Record Details

METHODOLOGY OF DETERMINING STRESS FORCES AND ANGULAR MOMENTUM THAT AFFECT POWER TAKE-OFF ELEMENT OF WATER ENERGY CONVERTER DURING STORM

Наукові журнали Національного Авіаційного Університету

View Archive Info
 
 
Field Value
 
Title METHODOLOGY OF DETERMINING STRESS FORCES AND ANGULAR MOMENTUM THAT AFFECT POWER TAKE-OFF ELEMENT OF WATER ENERGY CONVERTER DURING STORM
МЕТОДИКА ОПРЕДЕЛЕНИЯ СИЛ И МОМЕНТОВ, ДЕЙСТВУЮЩИХ НА ПОВЕРХНОСТЬ ЭНЕРГОПОГЛОЩАЮЩЕГО ЭЛЕМЕНТА МОРСКОЙ ВОЛНОВОЙ ЭЛЕКТРОСТАНЦИИ ПРИ РАЗЛИЧНЫХ ВОЛНЕНИЯХ ПОВЕРХНОСТИ МОРЯ
Методика визначення сил та моментів, що діють на поверхню енергопоглинального елемента морської хвильової електростанції при різному збуренні поверхні моря
 
Creator Капітанчук, К. І.; Національний авіаційний університет
Андріїшин, M. П.; Національний авіаційний університет
 
Subject Ecology
wave energy converter; power take-off element; composite materials
551.466.6.001.57(045)
Экология
морская волновая электростанция; энергопоглощающий элемент; композитные материалы
551.466.6.001.57(045)
Екологія
морська хвильова електростанція; енергопоглинальний елемент; композитні матеріали
551.466.6.001.57(045)
 
Description Marine energy (also sometimes referred as Global Ocean power) contains enormous energy potential carried by ocean waves, tides, salinity and temperatures differences. This is vast and mostly untapped source of renewable and clean energy that can provide 20,000–80,000 terawatt-hours per year (TWh/y) of electricity (according to year 2007 International Energy Agency annual report on Ocean Energy Systems IEA-OES). When evaluating wave energy as a source of electricity it is important to understand engineering challenges of chosen approach. Common flaw of typical wave energy converters designed and currently in use around world is a vulnerability to sudden changes in environment conditions during storms that could greatly differ from conditions used for calculations. Problem of destructive influence of waves during sudden changes in wind force and direction is solved by flooding of a power take-off element and a platform to the depth where parameters of waves met calculation values, without station operational mode change. Thus consumers stably receive the declared quantity of the electric power. Important issue is to choose correct materials for parts of wave energy converter, especially power take-off element, due to increased forces applied during storms. Environmental concerns of marine energy developments are to consider influence of engineered structure on ocean fauna and flora therefore: - wave converters have to take away energy from ecosystem without disrupting usual nature processes; - consider risk of marine mammal, fish and plants being struck by energy converter's turbine blades; physical presence of marine energy project to alter the behavior of ecosystem flora and fauna by attraction or avoidance; - potential effect on nearfield and farfield marine environment and processes as sediment transport or water quality. Suggested method allows to create water energy converter according to water area seasonal conditions and atmospheric environmental conditions. Using this method will determine forces that affect power take-off element. After calculations are finished the information about velocity diagrams and stress-strain curves along power take-off element radius will allow to engineer the form of power take-off element and choose corresponding materials for certain parts.
Мировой океан имеет огромный энергетический потенциал, который формируется под воздействием энергии Солнца и энергии притяжения Луны. Используется этот большой и экологически чистый потенциал еще крайне мало. Умение реализовать энергию морской волны в любой другой вид роботы для создания нетрадиционного источника энергии – задача наиважнейшая. Общим недостатком всех созданных в мире волновых станций независимо от их принципа действия является неустойчивость к разрушительному воздействию морских волн в период резкого повышения силы ветра, когда условия работы станции сильно отличаются от расчетных значений. Проблема разрушительного воздействия волн в период резкого изменения силы ветра и, соответственно, амплитуды колебаний поверхности моря, решена путем подтопления энергопоглощающего элемента и платформы станции на глубину, где колебания волн соответствуют расчетным значениям, без изменения режима работы самой станции. При этом потребители стабильно получают заявленное количество электроэнергии при любых погодных условиях. Существует проблема с определением композитных материалов для производства отдельных узлов волновой электростанции, особенно энергопоглощающего элемента, так как при увеличении расчетной мощности возрастают требования к их прочности. Разработана методика, которая в зависимости от акватории моря, сезонного влияния атмосферы, потребности потребителей электроэнергии дает возможность для принятия решений на определение герметических параметров станции (длина, радиус энергопоглощающего элемента и т.д). Используя методику, определяют составляющие силы, которая действует на поверхность энергопоглощающего элемента, и вращательный момент. После проведения расчета эпюр сил и моментов вдоль радиуса энергопоглощающего элемента с целью определения критических сечений принимаются конструкторские решения по форме энергопоглощающего элемента и композитных материалов для производства отдельных узлов волновой электростанции.
Світовий океан містить велетенський енергетичний потенціал, який формується під дією енергії Сонця та енергії тяжіння Місяця. Використовується цей великий і екологічно чистий потенціал ще вкрай мало. Вміння реалізовувати енергію морської хвилі в любий інший вид роботи для відтворення нетрадиційного джерела енергії – задача найважливіша. Загальним недоліком всіх створених у світі хвильових станцій незалежно від їх принципу дії є нестійкість до руйнівного впливу морських хвиль в період різкого підвищення сили вітру, коли умови роботи станції сильно відрізняються від розрахункових значень. Проблема руйнівного впливу хвиль в період різкого змінення сили вітру і, відповідно, амплітуди коливань поверхні моря, розв’язано шляхом підтоплення станції на глибину, де коливання хвиль відповідають розрахунковим значенням, без змінення режиму роботи самої станції. При цьому споживачі стабільно получають заявлену кількість електроенергії при любих погодних умовах. Існує проблема з визначенням композитних матеріалів для виробництва окремих вузлів хвильової електростанції, особливо енергопоглинального елемента, оскільки при збільшенні розрахункової потужності значно зростають вимоги до їх міцності. Розроблено методику, яка в залежності від акваторії моря, сезонного впливу атмосфери, потреби споживачів електроенергії дає змогу приймати рішення на визначення геометричних параметрів станції (довжина, радіус енергопоглинального елемента та ін.). Користуючись методикою, визначаються складові сили, що діє на поверхню енергопоглинального елемента, та обертальний момент. Після проведення розрахунку епюр сил та моментів вздовж радіуса енергопоглинального елемента з метою визначення критичних перерізів та найслабших місць приймаються конструкторські рішення щодо форми  енергопоглинального елемента та композитних матеріалів для виробництва окремих вузлів хвильової електростанції.
 
Publisher National Aviation University
 
Contributor —
—
—
 
Date 2018-12-14
 
Type —
—
—
 
Format application/pdf
 
Identifier http://jrnl.nau.edu.ua/index.php/SBT/article/view/13270
10.18372/2310-5461.40.13270
 
Source Наукоємні технології; Том 40, № 4 (2018); 443-449
Science-based technologies; Том 40, № 4 (2018); 443-449
Наукоемкие технологии; Том 40, № 4 (2018); 443-449
 
Language uk
 

Технічна підтримка: НДІІТТ НАУ