Использование термальной энергии океана

Использование энергетических ресурсов океанов и морей

Использование солнечной энергии

Использование энергии океанов и морей. Использование энергии ветра

Возобновляемые источники энергии. Использование солнечной энергии.

Использование источников возобновляемой энергии вызвано экологическими проблемами. Из всей получаемой человечеством энергии 18 % приходится на возобновляемые источники энергии.

В таких источниках энергии как сток рек, волны, приливы и отливы и ветер используется механическая энергия. Тепловая энергия используется при перепаде (градиенте) температур воды морей и океанов, воздуха, недр земли (вулканов), лучистая энергия – при солнечном излучении, химическая – из растений и торфа.

В США эксплуатируются солнечные коллекторы площадью 10 млн. м². В России – не превышает 100 тыс. м².

Например, в г. Жуковске выпускают солнечные тепловые коллекторы для подогрева воды производительностью до 100 тысяч м³ в год.

В калифорнийской пустыне Мохаве построено несколько коммерческих солнечных термоэлектроустановок суммарной мощностью 275 МВт, а в Южной Калифорнии еще две такие установки модульной конструкции мощностью 80 и 300 МВт.

Также солнечные термоэлектроустановки действуют в Испании (станция мощностью 5 МВт в Алмерии) и в Иордании (станция мощностью 30 МВт).

Фотоэлектроэнергия производится полупроводниковыми приборами, преобразующими солнечное излучение в электрический ток.

Фотоэлектрические установки не оказывают воздействия на природную среду, бесшумны, не имеют движущихся частей, требуют минимального обслуживания, не нуждаются в воде. Их можно монтировать в отдаленных или засушливых районах, мощность таких установок составляет от нескольких ватт (портативные модули для средств связи и измерительных приборов) до многих мегаватт (площадь несколько миллионов квадратных метров).

Например солнечная батарея с КПД 12 %, площадью 40 м², смонтированная в США на южном скате крыши дома, способна обеспечить все бытовые потребности в электроэнергии.

Фотоэнергетика весьма перспективна для сельских районов развивающихся стран.

Океан – гигантский аккумулятор и трансформатор солнечной энергии, преобразуемой в энергию течений, тепла и ветров.

Энергетические ресурсы океана представляют большую ценность как возобновляемые и практически неисчерпаемые. Опыт эксплуатации уже действующих систем океанской энергетики показывает, что они не приносят какого-либо ощутимого ущерба океанской среде.

Идея использования тепловой энергии океана была предложена еще в конце ХIХ века. Первые попытки ее реализации были сделаны в 30-х гг. нашего века и показали перспективность этой идеи.

В 70-е гг. ряд стран приступил к проектированию и строительству опытных океанских тепловых электростанций (ОТЭС), представляющих собой сложные крупногабаритные сооружения.

ОТЭС могут размещаться на берегу или находиться в океане (на якорных системах или в свободном дрейфе). Работа ОТЭС основана на принципе, используемом в паровой машине. Расчетная мощность проектируемых ОТЭС составляет 250 – 400 МВт.

Учеными Тихоокеанского океанологического института АН СССР было предложено и реализуется оригинальная идея получения электроэнергии на основе разности температур подледной воды и воздуха, которая составляет в арктических районах 26 °С и более.

По сравнению с традиционными тепловыми и атомными электростанциями ОТЭС оцениваются специалистами как более экономически эффективные и практически не загрязняющие океанскую среду.

Недавнее открытие гидротермальных источников на дне Тихого океана рождают привлекательную идею создания подводных ОТЭС, работающих на разности температур источников и окружающих вод. Наиболее привлекательными для размещения ОТЭС являются тропические и арктические широты.

Использование энергии приливов

Использование энергии приливов началось уже в ХI в. для работы мельниц и лесопилок на берегах Белого и Северного морей. До сих пор подобные сооружения служат жителям ряда прибрежных стран. Сейчас исследования по созданию приливных электростанций (ПЭС) ведутся во многих странах мира.

