Происхождение волн

Энергия волн. Природа волн.

Энергия волн — энергия волн на поверхности океана, используемая для совершения полезной работы — генерации электроэнергии, опреснения воды и перекачки воды в резервуары. Это получение энергии, когдароторы вращаются постоянными морскими течениями или вызванные приливами и отливами ("подводные ветряные мельницы, пропеллеры").

Потенциал - 2,7 млрд. КВт/г. Выгодней использовать энергию волн не у берега, где волны уже ослаблены, а в прибрежной зоне шельфа или в открытом море.

Происхождение волн.

Волны, налетающие на берег во время сильного шторма, весьма наглядно демонстрируют какая громадная энергия таится в них. Известны случаи, когда во время шторма опрокидывался волнолом весом 7 тыс. т., разрушались береговые сооружения весом почти 18 тонн, у тяжелого крейсера волной оторвало однажды 30 тонный кусок носовой части судна.

Энергия волны пропорционально квадрату ее амплитуды, а мощность – произведению квадрата амплитуды на ее период. Так, мощность волны высотой 1 м с периодом 5 с. Равна примерно 205 кВт/м, двухметровой -почти в 10 раз больше, 2201 кВт/м, а четырехметровой – 39,2 кВт/м. Мощность десятиметровой волны с периодом 15 с достигает громадных значений- 725 кВт/м.

На интенсивность волнообразования играет состояние моря. Например, перед штормом или после него амплитуда волн равна 1-2 м, имеющаяся в них энергия составляет 2-8 кВт/м. При умеренном шторме энергия волны достигает 250 Вт/м, при сильном - до 900 кВт/м. Средняя энергия волн зимой может быть в 5-6 раз больше, чем летом, осенью море, как правило, более спокойно, чем весной.

Период ветровых волн лежит в диапазоне от 2 до 20 с, а высота гребня достигает 30 м. В 1071 г. Волна высотой 27 м снесла буровую вышку на острове Ванкувер в Тихом океане. Морские волны в отличие от звуковых и электромагнитных движутся со скоростью, существенно зависящей от периода. Чем больше период, тем выше их скорость, следовательно, одна волна может догнать другую, имеющую меньший период. Когда вершина одной волны настигает вершину другой, временно возникает волна, превышающая по высоте и ту, и другую.

Оценки показывают, что вблизи береговой линии Мирового океана мощность волн равна примерно 2,7 тыс. ГВт. Если же говорить о всей поверхности Мирового океана, то потенциальный ресурс волн доходит до 70 тыс. ГВт. Для большинства прибрежных районов мира нет столь-либо точных данных о мощности волн. Наиболее достоверные имеются лишь для северных районов Атлантики. Так, в северо-Восточной Атлантике средняя годовая мощность, приходящаяся 1 м длины волнового фронта, составляет 88 кВт, а в северной Атлантике – 15-70 кВт. Изучены возможности волновой энергетики в Великобритании. На каждый метр волнового фронта вдоль Британского побережья в среднем за год приходится мощность 80 кВт.

Приведенные выше цифры относятся к энергии волн, движущихся во всех направлениях. Реально можно использовать, как это представляется сегодня, только часть этой энергии, например энергии волн, двигающихся по направлению к берегу. Нужно также учесть, что КПД преобразования механической энергии волн в электрическую далек от 100%. Существуют также потери электроэнергии в системе передачи энергии к потребителю. Все это свидетельствует о гораздо более скромных возможностях волновой энергетики.

Как образуются волны. Мы знаем, что первопричина волн на поверхности океанов, морей, озер и рек – ветер. Это он дает часть своей энергии воде, приводя в движение поверхностные слои. Океана никогда не бывает абсолютно спокоен, а движущиеся массы воды обладают значительной инерцией. Следовательно, волны являются своеобразным аккумулятором энергии ветра. Ветер часто меняет свое направление и силу, поэтому волны также, как правило, неодинаковы, нерегулярны, движутся в разных направлениях и с разной скоростью. Из штормовых областей океана они движутся со сравнительно малым затуханием, пока не разрушатся на береговой полосе.