10493

81

одновременно использует энергию ветра и энергию ветровых волн для получения электрической энергии (ри с. 5.44). Устройство, разработанное японской компанией

Modec (Mitsui Ocean De velopment & Engineering Co) состоит из двух частей:

надводная часть (собственно ветровая турбина) – имеет высоту 47 метров, подводной часть диамет ром 15 метров. Каждая турбина может генерировать достаточно энергии для 30 0 домохозяйств в Японии.

Рис. 5.44. Гибридная установка (энергия ветра и энергия ветровых волн) компании Modec

Отечественные исследования в области использования энергии океана также добились больших успехов. В первую очередь следует отметить Николая Всеволодовича Вершинского (Институт океанологии имен и П.П. Ширшова АН

СССР), собравшего в с воей фундаментальной монограф ии «Энергия океана» исчерпывающую информ ацию о различных способах исп ользования энергии в особенности энергии ветровых волн и зыби. Лев Борисович Бернштейн (рис. 5.45)

82

советский инженер-гидротехник, капитан 1-го ранга руководил работами по строительству Кислогубской приливной электростанции (ПЭС).

Рис. 5.45. слева: Вершинский Николай Всеволодович, справа: Бернштейн Лев Борисович

По сути Кислогубская ПЭС - экспериментальная приливная электростанция, расположенная в губе Кислая Баренцева моря, вблизи поселка УраГуба Мурманской области (рис. 5.46, рис. 5.47). Как первая и единственная приливная электростанция России состоит на государственном учёте как памятник науки и техники.

Рис. 5.46. Памятная надпись на Кислогубской ПЭС

83

Рис. 5.47. Общий вид Кислогубской ПЭС

Главной конструктивной особенностью любой ПЭС в отличие от ГЭС является отсутствие дорогой плотины. Вместо компактных турбин электрогенераторы приводятся в движение крупными лопастями диаметром от 10 до 20 метров. Такие электростанции больше всего напоминают ветряные электростанции, опущенные в воду.

К недостаткам традиционных приливных электростанций можно отнести их высокую стоимость. Она в 2,5 раза превышает стоимость гидроэлектростанций аналогичной мощности. Однако к преимуществам ПЭС можно отнести ее экологичность и низкую себестоимость производства энергии.

По разным прогнозам ресурсы приливной энергии в мире таковы, что при их использовании можно получить такое количество энергии, которое превысит современные потребности человечества в электроэнергии в 5 тысяч раз.

Режим работы приливной электростанции обычно состоит из нескольких циклов. Четыре цикла, это простой, по 1-2 часа, периоды начала прилива и его окончания. Затем четыре рабочих цикла продолжительностью по 4-5 часов, периоды

84

прилива или отлива, действующих в полную силу. В ходе прилива водой наполняется бассейн приливной электростанции. Движение воды вращает колеса капсульных агрегатов, и электростанция вырабатывает ток. Во время отлива вода, уходя из бассейна в океан, опять вращает рабочие колеса, теперь в обратную сторону. И вновь электростанция снова производит электрический ток, потому что рабочий агрегат обеспечивает одинаково хорошую работу при вращении колеса в любую из сторон. В промежутках между приливом и отливом движение колес останавливается. Какой же выход из этого положения? Чтобы не было перебоев, энергетики связывают приливную электростанцию с другими станциями. Это могут быть, например, тепловые или атомные электростанции. Получившееся энергетическое кольцо помогает во время пауз переложить нагрузку на соседей по кольцу (рис. 5.48).

Рис. 5.48.Пример суточного режима работы приливной электростанции

85

Рис. 5.49. Схема работы ПЭС

В качестве примера установок для преобразования энергии океанических течений (рис. 5.49) можно привести электрогенераторы Biowave от австралийской

компании BioPower Systems (рис. 5.50).

Рис. 5.50. Электростанция Biowave австралийская компания

86

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 (рис. 5.51).

