1598005375-fdca24712b4dd3cd0f1922045b94d243 (Преобразование энергии океана. В.А. Коробков, 1986u), страница 2

В табл. 1.2 приведены результаты более долгосрочного прогноза, охватывающего следующее столетие. Характерно значи- ПРогноз мирового потребления энергии, млрд. т у. т./год 128) тельное увеличение доли использования ядерного горючего н доли возобновляемых ресурсов. Такое перенесение акцентов диктуется необходимостью: в настоящее время в мировом балансе энергии 97 о)о потребностей,удовлетворяются за счет невосполнимых ресурсов химического горючего, а его запасы не безграничны.

Особенно это касается обычного топлива. По некоторым оценкам (не самым оптимистическим), мировых ресурсов ископаемого топлива даже при условии потребления на уровне 1978 г. хватит: нефти — на 30; природного газа — на 50; угля — на 200 лет. Несколько лучше дело обстоит с запасами урана (достаточно на 500 лет), но в балансе 1978 г. он занимал всего 0,5%.

Правда, с ядерным горючим дело обстоит все же лучше, чем с другими видами ископаемого топлива, в связи с тем, что уже известна технология его переработки, позволяющая за счет вовлечения в энергетику урана-238 в реакторах на быстрых нейтронах увеличить энергетический потенциал ядерного горючего. Сейчас же используют изотоп уран-235, запасы которого в 1ОО раз меньше. Повышения эффективности использования других видов ископаемого топлива более чем на единицы процентов ожидать не приходится. Большие надежды связывают с работами в области термоядерной энергетики, но если, предположим, через 20 лет энергию даст первый коммерческий термоядерный реактор, то пройдет еще не менее 20 лет, пока подобные установки начнут вытеснять другие.

Кроме того, освоение этого вида ресурсов не только не снимет, но и поставит новые экологические проблемы, возникающие из-за огромных тепловых выбросов в окружающую среду при крупномасштабном развитии термоядерной энергетики. Эти же проблемы встанут и при увеличении доли ядерного горючего в балансе энергии. Кроме того, уже стоят проблемы захоронения отходов существующих атомных станций 135). О темпах увеличения дефицита ископаемого топлива дает представление рис.

1,1, из которого следует, что необходимо развивать нетрадиционные методы преобразования энергии. К последним относятся термоядерный синтез, использование реакторов на быстрых нейтронах и некоторых преобразователей возобновляемых ресурсов энергии.

В концепции возобновляемых ресурсов энергии нет новизны: она возникла в глубокой древности. В течение последнего столетия возобновляемая энергия была оттеснена на второй план из-за появления более концентрированных природных же носителей энергии, но это не означает, что не происходило совершенствования методов ее использования, что не росли количественно показатели этого использования. К нетрадиционным среди методов использования возобновляемых источников относится преобразование тепловой, волновой н 9 соленостной энергии океана.

Важно отметить, что Мировой океан служит природным посредником в усвоении, аккумулировании и переносе сушествепной части полученной от солнца энергии, и уже современный уровень развития техники и технологии позволяет принципиально изъять из него количество энергии, эквивалентное почти 100 млрд. т у. т.ягод, т.е. практически решить только за счет этого источника энергетическую проблему на ближайшее столетие 181). На практике, конечно, будут изучаться все направления развития энергетики.

Это позволит расширить диапазон источников, выбрать для различных районов планеты наиболее органично вписывающиеся и в природную среду, н экономическую структуру типы преобразователей энергии. В прогнозируемом на конец ХХ1 в. энергетическом балансе 18 % — это практически столько, сколько сейчас человечество вырабатывает энергия за счет невозобновляемых источников. И вероятно значительную долю этого количества возобновляемой энергии мир будет получать от океанских источников.

5 $.2. Общий баланс возобновляемой энергии океана Основная доля энергии, поступа!ошей в Мировой океан — результат поглощения им солнечного излучения. Энергия поступает ' в океан также в результате гравитационного взаимодейстния космических тел и водных масс планеты, создающего приливы, н поступления тепла из глубины планеты. Поверхность Мирового океана занимает около 70 % поверхности всей планеты и составляет примерно 360 млн.

