Использование внутренней энергии воды. Часть 1

Март 27, 2012 / Ольга Шейдина, Редактор

Мировой океан содержит колоссальные запасы энергии. Внутренняя энергия воды (тепловая), соответствующая перегреву воды на поверхности океана, по сравнению с донными, например, на 20 градусов, имеет значение около 10^26 Дж. Кинетическая энергия течений в океанах оценивается величиной около 10^18 Дж. Но люди сегодня умеют использовать только самую малую долю этой энергии, при этом ценой больших и долго окупающихся капиталовложений. Поэтому энергетика, основанная на использовании внутренней энергии воды, до наших дней казалась малоперспективной.

Использование внутренней энергии воды. Часть 1

Но ограниченные запасы ископаемых топлив (газа и нефти), использование которых способствует загрязнению экологии, истощение запасов урана (наряду с опасными радиоактивными отходами), а также неопределенность сроков и последствий влияния на экологию использования в промышленности термоядерной энергии вынуждает инженеров и ученых уделять больше внимания поиску новых возможностей применения безвредных источников энергии: разницы в уровне воды в реках, а также тепла солнца, энергии Мирового океана, ветра. Общественность, а также многие инженеры еще не знают, что работы по извлечению внутренней энергии воды из океанов и морей в последние годы в некоторых странах приобрели уже большие масштабы, что у них есть обещающие перспективы. Океан хранит в себе несколько видов энергии: энергию океанских течений, приливов и отливов, термальную энергию воды (внутреннюю) и некоторые другие.

Энергия приливов

Самым очевидным способом применения энергии океанов является запуск приливных электростанций (ПЭС). Во Франции с 1967 года в устье реки Ранс на приливах, высота которых достигает13 метров, функционирует ПЭС мощностью 240 тыс. кВт с ежегодной отдачей 540 тыс. кВт/ч. Отечественный инженер Бернштейн выявил удобный метод постройки блоков ПЭС, которые можно буксировать в нужные места на плаву, рассчитал рентабельную последовательность включения электростанции в энергосети в часы их наибольшей нагрузки потребителями энергии. Идеи его уже опробованы на ПЭС, созданной в 1968 году возле Мурманска в Кислой Губе; дальше они будут проверены на ПЭС на 6 млн. кВт на Баренцевом море в Мезенском заливе.

В 70-х годах положение в энергетике поменялось. Каждый раз при поднятии поставщиками в Африке, на Ближнем Востоке и в Южной Америке цен на нефть, энергия приливов становилась все более заманчивой, так как она превосходно конкурировала в стоимости с ископаемыми видами топлива. В скором времени в Южной Корее, Советском Союзе и Англии увеличился интерес к очертаниям береговых линий и возможностям сооружения на них энергетических установок. В этих странах серьезно задумались о применении энергии приливов волн и начали выделять средства на исследования данной области.

Маяки и бакены, использующие энергию волн, усеяли побережья морей и океанов Японии. Бакены – свистки береговой охраны США уже годами действуют благодаря колебаниям волн. Сегодня уже практически не осталось прибрежных районов, где бы ни было своего собственного изобретателя, создающего устройства, работающие на основе энергии волн. С 1966 года, два города во Франции удовлетворяют свои потребности в электричестве полностью за счет энергии приливов и отливов.

Получение энергии на основе разности химического состава воды

В водах океана растворено множество солей. Можно ли использовать соленость воды в качестве источника энергии? Можно. Большое содержание солей в океане навело ученых Скриппского института океанографии в Ла-Колла (Калифорния) на мысль о создании таких сооружений. Они пришли к выводу, что для получения большого количества энергии можно создать батареи, где бы происходили реакции между несоленой и соленой водой.

