Оксан является основой для устойчивого существования экосистемы Земли и устойчивого развития человечества. По ряду оценок к 2020 году 75 % населения Земли будет жить в 60-километровой полосе вдоль побережий и в эстуариях рек. Все это подтверждает огромную роль океана в жизни человечества.
В сфере исследования Мирового океана, использования его ресурсов и потенциала XXI век станет настоящим прорывом в истории человечества. В конце прошлого века технические возможности человека позволили начать осуществление промышленной добычи и переработки полезных ископаемых шельфа Мирового океана. Начато сооружение плавучих заводов, космодромов и центров отдыха. Человечество вплотную подошло к организации экономически целесообразной добычи полезных ископаемых со дна океана.
Суммарная экономическая выгода от использования ресурсов океана в настоящее время составляет около S220 млрд США (рыболовство - 80-90 млн. т в год - $45 млрд, добыча нефти со дна (26 % мировой добычи) — $112 млрд, добыча газа со дна (18 % мировой добычи)-$23 млрд.
Энергия волн - это трансформированная и сконцентрированная энергия ветра, она является практически неисчерпаемым, экологически чистым ресурсом. По ряду оценок, энергия волн, накатывающихся на берег, в два раза превышает мировую потребность в электроэнергии.
Волновые электростанции (ВлЭС) могут быть установлены на берегу или на некотором расстоянии от берега. ВлЭС наиболее эффективны в относительно холодных морях, поэтому для них особенно подходят восточное побережье России и западное побережье США.
Большая протяженность морского побережья России и наличие в портах гидротехнических сооружений создают условия для развития этого направления нетрадиционной энергетики. Только для Приморского края возможно получение мощностей порядка 200 тыс. кВт. Па Украине, располагающей морским побережьем протяженностью более 3000 км, в перспективе можно ежегодно на волновых электростанциях производить более 10 млрд кВт-ч электроэнергии.
Исследования, начатые в средине 80-х годов в развитых индустриальных странах, обеспечили постройку и ввод в эксплуатацию первых волновых энергетических установок и ВлЭС (вначале в Норвегии и Японии, а затем в Австралии. Индии и других странах). В настоящее время разрабатываются проекты строительства ВлЭС вдоль берегов Западной Европы.
Разрушение воинами берегов может быть значительно снижено при широкомасштабном строительстве ВлЭС, так как они гасят энергию волн. А это крайне важно, например, для Черноморского побережья России Морские гидротехнические сооружения в крупных портах (оградительные молы, волноломы, рейдовые причальные сооружения, берегоукрепительные устройства и т. д.), могут служить основанием для монтажа на них ВлЭС. При этом воздействие волн на эти сооружения снизится.
В будущем появятся ВлЭС и вдали от берегов. Вырабатываемая ими энергия может быть направлена на электролиз морской воды. В процессе электролизa воды помимо получения водорода и кислорода возможно производство озона, тяжелой воды, хлора, щелочей, различных солей, многих других веществ и соединений для промышленного использования.
Сейчас большинство электростанций, использующих океаническую энергию, являются экспериментальными и небольшими. Есть несколько путей изменения энергии из океана. Мы можем использовать энергию волн, энергию приливов в отливов, энергию течений и, наконец, энергию тепловых перепадов, разность температур разных слоев воды).
В перспективе возможно и использование энергии, извлечение которой основано на разности солености воды в океане (море) и устье впадающей в него реки.
Энергия волн
В движущихся волнах уже накоплена кинетическая энергия, которая может быть использована для привода турбины. Можно также использовать кинетическую энергию волн для движения поршня в цилиндре. Поршень при этом известными способами может быть связан с генератором электроэнергии.
Преобразование энергии волн в электроэнергию - непростая задача, но уже есть достаточно эффективные решения. Большинство устройств для преобразования энергии волн в другие виды энергии реализуют принцип "вверх и вниз", используя накопленный волнами запас потенциальной энергии.
Большинство таких систем очень малы, но они развивают мощность, достаточную для работы фонарей на буях или же для освещения небольшого дома. Эффективность этих устройств крайне мала, так как они преобразуют в электроэнергию только 1-5 % кинетической энергии волн.
Одним из первых генераторов является устройство TAPCHAN, впервые установленное на одном из Норвежских островов в 1985 году. Это устройство состоит из бассейна и суживающегося канале, широкая часть которого обращена к морю. При движении волны по каналу её высота возрастает, т. е. происходит преобразование кинетической энергии потока в потенциальную. Накопившаяся в бассейне вода опять поступает в море, но по пути уже вращает турбину, связанную с генератором.
Другой вид преобразователя называется "осциллирующая колонна". Этот преобразователь неподвижен и также крепится к берегу или морскому дну. Волны пощупают в камеру клиновидной формы и сжимают воздух, который вращает лопасти турбины. При откате волны расширяющийся воздух продолжает вращать ротор турбины.
Более эффективна разработка австралийских ученых, основанная на том, что волны набегают иа параболическую поверхность, и в которой использована более совершенная турбина. В ближайшее время первая установка мощностью до 300 кВт будет размещена в штате Южный Уэльс. Такие устройства легко могут быть установлены на волноломах в портах, при этом электроэнергия будет направляться в местную электросеть.
Стоимость первой установки составляет примерно $2 млн., однако последующие модули будут стоить в два раза дешевле, а стоимость электроэнергии ожидается порядка 7,5 центов та 1 κΒт·ч. При доработке и совершенствовании конструкции можно будет добиться установленной мощности, 1 МВт и снизить стоимость электроэнергии до 5 центов за 1 кВт ч.
Мы также можем использовать энергию волн, поглощая её в гигантских плавающих устройствах. Потенциал огромен, например, можно вырабатывать 20 % необходимого Великобритании электричества таким образом, и лаже больше. В будущем плавучие ВлЭС могут быть использованы для снабжения морских судов энергией, топливом и пресной водой.
Энергии приливов и отливов
Другая форма океанической энергии называется приливно-отливной энергией. Приливы и отливы вызваны гравитационными эффектами Солнца и Луны. Когда потоки воды затопляют берег, они могут быть пойманы в водохранилищах позади дамб. При отливе накопленные запасы воды могут вращать лопасти гидротурбин, размещенных в дамбах. Для эффективной работы такой электростанции необходима определенная разность уровней воды при приливе и отливе (не менее 4 м), поэтому не так уж много мест на Земле, где такие электростанции могут быть сооружены.
Самая крупная приливная электростанция мощностью 240 МВт построена в устье реки Ранс (рис. 1.24) в Бретани (Франция). Электростанции меньшей мощности созданы в России (Кольский полуостров), Китае и в Канаде.
Рис. 1.24. Приливная электростанция в устье реки Ранс.
Крупномасштабному строительству при пивных электростанций в основном препятствуют экономические причины, так как их сооружение требует очень больших капитальных вложений.
Подводные течения
Во многих местах существуют сильные подводные течения, особенно между побережьем и островами.
Энергию таких потоков можно использовать в водяных турбинах, прикрепленных якорями к морскому дну. Исследования в данной области особенно интенсивно проводятся в Великобритании и Испании.
