Морская энергетика

Морская энергетика базируется на использовании энергии волн, возникающих на поверхности акваторий, морских течений и приливов и отливов, а также разности температур и солености в различных слоях морской воды.

Волновая энергетика. Волны – непременное явление на поверхности любого водоема. Волновая мощность Мирового океана оценивается в 2,7 млрд кВт, что составляет примерно около 30 % потребляемой в мире энергии. Целесообразность размещения волновых электростанций (ВЭС) определяется региональными особенностями и, прежде всего, плотностью приходящей энергии, то есть её значением на единицу длины волнового фронта. Так, на ряде участков прибрежной зоны США и Японии она составляет около 40 кВт на метр волнового фронта. Более благоприятны условия на западном побережье Великобритании в районе Гебридских островов, где удельная мощность фронта волны достигает 80 кВт/м.

Функциональный принцип работы ВЭС состоит в преобразовании потенциальной энергии волн в кинетическую энергию пульсаций и однонаправленного усиления, которое и приводит во вращение вал электродвигателя. Волновые электростанции могут быть сооружены непосредственно на берегу или в акватории вблизи берега. Преобразователи волновой энергии любых типов в определенной степени влияют на изменение волнового режима. Накопленный опыт показывает, что наиболее благоприятное влияние на окружающую среду оказывают установки, размещенные в акватории вблизи берега, где происходит интенсивное формирование прибрежной полосы (рис. 5.16, 5.17). Это объясняется тем, что основным источником энергии для береговых процессов являются волны. Волны, трансформируясь и разрушаясь в пределах прибрежной полосы и заливаемой при волнении части суши вследствие уменьшения глубины, расходуют энергию в основном на реформирование подводного берегового склона, на вращение прибрежных насосов и построенные на береговых фермах колеса с лопастями для вращения генератора.

При использовании установок, размещенных в акватории или на берегу, амплитуда волн ослабляется, что изменяет характер их воздействия на береговую зону и на динамику придонных волн.

Следует отметить, что, как и всем возобновляемым энергетическим ресурсам, волновым процессам также присущи некоторые недостатки: сравнительно низкая концентрация энергии, широкий спектр волновых колебаний, относительное непостоянство в пространстве и времени. Но главным преимуществом является то, что эти устройства экологически чистые.

В настоящее время выполнен проект Тугурской ПЭС на Охотском море мощностью 8 МВт. На Белом море проектируется Мезенская ПЭС мощностью 11,4 МВт. А впервые ПЭС в СССР была построена в 1968 г. в Кислой Губе около г. Мурманска. В Норвегии с 1985 г. действует первая в мире промышленная волновая станция мощностью 850 кВт.

Рис. 5.16. Волновая электрическая станция

В Англии эксплуатируется волновая станция мощностью 500 кВт. В Индии от волновой энергии работает плавучий маяк. Бакены и маяки действуют в прибрежных водах Японии и США. При современной технологии волновая энергетика способна обеспечить потребности в электричестве Западной Европы на 30%.

Рис. 5.17. Волновая электрическая станция

Большое внимание приобрела «океанотермическая энергоконверсия», то есть получение электроэнергии за счет разности температур между поверхностными и засасываемыми насосом глубинными холодными океаническими водами. Такая установка работает с конца 70-х годов ХХ в. вблизи Гавайских островов. Её полная мощность составляет 50 кВт. Положительный опыт работы этой установки позволил достаточно быстро начать проектирование и строительство модульных электростанций мощностью до 100 МВт, состоящих их отдельных блоков мощностью по 10 МВт каждый.

В какой-то мере аналогичными представляются перспективы получения электроэнергии за счет различия между плотностями соленой и пресной воды, например речной и морской. При этом достаточно реальным представляется получение энергии посредством осмоса.

Явление осмоса представляется в следующем. Если взять полупроницаемую мембрану и поместить её в качестве перегородки в какой-либо сосуд между пресной и соленой водой, то под действием осмотических сил молекулы пресной воды будут переходить через распределительную мембрану во вторую половину сосуда, заполненную соленой водой. При этом молекулы соли мембраной не будут пропускаться в сосудистую систему растений.

Таким образом, в половине сосуда с соленой водой создается повышенное давление, которое уравновешивает осмотические силы, вытеснявшие молекулы пресной воды через полупроницаемую мембрану в соленую воду, то есть создается так называемый осмотический водопад. Осмотическое давление морской соленой воды достигает до 24 атм. Следовательно, в условиях средней концентрации соли в океане возможно образование осмотического водопада высотой до 240 м. В более соленых водах это давление еще выше, например, в водах залива Кара-Богаз-Гол осмотическое давление составляет 200 ат.

Для получения осмотической энергии необходимо иметь вблизи источник с малой концентрацией соли. В условиях Мирового океана такими источниками являются устья рек.