Энергия биомассы мирового океана

В водах океана содержится прекрасная среда для поддержания жизни, в составе которой находятся питательные вещества, соли и минералы. В этой среде кислород, растворенный в воде, питает всех животных морей - от мельчайших до самых больших. Углекислый газ, растворенный в воде, способствует жизни морских растений - от диатомовых одноклеточных водорослей до бурых водорослей, которые достигают высоты 200-300 футов(60-90 метров). Морскому биологу стоит сделать один шаг вперед, и он сможет перейти от восприятия океана в качестве природной системы поддержания жизни к попытке извлечения на научной основе энергии из этой системы. В середине 70-х годов при поддержке ВМФ США группа ученых в области исследования океана, водолазов, морских инженеров создала первую в мире энергетическую ферму в океане на глубине40 футов(12 метров) под гладью Тихого океана, залитой солнцем, рядом с городом Сан-Клемент. Ферма имела небольшие размеры, это был эксперимент. На ней выращивались гигантские бурые водоросли. Директор проекта доктор Говард А. Уилкокс, являющийся сотрудником Центра исследований океанских и морских систем в Сан-Диего (Калифорния), считает, что до 50% энергии полученных водорослей можно превращать в топливно-природный газ метан (С2Н6). Фермы будущего, производящие водоросли на площади около100000 акров(40 тыс. га), смогут вырабатывать энергию, достаточную для того чтобы удовлетворить потребности города в США с населением 50000 человек.

Энергия течений в океанах

Группа океанологов заметила тот факт, что течение Гольфстрим несет воды рядом с берегами Флориды со скоростью5 миль в час. Идея применить этот теплый поток воды заманчива. Возможно ли это? Смогут ли гигантские подводные пропеллеры и турбины, похожие на ветряные мельницы, вырабатывать электричество, получая энергию из течений и волн? Комитет Мак-Артура, находящийся под эгидой Национального управления по исследованию атмосферы и океана в Майами (Флорида) в 1974 сделал заключение, что СМОГУТ. Общее мнение состояло в том, что определенные проблемы есть, но они все могут решиться в случае выделения ассигнований, так как «в данном проекте нет ничего, что бы превышало возможности технологической и современной инженерной мысли».

Термальная энергия океана (внутренняя энергия воды)

Заметное внимание получила «океанотермическая энергоконверсия» (ОТЭК) – генерирование электрической энергии на основе разности между температурами воды на поверхности океана и глубинными океанскими водами, засасываемыми насосом, например, при использовании в замкнутом цикле турбины фенола или аммония (легкоиспаряющихся жидкостей).

Температура океанской воды различна в разных местах. Между тропиком Козерога и тропиком Рака поверхность воды прогревается до 82 градусов по Фаренгейту (27°С). На глубине около 2000 футов(6000 метров) температура снижается до 35-38 градусов по Фаренгейту (2-3,5°С). Можно ли использовать разницу температур, т.е. внутреннюю энергию воды в целях получения электрической энергии? Может ли тепловая энергоустановка, находящаяся под водой, производить электричество? Да, может.

В далекие 1920-е годы Жорж Клод, решительный, настойчивый и одаренный французский физик реши исследовать эту возможность. Он выбрал участок океана рядом с берегами Кубы, сумел после нескольких неудачных попыток создать установку 22 кВт мощностью. Это стало научным достижением и приветствовалось множеством ученых. Применяя теплую воду с поверхности океана и холодную с глубины, создав соответствующую технологию, мы имеем все необходимое для генерирования электроэнергии, уверяли сторонники применения внутренней энергии воды океана. «По оценкам, полученным нами, в водах поверхности океана существуют запасы энергии, превышающие в 10000 раз общемировую потребность в энергии». «Увы, - отрицали скептики, - Жорж Клоду удалось получить лишь 22 киловатта электроэнергии в заливе Матансас. Дало ли это прибыль?» «Нет, не дало, так как для получения этих 22 киловатт, Клоду пришлось затратить на работу насосов 80 киловатт».

В наше время профессор Скриппского океанографического института Джон Исаакс выполняет вычисления более аккуратно. По его данным, современная технология поможет создать энергоустановки, применяющие для выработки электроэнергии разницу температур в водах океана (внутреннюю энергию воды), которые вырабатывали бы его в два раза больше, чем потребляет весь мира на сегодняшний день. Это будет электрическая энергия, которая преобразует термальную энергию океана (ОТЕС).

Что же может дать доступ к этой энергии? Об этом читайте во второй части статьи.

Это интересно ...

Последние новости и статьи:



Оставить комментарий