км'. Ббльшая часть этой поверхности постоянно свободна ото льда и хорошо поглощает солнечное излучение. Достаточно сказать, что в видимой части спектра (длины волн от 400 до 700 мкм) коэффициент отражения гладкой водной повеРхностн меньше 5 о)о пРи высоте Солнца от веРтикали не более 40', в то время как для поверхности суши и морского льда он равен при той же высоте Солнца 10 и 90 о1с соответственно.

Надо иметь в виду, что на видимый свет приходится максимум' энергии излучения Солнца. Проникая в толщу океана, солнечное излучение поглощается, за счет чего происходит преобразование энергии излучения в тепловую энергию океана. В океанской воде примерно 65% солнечного излучения поглощается первым метром водной толщи н до 90% — десятиметровым слоем. В дневное время в низких широтах вода прогревается примерно на 10 м н более за счет процессов теплопроводности и турбулентного перемешивания (твердая поверхность суши прогревается не более чем на 0,5 м), Запасенное океаном тепло частично в виде длинноволнового излучения (Х ) 10 мкм) переизлучается, а частично передается в атмосферу теплопроводным пограничным слоем н вследствие испарения.

Относительная роль этих процессов различна для раз10 иых районов планеты, но на широтах от 70' с. ш. до 70' ю. ш. характеризуется примерно одинаковыми значениями, о/с 191: Длинноволновое излучение в атмосферу и космическое пространство . 41 Передача тепла атмосфере за счет теплопроводиости 5 Потери на испарение . .. .. ... .., ...

. 54 100 За счет движения воздушных и водных масс запасенная океаном энергия переносится по всей планете, причем в области между экватором и 70' с.ш. в среднем 40% тепла переносится океанскими течениями, а на 20' с.ш. вклад океана в перенос энергии составляет до 74 % .

Ежегодно с поверхности океана испаряется слой воды толщиной примерно 1 м (около 340 10'а т) и около 36.10" т воды возвращается со стоком рек, ледников и т.п. Кроме того, океан пополняется осадками, выпадающими непосредственно на его поверхность. Обратная связь между океаном и атмосферой происходит не только через осадки, но и путем силового взаимодействия, в результате которого часть тепловой энергии, преобразованная в кинетическую энергию атмосферы, возвра1цается океану в ниде энергии волн и ветровых течений. Сушествует и обратный тепловой поток от атмосферы к поверхности океана в районах, где температура поверхностных вод оказывается ниже температуры воздушных масс в приповерхностном слое. Все эти процессы достаточно сложны, носят вероятностный характер, испытывают вековые, годовые, сезонные и суточные колебания.

Поэтому при оценке количественных величин, опнсываюп1нх перераспределения потоков энергии, обычно оперируют осредненнымн значениями. Оценка планетарного перераспределения первичной энергии, выполненная М. К. Хьюбертом [451, приведена на рнс. 1.2, где хорошо прослеживаются процессы отражения солнечного излучения (коротковолновая радиация) и пути его трансформации в длннноволновое тепловое излучение (длннноволновая радиация). Примерно а/з суммарного солнечного излучения испытывают в океане и на поверхности суши различные изменения: преобразуются в тепло, расходуются на испарение, образование осадков, сообщение энергии рекам, ветру, волнам, различным видам течений в океане.

Примерно 0,02% всей энергии воспринятого солнечного излучения идет на образование продукции фотосинтеза и частично на образование ископаемого топлива. Соизмерим с этой величиной суммарный поток энергии, поступающей нз недр Земли и в виде приливной энергии. Выделить из указанных потоков те. что непосредственно имеют отношение только к океану, достаточно трудно. Для этого необходимо использовать определенные допущения, часто довольно грубые, что делает оценки, приводимые различными авторами, противоречи- !1 Излучение Солнца 378 ООО ТВт Тепловое излучение в космос Гравитационное взаимодействие коротко- длинно- волновое волновое б (аы рагс Прямое отражение 62 ОООТВт (35%) биан 3 и Приливы, придивные течения 3 ТВт 'Ы Прямое преобразование в тепло 76 000 ТВт (43%) Испарение, осадкообразование 40 000 ТВт (22%) Вода и де (накопитель) Конвенция, вупкаиы, .