Генерирование электричества с использованием энергии приливов и течений
Запасы энергии океана просто колоссальны. Энергия океана локализируется в виде приливом и отливов, штормовых волн, движущихся за тысячи километров, океанских течений, градиента температур между поверхностными и глубинными слоями его вод, градиентами солености. Однако, несмотря на то, что Мировой океан обладает колоссальным энергетическим потенциалом, уровень его научного освоения все еще остается крайне низким.
Явление движения воды в виде приливов и отливов обусловлено притяжение Луны и Солнца, а также центробежным силами, порождаемыми вращение Земли. Несмотря на то, что Луна является значительно меньшей планетой, нежели Солнце, именно она в большей степени влияет на водную поверхность океана, так как находиться к поверхности нашей планеты в 400 раза ближе. Формирование приливной волны объясняется деформированием под воздействием гравитационного поля Луны определенной области океана и её последующим перемещением при вращении Земли.
Изменение уровня океана происходит с суточной периодичностью - через 24 часа 50 минут, и полусуточной – через 12 часов 25 минут. Высота формируемой при этом приливной волны может быть разной, что обусловлено радом факторов (характером береговой линии, особенность полета небесных тел, расположением точки формирования приливной волны в океане и т.д.). Замечено, что самые сильные приливы, как правило, возникают в небольших и узких заливах или устья реки. Именно такие участки наиболее подходят для размещения электростанций, преобразующих энергию приливов в электричество, поскольку уровень воды в них может меняться на протяжении суток даже свыше десятка метров. Однако, к сожалению, подобных мест на побережье с высоким уровнем прилива и возможностью сооружения огромного замкнутого бассейна в мире не так уж и много. Наиболее привлекательными участками для строительства приливных электростанций являются: залив Фанди (прилив 18-20 метров) и Фробишер (прилив 15,6 м), устье реки Северн (16.3 м), Магелланов пролив (13 м), Тугунский залив (13 м) и другие.
В отличии от большинства форм энергии океана, энергии прилива используется уже довольно продолжительное время. Ещё в середине XX cтолетия инженеры разработали эффективные способы использования приливного движения воды с целью генерирования электричества. С 1966 года в Сент Мало на Атлантическом побережье северной Франции начала работать приливная электростанция «Ля Ранс», мощностью 240 МВт. Ряд подобных станций уже соорудили в России, Китае и Канаде. Известными ПЭС стали «Аннаполис» (Канада), «Сихва» (Корея), «Хаммерфест» (Норвегия). Наибольший потенциал использования приливной энергии имеет Франция, Англия, Канада, Россия.
В отличии от ветра, приливы являются более предсказуемыми и стабильными явлениями. Приливные генераторы производят устойчивый и надежный поток электричества.
Для преобразования энергии приливов в электроэнергию устанавливаются плотины с реверсными гидротурбинами. Подобная установка работает по схожему принципу с традиционными гидроэлектростанциями, однако имеет массу преимуществ перед ней: предотвращена возможность затопления территории по причине её проницаемости, происходит естественный водообмен (водные массы движутся туда и обратно с приливами и отливами). Во время прилива волна проходит через гидротурбину, вызывая её вращение, в результате чего электрогенератор начинает вырабатывать электричество. При отливе выработка электрической энергии продолжается, меняется только направление течения, вызывающее её движение.
В последние годы популярность обрели подводные ПЭС, состоящие с довольно большого числа подводных гидроагрегатов, для работы которых достаточно потока воды со скоростью течения в 7-10 км/ч. Такие постройки практически не влияют на природную экосистему в месте своего размещения, и являются более дешевыми конструкциями в отличии от плотинных ПЭС. Первая в мире подводная приливная электростанция, мощностью 1,2 МВт, была построена в морском озере-заливе Стренгфорд-Лох (Северная Ирландия).
К сожалению, приливные электростанции помимо больших плюсов имеют и целый ряд недостатков. Установки такого рода требуют очень серьезных вложений, поскольку гидротурбины, способные выдерживать сильный напор воды во время штормов, стоят немалых денег. В значительно степени работа ПЭС негативно отображается на окружающей флоре и фауне. Мощность ПЭС на протяжение суток меняется, из-за чего подобные электростанции могут работать только в составе энергосистем, располагающих достаточной мощностью электрических станций других типов.
Одной из основных причин возникновения поверхностных течений являются ветры, соответственно, и вызванные ими течения именуют ветровыми (дрейфовыми). Однако холодное и теплое течение существует не только на поверхности океана, но и в его толще. Глубинное и придонное течение, как правило, связано с изменениями плотности воды, - холодная и более соленая вода тяжелее теплой и менее соленой, поэтому при встрече таких потоков воды более плотная вода уходит вглубь.
Раньше считалось, что поверхностное течение полностью зависит от направления ветра. Однако, подобное утверждение правдоподобно только в небольших водоемах и на мелководье, в океане же на больших глубинах на течение в значительной степени влияет также сила вращение Земли, отклоняя его от направления, вызванного воздействием ветра, вправо в северном полушарии, и влево – в южном.
Для преобразования энергии течения возможно использование установок типа ротора Дарье, гидротурбин, закрепленных на дни или на специальных платформах на глубине, и работающих в свободном потоке. Последние проходят очень тщательное тестирование, поскольку должны выдерживать суровые условия воздействия мощных подводных течений и волн.
Самое известное морское течение Гольфстрим, проходящее через Флоридский залив между полуостровом Флорида и Багамскими островами, обладает энергией в 50 000 МВт, равною суммарной мощности 50 крупных электростанций.
В раде стран, в настоящее время проводятся работы, направленные на использования энергии течения. Британские ученые подсчитали, что за счет энергии течения в английских территориальных водах можно было бы получать около 120 ГВт, восполнив таким образом все энергетические потребности страны.
Компания «Coriolis» работает над строительством во Флоридском проливе подводной электрической установки, способной генерировать кинетическую энергию течений в электричество, и передавать его на берег по проводам. В воду, на глубину 30 км, планируют погрузить систему из 240 турбин, каждая из которых будет состоять из двух вращающихся в противоположном направлении колес диаметром 165 м. При этом турбины будут расположены в 22 ряда, образуя установку длиной 30 км.
Страны Европейского союза поставили для себя целью восполнение 20% мировой энергетической потребности из возобновляемых источников. Огромное количество электроэнергии можно было бы получать благодаря использованию энергии приливов и течений. Подобная форма выработки энергии могла бы сыграть важную роль в формировании будущего мирового энергетического баланса.
