производить электричество? Да, и это возможно.
В далекие 20-е годы нашего столетия Жорж Клод, одаренный, решительный и
весьма настойчивый французский физик, решил исследовать такую возможность.
Выбрав участок океана вблизи берегов Кубы, он сумел-таки после серии
неудачных попыток получить установку мощностью 22 киловатта. Это явилось
большим научным достижением и приветствовалось многими учеными.
Используя теплую воду на поверхности и холодную на глубине и создав
соответствующую технологию, мы располагаем всем необходимым для
производства электроэнергии, уверяли сторонники использования тепловой
энергии океана. "Согласно нашим оценкам, в этих поверхностных водах
имеются запасы энергии, которые в 10 000 раз превышают общемировую
потребность в ней".
"Увы, - возражали скептики, - Жорж Клод получил в заливе Матансас
всего 22 киловатта электроэнергии. Дало ли это прибыль?" Не дало, так
как, чтобы получить эти 22 киловатта, Клоду пришлось затратить 80 киловатт
на работу своих насосов.
Сейчас приобрела большое внимание "океанотермическая энергоконверсия"
(ОТЭК), т.е. получение электроэнергии за счет разности температур между
поверхностными и засасываемыми насосом глубинными океанскими водами,
например при использовании в замкнутом цикле турбины таких
легкоиспаряющихся жидкостей как пропан, фреон или аммоний.
Последние десятилетия характеризуется определенными успехами в
использовании тепловой энергии океана. Так, созданы установки мини-ОТЕС и
ОТЕС-1 (ОТЕС – начальные буквы английских слов Осеаn Тhеrmal Energy
Conversion, т.e. преобразование тепловой энергии океана). В августе 1979 г.
вблизи Гавайских островов начала работать теплоэнергетическая установка
мини-ОТЕС. Пробная эксплуатация установки в течение трех с половиной
месяцев показала ее достаточную надежность. При непрерывной круглосуточной
работе не было срывов, если но считать мелких технических неполадок, обычно
возникающих при испытаниях любых новых установок. Ее полная мощность
составляла в среднем 48,7 кВт, максимальная –53 кВт; 12 кВт (максимум 15)
установка отдавала во внешнюю сеть на полезную нагрузку, точнее – на
зарядку аккумуляторов. Остальная вырабатываемая мощность расходовалась на
собственные нужды установки. В их число входят затраты анергии на работу
трех насосов, потери в двух теплообменниках, турбине и в генераторе
электрической энергии.
Три насоса потребовались из следующего расчета: один – для подачи
теплой воды из океана, второй – для подкачки холодной воды с глубины около
700 м, третий – для перекачки вторичной рабочей жидкости внутри самой
системы, т. е. из конденсатора в испаритель. В качестве вторичной рабочий
жидкости применяется аммиак.
Установка мини-ОТЕС смонтирована на барже. Под ее днищем помещен
длинный трубопровод для забора холодной воды. Трубопроводом служит
полиэтиленовая труба длиной 700 м с внутренним диаметром 50 см. Трубопровод
прикреплен к днищу судна с помощью особого затвора, позволяющего в случаи
необходимости ого быстрое отсоединение. Полиэтиленовая труба одновременно
используется и для заякоривания системы труба–судно. Оригинальность
подобного решения не вызывает сомнений, поскольку якорные постановки для
разрабатываемых ныне более мощных систем ОТЕС являются весьма серьезной
проблемой.
Впервые в истории техники установка мини-ОТЕС смогла отдать во внешнюю
нагрузку полезную мощность, одновременно покрыв и собственные нужды. Опыт,
полученный при эксплуатации мини-ОТЕС, позволил быстро построить более
мощную теплоэнергетическую установку ОТЕС-1 и приступить к проектированию
еще более мощных систем подобного типа.
