Ёнергетический потенциал океана

Ёнергетический потенциал океана

ќкеан занимает более 70% поверхности «емли. Ѕудучи крупнейшим аккумул€тором солнечной энергии, океаны накапливают тепловую энергию Ђзолотого дискаї  и производ€т механическую энергию благодар€ волнам и приливам. ’от€ —олнце самым непосредственным образом вли€ет на процессы, происход€щие в океане, приливы вызваны гравитационным полем Ћуны, а волны образуютс€ под действием ветра.

ѕреобразование тепловой энергии океана

ѕод преобразованием тепловой энергии океана, или технологией ќ“Ё— (от англ. oceanthermalenergyconversion), понимаетс€ использование теплоты океанских вод дл€ производства электроэнергии.

ƒанна€ технологи€ наиболее эффективна, когда температурный градиент Ц то есть разница в температурах верхнего, теплого сло€ и глубоководного, холодного сло€ Ц составл€ет около 20∞—. “акие услови€ наблюдаютс€ в тропических прибрежных зонах Ц между тропиком  озерога и тропиком –ака. ƒл€ подн€ти€ объемов холодной воды на поверхность в преобразовател€х тепловой энергии используютс€ дорогосто€щие впускные трубы большого диаметра, которые погружаютс€ на глубину около полутора километров.

Ќекоторые специалисты считают, что если бы технологи€ преобразовани€ тепловой энергии океана была менее затратной, она могла бы соперничать с традиционными методами и произвести миллиарды ватт электроэнергии.

»з истории

“ехнологи€ преобразовани€ энергии температурного градиента морской воды известна уже довольно давно. ¬первые термальную энергию океана предложил использовать французский ученый-физик ∆ак јрсен ƒТјрсонваль в 1881 году. ќднако первую установку дл€ получени€ электроэнергии из океана сконструировал его ученик ∆орж  лод. ќн построил на  убе систему мощностью 22 к¬т, оснащенную турбиной низкого давлени€.

¬ 1935 году  лод установил еще один преобразователь на борту 10-тонного грузового судна, пришвартованного у берегов Ѕразилии. ќднако погодные услови€ и волны уничтожили обе установки, прежде чем они достигли полезной мощности (т.е. прежде, чем объемы производимой энергии превысили размеры энергии,  затрачиваемой на обслуживание системы).

¬ 1956 году французские ученые спроектировали установку мощностью 3 ћ¬т в городе јбиджан, столице  от-дТ»вуара («ападна€ јфрика). ќднако она так и не была построена, поскольку требовала слишком больших финансовых затрат.

¬скоре к исследовани€м присоединились —оединенные Ўтаты јмерики; в 1979 году была основана √авайска€ лаборатори€ природной энергии, котора€ впоследствии стала одним из крупнейших научных центров, занимающихс€ изучением возможностей получени€ электроэнергии из глубин океана.

“ехнологии преобразовани€ температурного градиента морской воды

—уществуют три основных технологии преобразовани€ тепловой энергии океана: замкнутого цикла, открытого цикла и комбинированна€.

—истемы замкнутого цикла

¬ системах замкнутого цикла дл€ приведени€ в движени€ турбин используютс€ жидкости с низкими температурами кипени€ Ц например, аммиак. “еплые поверхностные воды прокачиваютс€ насосом через теплообменник и превращают рабочее вещество в пар повышенного давлени€. –асшир€€сь, пар вращает лопасти турбин, которые соединены с генераторами. ƒалее холодна€ вода из глубин океана, прокачиваема€ через второй теплообменник, приводит к конденсации пара, который снова подаетс€ на нагрев в испаритель.

¬ 1979 году Ћаборатори€ природной энергии в сотрудничестве с р€дом частных предпринимателей разработали малую экспериментальную установку замкнутого цикла, котора€ достигла полезной мощности. —истема была установлена в 2,5 километрах от √авайского побережь€ и производила достаточно электроэнергии дл€ обеспечени€ освещени€ и работы компьютеров и телевизоров на корабле, на котором она была размещена. ¬ 1999 году специалисты Ћаборатории ввели в эксплуатацию экспериментальный преобразователь мощностью 250 к¬т, который стал самой крупной функционирующей установкой на данный момент.

