Мавзу: Денгиз ва океан сувлари энергияси

Режа:

1. Денгиз ва океан сувлари энергияси манбалари ва улардан энергия та’минотида фойдаланиш.

2. Денгиз, океан сувлари кўтарилиш ва қайтишидан электр энергия олиш технологиялари.

• Дунё океанга келиб тушадиган энергиянинг асосий улуши – унинг қуёш нурланишни ютиш натижасидир. Бундан ташқари, космик жисмлар билан планетанинг сув массаси гравитацияли ўзаро таъсири, сувнинг қалқиб кўтарилиши, планета чуқурлигидан чиқадиган иссиқлик ҳисобидан океанга энергия ўтади. Планетанинг бутун юзасидан дунё океаннинг юзаси 70%-га яқин бўлиб, 360 млн км² ни ташкил этади. Бу юзанинг катта қисми муздан доимо озод ва қуёш нурланишни самарали ютиб туради. Биринчи метр сувнинг қалинлигида океан сувда қуёш нурланишдан тахминан 65% ютилади ва 90%-гача - ун метрли қатламда ютилади. Қуйи кенгликларда кундуз вақтида, иссиқлик ўтказувчанлиги, ҳамда турбулент аралашиш жараёнлар ҳисобидан, сув тахминан 10 м-гача ва бундан қўп чуқурлигида қиздирилади (қуруқликда қаттиқ юзаларда чуқурлиги 0,5 м-дан ошмасдан қиздирилади).

• Ер шарининг кўпгина ички денгизларида сутка давомида, сувнинг сатхи бир кутарилиб, бир пасайиб туради. Сув кутарилиш пайтида доим киргокка томон харакат килади, пасайишига эса аксинча, денгизга караб йуналади. Бу харакат давомида сувнинг механик энергияси, махсус курилмалар ва генераторлар ёрдамида электр энергиясига айланади.
• Россияда шундай сув кутарилишига ва пасайишига асосланган электростанциянинг биринчи куввати 800 кВт 1968 йилда Кислогубисда нурланиш яқин жойда курилган. Бошқа мамлакатларда ҳам шундай электростанциялар ишлаб турибди, масалан, Францияда, Паке дарёсининг бошида курилган электростанция куввати 240 минг кВт ни ташкил этади.
• Меденский бугозида 100 км платина ҳисобида 200 минг гидро генераторлар жойлаштирилиб, электр токи олиш проекта ишлаб чикилган. Бу генераторларнинг умумий кувватлари 14 млн кВт ни ташкил этади.
• Денгиз тулкинларидан электр энергияси олиш проблемаси бўйича Англия, Япония олимлари иш олиб бормокдалар, Америка олимларининг ҳисобларига кура барча океан тулкиIшарининг умумий куввати 90000 кВт га тенг. Хрзирнинг узидаёк Японияда 300 дан ортик Маяклар, денгиз тулкинлари ҳисобида ишлайдиган генераторлардан олинаётган электр энергияси ҳисобида ишлаяпти.

• Океанда тўпланган энергиянинг бир қисми узун тўлқинли нурланишлар кўринишда тескари нурланиб қайтарилади, чегара қатламнинг иссиқлик ўтказувчанлиги орқали ва буғланиш туфайли қисман атмосферага ўтади.
• Умумий қуёш нурланишдан тахминан 2/3 қисми океанда ва қуруқлик юзаларда турли хил ўзгаришларга учрайди: 43% иссиқлиқка айланади; 22% буғланишга ва ёғинларни ҳосил қилишга сарфланади; дарё, шамол, тўлқин, океандаги турли хил оқимлар ҳаракатига 0,2% энергия узатилади. Қабул қилинган умумий энергиядан тахминан 0,02% фотосинтез махсулотни ва қисман қазилма ёнилғиларни ҳосил қилишга сарфланади.
• Денгиз тўлқин ва оқимлар катта йирик энергия заҳираларга эга. Дунё океаннинг шамол тўлқинларнинг қуввати тахминан 10000...90000 ГВт билан баҳоланади, лекин бундан реал фойдаланиш мумкин бўлган қувват анча паст бўлади, яъни жами бўлиб 2700 ГВт. Ҳозирги эришган техникавий даражаси фақат қиргоқларга яқин минтақаларда тўлқин энергиядан фойдаланиш имкониятини беради, бунинг энергияси эса 80 кВт/м-дан кўпрок ташкил этади. Тўлқин энергиясининг солиштирма зичлиги (юза бирлигига тўғри келадиган қувват) тахминан шамол энергия зичлигидан 10 марта катта ва қуёш энергияси зичлигидан ҳам анча катта.
• Денгиз тўлқинланишнинг муҳим хусусияти: вақт бўйича унинг нотекис ўзгарувчанлиги, максимал катталиги ўртача катталиклардан 5…11 марта катта бўлади. Қирғоклардан анча ўзоқлашган чуқурликларда ҳосил бўладиган тўлқинларнинг солиштирма қуввати қирғоқ бўйидаги бўлган минтақаларга қараганда бир тартибга қатта бўлади. Тўлқин энергияни электр энергияга ўзгартириш жараёни табиятга салбий таъсир билан боғлиқ эмас.