Новые станции ОТЕС на мощность во много десятков и сотен мегаватт
проектируются без судна. Это – одна грандиозная труба, в верхней части
которой находится круглый машинный зал, где размещены все необходимые
устройства для преобразования анергии. Верхний конец трубопровода холодной
воды расположится в океане на глубине 25–50 м. Машинный зал проектируется
вокруг трубы на глубине около 100 м. Там будут установлены турбоагрегаты,
работающие на парах аммиака, а также все остальное оборудование. Масса
всего сооружения превышает 300 тыс. т. Труба-монстр, уходящая почти на
километр в холодную глубину океана, а в ее верхней части что-то вроде
маленького островка. И никакого судна, кроме, конечно, обычных судов,
необходимых для обслуживания системы и для связи с берегом.
Представляется, что некоторые из предлагавшихся океанских
энергетических установок могут быть реализованы, и стать рентабельными уже
в настоящее время.
ЭНЕРГИЯ ВОЛН И ТЕЧЕНИЙ.
Ещё в начале XX века американский инженер Рансом сконструировал
установку, использующую энергию волн для сжатия воздуха. Схема его
установки показана на рисунке.
Конструктором С. Солтером (S. Salter; Эдинбургский университет,
Шотландия) предложен проект “Кивающая утка”. Поплавки, покачиваемые
волнами, дают энергию стоимостью всего 2,6 пенса за 1 КВт\ч, что лишь
незначительно выше стоимости электроэнергии, которая вырабатывается
новейшими электростанциями, сжигающими газ (в Британии это - 2,5 пенса), и
заметно ниже, чем дают АЭС (около 4,5 пенса за 1 КВт\ч).
Машина Рансома
Бакены и маяки, использующие энергию волн, уже усеяли прибрежные воды
Японии. В течение многих лет бакены – свистки береговой охраны США
действуют благодаря волновым колебаниям.
Недавно группа ученых океанологов обратила внимание на тот факт, что
Гольфстрим несет свои воды вблизи берегов Флориды со скоростью 5 миль в
час. Идея использовать этот поток теплой воды была весьма заманчивой.
Возможно ли это? Смогут ли гигантские турбины и подводные пропеллеры,
напоминающие ветряные мельницы, генерировать электричество, извлекая
энергию из течений и воли? "Смогут" - таково в 1974
году было заключение Комитета Мак-Артура, находящегося под
эгидой Национального управления по исследованию океана и атмосферы в
Майами (Флорида). Общее мнение заключалось в том, что имеют место
определенные проблемы, но все они могут быть решены в случае выделения
ассигнований, так как "в этом проекте нет ничего такого, что превышало бы
возможности современной инженерной и технологической мысли".
БИОХИМИЧЕСКАЯ ЭНЕРГИЯ.
В океане существует замечательная среда для поддержания жизни, в
состав которой входят питательные вещества, соли и другие минералы. В этой
среде растворенный в воде кислород питает всех морских животных от самых
маленьких до самых больших, от
амебы до акулы. Растворенный углекислый газ точно так же поддерживает жизнь
всех морских растений от одноклеточных диатомовых водорослей до
достигающих высоты 200-300 футов (60-90метров) бурых водорослей.
Морскому биологу нужно сделать лишь шаг вперед, чтобы перейти от
восприятия океана как природной системы поддержания жизни к попытке
начать на научной основе извлекать из этой системы энергию.
При поддержке военно-морского флота США в середине 70-х годов группа
специалистов в области исследования океана, морских инженеров и водолазов
создала первую в мире океанскую энергетическую ферму на глубине 40 футов
(12 метров) под залитой солнцем гладью Тихого океана вблизи города Сан-
Клемент. Ферма была небольшая. По сути своей, все это было лишь
экспериментом. На ферме выращивались гигантские калифорнийские бурые
водоросли.
По мнению директора проекта доктора Говарда А. Уилкокса, сотрудника
Центра исследования морских и океанских систем в Сан-Диего (Калифорния),
"до 50 % энергии этих водорослей может быть превращено в топливо - в
природный газ метан. Океанские фермы будущего, выращивающие бурые
водоросли на площади примерно 100 000 акров (40 000 га), смогут давать
энергию, которой хватит, чтобы полностью удовлетворить потребности
американского города с населением в 50 000 человек".