—истемыоткрытогоцикла

¬ системах открытого цикла дл€ производства электроэнергии также используетс€ тепла€ поверхностна€ вода океана, подаваема€ в испаритель через деаэратор, освобождающий ее от растворенных в ней газов. ѕопада€ в емкость с низким давлением, вода начинает кипеть. –асшир€ющийс€ пар приводит в движение турбину низкого давлени€, соединенную с электрогенератором. ѕар, не содержащий солей, конденсируетс€ обратно в практически абсолютно чистую пресную воду под воздействием низких температур глубинных океанических вод.  

¬ 1984 году специалисты »нститута исследовани€ солнечной энергии (нынешней Ќациональной лаборатории изучени€ возобновл€емых источников энергии) разработали испаритель с вертикально расположенным трубопроводом дл€  преобразовани€ теплой воды в пар низкого давлени€. Ёффективность преобразовани€ энергии достигала в отдельных случа€х 97%. ¬ мае 1973 года в самой западной точке острова √авайи Ц  ихоул-ѕойнт Ц была сконструирована установка открытого цикла, котора€ произвела около 50 000 ватт электроэнергии за период своей эксплуатации.

 омбинированные системы

 омбинированные преобразователи тепловой энергии океана обладают свойствами систем и открытого, и замкнутого циклов. ¬ комбинированных установках тепла€ морска€ вода поступает в вакуумную камеру, где превращаетс€ в пар, что схоже с системой испарени€ открытого цикла. ѕар нагревает жидкость с низкой температурой кипени€, котора€ в газообразном состо€нии приводит в движение лопасти турбины (как в системе замкнутого цикла).

јльтернативные возможности использовани€

“ехнологи€ преобразовани€ температурного градиента морской воды может использоватьс€ не только дл€ производства энергии. “ак, отработанна€ вода из конденсатора может охлаждать воду в  теплообменнике или сразу поступать в систему охлаждени€. “акой простой механизм уже несколько лет обеспечивает кондиционирование воздуха в здани€х √авайской лаборатории природной энергии.

 роме того, технологи€ ќ“Ё— используетс€ и в сельском хоз€йстве дл€ охлаждени€ почв.  огда холодна€ вода движетс€ по подземному трубопроводу, она снижает температуру окружающей почвы. –азница температур корней и листьев позвол€ет многим растени€м, изначально адаптированным к умеренному климату, прижитьс€ и в субтропическом регионе. ѕри √авайской лаборатории расположена небольша€ экспериментальна€  теплица, в которой выращиваетс€ более 100 разновидностей овощей и фруктов, нехарактерных дл€ климата √авайев.

јквакультура Ц технологи€ разведени€ и выращивани€ водных организмов Ц также €вл€етс€ попул€рной сферой применени€ технологии ќ“Ё—. ’олодноводные рыбы и ракообразные Ц например, лосось и омары Ц прекрасно чувствуют себ€ в богатой питательными веществами воде из глубин океана. ћикроводоросли (например, спирулина Ц попул€рна€ пищева€ добавка) также могут выращиватьс€ в глубинной морской воде.

Ќаконец, еще одним достоинством преобразователей термального градиента воды €вл€етс€ их способность опреснени€ соленой воды. “еоретически установка мощностью 2 ћ¬т может производить около 4300 кубометров пресной воды каждый день.

Ёкологические и экономические факторы

¬ общем и целом, правильный выбор места дл€ размещени€ установки ќ“Ё— €вл€етс€ гарантом минимального воздействи€ на окружающую среду. ”ченые считают, что равномерное распределение преобразователей в тропической зоне океана может устранить практически все возможные негативные последстви€ изменени€ температуры воды и морской жизни.

ƒальнейшее развитие технологии преобразовани€ тепловой энергии океана требует значительных капиталовложений. »сследователи опасаютс€, что представители частного сектора начнут инвестировать в эту область лишь тогда, когда стоимость ископаемых видов топлива подскочит или когда государство создаст необходимые стимулы. ≈ще одним преп€тствием промышленному внедрению технологии €вл€етс€ то, что в тропической зоне всего лишь несколько сотен мест, где возможно сооружение рентабельных станций ќ“Ё—.

