Дэвид Росс - Энергия волн

Сэр Кристофер Коккерель

Каждое шарнирное крепление через два длинных шатуна и специальные рычаги соединено с поршнями внутри гидравлических цилиндров. Движение плота заставляет поршни двигаясь вперед и назад перекачивать жидкость в изолированной замкнутой системе. Через невозвратный клапан жидкость попадает в трубопровод. Жидкость перекачивается через четыре патрубка и под низким давлением поступает из резервуара под поршень, а под высоким давлением подается с рабочей стороны поршня в трубу. Протекая по трубе, она попадает на гидравлический мотор. В отличие от гидравлического насоса, более знакомого большинству, который выбрасывает жидкость, гидравлический мотор сам работает под действием потока. Свою энергию он передает генератору, вырабатывающему электричество.

Сэр Кристофер относится к гидроэнергетике без энтузиазма. «Люди, на попечении которых все это окажется, — говорит он, — будут не высококвалифицированными гидравликами в белых костюмах. Поэтому хотелось бы, чтобы система, как и старые паровые двигатели, была простой в эксплуатации. Все, что для них требуется, — это гаечный ключ; что же касается гидравлической системы, то и песчинка может вывести ее из строя. Решает практика. Лучше пользоваться примитивнейшей техникой, если она надежнее».

Сэр Кристофер затрагивает актуальный вопрос. Инстинктивно он за механическую систему и, подобно многим, полагает, что с гидравлическими силовыми установками не все благополучно. Обращаться с ручным тормозом в старинных автомобилях было значительно проще, чем с современной гидравлической системой. В гидравлических устройствах возникает задача борьбы с перегревом. Однако при огромных электрогенераторах, рассматриваемых здесь, использование механических передач сопряжено с большими трудностями.

Требуется нечто вроде охладителей, используемых на плотах, чтобы снимать теплоизбытки в гидравлических передачах. В существующих моделях рабочая жидкость охлаждается в резервуаре, объем которого втрое превышает емкость остальной системы, однако полномасштабный плот потребует значительно большего объема охладителя, что приведет к конструкторским трудностям. Можно попробовать использовать в качестве рабочей жидкости саму морскую воду, по мере нагрева заменяя ее холодной.

Один из технических сотрудников сэра Кристофера, Мишель Урвин, развивает эту идею. «Рабочая жидкость используемая в гидросистемах, подобно тормозной жидкости, много эффективнее воды и поэтому используется в модели. Но в реальной ситуации с полномасштабными генераторами небольшое уменьшение эффективности не будет играть роли. В условиях бурного моря такие менее эффективные системы могут в известном смысле обладать преимуществом».

Сэр Кристофер оставляет открытым вопрос относительно конструктивных особенностей станций. «Мы изучаем, следует ли выносить насосы наверх, — говорит он, — что имеет свои достоинства и недостатки. Следует учесть и условия эксплуатации. Что предпочтительнее: иметь внутреннее помещение вроде машинного отделения на корабле либо вынести насос в надстройку?»

В модели работающие элементы находятся снаружи. Это вынужденная особенность конструкции, поскольку плот слишком мал, чтобы содержать внутреннее «машинное отделение». Весьма вероятно, что, если реальный плот будет иметь закрытое помещение, расположенное частью ниже ватерлинии, условия для эксплуатации и ремонтных работ будут более удобными. Необходимо также иметь вертолеты либо рядом на берегу, либо на палубе плота для эвакуации персонала в случае шторма.

Одна из стоявших ранее проблем кажется сейчас менее неприятной. Это опасение, что в бурном море передний понтон перевернется. Испытания однако показали, что гидравлическая система демпфирует колебания плота, поэтому опрокидывание передних понтонов маловероятно.

Корабль со сломанной кормой. Плот Коккереля в Соленте, масштаб 1/10.

Для плота и других плавучих конструкций основной проблемой является их заякорение. Солентская модель удерживается на месте четырьмя гибкими связями. Здесь якорное раскрепление требует большей эластичности, чем на глубоком море, ибо на глубинах 8-10 м приливная волна, достигая 3 м, относительно велика. В открытом море эта проблема менее серьезна. Пятидесятиметровые канаты прикрепляются к бетонному 136-килограммовому блоку, который колеблется на поверхности моря. Бетонный блок крепится десятиметровой цепью к якорю, весящему 180 кг. Такая система удерживает плот на месте; различие в колебании отдельных его элементов используется для выработки электроэнергии.

М-р Урвин говорит, что первоначально планировалось установить плот в 50 км от берега, где волнение более соответствует такой конструкции. На мелководье, говорит он, высота волн возрастает, а длина их уменьшается. Плот эффективнее всего, когда его длина близка к длине волны. Поэтому инженерам больше нравятся стометровые волны, период которых около 8 с, а высота 10-12 м. На таких волнах эффективность плота достигает 100%, не считая потери 10% на генерацию и передачу электроэнергии.

На более длинных волнах эффективность плота уменьшается, но количество энергии на выходе может сохраняться. В случае, когда волны очень длинные, энергия не вырабатывается, ибо тогда все три понтона представляют собой единый поплавок и приводы в шарнирных сцеплениях неподвижны, но это бывает крайне редко.

Проблема выживания конструкции в открытом море является в данном случае, как и для всех волновых генераторов, главной. М-р Джим Плате, один из старших инженеров проекта, излагает вопрос так: «Среднее море оплачивает счета. Экстремальное море их предъявляет. Если бы нашлось море с невысокой средней интенсивностью волнения и с еще более низким значением экстремальной интенсивности, проект мог бы стать дешевле». Он считает, что если море приносит более 50 кВт/м, основной проблемой становится надежность устройств, ибо в этом случае оказывается затруднительным воспринимать и перерабатывать энергию гигантских волн. В открытом море за Гебридами возможны ситуации, когда средняя суточная мощность составит 1000 кВт, а средняя в минуту — до 10000 кВт. Никто не возьмется за разработку устройств, противостоящих таким гигантским волнам.

Одно из преимуществ плота заключается в том, что он позволяет большим волнам перекатываться через себя — в этом отношении он похож на Кон-Тики, не имевшего надводного борта. Ни одно другое сооружение не обладает такой особенностью, за исключением, в некоторой степени, утки. Полной противоположностью является Гис-выпрямитель, который функционально приспособлен к прибрежным условиям окраинных морей: конструкция стоит на твердом основании и испытывает воздействие волн, деформированных под влиянием пологого морского дна. У таких волн меньшая длина и большая высота. Команда Коккереля сравнивает Гис-выпрямитель с многоэтажным домом, возвышающимся над водой, тогда как линия плотов более напоминает растянутый район разбросанных одноэтажных зданий.