Альтернативные источники энергии

Особаякатегория месторождений этого типа находится в районах, где нормальный тепловойпоток через грунт оказывается в ловушке из изолирующих непроницаемых пластовглины, образовавшихся в быстро опускающихся геосинклинальных зонах или вобластях опускания земной коры. Температура воды, поступающей из геотермальныхместорождений в зонах геодавления, может достигать150−180 °С, а давление у устья скважины 28−56 МПа. Суточная производительность в расчете на одну скважину может составлятьнесколько миллионов кубических метров флюида. Геотермальные бассейны в зонах повышенногогеодавления найдены вомногих районах в ходе нефтегазоразведки, например, вСеверной и Южной Америке, на Дальнем и Ближнем Востоке, в Африке и Европе. Возможность использования таких месторождений в энергетических целях пока ещене продемонстрирована.

2.4. Энергия мировогоокеана

Резкое увеличение цен на топливо, трудности с его полученном, сообщения об истощении топливных ресурсов — все эти видимые признакиэнергетического кризиса вызвали в последние годы во многих странах значительныйинтерес к новым источникам энергии, в том числе к энергии Мирового океана.

Известно, чтозапасы энергии в Мировом океане колоссальны, ведь две трети земной поверхности (361 млн. км2) занимают моря и океаны — акваторияТихого океана составляет 180 млн. км2. Атлантического — 93 млн. км2, Индийского — 75 млн. км2. Так, тепловая (внутренняя)энергия, соответствующая перегреву поверхностных вод океана по сравнению сдонными, скажем, на 20 градусов, имеет величину порядка 1026 Дж. Кинетическаяэнергия океанских течений оценивается величиной порядка 1018 Дж. Однако покачто люди умеют использовать лишь ничтожные доли этой энергии, да и то ценойбольших и медленно окупающихся капиталовложений, так что такая энергетика досих пор казалась малоперспективной.

Последние десятилетие характеризуется определенными успехами виспользовании тепловой энергии океана. Так, созданы установки мини-ОТЕС и ОТЕС-1 (ОТЕС — начальные буквы английских слов ОсеаnТhеrmalEnergyConversion, т.e. преобразование тепловой энергии океана — речь идет опреобразовании в электрическую энергию). В августе 1979 г. вблизи Гавайскихостровов начала работать теплоэнергетическая установка мини-ОТЕС.Пробная эксплуатация установки в течение трех с половиной месяцев показала еедостаточную надежность. При непрерывной круглосуточной работе не было срывов, если но считать мелких технических неполадок, обычновозникающих при испытаниях любых новых установок. Ее полная мощность составлялав среднем 48,7 кВт, максимальная -53 кВт; 12 кВт (максимум 15) установкаотдавала во внешнюю сеть на полезную нагрузку, точнее — на зарядкуаккумуляторов. Остальная вырабатываемая мощность расходовалась на собственныенужды установки. В их число входят затраты анергии на работу трех насосов, потери в двух теплообменниках, турбине и в генераторе электрической энергии.

Три насосапотребовались из следующего расчета: один — для подачи теплой виды из океана, второй — для подкачки холодной воды с глубины около 700 м, третий — дляперекачки вторичной рабочей жидкости внутри самой системы, т. е. изконденсатора в испаритель. В качестве вторичной рабочий жидкости применяетсяаммиак.

Установка мини-ОТЕС смонтирована на барже. Под ее днищем помещендлинный трубопровод для забора холодной воды. Трубопроводом служитполиэтиленовая труба длиной 700 м с внутренним диаметром 50 см. Трубопроводприкреплен к днищу судна с помощью особого затвора, позволяющего в случаинеобходимости ого быстрое отсоединение. Полиэтиленовая труба одновременноиспользуется и для заякоривания системы труба-судно.Оригинальность подобного решения не вызывает сомнений, поскольку якорныепостановки для разрабатываемых ныне более мощных систем ОТЕС являются весьма серьезнойпроблемой.

Впервые вистории техники установка мини-ОТЕС смогла отдать вовнешнюю нагрузку полезную мощность, одновременно покрыв и собственные нужды. Опыт, полученный при эксплуатации мини-ОТЕС, позволилбыстро построить более мощную теплоэнергетическую установку ОТЕС-1 и приступитьк проектированию еще более мощных систем подобного типа.