Ёнерги€приливов

Ёнерги€ приливов используетс€ человечеством с самых давних времен. ¬ прибрежных зонах море дважды в день достигает высокой точки берега (прилив) и нижней точки (отлив). „тобы преобразовать энергию водных потоков в электроэнергию, необходимо чтобы амплитуда приливно-отливных колебаний составл€ла по меньшей мере 5 метров. ќднако на «емле найдетс€ максимум 40 мест, где разница между приливом и отливом достигает этой отметки. ќсобо благопри€тными дл€ строительства приливных электростанций считаютс€ “ихоокеанский северо-запад и јтлантический северо-восток.

ћетоды использовани€ приливной энергии

  основным средствам преобразовани€ энергии приливов относ€т плотины и дамбы, приливные заборы, а также приливные турбины.

ѕлотиныидамбы

ѕлотины или дамбы используютс€ дл€ производства электроэнергии путем направлени€ приливных течений через турбины, которые привод€т в действие электрогенераторы. «аграждение делит область прилива на верхний и нижний бассейны. ¬ его корпусе устанавливаютс€ шлюзы и турбины.  огда разница в уровне воды по обеим сторонам плотины достигает необходимой отметки, шлюзы открываютс€. ¬ода попадает на лопасти турбины, которые начинают вращатьс€ и привод€т в действие генераторы, вырабатывающие электричество.

ѕриливныезаборы

ѕриливные заборы напоминают р€д огромных турникетов. ќни могут простиратьс€ на рассто€нии между двум€ небольшими островами или в проливах, отдел€ющих остров от материка. Ђ“урникетыї вращаютс€ благодар€ приливным потокам, характерным дл€ прибрежных зон. —корость течени€ может достигать 5-8 узлов (6-9 миль в час) Ц в таком случае турбогенераторы производ€т гораздо больше энергии, чем ветра с большей скоростью, поскольку плотность жидкости больше, чем воздуха.

ѕриливныетурбины

ѕриливные турбины во многом схожи с ветр€ными. »х устанавливают в р€д под водой, на глубине 20-30 метров. Ќаиболее эффективно турбины функционируют, когда скорость течени€ достигает 3,6-4,9 морских узлов (4-5,5 миль в час). ѕри такой скорости приливные турбины диаметром около 15 метров производ€т столько энергии, сколько вырабатывает ветр€на€ турбина 60 метров в диаметре.

Ёкологическиеиэкономическиефакторы

ѕриливные электростанции, преграждающие усть€ рек, могут нарушить миграционные пути морских рыб, а ил, скапливающийс€ в зоне расположени€ плотин, может отрицательно сказатьс€ на местной экосистеме. ѕриливные заборы также представл€ют опасность дл€ свободного перемещени€ морских обитателей. —реди всех гидроагрегатов, используемых в конструкции приливных станций, наиболее безопасными считаютс€ современные турбины, которые не блокируют путей миграции морской фауны.  

—тоимость эксплуатации приливных электростанций невелика, однако их строительство требует значительных затрат, что приводит к увеличению срока окупаемости. ¬ результате стоимость электроэнергии, производимой с помощью ѕЁ— существенно выше, чем электричества, получаемого с помощью ископаемых видов топлива. 

Ёнерги€ волн

¬ основе работы волновых энергетических станций лежит преобразование энергии, вырабатываемой благодар€ ударной силе поверхностных волн или колебанию давлени€ в глубине океана. —пециалисты в области возобновл€емых источников энергии считают, что океанические волны могут произвести до 2 тераватт электричества.

ќднако далеко не везде можно эффективно использовать энергию волн. Ќаиболее подход€щим дл€ строительства волновых энергетических установок считаетс€ западное побережье Ўотландии, юг јфрики, јвстрали€, а также северо-восточное и северо-западное побережь€ —Ўј. ѕо оценкам специалистов, на “ихоокеанском северо-западе можно получить 40-70 к¬т на 1 метр береговой линии.

