Издавна люди знают о стихийных проявлениях гигантской энергии,
таящейся в недрах земного шара. Память человечества хранит предания о
катастрофических извержениях вулканов, унесших миллионы человеческих
жизней, неузнаваемо изменивших облик многих мест на Земле. Мощность
извержения даже сравнительно небольшого вулкана колоссальна, она
многократно превышает мощность самых крупных энергетических установок,
созданных руками человека. Правда, о непосредственном использовании
энергии вулканических извержений говорить не приходится - нет пока у
людей возможностей обуздать эту непокорную стихию, да и, к счастью,
извержения эти достаточно редкие события. Но это проявления энергии,
таящейся в земных недрах, когда лишь крохотная доля этой неисчерпаемой
энергии находит выход через огнедышащие жерла вулканов.
Энергетика земли (геотермальная энергетика) базируется на
использовании природной теплоты Земли. Недра Земли таят в себе
колоссальный, практически неисчерпаемый источник энергии.
Так, например, маленькая европейская страна Исландия- "страна льда" в
дословном переводе - полностью обеспечивает себя помидорами, яблоками и
даже бананами! Многочисленные исландские теплицы получают энергию от
тепла земли - других местных источников энергии в Исландии практически
нет. Зато очень богата эта страна горячими источниками и знаменитыми
гейзерами-фонтанами горячей воды, с точностью хронометра вырывающейся из-
под земли. И хотя не исландцам принадлежит приоритет в использовании
тепла подземных источников, жители этой маленькой северной страны
эксплуатируют подземную котельную очень интенсивно.
Столица - Рейкьявик, в которой проживает половина населения страны,
отапливается только за счет подземных источников. Но не только для
отопления черпают люди энергию из глубин земли. Уже давно работают
электростанции, использующие горячие подземные источники. Первая такая
электростанция, совсем еще маломощная, была построена в 1904 году в
небольшом итальянском городке Лардерелло, названном так в честь
французского инженера Лардерелли, который еще в 1827 году составил проект
использования многочисленных в этом районе горячих источников. Постепенно
мощность электростанции росла, в строй вступали все новые агрегаты,
использовались новые источники горячей воды, и в наши дни мощность
станции достигла уже внушительной величины-360 тысяч киловатт. В Новой
Зеландии существует такая электростанция в районе Вайракеи, ее мощность
160 тысяч киловатт. В 120 километрах от Сан-Франциско в США производит
электроэнергию геотермальная станция мощностью 500 тысяч киловатт.
4.ЭНЕРГИЯ МИРОВОГО ОКЕАНА
Известно, что запасы энергии в Мировом океане колоссальны, ведь две
трети земной поверхности (361 млн. кв. км) занимают моря и океаны:
акватория Тихого океана составляет 180 млн. кв. км, Атлантического – 93
млн. кв. км, Индийского – 75 млн. кв. км. Так, тепловая энергия,
соответствующая перегреву поверхностных вод океана по сравнению с
донными, скажем, на 20 градусов, имеет величину порядка 1026 Дж.
Кинетическая энергия океанских течений оценивается величиной порядка 1018
Дж. Однако пока что люди умеют использовать лишь ничтожные доли этой
энергии, да и то ценой больших и медленно окупающихся капиталовложений,
так что такая энергетика до сих пор казалась малоперспективной.
Происходящее весьма быстрое истощение запасов ископаемых топлив,
использование которых к тому же связано с существенным загрязнением
окружающей среды, заставляет ученых и инженеров уделять все большее
внимание поискам возможностей рентабельной утилизации обширных и
безвредных источников энергии, в том числе и энергии в Мировом океане.
Широкая общественность еще не знает, что поисковые работы по извлечению
энергии из морей и океанов приобрели в последние годы в ряде стран уже
довольно большие масштабы и что их перспективы становятся все более
обещающими.
Океан таит в себе несколько различных видов энергии: энергию приливов
и отливов, океанских течений, термальную энергию, и др.
4.1. ЭНЕРГИЯ ПРИЛИВОВ
Веками люди размышляли над причиной морских приливов и отливов.
Сегодня мы достоверно знаем, что могучее природное явление – ритмичное
движение морских вод вызывают силы притяжения Луны и Солнца. Приливные
волны таят в себе огромный энергетический потенциал – 3 млрд. кВт.
