Океан: энергетический потенциал
«Наш мир погружен в огромный океан энергии, мы летим в бесконечном пространстве с непостижимой скоростью. Все вокруг вращается, движется — все энергия. Перед нами грандиозная задача — найти способы добычи этой энергии. Тогда, извлекая ее из этого неисчерпаемого источника, человечество будет продвигаться вперед гигантскими шагами» - сказал однажды Никола Тесла – самый загадочный волшебник в истории энергетики. И был, наверное, прав. Кстати, слово «океан» он использовал не зря.
Энергия разницы температур
Мировой океан – кладезь огромных скоплений энергии, и в течении многих лет люди изобретали различные способы получения электроэнергии из ударной силы морских волн, мощи приливов и легкого морского бриза. В настоящее время пристального внимания учёных удостоился ещё один источник энергии океана: разница температур между тёплой поверхностью океана и холодной водой его глубин.
Преобразование энергии температурного градиента морской воды (англ. - OTEC)– это процесс, который использует тёплую морскую воду для обогрева жидкостей с низкой температурой кипения, таких как аммиак. Таким образом производится пар, вращающий турбину электрогенератора. В то же время из недр океана подаётся на поверхность холодная вода для конденсации пара, и цикл начинается сначала. Поскольку такие системы требуют довольно большой разницы температур (около 35 градусов по Фаренгейту), то они более всего подходят для прибрежных районов в тропиках.
Идея преобразования энергии океана в электрическую датируется 80-ми годами ХIX века, а первая опытная установка OTEC была построена на Кубе в 1930 году, хотя, она и многие последующие не были эффективными ввиду того, что затрачивали энергии больше, чем производили. Более крупная пробная установка мощностью 50 кВт была построена инженерами Гавайской лаборатории природной энергии в 1979 году. Она производила около 15 кВт чистой энергии.
Работа над усовершенствованием технологии замедлилась из-за падения цен на энергоносители в 80-90-х годах, однако недавно интерес к этой технологии появился вновь. Корпорация Lockheed-Martin, чей предшественник был авторов гавайского проекта 1979 года, в 2009 году получила гранд на 8 млн. долларов США от американского правительства на усовершенствование старой конструкции OTEC.
Самая главная задача инженеров в этом проекте – разработка и строительство многометровых труб большого диаметра для поднятия холодной воды с глубин океана. На данный момент специалистами из Lockheed оцениваются различные варианты конструкций этих труб с целью уже к 2014 году начать строительство экспериментальной электростанции. Об этом сообщил Джефф Наполиелло, вице-президент подразделения корпорации New Ventures.
Встреча реки с морем: энергетический результат
При смешивании больших объёмов пресной и солёной воды, процесс осмоса создаёт давление, которое может дать значительное количество энергии. Этот естественный процесс сможет превратить устья многих рек в потенциальные богатые источники энергии.
Statkraft, норвежская государственная энергетическая компания, в 2009 году открыла первую в мире осмотическую электростанцию неподалёку от Осло. Экспериментальная усттановка, предназначенный в основном для тестирования технологии, смешивает солёную и пресную воду, которые разделены прослойками специальных мембран. Давление, создаваемое пресной водой, которая пропускается сквозь мембраны в солёный «слой», приводит в движение турбину, производя электричество.
В Нидерландах компания REDstack BV работает над созданием различных технологий, использующих осмотическое давление для образования положительных и отрицательных ионов, создающих своего рода аккумулятор. Компания планирует открытие экспериментальной электростанции мощностью в 50 кВт на севере Голландии и ждёт финансирования от голландского правительства.
Statkraft видит большой потенциал в осмотической энергии. Исследователи компании оценивают общемировую потенциальную производительность этого источника энергии в 1700 ТВт, что является половиной общего объёма производства электроэнергии странами ЕС. Установка Statkraft производит немного энергии – около 4-5 кВт. Однако, как говорят представители компании, этого достаточно для обеспечения энергией кофеварки. Они также заявляют о планах компании построить коммерческий вариант осмотической электростанции уже к 2015 году.
Однако, технология не обходится без недостатков. Предварительная обработка воды для использования на электростанциях также затрачивает энергию, снижая общую эффективность технологии. Мембраны для разделения двух типов воды по-прежнему довольно дорогие и не очень эффективные. «Тем не менее, технология имеет реальный потенциал для удовлетворения базовых энергетических потребностей крупных городов» - говорит Даллас Качан, управляющий партнёр Kachan & Co., одной из ведущих консалтинговых компаний Сан-Франциско.
Энергия приливов
Гравитация Луны и Солнца порождают в океане приливную волну – периодическое изменение уровня воды в океане. Высота приливной волны самая большая, когда Земля, Луна и Солнце находятся на одной линии, и минимальна – когда они составляют прямой угол с вершиной в центре Земли. Потому как Земля постоянно вращается вокруг солнца, приливная волна периодически накатывается на берега материков. Амплитуда приливно-отливных колебаний определяется как рельефом дна океана, так и очертаниями береговой линии. Самая высокая амплитуда таких колебаний была зафиксирована в заливе Фанди, что на атлантическом побережье Канады, где высота прилива достигла 19,6 м. Также своего рода рекорды были установлены в Мезенском заливе Белого моря (10 м) и в Пенженской губе Охотского моря (13 м). Приливно-отливные колебания создают скорость течений, достигающую 4 м/с, а плотность энергии этих течений составляет около 4 кВт/кв.м.
При приливе морская вода затекает в устья рек и заливы, а при отливе, соответственно, вытекает. Если перегородить пролив плотиной, то за ней образуется своего рода бассейн, в котором уровень воды более низкий, чем в море во время прилива, и более высокий – во время отлива. Такая разность уровней воды используется для работы турбин ПЭС.
Другими словами, для работы приливной электростанции используется тот же принцип, что и при работе ветровых генераторов энергии. Только вместо ветра турбина генератора вращается течениями, образующимися благодаря приливно-отливным колебаниям.
На самом деле идея приливных электростанций далеко не нова. Самая первая ПЭС«Ля Ранс» была построена в устье реки Ранс рядом с городом Сен-Мало в Франции ещё в 1966 году. Эта электростанция используется по сей день, давая мощность 240 МВт. Объём производства электроэнергии этой ПЭС составляет около 600 миллионов кВт/ч, причём стоимость этой энергии в 1,5 раза дешевле, чем той, что произведена, например, на АЭС.
Экспериментальная Кислогубская ПЭС на побережье Баренцева моря была запущена в бывшем СССР ещё в 1968 году, но к сожалению, она до сих пор остаётся экспериментальной.
Первый коммерческий вариант ПЭС под названием SeaGen был запущен ещё в 2008 году в Северной Ирландии компанией Marine Current Technology. Её максимальная мощность составляет 1,2 МВТ. Компания ещё тогда не собиралась останавливаться на достигнутом, и же в 2009 году начал разрабатываться проект ещё одной ПЭС мощностью 10,5 МВт в Северном Уэльсе.
Комментарии: