Энергетические ресурсы мирового океана

Волновой плот  Коккерела

        Впервые   конструкция  волнового плота   была запатентована в СССР   еще в 1926 г. В 1978 г.  в Великобритании  проводились испытания опытных  моделей океанских электростанций, в основе которых лежит аналогичное  решение. Волновой плот  Коккерела состоит из шарнирно соединенных секций,  перемещение которых относительно   друг друга   передается  насосам с электрогенераторами. Вся конструкция удерживается  на месте якорями. Трехсекционный волновой плот  Коккерела длиной 100 м , шириной 50 м и высотой 10 м может дать мощность до 2 тыс. кВт.

        В  СССР модель волнового плота  испытывалась  в 700-х  гг. на  Черном море. Она имела длину  12 м,  ширину  поплавков 0,4 м  . На волнах высотой 0,5 м и  длиной 10 – 15 м установка развивала  мощность 150 кВт.

"Утка Солтера"

        Проект, известный под названием "утка  Солтера",  представляет собой преобразователь волновой энергии .Рабочей конструкцией является поплавок ("утка"), профиль которого рассчитан по законам гидродинамики. В проекте предусматривается монтаж большого количества крупных поплавков, последовательно укрепленных на общем валу. Под действием волн поплавки приходят в движение и возвращаются в исходное положение силой собственного веса. При этом приводятся в действие насосы внутри вала, заполненного специально подготовленной водой. Через систему труб различного диаметра создается разность давления, приводящая в движение турбины, установленные между поплавками и поднятые над поверхностью моря. Вырабатываемая электроэнергия передается по подводному кабелю. Для более эффективного распределения нагрузок на валу следует устанавливать 20 – 30 поплавков.

        В  1978 г. была испытана модель  установки длиной 50 м, состоявшая  из 20-ти поплавков диаметром 1 м. Выработанная мощность составили  10 кВт.

        Разработан  проект более мощной установки  из 20 – 30 поплавков диаметром  15 м, укрепленных на валу, длиной 1200 м. Предполагаемая мощность  установки 45 тыс.кВт.

        Подобные  системы установлены у западных  берегов Британских островов, могут  обеспечить потребности Великобритании  в электроэнергии.

Энергия ветра

        Использование   энергии ветра имеет  многовековую  историю. Идея преобразования  энергии ветра в электрическую  возникла в конце Х1Хв.

В СССР первая ветровая электростанция (ВЭС) мощностью 100 кВт была построена  в 1931 г. у города Ялта в Крыму. Тогда  это была крупнейшая ВЭС в мире. Среднегодовая выработка станции  составляла 270 МВт.час. В 1942 г. станция была разрушена.

        В  период энергетического кризиса  70-х гг. интерес к использованию  энергии возрос. Началась разработка  ВЭС как для прибрежной зоны, так и для открытого океана. Океанские ВЭС  способны вырабатывать  энергии больше, чем расположенные  на суше, поскольку ветры над  океаном более сильные и постоянные.

        Строительство  ВЭС малой мощности (от сотен  ватт до десятков киловатт) для   энергоснабжения  приморских  поселков,  маяков, опреснителей  морской воды считается выгодным  при среднегодовой скорости ветра  3,5-4 м/с. Возведение ВЭС большой  мощности (от сотен киловатт до  сотен  мегаватт) для передачи  электроэнергии в энергосистему  страны оправдано там, где среднегодовая  скорость ветра превышает 5,5-6 м/с. (Мощность, которую можно получить  с 1 кв.м поперечного сечения воздушного потока, пропорциональна скорости ветра в третьей степени). Так, в Дании – одной из ведущих стран мира в области ветроэнергетики действует уже около 2500 ветровых установок общей мощностью 200 МВт.

        На  тихоокеанском побережье США  в Калифорнии, где скорость ветра  13 м/с и больше наблюдается  в продолжение более 5 тыс, ч в году, работает уже несколько тысяч ветровых установок большой мощности. ВЭС различной мощности действуют в Норвегии, Нидерландах, Швеции, Италии, Китае, России и других странах.