“ехнологи€ преобразовани€ энергии волн

¬олнова€ энерги€ может быть преобразована в электрическую при помощи офшорных (расположенных в открытом море) и прибрежных систем.

ќфшорные системы

ќфшорные системы размещаютс€ в открытом море на глубине более 40 метров. ¬ысокотехнологичные устройства Ц как, например, Ђутка —олтераї Ц используют ударную силу волн дл€ производства электроэнергии. ¬ волновых преобразовател€х энергии используютс€ гибкие трубопроводы, соединенные с поплавками на поверхности мор€. ѕриподнима€сь и опуска€сь, поплавки попеременно нат€гивают и сжимают трубы, создава€, таким образом, разницу давлени€, котора€ заставл€ет вращатьс€ турбины.

ѕрибрежные системы

”станавливаемые вдоль береговой линии, прибрежные энергосистемы преобразуют энергию прибо€.  наиболеераспространЄннымволновымустановкамотнос€т:

 олеблющийс€вод€нойстолб

”становка под названием Ђколеблющийс€ вод€ной столбї (или Ђколоннаї) представл€ет собой гигантскую камеру из стали или бетона, нижн€€ открыта€ часть которой погружена под воду. ¬нутренн€€ часть колонны содержит воздух над столбом воды. ¬олны, попада€ в сооружение, вызывают подъем и уменьшение уровн€ воды и, соответственно, последовательное сжатие и расширение воздуха. ¬оздух выходит через турбины, прикрепленные к генератору, и возвращаетс€ обратно, когда давление падает.

—истемыклиновидныхканалов

ƒл€ установки систем клиновидных каналов требуетс€ резервуар, расположенный у берега на возвышении Ц чуть выше уровн€ мор€. ¬ него ведет конический канал: его широка€ часть находитс€ в океане, узка€ Ц у резервуара. ѕо мере сужени€ канала волны, попадающие в него, увеличиваютс€ в высоте и попадают в хранилище. ¬одапроходитчерезтурбинугенератора, производ€щегоэлектричество.

ћа€тниковое волновое устройство

ћа€тниковое волновое устройство представл€ет собой большой пр€моугольный короб, один конец которого открыт дл€ воды. — открытой стороны есть заслонка, котора€ раскачиваетс€ вперед-назад под действием волн. ƒвижение этой заслонки приводит в действие гидравлический насос, соединенный с электрогенератором. ћа€тниковые устройства наход€тс€ сейчас на стадии тестировани€.

Ёкологическиеиэкономическиефакторы

 ак и в случае с преобразовател€ми тепловой энергии океана, залогом минимального воздействи€ на окружающую среду €вл€етс€ правильный выбор места размещени€ волновой электростанции. ¬олновые энергоустановки не должны портить живописные пейзажи береговой линии или измен€ть режимы передвижени€ придонных океанических масс.

— экономической точки зрени€ волновым электростанци€м трудно соперничать с традиционными источниками энергии. ќднако стоимость преобразовани€ волновой энергии постепенно падает. Ќекоторые европейские ученые предсказывают, что в будущем производство волновых энергоустановок станет прибыльным видом де€тельности. ‘ункционирующие системы конверсии энергии волн не требуют больших затрат на эксплуатацию и обслуживание, поскольку топливо (морска€ вода), на котором они работают, абсолютно бесплатно. 

  • ƒата публикации: 26.12.2011
  • 4331
ќќќ Ђƒ≈Ћќ¬џ≈ —»—“≈ћџ —¬я«»ї
ќтраслевой информационно-аналитический портал, посв€щЄнный энергетике Ѕеларуси. јктуальные новости и событи€. ѕодробна€ информаци€ о компани€х, товары и услуги.
220013
–еспублика Ѕеларусь
ћинск
ул. ул. Ѕ. ’мельницкого, 7, офис 310
+375 (17) 336 15 55 , +375 (25) 694 54 56 , +375 (29) 302 40 02 , +375 (33) 387 08 05
+375 (17) 336 15 56
info@energobelarus.by
ЁнергоЅеларусь

ЁнергоЅеларусь

ЁнергоЅеларусь

ЁнергоЅеларусь

191611654
5
5
1
150
150