Наиболее очевидным способом использования океанской энергии
представляется постройка приливных электростанций (ПЭС).
Энергию приливов на протяжении веков человек использовал для
приведения в действие мельниц и лесопилок. Но с появлением парового
двигателя она была предана забвению до середины 60-х годов, когда были
пущены первые ПЭС во Франции и СССР.
С 1967 г. в устье реки Ранс во Франции на приливах высотой до 13
метров работает ПЭС мощностью 240 тыс. кВт с годовой отдачей 540 тыс.
кВт\ч. В СССР инженером Л.Б.Бернштейном был разработан удобный способ
постройки блоков ПЭС, буксируемых на плаву в нужные места. Его идеи были
проверены на ПЭС, построенной в 1968 году в Кислой Губе около Мурманска.
Сейчас создан проект Мезенской ПЭС на Белом море, мощностью 11,4 ГВт.
К числу энергетических ресурсов Мирового океана относят также энергию
волн и температурного градиента. Энергия ветровых волн суммарно
оценивается в 2,7 млрд. кВт в год. Опыты показали, что ее следует
использовать не у берега, куда волны приходят ослабленными, а в открытом
море или в прибрежной зоне шельфа. В некоторых шельфовых акваториях
волновая энергия достигает значительной концентрации: в США и Японии –
около 40 кВт на метр волнового фронта, а на западном побережье
Великобритании – даже 80 кВт на 1 метр. Использование этой энергии, хотя
и в местных масштабах, уже начато в Великобритании и Японии.
Британские острова имеют очень длинную береговую линию, во многих
местах море остается бурным в течение длительного времени. По оценкам
ученых, за счет энергии морских волн в английских территориальных водах
можно было бы получить мощность до 120 ГВт, что вдвое превышает мощность
всех электростанций, принадлежащих Британскому центральному
электроэнергетическому управлению.
Бакены и маяки, использующие энергию волн, уже усеяли прибрежные воды
Японии. В течение многих лет бакены - свистки береговой охраны США
действуют благодаря волновым колебаниям. Сегодня вряд ли существует
прибрежный район, где не было бы своего собственного изобретателя,
работающего над созданием устройства, использующего энергию волн.
4.2.ЭНЕРГМЯ ОКЕАНСКИХ ТЕЧЕНИЙ
Не так давно 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".
4.3.ТЕРМАЛЬНАЯ ЭНЕРГИЯ ОКЕАНА
Большое внимание приобрела "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.
Температура воды океана в разных местах различна. Между тропиком Рака
и тропиком Козерога поверхность воды нагревается до 27є C. На глубине в
2000 футов (600 метров) температура падает до 2-4є С. Возникает вопрос:
есть ли возможность использовать разницу температур для получения
энергии? Могла бы тепловая энергоустановка, плывущая под водой,
производить электричество? Да, и это возможно.
Принцип действия этих станций заключается в следующем: теплую морскую
воду (24-32( С) направляют в теплообменник, где жидкий аммиак или фреон
превращаются в пар, который вращает турбину, а затем поступает в
следующий теплообменник для охлаждения и конденсации водой с температурой
5-6 (С, поступающей с глубины 200-500 метров. Получаемую электроэнергию
передают на берег по подводному кабелю, но ее можно использовать и на
месте (для обеспечения добычи минерального сырья со дна или его выделения
из морской воды). Достоинство подобных установок – возможность их
доставки в любой район Мирового океана. К тому же, разность температур
различных слоев океанической воды – более стабильный источник энергии,
чем, скажем, ветер, Солнце, морские волны или прибой. Первая такая
установка была пущена в 1981 году на острове Науру. Единственный
недостаток таких станций – их географическая привязанность к тропическим
широтам. Для практического использования температурного градиента
наиболее пригодны те районы Мирового океана, которые расположены между
20( с.ш. и 29( ю.ш., где температура воды у поверхности океана достигает,
как правило, 27-28( С, а на глубине 1 километр имеет всего 4-5( С.
4.4.ВНУТРЕННЯЯ ЭНЕРГИЯ МОЛЕКУЛ ВОДЫ
Конечно, доступ к запасам электроэнергии ОТЕС предоставляет
великолепные возможности, но (по крайней мере, пока) электричество не
поднимает в небо самолеты, не будет двигать легковые и грузовые
автомобили и автобусы, не поведет корабли через моря. Однако 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