Новые станцииОТЕС на мощность во много десяткови сотен мегаватт проектируются без судна. Это — одна грандиозная труба, вверхней части которой находится круглый машинный зал, где размещены всенеобходимые устройства для преобразования анергии (рис. 6). Верхний конецтрубопровода холодной воды расположится в океане на глубине 25−50 м. Машинныйзал проектируется вокруг трубы на глубине около 100 м. Там будут установленытурбоагрегаты, работающие на парах аммиака, а также все остальное оборудование. Масса всего сооружения превышает 300 тыс. т. Труба-монстр, уходящая почти накилометр в холодную глубину океана, а в ее верхней части что-то вродемаленького островка. И никакого судна, кроме, конечно, обычных судов, необходимых для обслуживания системы и для связи с берегом.

2.5. Энергия приливови отливов.

Веками людиразмышляли над причиной морских приливов и отливов. Сегодня мы достовернознаем, что могучее природное явление — ритмичное движение морских вод вызываютсилы притяжения Луны и Солнца. Поскольку Солнце находится от Земли в 400 раздальше, гораздо меньшая масса Луны действует на земные поды вдвое сильнее, чеммасса Солнца. Поэтому решающую роль играет прилив, вызванный Луной (лунныйприлив). В морских просторах приливы чередуются с отливами теоретически через 6ч 12 мин 30 с. Если Луна, Солнце и Земля находятся на одной прямой (так называемая сизигия), Солнце своимпритяжением усиливает воздействие Луны, и тогда наступает сильный прилив (сизигийный прилив, или большая вода). Когда же Солнце стоит под прямым углом котрезку Земля-Луна (квадратура), наступает слабыйприлив (квадратурный, или малая вода). Сильный и слабый приливы чередуютсячерез семь дней.

Однакоистинный ход прилива и отлива весьма сложен. На него влияют особенностидвижения небесных тел, характер береговой линии, глубина воды, морские теченияи ветер.

Самые высокиеи сильные приливные волны возникают в мелких и узких заливах или устьях рек, впадающихв моря и океаны. Приливная волна Индийского океана катится против течения Гангана расстояние 250 км от его устья. Приливная волна Атлантического океанараспространяется на 900 км вверх по Амазонке. В закрытых морях, например Черномили Средиземном, возникают малые приливные волны высотой 50−70 см.

Максимальновозможная мощность в одном цикле прилив — отлив, т. е. от одного прилива додругого, выражается уравнением

где р — плотность воды, g -ускорение силы тяжести, S — площадь приливного бассейна, R — разность уровнейпри приливе.

Как видно из (формулы, для использования приливной энергии наиболееподходящими можно считать такие места на морском побережье, где приливы имеютбольшую амплитуду, а контур и рельеф берега позволяют устроить большие замкнутые"бассейны".

Мощностьэлектростанций в некоторых местах могла бы составить 2−20 МВт.

Первая морская приливнаяэлектростанция мощностью 635 кВт была построена в 1913 г. в бухтеДиоколо Ливерпуля. В 1935 г. приливную электростанцию начали строить в США. Американцы перегородили часть залива Пассамакводи навосточном побережье, истратили 7 млн долл., но работы пришлось прекратитьиз-за неудобного для строительства, слишком глубокого и мягкого морского дна, атакже из-за того, что построенная неподалеку крупная тепловая электростанциядала более дешевую энергию.

Аргентинскиеспециалисты предлагали использовать очень высокую приливную волну в Магеллановом проливе, по правительство не утвердилодорогостоящий проект.

С 1967 г. в устье реки Ранс во Франции наприливах высотой до 13 метров работает ПЭС мощностью 240 тыс. кВт с годовойотдачей 540 тыс. кВт*ч. Советский инженер Бернштейнразработал удобный способ постройки блоков ПЭС, буксируемых на плаву в нужныеместа, и рассчитал рентабельную процедуру включения ПЭС в энергосети в часы ихмаксимальной нагрузки потребителями. Его идеи проверены на ПЭС, построенной в 1968 году в Кислой Губе около Мурманска; своей очереди ждет ПЭСна 6 млн. кВт в Мезенском заливе на Баренцевом море.

2.6. Энергия морскихтечений

Неисчерпаемыезапасы кинетической энергии морских течений, накопленные в океанах и морях, можно превращать в механическую и электрическую энергию с помощью турбин, погруженных в воду (подобно ветряным мельницам, «погруженным» в атмосферу).

