;10 м ³

3.3.9 Есептің 3.3.2 шарты бойынша шығу қуаттының температураның өзгеруі бойынша ∆T =5;10;15;20;C

2. 
   Баскаков А.П Дәстүрлі емес және де қалыпқа келетің энергия түрлері. Мамандыққа шолу; оқулық –ЕКТИРИНБУРГ; УГТУ- УПИ 2004.
   

3 Баскаков А.П Дәстүрлі емес және де қалыпқа келетің энергия түрлері. Мамандыққа шолу; оқулық –ЕКТИРИНБУРГ; УГТУ- УПИ 2005.

4 Баскаков А.П Дәстүрлі емес және де қалыпқа келетің энергия түрлері. Мамандыққа шолу; оқулық –ЕКТИРИНБУРГ; УГТУ- УПИ 2004.

5 Баскаков А.П Дәстүрлі емес және де қалыпқа келетің энергия түрлері. Мамандыққа шолу; оқулық –ЕКТИРИНБУРГ; УГТУ- УПИ 2006 .