• Тўлқин профиллини тақрорловчи қурилма.
• Стефан Солтер “Эдинбург ўрдак” номли қурилмани ишлаб чиқди (1-расм).

1-расм. Солтер ўрдакнинг ишлаш приципи

Унинг тузилиши максимал қувватини ўзлаштиришни таъминлайди. Чап томондан келадиган тўлқинлар ўрдакни тебранма ҳаракатга келтиради. Ўрдакнинг ўнг томондаги цилиндрик шакли ўқ атрофида айланганда тўлқинларнинг ўнг томонга ўтишга йўл қўйимади, яъни тинчлатади. Тебранувчи тизимнинг ўқидан қувват олиниб, қайтган энергиянинг минимуми таъминланади. Тўлқин энергиянинг фақат оз қисмини (5%) қайтариб ва ўтказиб, Солтер ўрдак, қўзғатиладиган тебранишлар частоталарнинг кенг диапазонида, юқори ўзгартириш самарадорлигига эга (ФИК 55-дан 85%-гача).

• Ўрдакнинг реал ўлчамлар (d-диаметр, l-узунлиги) тўлқиннинг тавсифли узунлиги λ билан аниқланади: d≈l≈0,1λ. Атлантика тўлқинлари учун λ≈100 м, шунинг учун d≈l≈10 м. Умумий ўқ билан бирлаштирилган, бир неча километр узунлигида қатор ўрдаклар тўлқинлар энг интенсив бўлган минтақаларга ўрнатилади. Бундай ўрдаклар қатори 20 м-дан кўп чуқурликда маҳкамланган лангарларга боғланган понтонлар ёрдамида ушлаб турилади. Тўлқинлар таъсирида ўрдаклар марказий ўқлар атрофида тебранма ҳаракат қилади. Механик, гидравлик ва электр қурилмалар орқали нисбий тебранма ҳаракатлар электр энергияга ўзгартирилади.

Солтер қурилманинг асосий камчиликлар қуйидагилардан иборат:

• - тўлқинларнинг (баландлиги, частотаси ва йўналиши) доим ўзгарадиган параметрларга ўрдакларнинг ҳаракатини мослаштриш;
• - катта узун қурилмадан электр энергияни олиш ва уни денгизнинг очиқ шароитида истеъмолчига узатиш;
• - электр генератор қурилмага денгиз шўр сувнинг таъсири;
• - экстремал ва шторм шароитларда қурилманинг турғунлигини таъминлаш.

Тебранувчи сув устунлик

• Ичи буш устунлик очилган томони билан сувга ботирилганда, устунлик ичида сув тебранади ва сув устидаги босим ўзгаради. Бушлик турбина орқали атмосфера билан боғланган (расм 2).
• Клапанлар тизими ёрдамида ҳаво оқими турбина орқали фақат бир томонлама йўналтирилади. Турбиналар электрогенераторлар билан бирлаштирилган ва турбиналарнинг айланма ҳаракати электр энергияга ўзгартирилади. Турбинани юргизиш учун энергияни кинетик энергияга ўзгартириш ФИК 60...70% ташкил этади. Бундай қурилмаларнинг реал ўлчамлар энг эҳтимолли тўлқин узунлиги λ билан аниқланади. Қурилманинг мумкин бўлган ўлчамлар: Н≈b≈l≈0,1λ м; бу ерда Н-баландлиги, b-эни,l-узунлиги.

​

2-расм. Тебранувчи тўлқин устунлик принципига асосланган қурилмалар:

А-денгизда ва Б-қирғоқда ёки тубида ўрнатиладиган қурилмалар;

1-ҳаво бўшлиқ; 2-турбина; 3-сувнинг кўтарилиши; 4-сувнинг пасаиши;

5-ҳаво ва 6-сувнинг ҳаракати

Шундай қурилмаларни қуйидаги жойларда ўрнатилиш мумкин:

- понтонлар сифатида лангар билан бириктирилган очиқ денгизда (2-расм. А);

- 15 м чуқурликда қирғоқлар ёнида денгиз тубида (2-расм. Б);

- қирғоғида (2-расм. Б)

Қурилмаларнинг асосий афзаллиги қуйидагилардан иборат:

- секин тўлқин ҳаракатини турбинанинг юқори частотали айланиш билан бирга қўшиш;

- турбина ва электрогенераторларни денгиз шўр сувнинг таъсиридан озод қилиш имконияти.

