Интереcно о науке

На южной оконечности Африканского континента, недалеко от Кейптауна в бухте Hout Bay волны могут достигать высоты почти 10 метров. Достаточно посмотреть на разбивающиеся о рифы водные громады и станет понятно о истинной мощи скрытой в океане. Но это не единственное проявление морской мощи. Приливы могут переносить миллионы тон воды на огромной площади всего лишь за несколько часов. Подводные течения как огромные автомагистрали могут течь по морскому дну на многие тысячи миль.

Человек уже давно был заинтересован в том, чтобы попытаться извлечь энергию океана для своей пользы. В 1799 году один предприимчивый француз со своим сыном прикрепили гигантский рычаг к кораблю. Когда корабль качался в море рычаг двигался вверх и вниз, создавая возвратно поступательное движение, которое может быть использовано для привода насоса, мельницы или пилы. Эта идея утратила свою привлекательность с появлением парового двигателя, который давал более постоянную энергию, не зависящую от высоты волн. Спустя 100 лет был разработан другой способ извлечь энергию океана. Другой француз предложил идею использовать тепловую энергию океанов для производства электричества. Однако имеющиеся тогда технологии не позволили конкурировать с другими типами электростанций, работающих на сгораемых видах топлива.

Первый успех был достигнут в 1966 году. На реке Ранс во Франции была открыта первая приливная электростанция. Сегодня она позволяет получить 240 МВт электроэнергии. Этого достаточно, чтобы обеспечивать электричеством небольшой город. Также в мире существуют еще 2 более-менее мощные приливные электростанции: первая в Новой Шотландии – 20 МВт, другая в России в Белом море – 0,5 МВт.

Для альтернативных источников энергии 240 МВт – это выдающийся результат, но по сравнению с угольными электростанциями это достаточно скромно. Однако в наши дни существуют и другие способы извлечь морскую энергию, например, энергия волн и подводных течений. В этой статье мы рассмотрим основные из них и убедимся в том, что океан может снабжать человечество электричеством с большим запасом на многие тысячелетия вперед.

Наиболее значимыми особенностями океанов являются волны и приливы. Ветер поднимает морскую гладь и заставляет путешествовать волны на огромные расстояния в виде гребней и впадин. Если посмотреть на какой-либо объект, который встречается на пути волн, то можно заметить, что он перемещается вверх и вниз, перекатываясь с одного гребня на другой. Это колебательное движение можно преобразовать в электричество, по средствам специальных машин. Одна из таких машин (изображена на рисунке) представляет собой серию соединенных между собой поплавков. Они располагаются поперек волн, и когда гребень волны проходит вдоль нее вся конструкция изгибается. Это приводит в движение сложную конструкцию поршней двигающих жидкость. Давление жидкости приводит в действие динамо-машину, которая и вырабатывает электрический ток.

Гравитационное притяжение Луны несет ответственность за приливы и отливы, возникающие на всей поверхности океана. Вращение нашего спутника вокруг Земли влияет на водную гладь, пролетая над ней на расстоянии 300 тыс. км. Это вызывает огромный гребень, который мы и называем приливом. В тоже время в других областях океана уровень воды падает – это мы называем отливом. На Земле существует около 40 мест, которые пригодны для производства электрической энергии из приливной энергии. Их пригодность определяется разницей между максимальной и минимальной точкой воды – около 5 метров. Этого достаточно, чтобы создать достаточно мощный поток воды. Один из способов использования кинетической энергии воды – это строительство плотины во фьорде или реке с крутыми берегами. Когда между разными сторонами плотины оказывается достаточная разница воды, открываются шлюзы, которые подводят воду к турбинам. Момент вращения турбин передается на генератор, который и вырабатывает электричество.

Многие из нас уже видели солнечные батареи на жилых домах или возле промышленных или сельскохозяйственных предприятий. Они представляют собой коллекторы солнечной энергии, которую в последствие преобразуют в электричество. Однако самый большой коллектор солнечной энергии создала природа – это океан. Каждый день морской поверхностью поглощается эквивалент энергии  равный 250 млрд. баррелей нефти в виде тепловой энергии.

В настоящее время существую три основных схемы преобразования тепловой энергии океанов в электричество. Все они основаны на разнице температур между поверхностной и глубинной водой. Рассмотрим их:

Система закрытого цикла содержит жидкость, имеющую низкую температуру кипения (например, аммиак кипит при минус 33 градусах). При нагреве на поверхности жидкость мгновенно вскипает и переходит в газообразное состояние. Образовавшийся газ толкает лопасти турбины, которая соединена с электрогенератором. Далее газ охлаждается в теплообменнике, где его температура забирается холодной водой с глубины.

Системы открытого цикла работают по другому принципу. Теплая вода с поверхности океана помещается в вакуумную камеру, где из-за резкого понижения давления она вскипает даже при невысокой температуре. Полученный пар, также как и в угольной электростанции толкает лопасти турбины и приводит в действие электрогенератор. Далее холодная вода, из глубин океана охлаждает пар, преобразуя его обратно в воду.

Гибридные системы сочетают в принципе своей работы преимущества двух изложенных выше типов систем. Она похожа на систему открытого цикла, но в отличие от нее вода не имеет контакта с атмосферным воздухом. Пар после прохождения турбины и отдачи своей кинетической энергии принудительно проходит по системе трубок охлаждаемых водой с глубины. Далее он снова нагревается водой с поверхности и в вакууме превращается в пар.

Сейчас тепловая энергия океанов используется мало, но эксперты прогнозирует, что в будущем потенциал этого источника энергии будет оценен по достоинству.