1598005375-fdca24712b4dd3cd0f1922045b94d243 (Преобразование энергии океана. В.А. Коробков, 1986u), страница 7

'1ЛВ. Схема нспольэованнп анергнн соленых куполов 163]. у — солевой купол; у, Л вЂ” васаеные станнвн; 4 — пенпткче- сквй преобразователь; б — турбвна с електратеператарпн В настоящее время созданы н испытаны лабораторные макеты ряда промышленных энергоустановок, преобразующих градиент солености. С учетом реальных значений коэффициента преобразования энергии градиента солености, который, как уже упоминалось выше, равен примерно 3 %, возможности этого источника энергии оказываются сравнимыми с возможностями теплового градиента океанских вод при примерно равной плотности энергии (21]. Однако техническая проработка различных аспектов проблемы преобразования градиента температур примерно яа 10 лет опережает таковую для градиента соленостей.

И если ОТЭС в мире находятся уже в стадии промышленного эксперимента, то океанские электростанции на градиенте соленостей (СоленЭС) лишь в стадии лабораторного эксперимента. б 1.8. Перспективы испопьзоввния биомассы Ежегодно за счет фотосинтеза в природе преобразуется в органическое вещество примерно 8 1О" т углерода, содержащегося в атмосфере и в океане. Это соответствует возможному высвобождению тепловой энергии 3.10" Дж, что почти в 10 раз выше современного уровня ее потребления.

Органическое вещество частично составляет биомассу растений суши, почвенный гумус, Рнс. !ЛЗ. Уровнн потребленнк солнечной энергии в океане (по Э. Х. Да Сильва) океанскую биомассу. Часть его растворяется в водах Мирового океана, причем, если сравнить количество углерода, содержа!цегося в разведанных запасах ископаемого топлива н в растворенном органическом веществе, то первенство окажется за последним— 8.10" и 17 !О" т соответственно.

Предполагаемые запасы ископаемого топлива составляют примерно 1!3 10" т [31]. Усвоение энергии Солнца биотой — совокупностью организмов, населяющих планету,— идет по примерной схеме, изображенной на рис. 1.13. Причем скорость связывания углерода на суше примерно в 2 раза выше скорости образования органики в океане. В первом случае речь идет примерно о 5 10" т углерода в год, а во втором — о 3 10го т/год (31]. Человек и животные суши используют по этой схеме только О,! о/о всей солнечной энергии, поступаюшей на Землю, и одним из способов увеличения непосред- 3 Заказ № Зз ствеиного усвоения ее можно считать увеличение потребления человеком продукции низших трофических уровней — фито- и зоопланктона. Такая тенденция уже проявляется в расширении переработки в продукты питания антарктического криля — представителя зоопланктона, 200 лет назад человечество полностью удовлетворяло свои энергетические потребности за счет продукции фотосинтеза, не затрагивая запасов ископаемого топлива.

Сейчас, на новом витке развития экономики планеты, встает вопрос о биологических источниках энергии как вполне современных, соответствующих уровню развития техники и технологии и вполне приемлемых уже сейчас для ряда районов. Принципиально, все энергетические потребности человечества на сегодняшний день можно было бы удовлетворить за счет биомассы, получаемой на земных плантациях. Для этого требуется площадь примерно в 5 млн.

кмз 18]. Причем при этих оценках речь идет о культурах с урожайностью 4,5 т сухой массы с гектара. В то же время известны культуры, урожайность которых может быть доведена до 18 т/га сухой массы. Но где взять соответствую- щне площади н подходящие климатические условия? Ведь уже сеичас под пашню заняты практически все пригодные земли планеты, и составляет эта «обобщенная» пашня примерно 46 млн. км'.

Наиболее реально привлечь для нужд энергетики биоресурсы Мирового океана, тем более что теоретический потенциал годового прироста биомассы в нем по оценкам МИПСА составляет около 40 млрд. т у, т., т. е, около 40 % общего прироста биомассы на планете. По этим же оценкам, на современном уровне технологии из этого количества может быть передано энергетикам до 10 % . Эта величина не так мала, если учесть, что в 1980 г. в мире добывалось нефти всего 5 млрд. т у. т.