Важнейшее и самоеизвестное морское течение — Гольфстрим. Его основная часть проходит через Флоридский пролив между полуостровом Флорида и Багамскимиостровами. Ширина течения составляет 60 км, глубина до 800 м, а поперечноесечение 28 км2. Энергию Р, которую несет такой поток воды со скоростью 0,9 м/с, можно выразить формулой (вваттах)

где т-масса воды (кг), р-плотность воды (кг/м3), А-сечение (м2),v— скорость (м/с). Подставив цифры, получим

Если бы мысмогли полностью использовать эту энергию, она была бы эквивалентна суммарнойэнергии от 50 крупных электростанций по 1000 МВт, Но эта цифра чистотеоретическая, а практически можно рассчитывать на использование лишь около 10%энергии течения.

В настоящеевремя в ряде стран, и в первую очередь в Англии, ведутся интенсивные работы поиспользованию энергии морских волн. Британские острова имеюточень длинную береговую линию, к во многих местах море остается бурным втечение длительного времени. По оценкам ученых, за счет энергии морскихволн з английских территориальных водах можно было быполучить мощность до 120 ГВт, что вдвое превышает мощность всех электростанций, принадлежащих Британскому Центральному электроэнергетическому управлению.

Один изпроектов использования морских волн основан на принципе колеблющегося водяногостолба. В гигантских «коробах» без дна и с отверстиями вверху под влиянием волнуровень воды то поднимается, то опускается. Столб воды в коробе действуетнаподобие поршня: засасывает воздух и нагнетает его в лопатки турбин. Главнуютрудность здесь составляет согласование инерции рабочих колес турбин сколичеством воздуха в коробах, так чтобы за счет инерции сохранялась постояннойскорость вращения турбинных валов в широком диапазоне условий на поверхностиморя.

2.7. Солнечнаяэнергия.

Для древнихнародов Солнце было богом. В Верхнем Египте, культура которого восходит кчетвертому тысячелетию до н.э., верили, что род фараонов ведет свое происхождение от Ра — бога Солнца. Надпись на одной из пирамид представляет фараона как наместника Солнца на Земле,"который исцеляет нас своей заботой, когда выйдет, подобно Солнцу, что даетзелень землям. Каждый взор устрашится, когда увидит его в образе Ра, что встаетнад горизонтом".

Своейжизнетворной силой Солнце всегда вызывало у людей чувства поклонения и страха. Народы, тесно связанные с природой, ждали от него милостивых даров — урожая иизобилия, хорошей погоды и свежего дождя или же кары — ненастья, бурь, града. Поэтому в народном искусстве мы всюду видим изображение Солнца: над фасадамидомов, на вышивках, в резьбе и т. п.

Почти всеисточники энергии, о которых мы до сих пор говорили, так или иначеиспользуют энергию Солнца: уголь, нефть, природный газ суть не что иное, как"законсервированная" солнечная энергия. Она заключена в этом топливе снезапамятных времен; под действием солнечного тепла и света на Земле рослирастения, накапливали в себе энергию, а потом в результате длительных процессовпревратились в употребляемое сегодня топливо. Солнце каждый год дастчеловечеству миллиарды тонн зерна и древесины. Энергия рек и горных водопадовтакже происходит от Солнца, которое поддерживает кругооборот воды на Земле.

Во всехприведенных примерах солнечная энергия используется косвенно, через многиепромежуточные превращения. Заманчиво было бы исключить эти превращения и найтиспособ непосредственно преобразовывать тепловое и световое излучение Солнца, падающее на Землю, в механическую или электрическую энергию. Всего за три дняСолнце посылает на Землю столько энергии, сколько ее содержится во всехразведанных запасах ископаемых топлив, а за 1 с — 170 млрд. Дж. Большую частьэтой энергии рассеивает или поглощает атмосфера, особенно облака, и толькотреть ее достигает земной поверхности. Вся энергия, испускаемая Солнцем, большетой ее части, которую получает Земля, в 5 000 000 000 раз. Но даже такая"ничтожная" величина в 1600 раз больше энергии, которую дают все остальныеисточники, вместе взятые. Солнечная энергия, падающая на поверхность одногоозера, эквивалентна мощности крупной электростанции.