1598005429-afd80cdf49ba7e5f6ece6b974d8fd3c4 (Энергия океана. Н.В. Вершинский, 1986u)

ББК 31 В 37 УДК 620.9 Рецензенты: доктор физико-ллатематических наук С. С. ВОЙТ, доктор технических наук Е. И. ЯИТОВСКИЙ Вершинский Н. В. В 37 Энергия океана. — Мл Наука, 1988, 152 с., нл., (Серня «Наука и технический прогрессе). 50 к. 15 900 зкз. В последние годы проявляется зиачительвый интерес к новым источникам энергии, и з частности к звергив океана.

Запасы эвергии Мирового океана огромны, во степень разрабатавпости проблемы еще недостаточна. В книге рассматривается проблема использования различных видов звергас Мирового океава, асабевио ветровых волн и аыби, а также тепловой и осыотической. Описываютсп зозможвые способы реалиаации этой энергии. Доктор технических наук Н. В. Вершивский — сотрудник Института океавологии имени П. П. Ширшоза АН СССР, специалист в области техники для изучепия океана, автор научных и научно-популярных работ в данной области. В 54 02 86 79-85 — Ип 2301000000-066 ББК 3! О Ивдатальетве «Науиа», 1986 г.

ФГ' ..51 й у' '1 656 ()1йа:. ". -;91,,3 НМ. Н. А. ЛЛЕ«1РЛИЮВ Глава 1 ВИДЫ ЗНИРГИИ МИРОВОГО ОКЕАНА ОСНОВНЫЕ НАПРАВЛЕНИЯ РАЗВИТИЯ ОКЕАНСКОЙ ЭНЕРРЕТИКИ Резное увеличение цен на топливо, трудности с его получением, сообщения об истощении топливных ресурсов— все эти видимые признаки энергетического кризиса вызвали в последние годы во многих странах значительный интерес к новым источникам энергии, в том числе к энергии Мирового океана. Естественно, этот интерес особенно велик в странах, не обладающих достаточными собственныыи топливными ресурсами, т.

е. запасамн нефти, газа, угля и пр. Например, в Японии осуществляется национальная программа «Солнечный свет», которая предусматривает к 2000 г. покрытие более 70 % всего энергетического потребления страны за счет новых источников энергии, в том числе— за счет энергии океана. В Англии на исследования в этой области на период 1976 †19 гг. было выделено 13 млн. фунтов стерлингов. Предполагается, что наилучший принцип преобразования энергии волн ляжет в основу будущих мощных волновых электростанций, способных обеспечить значительную часть (до 30 %) потребности атой страны в электроэнергии.

В Норвегии реализуется программа по использованию энергии морских волн; на исследования в этой области израсходовано 10 млн. крон. Ведется строительство двух опытных волновых электростанций, каждая из них будет елкегодно производить около 1,5 млн. кВт ч электроэнергии предполоя'ительной стоимостью не более 0,6 крон за 1 кВт ч (1 крона = 9 коп.).

„В разных видах аккумулирует энергию Мировой, океан. Вопрос состоит в том, чтобы найти оптимальные способы ее использования. ( По оценкам разных авторов, доступная часть энергии ' Мирового океана, т. е. та часть, которая может быть практически использована прн современном уровне техники преобразования, во много раз превышает уровень современного потребления энергии в мире, который определяется цифрой около 3 10" Дж в год (44,8 % от этой цифры покрываются нефтью; 32,4 — углем; 20 — газом; 2,8 % — энергией, вырабатываемой гидро- и атомнылш 3 станциями). Больше всшо в океане тепловой энергий, пб скольку океан — гигантскип тепловой аккумулятор онер гии Солнца. Последнее десятилетие характеризуется определенными успехамн в использовании тепловой энерпш океана.

Так, созданы установки мини-ОТЕС и ОТЕС-1 (ОТЕС— начальные буквы английских < лов Осеан бетша! Епегйу Сопгег. ~он, т. с. цреооразоаанпе тепловой энергии океана — речь идет о преобразовании а электрп юскую энергию). Установка»пшп-ОТЕС смогла отдать в электрическую сеть 12 — 15 кБт, а на собственные нужды потребила около 35 кБт. Опыт, полученный при разработке и опытной эксплуатации установок минн-ОТЕС и ОТЕС-1, позволил приступись к проектированию тепловых океанских станций на сотни мегаватт. Запасы энергии градиента солености, или осмоса (греч. «толчок», «давление»), по некоторым оценкам, не уступают тепловой энергии океана.

Осмотическая онергия— наиболее «таинственный», т. е. наименее очевидный вид энермш океана, поскольку наши органы чувств зту энеР- гию не воспринимают. Энергия течений Мирового океана по величине близка к апергии, получаемой от сжигания всех видов топлива на Земле в течение года (примерно 10'-" Дж). Начаты работы по использованию энергии Гольфстрима, самого мощного течения в Л!яровом океане. Предполагается использовать около 1 % его энергии.

Авторы проекта считают, что эта цифра не должна замотно отразиться на общем балансе энергии течения. По оценке Комиссии по эконо»ши энергии и энергоресурсов Мировой энергетической конференции (МИРЭК), сегодня важным энергетическим ресурсом является биомасса, так как дает 10 % мирового потребления первичной энергии. Ожидается, что она будет играть такую же важную роль в будущем обеспечении энергией при выработке технологического тепла и производства синтетических топлив. Синтетическое топливо пз биомассы можно сжигать на алектростанццях, использовать на транспорте или в промышленности.

