"Утка" Солтера, названная в честь создателя профессора Эдинбургского университета Стефана Солтера, носит техническое название «колеблющееся крыло». Форма этого устройства обеспечивает максимальное преобразование мощности волн (см. рис. 7.2).
Рисунок 7.2 – "Утка" Солтера
а – схема преобразования энергии волны; б – вариант конструкции преобразователя
1 – плавучая платформа; 2 – цилиндрическая опора с размещенными в ней приводами и электрогенераторами; 3 – асимметричный поплавок
Волны, поступающие слева заставляют '"утку" колебаться вокруг оси. Мощность может быть снята с оси колебательной системы. Отражая и пропуская лишь незначительную часть энергии волн (примерно 5%), это устройство обладает весьма высокой эффективностью преобразования в широком диапазоне частоты колебаний волн (см. рис.7.3). Обычно размер реальной "утки" составляет 
, и для увеличения снимающей мощности их соединяют в гирлянды.
Рисунок 7.3 – КПД "Утки" Солтера в зависимости от периода колебания воды ТZ
Первоначально Солтером был создан макет достаточно узкополосного по частоте устройства. В волновом бассейне оно поглощало до 90% падающей энергии. Первые испытания в близких к морским условиям были проведены в мае 1977 г. на озере Лох-Несс. 50-метровая гирлянда из 20-метровых «уток» общей массой 16 т была спущена на воду и испытывалась в течение 4 месяцев при различных волновых условиях.
В декабре того же года эта модель в 1/10 будущей величины океанского преобразователя была вновь спущена на воду и дала первый ток. В течение 3 месяцев одного из самых суровых зимних периодов модель первой английской волновой электростанции работала с КПД около 50 %.
Дальнейшие разработки Солтера направлены на то, чтобы обеспечить утке способность противостоять ударам максимальных волн и создать заякоренную гирлянду преобразователей в виде достаточно гибкой линии. Предполагается, что размер реальной утки будет равен примерно 10 м для 100-метровых атлантических волн. Нить из уток протяженностью несколько километров предполагается установить в районе с наиболее интенсивным волнением западнее Гебридских островов. Мощность всей станции будет примерно 100 МВт.
Наиболее серьезными недостатками для «уток Солтера» оказались следующие:
- необходимость передачи медленного колебательного движения на привод генератора;
- необходимость снятия мощности с плавающего на значительной глубине устройства большой протяженности;
- вследствие высокой чувствительности системы к направлению волн необходимость отслеживать изменение их направления для получения высокого КПД преобразования;
- затруднения при сборке и монтаже из-за сложности формы поверхности «утки».
Другой вариант волнового преобразователя с качающимся элементом – контурный плот Коккерелла. Его модель также в 1/10 величины испытывалась в том же году, что и «утка Солтера», в проливе Солент, вблизи г. Саутгемптона. Контурный плот – многозвенная система из шарнирно-соединенных секций (см. рис. 7.4). Как и «утка», он устанавливается перпендикулярно к фронту волны и отслеживает ее профиль.
Рисунок 7.4 – Вариант выполнения контурного плота Коккерелла:
1 – колеблющаяся секция; 2 – преобразователь; 3 – тяга; 4 – шарнир
Детальные лабораторные испытания модели плота в масштабе 1/100 показали, что его эффективность составляет около 45%. Это ниже, чем у «утки» Солтера, но плот привлекает другим достоинством: близость конструкции к традиционным судостроительным. Изготовление таких плотов не потребует создания новых промышленных предприятий и позволит поднять занятость в судостроительной промышленности.
7.2.3.2. Преобразователи, использующие энергию
колеблющзегося водяного столба
При набегании волны на частично погруженную полость, открытую под водой, столб жидкости в полости колеблется, вызывая изменения давления в газе над жидкостью. Полость может быть связана с атмосферой через турбину. Используя клапаны, поток может направляться так, чтобы проходить через турбину в одном направлении, или может использоваться турбина Уэлса.