В океане растворено огромное количество солей. Может ли соленость
быть использована, как источник энергии? Может. Большая концентрация соли в
океане навела ряд исследователей Скриппского океанографического института в
Ла-Колла (Калифорния) и других центров на мысль о создании таких установок.
Они считают, что для получения большого количества энергии вполне
возможно сконструировать батареи, в которых происходили бы реакции
между соленой и несоленой водой.
Самолеты и легковые автомобили, автобусы и грузовики могут приводиться
в движение газом, который можно извлекать из воды, а уж воды-то в морях
достаточно. Этот газ - водород, и он может использоваться в качестве
горючего. Водород – один из наиболее распространенных элементов во
Вселенной. В океане он содержится в каждой капле воды. Помните формулу
воды? Формула HOH значит, что молекула воды состоит из двух атомов водорода
и одного атома кислорода. Извлеченный из воды водород можно сжигать как
топливо и использовать не только для того, чтобы приводить в движение
различные транспортные средства, но и для получения электроэнергии.
Все большее число химиков и инженеров с энтузиазмом относится к
"водородной энергетике" будущего, так как полученный водород достаточно
удобно хранить: в виде сжатого газа в танкерах или в сжиженном виде в
криогенных контейнерах при температуре ---423 градуса по Фаренгейту (-203
С). Его можно хранить и в твердом виде после соединения с железо-
титановым сплавом или с магнием для образования металлических гидридов.
После этого их можно легко транспортировать и использовать по мере
необходимости.
Еще в 1847 году французский писатель Жюль Верн, опередивший свое время,
предвидел возникновение такой водородной экономики. В своей книге
"Таинственный остров" он предсказывал, что в будущем люди научатся
использовать воду в качестве источника для получения топлива. "Вода, -
писал он, - представит неиссякаемые запасы тепла и света".
Со времен Жюля Верна были открыты методы извлечения водорода из воды.
Один из наиболее перспективных из них – электролиз воды. (Через воду
пропускается электрический ток, в результате чего происходит химический
распад. Освобождаются водород и кислород, а жидкость исчезает.)
В 60-е годы специалистам из НАСА удалось столь успешно осуществить
процесс электролиза воды и столь эффективно собирать высвобождающийся
водород, что получаемый таким образом водород использовался во время
полетов по программе "Аполлон".
ВЫГОДЫ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ЭНЕРГИИ ОКЕАНА.
Таким образом, в океане, который составляет 71 процент поверхности
планеты, потенциально имеются различные виды энергии - энергия волн и
приливов; энергия химических связей газов, питательных веществ, солей и
других минералов; скрытая энергия водорода, находящегося в молекулах
воды; энергия течений, спокойно и нескончаемо движущихся в различных частях
океана; удивительная по запасам энергия, которую можно получать, используя
разницу температур воды океана на поверхности и в глубине, и их можно
преобразовать в стандартные виды топлива.
Такие количества энергии, многообразие ее форм гарантируют, что в
будущем человечество не будет испытывать в ней недостатка. В то же время не
возникает необходимости зависеть от одного - двух основных источников
энергии, какими, например, являются давно использующиеся ископаемые виды
топлива и ядерного горючего, методы получения которого были разработаны
недавно.
Более того, в миллионах прибрежных деревень и селений, не имеющих
сейчас доступа к энергосистемам, будет тогда возможно улучшить жизненные
условия людей. Жители тех мест, где на море бывает сильное волнение,
смогут конструировать и использовать установки для преобразования энергии
волн. Живущие вблизи узких прибрежных заливов, куда во время приливов с
ревом врывается вода, смогут использовать эту энергию.
Для всех остальных людей энергия океана в открытом водном пространстве
будет преобразовываться в метан, водород или электричество, а затем
передаваться на сушу по кабелю или на кораблях. И вся эта энергия таится
в океане испокон веков. Не используя ее, мы тем самым попросту ее
расточаем.