Рис. 5.51. Установка по преобразованию температурного градиента морской воды

87

Среди методов получения энергии из градиента соленос ти океанической воды, возникающего в итоге смешивания пресной и соленой воды, рассмотрим осмос и оборотный электродиализ (рис. 5.52).

Под осмосом поним ают процесс проникновения растворителя из менее концентрированного в бо лее концентрированный раствор п ри помощи диффузии. Для осуществления данного процесса растворы разной концентрации в одном сосуде должны быть разделены «полупроницаемой» мембраной. Э та мембрана свободно пропускает молекулы во ды, но препятствует проникновению молекул соли. Поскольку под воздействием осмоса выровнять концентрацию соли в сосуде не позволяет мембрана, происходит лишь плавное перетекание молекул воды из части с пресной водой в солену ю под действием осмотического давления, что создает разницу уровней воды в п оловинах сосуда. Перераспределение будет происходить до того времени, пока гидростатическое давление не уравновесит давление осмотическое.

Рис. 5.52. Процесс осмос

Для возникновения обратного электродиализа требуется 2 типа селективных мембран (которые могут п ропускать только конкретные ионы):

одна пропускает только положительные ионы соли (ионы н атрия), другая только отрицательные ионы - ионы хлора (рис. 5.53). Секции с соленой водой делают направленное движение и онов соли из секции в секцию. Зарядовое разделение делает на мембранах разность потенциалов, которая потом суммируется и

88

преобразуется на катоде и аноде средством окислительно-восстановительных реакций из ионного тока в электронный ток.

Рис. 5.53. Процесс обратный диализ.

Стремление получать энергию из энергии океана это требующее больших капитальных затрат и мощностей мероприятие, находящее отклики в многочисленных изобретениях, патентах, экспериментальных установках и просто идеях инженеров всего мира. Их положительные результаты оправдывают приложенные усилия, однако, в отличие от солнечной или ветряной энергии, использование энергии океана невозможно при индивидуальном строительстве - это всегда установки больших мощностей. Таким образом, поддержать разработку подобных устройств могут позволить себе лишь гигантские корпорации, поверившие в успех тех или иных идей, готовые тратить большие средства на многочисленные испытания, модернизации и доработки, учитывая различные особенности водной стихии.

89

ЭНЕРГИЯ ГЕОТЕРМАЛЬНЫХ ВОД

Энергия геотермальных вод или геотермальная энергетика по сравнению со всеми остальными возобновляемыми источниками в данной работе имеет, пожалуй, самые большие ограничения по применению. Для разъяснения причин этой проблемы рассмотрим слои, из которых состоит наша планета (рис. 5.54).

Рис. 5.54. Слои Земли.

Вся геотермальная энергетика направлена на получение электрической и тепловой энергии из энергии, содержащейся в недрах земли. Чем толще слой земной коры, тем сложнее добраться до наиболее нагретых частей земной породы. При современном развитии технологий бурения скважин экономически нерентабельными считаются скважины глубже 5 км. Это существенно сокращает область использования геотермальных источников до областей, где толщина земной коры меньше 5 км, то есть в районах с вулканической активностью, гейзерами и горячими источниками.

Мировыми лидерами в использовании геотермальных источников являются США, Филиппины, Индонезия, Италия, Новая Зеландия, Япония, Исландия. Но только в Исландии геотермальная энергетика достигла поистине королевского размаха, так как 99 % всех энергетических затрат покрывается за счёт геотермальных ресурсов (рис. 5.55, рис. 5.56).

90

Рис. 5.55. Исландия. Формирование гейзера.

Рис. 5.56. Исландия. Рейкьявик. ГеоТЭС.

Геотермальные источники, согласно классификации Международного энергетического агентства, подразделяются на 5 типов:

1)месторождения геотермального сухого пара: сравнительно легко разрабатываются, но довольно редки. Тем не менее, половина всех действующих в мире ГеоТЭС использует тепло этих источников;

2)источники влажного пара (смеси горячей воды и пара): встречаются чаще, но