Часть биомассы доставляет Мировой океан, предполагается, что доли океана в костазке биомассы будет возрастать. Рассматривается создание энергетических плантаций, для которых в океане имеются очень шнрокпо возможности. По оптимистическим оценкам, углеводородное топливо из водорослей может производиться по цене, меньшей мировой рыночной цены на нефть. Более трети поверхности Мирового океана (130 млн. км») и»1евТ дно, грунт которого пригоден для выращивания быстрорастущих водорослей, иа которых можно легко получить горючие газы метан и этан, широко используемые для самых разных целей.

В настоящее время обращено внимание на выращивание бурой водоросли — весьма урожайной культуры (от 600 до 1000 т с гектара в сыром весе), Бурая водоросль не имеет корней, поэтому для нее не очень важен состав грунта. !'эстет она в толще морской воды, но вода должна быть достаточно богата ш«тательными солями и должно быть много солнца. Имеются в Мировом океане и другие источники энергии. Например, обсуждался вопрос об использовании сероводорода — горючего гааа с неплохой калорийностью. Сероводородом очень богато Черное»»оре, и к тому же его количество там непрерывно возрастает.

Есть сероводород и в других районах Мирового океана — общие запасы его очень волнкн (недостаток этого вида топлива — неприятный запах, но, возможно, будет найден способ его устранения). Весьма перспективный вид энергии Мирового океана — ' »го энергия волн. В океане »шого видов волн. Однако ' с точки зрения выработки алектрической энергии заслуживают внимания лишь трн их типа: приливные волны, ветровые волны и зыбь.

Ветровые волны обладают большой разрушительной силой, т. е. несут значительную энергию. Несколько миллионов штормов ежегодно случается в Мировом океане. По подсчетам академика Н. В. Мельникова, 1 к»»» водной поверхности с волнами высотой около 5 м обладает мощностью около 3 млн. кВт. А штормовая погода может охватить площадь в несколько тысяч квадРатных километров. Соответственно волновая мощность Мирового океана оценивается цифрой около 3 млрд. кБт! Запасы энергии ветровых волн и зыби огро»шы, по степень Разработанности проблемы ее использования пока недостаточна, лишь в послоднее десятилетие были сделаны некоторые шаги в деле практического нспольаования энергии ветровых волн и зыби — для выработки электри-. ческой энергии. Значительно раньше началось использование энергии приливных волн, отличающихся четной регулярностью: два раза в сутки в определенное время появляются приливные волны ааранее известной высоты.

Эти свойства — строгая периодичность и определенная высота — позволили людям очень Рано научиться использо- вать их энергию: уже в Х1 в. строили мельницы, работающие за счет энергии прилива (например, во Франции в г. Шербуре до сих пор действует старая мельница, использующая энергию приливных волн). В наши дни приливные электростанции — самые мощные среди других волновых электростанций, но их можно построить не на любом участке побережья (и, как правило, ке там, где особенно нужна энергия). У пас в стране, например, приРода Распорядилась так, что самые мощные приливы имеются вдали от индустриальных центров или Районов с болыпим потреблением энергии. В Советском Союзе самые мощные приливы — у берегов Камчатки, где общая энергия приливных волн равна примерно 10" Дж з год Ветровые волны и зыбь хороши тем, что для использования их энергии не надо искать особых мест с благоприятными географическими условиями, как для приливных волн.

Онк бывают па любой акватории —. был бы ветер да пространство для разгона. Чтобы утилизировать энергию ветровых волн (и зыби), не надо строить больших и дорогкх плотин, что также очень важное преимущество. Именно поэтому в разных странах ведутся исследования по выбору наилучших способов преобразования энергки ветровых волн и зыби. Созданы золпоэяергетические установки разных мощностей, использующие различные физические принципы для преобразования энергии волн. Почти полвека назад академик Ь. В. Шулейкин отметил три основных направления, по которым шла конструкторская мысль в решении проблемы использования энергии поверхностных волн ', На одно из первых мест он ставил использование энергии качки: движение поплавка передается поршням насосов, Вели учесть, что поплавок может иметь массу в сотни тонн, а размах колебательного движения принять порядка нескольких метров, то, очевидно, таким путем может быть получена весьма значительная мощность.

Современные английские проекты использования волновой энергии (»утка» Солтера и <плот» Коккереля) основываются именно на этом пРин цике. Второй способ — использование ударного давления: волны ударяют з подвижную деталь волновой машины и отдают ей сзо>о >гпнетическуто энергию. Этот принцип с успехом применялся в конце прошлого столетия в установках.

использовавших энергию волн для накачки воды. Не потерял он своего значения и в наши > Смл Шулевлия В. В. Физика моря. Мз ОНТИ,'1938, т. 2, с. 344. дни (правда, для маломощных установок). Третий путь— использование гидравлического тарана. По этому способу была построена экспериментальная установка на станции Морского гндрофнзического института АН СССР в Крыл>у. Ныне эта идея в болыпем масштабе реализуется на острове Маврикий и в других местах.

различные виды энергии океана американский специалист Д. Д. Айзекс предложил условно оценивать одной мерой — в метрах водяного столба ». Эта величина называется им плотностью потока, она характеризует степень концентрации данного вида энергии. С помощью этого понятия удобно сравнивать между собой различные виды энергии в океане. Например, для теплового градиента (т. е. разности температур между теплым и холодным слоями) 20 'С плотность потока составляет 570 м водяного столба, ее напор — как в грандиозном водохранилище, подпертом плотиной высотой более полукилометра.