• Эгилувчан понтон.

К. Кокерел таклиф этилган қурилма учта эгилувчан понтонлардан иборат (расм 3).

3.-расм. Кокерел понтонларнинг ишлаш принципи: 1-буферли понтон; 2-ўртадаги понтон (гидравлик юритма ва электрогенератор билан); 3-балансирли понтон.

Учта понтонлар шарнирлар билан қўзғалувчан қилиб бирлаштирилган. Шарнирли бирикмаларда, ўзгарувчан ток генераторнинг роторни айлантирувчи, қарама-қарши жойлашган иккита гидравлик роторлар ўрнатилган. Бундай эгилувчан понтонлар денгиз тўлқинлар ҳаракатини, уларнинг шаклини тақрорлайди. Шарнирлар атрофида понтонларнинг ўзаро ҳаракат гидроюритма ва ток генераторни ҳаракатга келтиради. Понтонларнинг реал ўлчамлар b≈l≈0,5λ м. Бир-бирига бирлаштирилган ва лангарларга бириктирилган понтонлар қатори денгиз қирғоқлар бўйларга яқин ўрнатилади. Ишлаб чиқарилган ток сувости кабеллар орқали қуруқлиққа ўзатилади. Понтон қурилмаларнинг ФИК 70...80% ташкил этади.

Бундай қурилмаларнинг асосий камчилиги: кичик тезлиги, паст частотаси ва тўлқинларнинг тасодифий ҳаракати билан генераторнинг ишини мослаштириш зарурияти.

Сузувчи нуқтали тўлқин ўзгартиргичлар

Сузувчи нуқтали ўзгартиргичнинг конструкцияси Стефан Солтер томонидан таклиф этилган ва у “қалқович” (поплавок) деб номланади (4-расм.).

​

4-расм. Сузувчи нуқтали тўлқинлар энергияни ўзгартигичлар:

а – сузувчи қалқович билан ўзгартиргич; 1-корпус; 2-қалқович; 3-пружина; 4-лангар;

6-индуктив ғалтак; 7-кабел;

б – сувости парракли ўзгартиргич; 1-корпус; 2-винт; 3-пружина; 4-лангар; 5-шарнир;

6-индуктив ғалтак

Тўлқинлар устида корпус 1 ва қалқович 2 бир-бирига нисбатан ҳаракатланади. Ғалтак 6-да ток ҳосил бўлади ва кабел 7 орқали объектга узатилади. Ўзгартиргичнинг қуввати унинг ўлчамларга боғлиқ. Амалда диаметр D=0,5…1,5 м-га тенг, узунлиги – L=2,5…3,0 м. Бундай ўзгартиргичларнинг қуввати 0,2…0,3 кВт бўлади. Нуқтали ўзгартиргичлар 10…50-та бирлаштриб станцияни ташкил қилади. Улар лангарлар ёрдамида (10 м-дан ошмаган чуқурликларда) бириктирилади.

• Нуқтали ўзгартиргичлар навигацияли белгиларни ёритиш, сувости аппарат, асбобларни ва қирғоқдаги кичик объектларни энергия билан таъминлаш учун қўлланилади (5-расм).

5-расм. Турли хил конструкцияли тўлқин қурилмалар

• Юза тагидаги сув қатламидаунинг заррачалар амплитудага тенг бўлган а орбита радиус билан доиравий ҳаракат қилади (6-расм.).

6-расм. Тўлқин тавсифлари

Денгизнинг қуйидаги чуқурликларда заррачалар ҳаракати доиравий бўлиб қолаверади:

D <0,5λ ; (1)

бу ерда λ – тўлқин узунлиги, м.

Қуйидаги шартига кўра:

D >0,5 λ (1а)

Амалда сувнинг зарачалари кўчмайди.

Тўлқин чўққидан то тубигача тўлқининг баландлиги Н икки баравар бўлиб амплитудага тенг:

Н = 2 a . (2)

• Шундай қилиб, тўлқинлар билан кўчириладиган қувват амплитуда ва даврларнинг квадратларга пропорционалдир. Шунинг учун, энергетик нуқтаи назардан катта амплитудага эга бўлган узун даврий тўлқинлар энг самарали ҳисобланади. Реал шароитларда тўлқинлар идеал синусоидали эмас. Амалда мунтазам бўлмаган (частота, йўналиш ва амплитудалар ўзгарувчан) тўлқинлар кузатилади. Шунинг учун, амалий ҳисобларда эҳтимоли энг катта бўлган a, λ, Т катталиклар олинади.
• Энг кўп тез-тез кузатиладиган тўлқинлар диапазони: Н=1,5...5 м ва Т=7...11 сек. Энг кўп учрайдиган каталиклар эса: Н≈3 м ва Т≈9 сек.

7-расм.Тўлқин қурилмалар