        В  связи с непостоянством ветра  по скорости и направлению  большое внимание уделяется созданию  ветроустановок, работающих с другими источниками энергии. Энергию крупных океанских ВЭС предполагается использовать при производстве водорода из  океанской воды или при добыче полезных ископаемых со дна океана.

        Еще  в конце Х1Х в. ветряной электродвигатель  использовался Ф.Нансеном на судне "Фрам" для обеспечения участников полярной экспедиции светом и теплом во время дрейфа во льдах.

        В  Дании на полуострове Ютландия  в бухте Эбельтофт с 1985 г. действуют шестнадцать ВЭС мощностью 55 кВт каждая и одна ВЭС мощностью 100 кВт. Ежегодно они вырабатывают 2800-3000 МВт.ч.

        Существует  проект прибрежной электростанции, использующей энергию  ветра  и прибоя одновременно 

Энергия  течений

        Наиболее  мощные течения океана – потенциальный  источник энергии(см.карту1). Современный  уровень техники позволяет извлекать  энергию течений при скорости  потока более 1 м/с. При этом  мощность от 1 кв.м поперечного сечения потока составляет около 1 кВт. Перспективным представляется использование таких мощных течений, как Гольфстрим и Куросио, несущих соответственно 83 и 55 млн. куб.м/с воды со скоростью до 2 м/с, и Флоридского течения (30 млн. куб.м/с, скорость до 1,8 м/с).

        Для  океанской  энергетики представляют  интерес течения в проливах  Гибралтарском, Ла-Манш, Курильских. Однако создание океанских электростанций  на  энергии течений связано  пока с рядом технических трудностей, прежде всего с созданием энергетических  установок больших размеров, представляющих  угрозу судоходству.

Система "Кориолис"

        Программа  " Кориолис" предусматривает установку  во Флоридском проливе в 30 км восточнее города Майами 242 турбин с двумя рабочими колесами диаметром 168 м,  вращающимися в противоположных направлениях. Пара  рабочих колес размещается внутри полой камеры из алюминия,  обеспечивающей плавучесть турбины. Для повышения эффективности лопасти колес предполагается сделать достаточно гибкими. Вся система "Кориолис" общей длиной 60 км будет ориентирована по основному потоку; ширина ее  при    расположении турбин в 22 ряда по 11 турбин в каждом составит 30 км. Агрегаты предполагается отбуксировать к месту установки и заглубить на 30 м, чтобы не препятствовать судоходству.

        Полезная  мощность каждой турбины с  учетом затрат на эксплуатацию  и потерь при передаче на  берег составит 43 МВт, что позволит  удовлетворить потребности штата  Флориды (США) на 10%.

        Первый  опытный образец подобной турбины  диаметром 1,5 м был испытан  во Флоридском проливе.

        Разработан  также проект турбины с рабочим  колесом диаметром

12 м и мощностью 400 кВт.

"Соленая"  энергия

        Соленая  вода   океанов  и морей  таит в себе огромные неосвоенные  запасы  энергии, которая может  быть эффективно преобразована  в другие  формы энергии в  районах с большими  градиентами  солености, какими являются устья  крупнейших рек мира, таких как  Амазонка, Парана, Конго и др. Осмотическое  давление, возникающее при смешении  пресных речных вод  с солеными, пропорционально разности в концентрациях  солей в этих водах. В среднем  это давление составляет 24 атм., а  при впадении реки Иордан в  Мертвое море 500 атм. В качестве  источника осмотической энергии  предполагается также использовать  соляные купола, заключенные в  толще океанского дна. Расчеты  показали, что при использовании  энергии, полученной при  растворении  соли среднего по запасам нефти  соляного купола, можно получить  не меньше энергии, чем при  использовании содержащейся в  нем нефти.

