Використання термальної енергії океану - студопедія

Використання енергетичних ресурсів океанів і морів

Використання сонячної енергії

Використання енергії океанів і морів. Використання енергії вітру

Поновлювані джерела енергії. Використання сонячної енергії.

Використання джерел відновлюваної енергії викликано екологічними проблемами. З усієї одержуваної людством енергії 18% припадає на поновлювані джерела енергії.

В таких джерелах енергії як стік річок, хвилі, припливи і відливи і вітер використовується механічна енергія. Теплова енергія використовується при перепаді (градієнті) температур води морів і океанів, повітря, надр землі (вулканів), промениста енергія - при сонячному випромінюванні, хімічна - з рослин і торфу.

У США експлуатуються сонячні колектори площею 10 млн. М 2. ВУкаіни - не перевищує 100 тис. М 2.

Наприклад, у м Жуковського випускають сонячні теплові колектори для підігріву води продуктивністю до 100 тисяч м3 на рік.

У каліфорнійській пустелі Мохаве побудовано кілька комерційних сонячних термоелектроустановок сумарною потужністю 275 МВт, а в Південній Каліфорнії ще дві такі установки модульної конструкції потужністю 80 і 300 МВт.

Також сонячні термоелектроустановкі діють в Іспанії (станція потужністю 5 МВт в Алмерії) і в Йорданії (станція потужністю 30 МВт).

Фотоелектроенергія проводиться напівпровідниковими приладами, що перетворюють сонячне випромінювання в електричний струм.

Фотоелектричні установки не впливають на природне середовище, безшумні, не мають рухомих частин, вимагають мінімального обслуговування, не потребують води. Їх можна монтувати у віддалених або посушливих районах, потужність таких установок становить від кількох ват (портативні модулі для засобів зв'язку і вимірювальних приладів) до багатьох мегават (площа кілька мільйонів квадратних метрів).

Наприклад сонячна батарея з ККД 12%, площею 40 м 2. змонтована в США на південному схилі даху будинку, здатна забезпечити всі побутові потреби в електроенергії.

Фото-енергетика досить перспективна для сільських районів країн, що розвиваються.

Океан - гігантський акумулятор і трансформатор сонячної енергії, що перетворюється в енергію течій, тепла і вітрів.

Енергетичні ресурси океану складають велику цінність як поновлювані і практично невичерпні. Досвід експлуатації вже діючих систем океанської енергетики показує, що вони не приносять будь-якого відчутного збитку океанської середовищі.

Ідея використання теплової енергії океану була запропонована ще в кінці ХІХ століття. Перші спроби її реалізації були зроблені в 30-х рр. нашого століття і показали перспективність цієї ідеї.

У 70-і рр. ряд країн приступив до проектування і будівництва досвідчених океанських теплових електростанцій (ОТЕС), що представляють собою складні великогабаритні споруди.

ОТЕС можуть розміщуватися на березі або перебувати в океані (на якірних системах або у вільному дрейфі). Робота ОТЕС заснована на принципі, що використовується в паровій машині. Розрахункова потужність проектованих ОТЕС становить 250 - 400 МВт.

Вченими Тихоокеанського океанологічного інституту АН СРСР було запропоновано і реалізується оригінальна ідея отримання електроенергії на основі різниці температур підлідної води і повітря, яка становить в арктичних районах 26 ° С і більше.

У порівнянні з традиційними тепловими та атомними електростанціями ОТЕС оцінюються фахівцями як більш економічно ефективні і практично не забруднюють океанську середу.

Нещодавнє відкриття гідротермальних джерел на дні Тихого океану народжують привабливу ідею створення підводних ОТЕС, що працюють на різниці температур джерел і оточуючих вод. Найбільш привабливими для розміщення ОТЕС є тропічні і арктичні широти.

Використання енергії припливів

Використання енергії припливів почалося вже в XI ст. для роботи млинів і лісопилок на берегах Білого і Північного морів. Досі подібні споруди служать жителям ряду прибережних країн. Зараз дослідження зі створення приливних електростанцій (ПЕС) ведуться в багатьох країнах світу.

Енергія припливів - результат дії приливообразующих сил Місяця і Сонця. Два рази на добу в один і той же час рівень океану то піднімається, то опускається. Далеко від берега коливання рівня води не перевищують 1 м, але у самого берега вони можуть досягати 13 м, як, наприклад, в Пенжинской губі на Охотському морі.

Приливні електростанції працюють за наступним принципом:

· У гирлі річки або затоці будується гребля, в корпусі якої встановлені гідроагрегати.

· За греблею створюється приливної басейн, який наповнюється приливним плином, що проходить через турбіни.

· При відпливу потік води спрямовується з басейну в море, обертаючи турбіни в зворотному напрямку.

Вважається економічно доцільним будівництво ПЕС в районах з приливними коливаннями рівня моря не менше 4 м.

