Альтернативная энергетика

Нетрадиционные возобновляемые источники энергии

Возможности получения энергии из океана

Есть несколько технических разработок получения энергии из океана, хотя его вклад в энергетический баланс даже в перспективе оценивается невысоко.

Энергия приливов

Первая возможность - это использование энергии приливов. Во время прилива уровень морской воды повышается, и этим можно воспользоваться для заполнения какого-либо резервуара. На пути потока воды можно поставить турбину, которая будет вырабатывать электроэнергию. Обратный поток воды во время отлива также может вращать турбину, если ее конструкция обеспечивает возможность прямого и обратного вращения и выработки при этом электроэнергии.

В мире эксплуатируются несколько экспериментальных приливных электростанций (ПЭС). У нас в стране на побережье Баринцева моря с 1968 г. работает Кислогубская ПЭС, на которой установлены 2 турбины по 400 кВт каждая. Большая приливная станция эксплуатируется на реке Ла-Ранс (Франция), ее мощность - 240 тыскВт. Имеются проекты сооружения других приливных станций. Например, в устье реки Севери (Англия), имеющей самый высокий уровень прилива на Земле, разработаны различные варианты сооружения станций. Мощность турбогенераторов этой станции составляла по проекту 7,2 млн.кВт. Правительственный комитет, рассматривающий этот проект, рекомендовал провести изучение возможного влияния ее на окружающую среду, определения ее экономической эффективности и т.д.

На схожем с приливными принципе могут работать электростанции, использующие энергию морских волн.

Один из вариантов волновой электростанции таков: морские волны периодически сжимают воздух, находящийся внутри вертикально расположенной камеры. Выходя из камеры, воздух приводит в движение лопасти турбины. Опускаясь, волна создает внутри цилиндра вакуум, в результате чего извне засасывается воздух, который продолжает вращать турбину. Главная трудность заключалась в том, чтобы обеспечить вращение турбины в одном и том же направлении при прямом и обратном токе воздуха.

В другой конструкции используется резервуар, размещаемый выше уровня моря и соединенный наклонным каналом с его поверхностью. При волнении морская вода заполняет резервуар, вытекая из него, она вращает турбину. Такая волновая электростанция небольшой мощности была сдана в эксплуатацию в Норвегии в 1985 г.

Рассматривая волновую энергию в качестве одного из возможных энергоресурсов, следует указать на значительную ее неравномерность, связанную с изменением интенсивности воздушного потока над поверхностью морских вод. Тем не менее имеющийся способ эксплуатации волновых электростанций небольшой мощности свидетельствует о полезности их применения.

В настоящее время в ряде зарубежных стран ведутся поисковые работы по изучению возможности использования тепловой энергии океана. По результатам этого изучения можно будет судить о всех достоинствах и недостатках этого вида энергоресурса.

Энергия волн

Мировые запасы волновой энергии составляют около 2,7 млрд.кВт. Проблема состоит в том, чтобы найти эффективные по стоимости способы преобразования энергии движущихся волн в механическую или пневматическую форму, которую можно использовать для привода в действие турбогенераторов. Поскольку у морских волн широкий диапазон длин и амплитуд, любое эффективное устройство либо должно быть широкополосным, либо иметь частотную регулировку. Здесь техническая задача в некотором смысле сходна с задачей использования ветровой энергии.

Интерес к проблеме использования энергии волн особенно проявился в последние 10-15 лёт. Широкие исследования с "практическим выходом" создания установок не только опытных, но и для повседневной практики проводятся, например в Японии. Здесь на энергии морских волн действуют свыше 300 буев и маяков. В Англии также начата соответствующая программа. В Эдинбургском университете создана специальная лаборатория с опытным бассейном для эмитации разных видов морского волнения - от легкой зыби до 10-6ального шторма, исследования и контроля за ходом процессов. Ведутся подобные работы и в России.

Каков принцип действия волновых электростанций? Каковы возможные технические решения?