        Работы  по преобразованию "соленой"  энергии в электрическую находятся   на стадии проектов и опытных  установок. Среди предлагаемых  вариантов представляют интерес  гидроосмотические устройства с полупроницаемыми мембранами. В них происходит всасывание растворителя через мембрану в раствор. В качестве растворителей и растворов используются пресная вода – морская вода или морская вода – рассол. Последний получают при растворении отложений соляного купола.

Схема  работы  гидроосмотической электростанции

        В  гидроосмотической камере рассол из соляного купола смешивается с морской водой. Отсюда проходящая через полупроницаемую мембрану вода под давлением поступает на турбину, соединенную с электрогенератором

Схема  работы  подводной  гидроосмотическо  станции

        Подводная  гидроосмотическая гидроэлектростанция размещается на глубине более 100 м. Пресная вода подается к гидротурбине по трубопроводу. После турбины она откачивается в море осмотическими насосами в виде блоков полупроницаемых мембран остатки речной воды с примесями и растворенными солями удаляются промывочным насосом

   Морские  водоросли   как  источник  энергии

        В  биомассе водорослей, находящихся  в океане, заключается огромное  количество энергии. Предполагается  использовать для переработки  на топливо как  прибрежные  водоросли, так и фитопланктон. В качестве  основных способов  переработки  рассматриваются   сбраживание  углеводов водорослей  в спирты и ферментация больших  количеств водорослей без доступа  воздуха для  производства  метана. Разрабатывается  также   технология переработки фитопланктона  для производства жидкого топлива.  Эту технологию предполагается  совместить с эксплуатацией океанских  термальных электростанций. Подогретые  глубинные воды которых будут  обеспечивать процесс  разведения фитопланктона теплом и    питательными веществами.

Комплекс  "Биосоляр"

        В  проекте комплекса "Биосоляр" обосновывается возможность непрерывного  разведения микроводоросли хлорелла в специальных контейнерах, плавающих по поверхности открытого водоема. Комплекс включает систему связанных гибкими трубопроводами плавающих контейнеров на берегу или морской платформе оборудование для переработки водорослей. Контейнеры, играющие роль культиваторов, представляют собой плоские ячеистые поплавки из армированного полиэтилена, открытые сверху для доступа воздуха и солнечного света. Трубопроводами они связаны с отстойником и регенератором. В отстойник откачивается часть продукции для синтеза, а из регенератора в контейнеры поступают питательные вещества – остаток от анаэробной переработки в метантенке. Получаемый в нем биогаз содержит метан и углекислый газ         Предлагаются и совсем экзотические проекты. В одном из  них рассматривается, например, возможность установки электростанции прямо на айсберге. Холод, необходимый для работы станции, можно получать ото льда, а полученная     энергия используется  для передвижения  гигантской глыбы замороженной пресной воды в те места земного шара, где ее очень мало, например в страны Ближнего Востока.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Заключение

Другие  ученые предлагают использовать  полученную энергию  для организации морских ферм, производящих продукты питания.

        Взоры  ученых постоянно обращаются  к неисчерпаемому источнику энергии  – океану.

        Океан,  выпестовавший когда-то саму жизнь  на Земле, еще не раз послужит  человеку добрым помощником.

     Греческая  армия была  разбита. Преследуемые  войсками персидского царя Артаксеркса П, потерявшие веру в свое спасение, остатки ее  отрядов брели через пустыню. Но вот на горизонте заблестело море. Море, где их ждали корабли. Море,  за которым лежала их любимая родина Море, по которому можно было уйти от персидской армии. И предводитель греков Ксенофонт, как гласит предание, воскликнул:

"Море, море! Оно спасет  нас!"

     Близок час,  когда бурно растущее человечество  обратит свои  полные надежды  взоры к морю и тоже воскликнет: "Море спасет нас! Море обеспечит  нам обилие продуктов питания.  Море даст нашей промышленности  любое необходимое минеральное  сырье. Море снабдит нас   неисчерпаемыми источниками энергии.  Море станет местом нашего обитания!"