Проектна потужність ПЕС залежить від характеру припливу в районі будівництва станції, від обсягу і площі приливної басейну, від числа турбін, встановлених в тілі греблі.

У 1968 р на узбережжі Баренцевого моря, недалеко від Харцизька, в Кислого губі споруджено першу в нашій країні дослідно-промислова ПЕС. У будівлі електростанції розміщено 2 гідроагрегати потужністю 400 кВт.

У Канаді працює приливна електростанція потужністю 4 млн. Кіловат, в Англії - 10 млн кіловат, у Франції потужністю в 240 і 9 тис. Кіловат, працюють також невеликі приливні електростанції і в Китаї.

На відміну від гідроенергії річок, середня величина приливної енергії мало змінюється від сезону до сезону, що дозволяє приливним електростанціям більш рівномірно забезпечувати енергією промислові підприємства.

Поки енергія приливних електростанцій обходиться дорожче енергії теплових електростанцій, але при більш раціональному здійсненні будівництва гідроспоруд цих станцій вартість вироблюваної ними енергії цілком можна знизити до вартості енергії річкових електростанцій.

Використання енергії хвиль

Ідея отримання електроенергії від морських хвиль була викладена ще в 1935 р радянським ученим К. Е. Ціолковського.

В основі роботи хвильових енергетичних станцій лежить вплив хвиль на поплавки, маятники, лопаті. Механічна енергія їх переміщень за допомогою електрогенераторів перетворюється в електричну.

В даний час волноенергетіческіе установки використовуються для енергоживлення автономних буїв, маяків, наукових приладів.

Почалося також промислове використання хвильової енергії. У Норвегії з 1985 р діє перша в світі промислова хвильова станція потужністю 850 кВт.

У 1978 р була випробувана модель установки довжиною 50 м, що складалася з 20-ти поплавців діаметром 1 м. Вироблена потужність склали 10 кВт.

Розроблено проект більш потужної установки з 20 - 30 поплавців діаметром 15 м, укріплених на валу, довжиною 1200 м. Передбачувана потужність установки 45 тис.кВт.

Подібні системи встановлені у західних берегів Британських островів, можуть забезпечити потреби Великобританії в електроенергії.

Створення хвильових електростанцій визначається оптимальним вибором акваторії океану зі стійким запасом хвильової енергії, ефективної конструкцією станції, в яку вбудовані пристрої згладжування нерівномірного режиму хвилювання.

Досвід експлуатації існуючих установок показав, що вироблювана ними електроенергія поки в 2-3 рази дорожче традиційної, але в майбутньому очікується значне зниження її вартості.

Використання енергії течій

Найбільш потужні течії океану - потенційне джерело енергії. Сучасний рівень техніки дозволяє витягувати енергію течій при швидкості потоку більше 1 м / с. При цьому потужність від 1 м 2 поперечного перерізу потоку складає близько 1 кВт.

Перспективним є використання таких потужних течій, як Гольфстрім і Куросіо. несучих відповідно 83 і 55 млн. м 3 / с води зі швидкістю до 2 м / с, і Флоридського течії (30 млн. м 3 / с, швидкість до 1,8 м / с).

Для океанської енергетики становлять інтерес течії в протоках Гібралтарській, Ла-Манш, Курильських.

Однак створення океанських електростанцій на енергії течій пов'язано поки з низкою технічних труднощів, насамперед зі створенням енергетичних установок великих розмірів, що становлять загрозу судноплавству.

Вся система "Кориолис" загальною довжиною 60 км буде орієнтована по основному потоку; ширина її при розташуванні турбін в 22 ряди по 11 турбін в кожному складе 30 км. (242 турбіни - потужність установки 10тис.МВт

Агрегати передбачається відбуксирувати до місця установки і заглибити на 30 м, щоб не перешкоджати судноплавству.

Це дозволить задовольнити потреби штату Флориди (США) на 10%.

Використання "солоної" енергії морів і океанів

Солона вода океанів і морів таїть в собі величезні неосвоєні запаси енергії, яка може бути ефективно перетворена в інші форми енергії в районах з великими градієнтами солоності, якими є гирла найбільших річок світу, таких як Амазонка, Парана, Конго та ін.

Осмотичний тиск, що виникає при змішуванні прісних річкових вод з солоними, пропорційно різниці в концентраціях солей в цих водах. В середньому це тиск становить 24 атм. а при впадінні річки Йордан в Мертве море 500 атм.

Як джерело осмотичної енергії передбачається також використовувати соляні куполи, укладені в товщі океанського дна.

Роботи по перетворенню "солоної" енергії в електричну знаходяться на стадії проектів і дослідних установок.

У гідроосмотіческой камері розсіл з соляного купола змішується з морською водою. Звідси проходить через напівпроникну мембрану вода під тиском надходить на турбіну, з'єднану з електрогенератором.

Як розчинники і розчинів використовуються прісна вода - морська вода або морська вода - розсіл. Останній отримують при розчиненні відкладень соляного купола.