1.         Использование вертикальных подъемов и спадов волны для при

вода в действие водяных или воздушных турбин, соединенных с электро

генераторами.

2.         Использование горизонтального перемещения волн с помощью

устройств флюгерного типа для получения через специальную передачу

вращательного движения.

3.         Концентрация волн в сходящемся канале, в котором их кинетиче

ская энергия поддерживала бы напор воды, достаточный для привода в

действие турбины.

Одно из устройств первой группы представляет собой вертикальную трубу, погруженную нижним открытым концом в достаточно спокойные слои моря и закрытую сверху. Труба закреплена на поплавке. В верхней ее части, в "волновой" камере, вода имеет свободную поверхность'. При подъеме волны уровень свободной поверхности в "волновой" камере поднимается и сжимает воздух, который приводит в действие воздушную турбину, соединенную с электрогенератором. При спаде волны через атмосферный клапан в "волновую" камеру засасывается новая порция воздуха. И далее процесс повторяется. Период колебаний уровня воды - 5-6 с.

Термальная энергия океана

Идея получения энергии за счет разности температур воды в поверхностных и глубинных слоях океана была высказана учеными около 100 лет назад. Но широкие практические исследования в этом направлении развернуты лишь после 1973 г.

Подтверждена принципиальная возможность создания промышленных электростанций на основе использования температурного градиента океанской воды.

Экспериментальные установки работают на Гавайских островах, где разность температур у поверхности воды и на глубине около километра составляет 22 °С. Установка состоит из конденсатора, испарителя, насоса и турбины, работающих в замкнутом цикле. По соединяющим их трубам протекает рабочее тело - фреон. Конденсатор охлаждается поднятой с большой глубины водой при температуре +8°С. Испаритель находится при температуре поверхностной воды +ЗО°С. Перешедший в испарителе в газообразное состояние фреон приводит во вращение турбину, после чего охлаждается в конденсаторе и снова подается на нагрев в испаритель.

Плавучие гидротермические электростанции могут располагаться там, где температурные условия в толще воды наиболее благоприятны и дают наивысший градиент, в том числе в международных водах на необъятных просторах морей и океанов. Более того, такие электростанции могут быть мигрирующими, т.е. они не привязаны к какому-то строго определенному району, а при изменении температурных условий могут перемещаться туда, где градиент температур наибольший и соответственно эффективность их работы наивысшая.

Современная техника позволяет определять наиболее перспективные в этом плане районы с помощью спутников Земли. Но здесь, естественно, возникает проблема: как быть с вырабатываемой электроэнергией? Возможность транспортировки электроэнергии на берег по линиям электропередачи - подводным кабелям - за дальностью расстояния, естественно, исключается. Со временем, конечно, будут отработаны способы передачи электроэнергии на дальние расстояния без проводов. А пока напрашивается вывод: потребители электроэнергии должны быть здесь же, на месте, т.е. сооружаться не просто электростанции, а злектротехнологические комплексы, производящие на базе вырабатываемой электроэнергии различные виды вторичной продукции.

Специалисты, занимающиеся проектами использования термальной энергии океана, считают, что подобные установки имеют значительные преимущества перед другими устройствами, реализующими энергию во

зобновляемых источников - ветер, солнце или морские волны. Главное из

них - постоянство температурного градиента во времени и, следователь

но, его надежность. Критическая температурная разность, при которой

океанские электростанции становятся рентабельными, 22°С. Таких мест в

Мировом океане немало. Еще один аргумент - низкие текущие затраты за

счет "бесплатного топлива". Они составляют от 0,02 до 0,08 долл. за 1

кВт/ч.

Крупные океанские электростанции мощностью 200-400 Мвт, смонтированные на плавучих платформах, по мнению их проектировщиков, найдут применение в качестве фабрик по добыче полезных ископаемых из океана. Малые станции мощностью 40-50 МВт будут полезны для развивающихся стран тропического пояса, так как, помимо электроэнергии, они способны опреснять воду. С использованием процессов электролиза можно получать из воды водород и кислород.