Основной принцип действия колеблющегося столба приведен на рис. 7.5.
Более крупное и впервые включенное в энергосеть устройство построено в Тофтестоллене (Норвегия) фирмой «Kvaernor Brug A/S». В Тофтестоллене он используется в 500-киловаттной установке, построенной на краю отвесной скалы. Кроме того, национальная электрическая лаборатория (NEL) Великобритании предлагает конструкцию, устанавливаемую непосредственно на морском дне.
Рисунок 7.5 – Схема установки, в которой используется принцип колеблющегося водяного столба:
1 – волновой подъем уровня; 2 – воздушный поток; 3 – турбина; 4 – выпуск воздуха; 5 – направление волны; 6 – опускание уровня; 7 – впуск воздуха
Главное преимущество устройств на принципе водяного колеблющегося столба состоит в том, что скорость воздуха перед турбиной может быть значительно увеличена за счет уменьшения проходного сечения канала. Это позволяет сочетать медленное волновое движение с высокочастотным вращением турбины. Кроме того, здесь создается возможность удалить генерирующее устройство из зоны непосредственного воздействия соленой морской воды.
Основной принцип действия колеблющегося столба показан на рис. 7.6.
В Тофтестоллене он используется в 500-киловаттной установке, построенной на краю отвесной скалы. Кроме того, национальная электрическая лаборатория (NEL) Великобритании предлагает конструкцию, устанавливаемую непосредственно на морском дне.
Рисунок 7.6 – Пневмобуй Масуды:
1– корпус; 2 – электрогенератор; 3 – клапан; 4 – воздушная турбина
Главное преимущество устройств на принципе водяного колеблющегося столба состоит в том, что скорость воздуха перед турбиной может быть значительно увеличена за счет уменьшения проходного сечения канала. Это позволяет сочетать медленное волновое движение с высокочастотным вращением турбины. Кроме того, здесь создается возможность удалить генерирующее устройство из зоны непосредственного воздействия соленой морской воды.
Уже известны по крайней мере два примера коммерческого использования устройств на этом принципе – сигнальные буи, внедренные в Японии Масудой и в Великобритании – сотрудниками Королевского университета Белфаста.
«Буй Масуды» был разработан И Масудой (Япония) в 1961 году. Волновая энергетическая установка, состоящая из нескольких соединенных между собой «осциллирующих водных столбов» была выполнена в виде судна, получившего название «Каймей», водоизмещением 500 т. Энергетическое оборудование установки составляют 3 воздушные турбины с рабочими колесами диаметром 1,4 м и генераторами переменного тока мощностью по 125 кВт. Во время испытаний максимальная мощность наблюдалась при равенстве длины волны и установки (одна) [30].
Надо отметить, что волновые преобразователи, созданные для нужд «большой» энергетики, пока находятся в стадии опытных разработок и не получили промышленного применения. Относительно низкая концентрация энергии требует создания либо преобразователей большой единичной мощности, либо большого количества рассредоточенных на территории сравнительно небольших устройств. В первом случае приходится иметь дело с массивными элементами, которые очень сложно перестроить под изменяющиеся параметры волн. Во втором еслучае значительно возрастает стоимость обслуживания энергетических установок. Пока неразрешенной остается проблема защиты больших энергетических установок от сильных штормов.
Гораздо проще технические идеи волновых преобразователей реализуются в энергетических установках небольшой мощности. В настоящее время маломощные волновые энергетические установки используются для электропитания автономных буев, маяков, научных приборов. В мире уже около 400 маяков и навигационных буев получают питание от волновых установок. В Индии от волновой энергии работает плавучий маяк порта Мадрас Бакены и маяки, использующие энергию волн, уже усеяли прибрежные воды Японии. В течение множественных лет бакены - свистки береговой охраны США действуют благодаря волновым колебаниям.