Нетрадиционные возобновляемые источники энергии Мирового океана

Как уже было отмечено, практически неисчерпаемые энергетические источники Мирового океана также относятся к категории нетрадиционных. Но поскольку Мировой океан представляет собой совершенно особую часть гидросферы, да и всей географической оболочки Земли, их целесообразнее рассмотреть отдельно. При этом речь должна идти об энергии морских приливов, морских волн, морских течений, а также об использовании температурного градиента толщи воды Мирового океана.

Из всех видов нетрадиционных возобновляемых источников энергии Мирового океана наибольшее значение может иметь энергия приливов. Однако несмотря на благоприятные природные предпосылки строительство приливных электростанций (ПЭС) пока сдерживается некоторыми факторами экономического характера. Так, при оценке экономических выгод строительства ПЭС нужно учитывать, что наибольшие амплитуды приливов-отливов характерны для окраинных морей умеренного пояса. Многие из этих побережий расположены в необжитых местах, на большом удалении от главных районов расселения и экономической активности, следовательно, и потребления электроэнергии. Нужно учитывать также и то, что рентабельность ПЭС резко возрастает по мере увеличения их мощности до 3–5 млн и тем более 10–15 млн кВт. Но сооружение таких станций-гигантов, к тому же в отдаленных районах, требует особенно больших материальных затрат, не говоря уже о сложнейших технических проблемах.

Если не принимать в расчет многочисленные (их более 100) ПЭС сугубо местного значения в прибрежных районах Китая, то в конце 1990-х гг. во всем мире действовало лишь несколько ПЭС промышленного или опытно-промышленного характера.

Первой из них была введена в эксплуатацию в 1966 г. ПЭС «Ранс» в Бретани (Франция). Она сооружена в заливе Сен-Мало на побережье Ла-Манша, в том месте, где в него впадает р. Ранс.

Эта ПЭС состоит из плотины (дамбы) длиной 350 м с 24 шлюзами – отверстиями круглого сечения диаметром 5,25 м. В каждом из них смонтирована горизонтальная осевая гидротурбина. Во время прилива, достигающего здесь высоты 15 м, вода поступает через эти отверстия в водохранилище, расположенное за плотиной. Затем, при наступлении отлива, лопасти рабочих колес турбин устанавливаются в такое положение, которое позволяет им работать на потоке воды, устремляющемся из водохранилища в море. Каждая из 24 турбин имеет мощность 10 тыс. кВт, следовательно, общая мощность ПЭС составляет 240 тыс. кВт; ее годовая выработка – 540 млн кВт ч.

Вторая по времени строительства – Кислогубская ПЭС на Кольском полуострове (Россия). Она сооружена по проекту инженера Л. Бернштейна при помощи разработанного им же наплавного метода. Он заключается в том, что станцию монтируют на берегу, а затем буксируют по морю до места установки (в этом случае до губы Кислой на Мурманском побережье). Эксплуатацию ПЭС начали в 1968 г. Мощность ее составляет всего 400 кВт.

В 1984 г. в омывающем берега и Канады, и США заливе Фанди Атлантического океана вошла в эксплуатацию третья по счету (и первая в Западном полушарии) ПЭС «Аннаполис».

Еще через два года в Китае заработала ПЭС «Цзянсян» мощностью 3,2 тыс. кВт.

Несмотря на такое скромное начало, нельзя не учитывать того, что проектирование новых ПЭС ныне ведется во многих странах – в Канаде, во Франции, в Великобритании, Индии, Китае, Республике Корея, Австралии, России.

Всего в 40 км к востоку от устья р. Ранс расположена довольно закрытая бухта Мон-Сен-Мишель. Здесь уже давно разработанный проект ПЭС предусматривает сооружение системы дамб и перемычек общей длиной более 30 км, которые должны отгородить от моря участок бухты площадью 500 км². Система рассчитана на то, чтобы обеспечить поочередную почти круглосуточную работу гидротурбин. При этом мощность первой очереди ПЭС должна составить б млн кВт.

Еще одну аналогичную ПЭС проектируют в Бристольском заливе Англии. Проект предусматривает возведение здесь дамбы, которая должна отгородить от моря устье р. Северн, а затем создание при помощи специальных перемычек в этой отгороженной акватории двух бассейнов-водохранилищ. Такая конструкция позволила бы получать электроэнергию почти круглосуточно, а общая мощность 175 гидротурбин должна составить 7–9 млн кВт. Проект Бристольской ПЭС существует уже давно, но пока еще он не вышел из стадии научно-технических проработок.

Еще более грандиозный проект «обуздания» приливной энергии разработан для залива Фанди. Он предусматривает сооружение в самой глубине этого залива, врезающегося в сушу на 300 км и имеющего дополнительные заливы-ответвления, трех больших ПЭС суммарной мощностью 18 млн кВт! Реализация этого проекта, по-видимому, начнется с внутреннего залива Майнес, где приливы достигают средней высоты 13 м, а максимальной – почти 18 м. В зависимости от числа турбин ПЭС, которую здесь возведут, будет иметь установленную мощность от 3,8 млн до 5,3 млн кВт, причем почти всю получаемую электроэнергию предполагается продавать в США. По оценке, сооружение только этой ПЭС должно обойтись в 23 млрд долл., и именно это обстоятельство пока более всего тормозит реализацию проекта.

Но едва ли не крупнейшие проекты развития приливной энергетики были созданы в России, которая по ресурсам такой энергии (17 % мировых) занимает ведущее место. При этом основные проекты сооружения гигантских ПЭС связаны с Белым и Охотским морями. Но в 1990-х гг., в условиях экономического кризиса, их осуществление более далеко от реализации, чем когда-либо прежде. Тем не менее по последним оценкам в России целесообразно строительство ПЭС в семи створах Баренцева, Белого и Охотского морей, на которых возможно получение 250 млрд кВт ч электроэнергии в год.

К числу энергетических ресурсов Мирового океана относят также энергию волн, которую суммарно оценивают в 2,7 млрд кВт в год. Опыты показали, что ее надо 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 1 м волнового фронта, а на западном побережье

Великобритании– даже 80 кВт на 1 м. Использовать эту энергию, хотя и в местных масштабах (для освещения маяков и навигационных буев), уже начали в Японии и Норвегии, проектируют в США, Великобритании, Швеции, Австралии.

Идею использования температурного градиента выдвигали еще в XIX в., но вплотную к ее реализации подошли только в 70-х гг. XX в. Суть этой идеи заключается в том, чтобы использовать разницу в температуре поверхностных и глубинных вод Мирового океана в энергетических целях при помощи так называемых моретермальных электростанций, в которых теплая морская вода необходима в процессе превращения жидкого аммиака или фреона в пар, а холодная – для охлаждения. Для практического использования температурного градиента наиболее пригодны те районы Мирового океана, которые расположены между 20° с. ш. и 20° ю. ш., где температура воды у поверхности океана достигает, как правило, 27–28 °C, а на глубине 1 км составляет всего 4–5 °C.

В 1970-х гг. в США, Японии, во Франции начали работы по программе «Преобразование термальной энергии океана» (ОТЕК). С тех пор были построены опытные гидротермальные электростанции в районах Гавайских островов (США), о. Науру (Японией), города Абиджан в Кот-д'Ивуаре (Францией). Некоторые оценки исходят из того, что со временем такие электростанции могли бы покрыть до 20 % мировой потребности в электроэнергии. Но, по-видимому, к ним надо относиться как к прогнозу на далекое будущее.