Основні принципи використання енергії води

Оцінка потужності водяного потоку. Нехай Q - обсяг води, що надходить у робочий орган гідроенергетичної установки в одиницю часу (витрата, в м³/с), H - висота падіння рідини (напір, м ), - щільність води (кг/м³), g - прискорення сили ваги (9,8 м/с²,). Тоді потужність водяного потоку Р визначається по формулі .

Основним робочим органом гідроенергетичної установки, що безпосередньо перетворює енергію води у кінетичну енергію обертання, є гідротурбіна, коефіцієнт корисної дії якої складає до 90%.

Гідротурбіни бувають двох типів:

- активні, робоче колесо яких обертається в повітрі, завдяки потоку води, що натікає на його лопаті;

- реактивні, робоче колесо яких цілком занурено у воду й обертається, в основному, за рахунок різниці тисків перед і за колесом.

В активній гідротурбіні водяний потік перед турбіною за допомогою водовода і сопла формується в струмінь, що направляється на ковші, розташовані по ободу колеса, приводячи його в обертання. ККД реальних турбін коливається від 50 % - для невеликих енергоустановок до 90 % - для великих.

В реактивній гідротурбіні потік води діє на всі лопати турбіни одночасно і практично постійно. Найбільш компактною її конструкцією є пропелерна з переважно осьовим напрямком потоку в робочому колесі. Направляючий апарат на вході турбіни трохи закручує потік, що надходить на робоче колесо, збільшуючи тим самим ККД турбіни.

Сучасні гідроенергетичні установки входять до складу гідроелектростанцій, які використовуються для виробництва електроенергії. Типова гідроелектростанція це - водоймище, водовід, регулятор витрати води, гідротурбіна, електрогенератор, система контролю і керування параметрами генератора, електророзподільна система.

Енергія хвиль і приливів.Величезну кількість енергії можна одержати від морських хвиль. Потужність, що переноситься хвилями на глибокій воді, пропорційна квадрату їх амплітуди і періоду. Тому найбільший інтерес представляють довгоперіодні (період порядку 10 с) хвилі з великою амплітудою (порядку 2 м), які дозволяють знімати з одиниці довжини гребеня в середньому 50-70 кВт/м.

Існує безліч технічних рішень, що дозволяють реалізувати можливість перетворення енергії хвиль в електроенергію. В останні роки інтерес до хвильової енергетики різко підсилився, особливо в Японії, Великобританії, країнах Скандинавії, де експерименти переросли в стадію реалізації. Сучасна тенденція розробки таких установок орієнтована на одиничні модулі помірної потужності (близько 1 МВт) розміром порядку 50 м уздовж фронту хвилі.

У результаті хвильового руху рідини в хвилі одночасно зі зміною положення рівня і нахилу поверхні відбувається зміна кінетичної і потенційної енергії, зміна тиску під хвилею. На основі використання однієї характерної ознаки хвильового руху чи їхньої комбінації вже створена велика кількість різних пристроїв, що поглинають і перетворюють хвильову енергію.

Енергія припливів приховує в собі великі потенційніможливості. Приливні коливання рівня у величезних океанах планети цілком передбачувані і пов'язані с гравітаційним впливом Місяця на водяні масиви Землі. Основні періоди цих коливань - добові (тривалістю близько 24 год) і півдобові (близько 12 год. 25 хв). Різниця між послідовними найвищим і найнижчим рівнями води складає 0,5-10 м (висота припливу). Під час припливів і відливів переміщення водяних мас утворює приливні плини, швидкість яких у прибережних протоках і між островами може досягати 5 м/с.

Перетворення енергії припливів використовувалося для приведення в дію порівняно малопотужних пристроїв ще в середньовічній Англії й Китаї. Із сучасних приливних електростанцій найбільш відома великомасштабна електростанція Ранс потужністю 240 МВт (Бретань, Франція) і невелика, але принципово важлива, дослідна станція потужністю 400 кВт у Кислій Губі на узбережжі Баренцева моря (Росія).

Перетворення теплової енергії океану в механічну.Світовий океан - найбільший природний колектор сонячного випромінювання. У ньому між теплими поверхневими водами, що поглинають сонячне випромінювання, і більш холодними придонними досягається різниця температур у 20⁰С. Це забезпечує безупинно поповнюваний запас теплової енергії, яка принципово може бути перетворена в інші види. Установка, що дозволяє здійснити процес такого перетворення, являє собою теплові машини, що приводяться в дію різницею температур між «холодною» водою, піднятою з глибини океану, і «гарячою», забраною з поверхні. Робоча рідина (робоче тіло) циркулює за замкнутою схемою, відбирає тепло від "гарячої" води в теплообміннику випарника, а в паровій фазі приводить в дію турбіну, що зв'язана з генератором, а потім конденсується в охолоджуваному "холодною" водою конденсаторі.