Альтернативные источники энергии и энергосбережение - [76]
Уже сейчас можно обратить внимание:
♦ на энергию океанских противотечений, скрытых толщей поверхностных вод и часто лишь достаточно тонкими пограничными слоями отделенных от поверхностных;
♦ на энергию различных вихрей, возникающих в открытом океане под воздействием метеорологических возмущений и крупномасштабной гидродинамической неустойчивости в океанах.
Известны даже постоянно действующие вихри. Один из них находится в 400 км от Огасавары (Япония) в Тихом океане. Он представляет собой водоворот диаметром около 200 км, поднимающийся с глубины 3 км почти до самой поверхности. Примечательна одна из особенностей водоворота — примерно через каждые 100 дней он изменяет направление вращения на обратное. По оценкам японских ученых удельные энергетические характеристики этого водоворота значительно выше, чем у ряда океанских течений.
5.4. Использование энергии приливов
Приливные колебания уровня в огромных океанах планеты вполне предсказуемы. Основные периоды этих колебаний:
♦ суточные продолжительностью около 24 ч;
♦ полусуточные — около 12 ч 25 мин.
Разность уровней между последовательными самым высоким и самым низким уровнями воды (высота прилива R) составляет 0,5—10 м.
Первая цифра (0,5 м) наиболее характерна, вторая (10 м) достигается и даже превосходится лишь в некоторых особенных местах вблизи побережья континентов.
Во время приливов и отливов перемещение водных масс образует приливные течения, скорость которых в прибрежных проливах и между островами может достигать примерно 5 м/с (http://renewables.ru).
Поднятую на максимальную высоту во время прилива воду можно отделить от моря дамбой или плотиной. Места с большими высотами приливов обладают большими потенциалами приливной энергии. Однако не только этот фактор важен для развития приливной энергетики: надо принимать во внимание и капитальные затраты, и будущую прибыль от создания соответствующих приливных электростанций (ПЭС).
Энергия приливных течений может быть преобразована подобно тому, как это делается с энергией ветра. Преобразование энергии приливов использовалось для приведения в действие сравнительно маломощных устройств еще в средневековой Англии и в Китае.
Из современных ПЭС наиболее хорошо известны:
♦ крупномасштабная электростанция Ране мощностью 240 МВт, расположенная в эстуарии реки Ла Ране, впадающей в залив Сен Мало (Бретань, Франция);
♦ небольшая опытная станция мощностью 400 кВт в Кислой губе на побережье Баренцева моря (Россия).
Из мест, которые давно приковывают внимание гидростроителей, следует назвать эстуарий реки Северн в Великобритании и залив Фанди на восточном побережье Северной Америки на границе между США и Канадой.
Высота, ход и периодичность приливов в большинстве прибрежных районов хорошо описаны и проанализированы благодаря потребностям навигации и океанографии. Поведение приливов может быть предсказано достаточно точно, с погрешностью менее 4 %. Таким образом, приливная энергия оказывается весьма надежной формой возобновляемой энергии.
При её преобразовании возникают и определенные неудобства:
♦ несовпадение основных периодов возникновения приливов (12 ч 25 мин и 24 ч 50 мин), связанных с движением Луны, с привычным для человека периодом солнечных суток (24 ч), в связи с чем оптимум приливной генерации находится не в фазе с потребностями в энергии;
♦ изменение высоты прилива и мощности приливного течения с периодом в две недели, что приводит к колебаниям выработки энергии;
♦ необходимость создания потоков воды с большим расходом при сравнительно малом перепаде высот, что заставляет использовать большое число турбин, работающих параллельно;
♦ очень высокие капитальные затраты на сооружение большинства предполагаемых ПЭС;
♦ потенциальные экологические нарушения и изменение режимов эстуариев и морских районов.
Вблизи побережья и между островами приливы могут создавать достаточно сильные течения, пригодные для преобразования энергии. Устройства для преобразования энергии приливных течений будут практически сходны с аналогичными устройствами, приводимыми в действие течениями рек.
Соотношения, позволяющие оценить мощность приливных течений, подобны тем, которые используются в ветроэнергетике, при этом следует иметь в виду, что плотность воды во много раз выше плотности воздуха, а скорости течения воды сравнительно низки.
Уже разработан целый ряд современных устройств для преобразования энергии приливных течений, один из которых показан на рис. 5.17. Капитальные затраты на создание подобных устройств в расчете на 1 кВт установленной мощности достаточно высоки, поэтому их строительство целесообразно лишь в отдаленных районах с высокими скоростями приливных течений, где любые альтернативные источники энергии еще более дороги. На эту тему интересна книга Волеваха Н.М., Волеваха В.А.Нетрадиционные источники энергии. — К: Вища школа. — 1988. — 58 с.
Рис. 5.17. Схема электростанции на приливном течении
Основы теории приливной энергетики достаточно просты. На рис. 5.18 показано, что ПЭС может работать как при опустошении бассейна, так и при его наполнении. Оптимальная станция, использующая реверсируемые гидроагрегаты, которые, кроме того, можно еще использовать и в насосном режиме для повышения уровня в бассейне, может перерабатывать до 90 % потенциальной энергии прилива.