Энергия приливов – результат действия приливообразующих сил Луны и Солнца. Два раза в сутки в одно и то же время уровень океана то поднимается, то опускается. Вдали от берега колебания уровня воды не превышают 1 м, но у самого берега они могут достигать 13 м, как, например, в Пенжинской губе на Охотском море.

Приливные электростанции работают по следующему принципу:

· В устье реки или заливе строится плотина, в корпусе которой установлены гидроагрегаты.

· За плотиной создается приливный бассейн, который наполняется приливным течением, проходящим через турбины.

· При отливе поток воды устремляется из бассейна в море, вращая турбины в обратном направлении.

Считается экономически целесообразным строительство ПЭС в районах с приливными колебаниями уровня моря не менее 4 м.

Проектная мощность ПЭС зависит от характера прилива в районе строительства станции, от объема и площади приливного бассейна, от числа турбин, установленных в теле плотины.

В 1968 г. на побережье Баренцева моря, не далеко от Мурманска, в Кислой губе сооружена первая в нашей стране опытно-промышленная ПЭС. В здании электростанции размещено 2 гидроагрегата мощностью 400 кВт.

В Канаде работает приливная электростанция мощностью 4 млн. киловатт, в Англии – 10 млн киловатт, во Франции мощностью в 240 и 9 тыс. киловатт, работают также небольшие приливные электростанции и в Китае.

В отличие от гидроэнергии рек, средняя величина приливной энергии мало меняется от сезона к сезону, что позволяет приливным электростанциям более равномерно обеспечивать энергией промышленные предприятия.

Пока энергия приливных электростанций обходится дороже энергии тепловых электростанций, но при более рациональном осуществлении строительства гидросооружений этих станций стоимость вырабатываемой ими энергии вполне можно снизить до стоимости энергии речных электростанций.

Использование энергии волн

Идея получения электроэнергии от морских волн была изложена еще в 1935 г. советским ученым К.Э.Циолковским.

В основе работы волновых энергетических станций лежит воздействие волн на поплавки, маятники, лопасти. Механическая энергия их перемещений с помощью электрогенераторов преобразуется в электрическую.

В настоящее время волноэнергетические установки используются для энергопитания автономных буев, маяков, научных приборов.

Началось также промышленное использование волновой энергии. В Норвегии с 1985 г. действует первая в мире промышленная волновая станция мощностью 850 кВт.

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.

Создание волновых электростанций определяется оптимальным выбором акватории океана с устойчивым запасом волновой энергии, эффективной конструкцией станции, в которую встроены устройства сглаживания неравномерного режима волнения.

Опыт эксплуатации существующих установок показал, что вырабатываемая ими электроэнергия пока в 2-3 раза дороже традиционной, но в будущем ожидается значительное снижение ее стоимости.

Использование энергии течений

Наиболее мощные течения океана – потенциальный источник энергии. Современный уровень техники позволяет извлекать энергию течений при скорости потока более 1 м/с. При этом мощность от 1 м² поперечного сечения потока составляет около 1 кВт.

Перспективным представляется использование таких мощных течений, как Гольфстрим и Куросио, несущих соответственно 83 и 55 млн. м³/с воды со скоростью до 2 м/с, и Флоридского течения (30 млн. м³/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.

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.

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. (242 турбины – мощность установки 10тыс.МВт

Агрегаты предполагается отбуксировать к месту установки и заглубить на 30 м, чтобы не препятствовать судоходству.

Это позволит удовлетворить потребности штата Флориды (США) на 10 %.

Использование "соленой" энергии морей и океанов

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.

Работы по преобразованию "соленой" энергии в электрическую находятся на стадии проектов и опытных установок.

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.

В качестве растворителей и растворов используются пресная вода – морская вода или морская вода – рассол. Последний получают при растворении отложений соляного купола.