Энергия приливов, течений и волн [1988 Арабаджи М.С.

Другим видом энергии, использование которой может быть осуществлено без заметного влияния на окружающую среду, является механическая энергия приливов, течений и волн.

Значительной энергией обладают приливы, особенно на участках побережья, с большой амплитудой приливно-отливных движений. Величина энергии зависит также и от площади бассейна, уровень которого существенно меняется в результате приливов и отливов.

Рис. 50. Схема распределения основных ресурсов энергии приливов в проливе Ла-Манш. Мощность приливной волны, ГВт: 1 - пересекающей определенный траверс, 2 - поглощаемая в каждой зоне

На рис. 1 были показаны районы с наибольшими значениями амплитуды колебаний приливов и отливов. Среди таких районов особый интерес представляет Ла-Манш, на берегах которого средняя амплитуда приливов составляет 14,1 м. В связи с проявлением кориолисовой силы амплитуда приливов особенно велика в южной части Ла-Манша, у побережья Франции, у берегов островов Гернси и Джерси. По оценкам специалистов, общая электрическая энергия, которую могли бы выработать приливы Ла-Манша, равна не менее 10-20 ГВт^* (рис. 50). В соответствии с одним из проектов освоения этой энергии здесь должны быть построены плотины общей длиной около 100 км, которые соединят южный и восточный берега залива Сен-Мало с островом Джерси и отсекут часть моря площадью около 2200 км². Гарантированная мощность электростанции, использующих энергию приливов в этой сравнительно небольшой части Ла-Манша, составляет 4 ГВт; годовая производительность электроэнергии, по расчетам проектировщиков, составит 34 ^ГВт/_ч.

Принцип действия приливных электростанций прост и напоминает работу обычных гидроэлектростанций. Разность уровней воды по разные стороны плотины дает возможность использования потенциальной энергии воды турбинами, вмонтированными в тело плотины. При этом, в зависимости от времени суток, создается возможность попеременного использования потоков разного направления (приливов и отливов) и практически непрерывной работы электростанции.

Конечно, практическая реализация подобных проектов - дело будущего, так как требует огромных капитальных вложений. Однако уже сейчас в разных странах создают сравнительно небольшие опытные приливные электростанции. Так, во Франции, в эстуарии р. Ранс на востоке Бретани, построена и работает приливная электростанция мощностью 240 МВт, использующая приливы амплитудой в 13,5 м. В нашей стране на побережье Белого моря, в районе Кислой губы, действует приливная электростанция мощностью 0,8 МВт. Здесь же, на берегу Кольского полуострова, до 1990 года планируют построить Кольскую приливную электростанцию мощностью 38 МВт, а впоследствии и Мезенскую мощностью уже в 15,2 ГВт. Значительны ресурсы энергии приливов и на востоке страны, особенно в Охотском море, где высота приливов достигает 13 м. По оценкам ученых, в Тугурском заливе Охотского моря приливная электростанция могла бы вырабатывать 7 ГВт, а в Пенжинском заливе - даже 25 ГВт электроэнергии. Делают попытки использования энергии приливов и в некоторых других странах.

Общие запасы энергии, которая могла бы быть получена в результате использования энергии приливов, оценивают в 1,5х10¹² Вт.

Еще одним видом энергии, которую можно применить без негативных экологических последствий, является энергия течений. Скорость течений иногда измеряется несколькими метрами в секунду, а переносимые ими объемы воды достигают миллионов кубометров в секунду. Гольфстрим, например, переносит 80, а Куросио - около 55 млн. м³ воды в секунду при скорости до 2,5 ^м/_с. Практическое использование энергии течения предполагают осуществлять специальными погружными гондолами, содержащими турбину и генератор. Такие гондолы будут заякорены в различных участках океана на глубине максимальной скорости течения и соединены с сушей только кабелем. Таким образом, особенно дорогостоящих капитальных затрат в виде строительства плотин здесь не потребуется.

Общую энергию течений, которую можно переработать в электрическую, оценивают в 1,1х10¹² Вт. Однако эта цифра может быть увеличена до 2х10¹² Вт, если учесть также возможность использования приливных течений.

Еще одним видом механической энергии океана, который может быть использован человеком без заметных экологических последствий, является энергия волн. И действительно, на разрушение коренных пород берега, дробление, окатывание и перенос продуктов морской абразии затрачивается огромная энергия. По оценкам специалистов, только на одном метре берега механическая энергия волн достигает в среднем 10 кВт.

Предлагают множество способов практического преобразования механической энергии волн в электричество. В наиболее общей форме эти способы можно разделить на три группы в зависимости от положения энергетического блока: над поверхностью воды, на поверхности воды, на дне.

Первая группа проектов силовых установок использует колебания уровня моря при его волнении для создания колебаний давления воздуха под колпаком, жестко закрепленном на поверхности воды. Колокол связан с атмосферой отверстием, в котором установлена турбина; периодические колебания уровня воды под колоколом, таким образом, обусловливают изменения здесь объема воздуха. А входящий и выходящий потоки воздуха приводят в действие турбину и связанный с ней генератор.

Сходный принцип действия у гидравлической камеры Рассела - волны периодически заполняют резервуар, жестко закрепленный вблизи поверхности воды (но в пределах досягаемости волн), а вытекающая из резервуара вода приводит в действие турбину.

Ряд предложенных устройств располагается непосредственно на поверхности воды. Это и плавающие шарнирные пластины, изгибающиеся под действием волн и вращающие турбину посредством системы рычагов; и плавающий эксцентрик - "утка", форма которой обеспечивает ее вращение на горизонтальной оси под действием волн.

Представителем третьей группы устройств может служить генератор, работающий в Монако. Здесь на дне закреплена спиральная пружина, обеспечивающая постоянное натяжение троса, соединенного с плавающим на поверхности буем. Под действием волн буй перемещается вверх-вниз, а связанный с ним трос приводит в действие закрепленный на дне генератор.

Приведенные примеры предложенных устройств для преобразования механической энергии волн демонстрируют принципиальную простоту получения электрической энергии не только вблизи берегов, но и практически в любой точке акватории, причем без каких-либо нежелательных экологических последствий.

Общий запас механической энергии волн чрезвычайно велик; только ту ее часть, которая рассеивается вблизи берегов, оценивают в 2х10 ¹² Вт.