Для производства морской биомассы (имеются в виду водоросли и высшие растения) по крайней мере в обозримом будущем практически нет ограничений по площадям. Значительно выше, чем у земных, урожайность водных культур. Если для наиболее продуктивных высших растений суши — кукурузы и сорго оиа составляет 25 — 35 т,'га сырой массы при максимальном приросте 0,5 т/га в сутки, то урожайность у водорослей в 100 т/га с приростом до 2 т/га в сутки не предел Например, урожайность такого известного представителя флоры наших дальневосточных морей как морская капуста (ламинария японская) в естественных условиях достигает 1500 т/га (16).

Устойчивые урожаи в 700 — 1200 т/га дает другой представитель ламннарневых — гигантский тихоокеанский келп (макроцистис). При плановой урожайности в 500 т/га достаточно создать фермы по его выращиванию площадью в 120 тыс. км-', чтобы обеспечить примерно 15 % потребностей США в энергию на уровне 2025 г. [65), В заключении этой главы необходимо отметить, что поскольку при выборе той илн иной энергетической технологии мы не исхо- дим из потенциальных возможностей соответствующих источников, определяемых природными факторами, а лишь учитываем ту часть этой энергии, которая может быть экологически и экономически обосновано переработана в требуемые виды на современных нам уровнях знания о природе и развития техники, то ресурсные оценки не могут быть чем-то раз и навсегда установленным.

Они постоянно уточняются, более того, уточняется и само отношение к отдельным видам возобновляемых ресурсов, изменяются их приоритеты по отношению друг к другу и к традиционным видам ресурсов. о Глава ОКЕАНСКАЯ ТЕПЛОЭНЕРГЕТИКА: ОТЭС ЗАМКНУТОГО И ОТКРЫТОГО ЦИКЛОВ $2.4. Историческая справка История развития идей преобразования энергии океанских градиентов температуры восходит к периоду разработки основ термодинамики и создания теории тепловых машин. Таким оправам, кроме французского физика д'Арсонваля, опубликовавшего в 1881 г.

небольшую статью по основам океанской теплоэнергетики', к этим идеям прямое отношение имеют основатели термодинамики — С. Карно, Р. Клаузиус, У. Томсон (лорд Кельвин). Этн идеи це могли появиться без сведений, полученных в экспедициях под руководством И.

Крузенштейна, О. Коцебу, Уайвала Томсона (знаменитое плавание «Челленджера»), без работ физика Э. Ленца, участника экспедиции О. Коцебу, впервые неопровержимо доказавшего существование холодных слоев на больших глубинах, зало. жившего основы учения о термоклине и высказавшего гипотезу о характере переноса тепла в океане поверхностнымн и глубинными течениями.

Д'Арсонваль в своей статье рассмотрел возможность применения для преобразования океанской энергии двух систем — замкнутого цикла с промежуточным рабочим телом (в качестве такового был предложен аммиак) и открытого цикла, работающей непосредственно иа морской воде. Идеи ученого почти на 50 лет определили технические возможности человечества. Они были осуществлены лишь в 1928 г. также французом Ж. Клодом, соорудившим опытную установку на берегу зал. Матансас на северном побережье Кубы.

Это была вакуумно-водяная ОТЭС, развивавшая примерно 22 кВт электрической мощности и вырабатывавшая пресную воду. Опыты продолжались около двух лет и были прекращены после разрушения 2,5 км трубопровода для подачи холодной воды во время шторма.

Клод предпринял еще две попытки создания опытных ОТЭС вЂ” на плавучей платформе (перестроенное судно «Тупизн», электрическая мощность 88 кВт) и в Абиджаве (Западная Африка). Везде Клод сталкивался с проблемами, обусловленными коррозией испарительной камеры под действием теплой в 17'Лггопвг!. »летие г«1егй !881, р, 870 — 872. морской воды, и огромными расходами на создание мощного обо удования [521. биджанский вариант ОТЭС разрабатывался и позднее, В 50-х гг.

Франция решила построить экспериментальную станцию мощностью 1 МВт. Особенности рельефа дна в Гвинейском заливе позволяют на расстоянии 4 км от берега с глубины 500 м получать охлажда1ощую воду при температуре 7'С. В то же время вблизи берега в поверхностных водах лагуны Эбрие можно забирать теп- лую воду при температуре 28 'С. Было рассчитано, что такого пере- пада температур окажется вполне достаточно, и с 1952 по 1956 г. велись исследования и подготовительные раооты, однако по ряду причин технического и экономического характера они не были за- вершены, В 60-е гг.