Разумеется, трудно даже представить себе переход от столь привычных,
традиционных видов топлива - угля, нефти и природного газа - к
незнакомым, альтернативным методам получения энергии. Разница
температур? Водород, металлические гидриды, энергетические фермы в
океане? Для многих это звучит как научная фантастика.
И тем не менее несмотря на то что извлечение энергии океана находятся
на стадии экспериментов и процесс ограничен и дорогостоящ, факт остается
фактом, что по мере развития научно-технического прогресса энергия в
будущем может в значительной степени добываться из моря. Когда – зависит
от того, как скоро эти процессы станут достаточно дешевыми. В конечном
итоге дело упирается не в возможность извлечения из океана энергии в
различных формах, а в стоимость такого извлечения, которая определит,
насколько быстро будет развиваться тот или иной способ добычи.
Когда бы это время ни наступило, переход к использованию энергии
океана принесет двойную пользу: сэкономит общественные средства и сделает
более жизнеспособной третью планету Солнечной системы - нашу Землю.
Но стоит ли волноваться в поисках новых источников ископаемого
топлива? Зачем дискутировать по вопросу о строительстве ядерных реакторов?
Океан наполнен энергией, чистой, безопасной и неиссякаемой. Она там, в
океане, только и ждет высвобождения. И это – преимущество номер один.
Второе преимущество заключается в том, что использование энергии
океана позволит Земле быть в дальнейшем обитаемой планетой. А вот
альтернативный вариант, предусматривающий увеличение использования
органических и ядерных видов топлива, по мнению некоторых специалистов,
может привести к катастрофе: в атмосферу станет выделяться слишком большое
количество углекислого газа и теплоты, что грозит смертельной опасностью
человечеству.
Итак, что же человечество должно делать? Будем ли мы истощать остатки
ископаемого топлива, строить все большее число ядерных реакторов, рискуя
изменить температуру атмосферы, или же обратимся к океану - кладезю
неиссякаемой энергии - и будем искать способ извлечения этой энергии для
достижения наших целей - вот в чем заключается вопрос.
Накануне вступления в 21 век ученые-океанологи призывают прекратить
пустые дискуссии и отказаться от надежды на то, что "технологическое
развитие разрешит все проблемы на суше". Они хотят обратить внимание
общества на океан, который заряжается энергией внеземного происхождения,
энергией доступной, не загрязняющей окружающую среду и возобновляемой.
Океан наполнен внеземной энергией, которая поступает в него из
космоса. Она доступна и безопасна, и не загрязняет окружающую среду,
неиссякаема и свободна.
Из космоса поступает энергия Солнца. Она нагревает воздух и образует
ветры, вызывающие волны. Она нагревает океан, который накапливает тепловую
энергию. Она приводит в движение течения, которые в то же время меняют
свое направление под воздействием вращения Земли.
Из космоса же поступает энергия солнечного и лунного притяжения. Она
является движущей силой системы Земля - Луна и вызывает приливы и
отливы.
Океан - это не плоское, безжизненное водное пространство, а
огромная кладовая беспокойной энергии. Здесь плещут волны, рождаются
приливы и отливы, пересекаются течения, и все это наполнено энергией.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Аугуста Голдин. Океаны энергии. – Пер. с англ. – М.: Знание, 1983.
2. Вершинский Н. В. Энергия океана. – М.: Наука, 1986.
3. Ревелль П., Ревелль Ч. Среда нашего обитания: в 4-х книгах. – М.: Мир,
1994.
4. Воронков В.А. Экология общая, социальная, прикладная: Учеб. для вузов. –
М.: Агар: Рандеву-АМ, 1994.
5. Экологически чистая энергетика (в помощь лектору) / Авт.-сост. А.А.
Каюмов. Горький: Горьковский областной совет ВООП и областной молодежный
экологический центр “Дронт”, 1990. 76 с.
6. Источники энергии. Факты, проблемы, решения. – М.: Наука и техника,
1997.
-----------------------
[pic]
[pic]
Страницы: 1, 2
