Реферат: Океан как источник энергии
Однако наибольший интерес учёных вызывают холодные моря Крайнего Севера и Крайнего Юга. В частности, Охотское море. Профессор Эрвин Зюсс, долгие годы руководивший Исследовательским центром "Geomar", особо подчёркивает климатологический аспект: "Источником метана в Охотском море, как и во многих других периферийных морях, являются гидраты.
Охотское море более 9-ти месяцев в году покрыто льдом, и поднимающийся со дна метан удерживается этим ледяным покровом. Весной, когда лёд начинает таять, в атмосферу в считанные недели уходят огромные массы метана. Учитывая важность метана как парникового газа, следует очень внимательно изучить влияние этих сезонных выбросов на глобальный климат. Это поможет разобраться в тенденциях и механизмах климатических изменений, происходящих на Земле".
Чтобы понять, изменения какого масштаба имеет в виду Эрвин Зюсс, следует принять во внимание такую цифру: из одного кубометра гидрата, извлечённого со дна морского, выделяется 164 кубометра газообразного метана! То есть речь идёт, с одной стороны, о скрытом в гидратах метана колоссальном энергетическом потенциале, а с другой стороны, об огромной опасности, которую эти гидраты могут представлять для климата планеты.
А то, что месторождения газогидратов на морском дне действительно огромны, у специалистов не вызывает сомнений. Ганс Фаленкамп, профессор кафедры природоохранных технологий Дортмундского университета, говорит: "Запасы газогидратов геологи оценивают, соотнося их с суммарным объёмом разведанных на сегодняшний день месторождений нефти, природного газа и угля. Их вывод таков: залежи метана на дне морей и океанов обладают вдвое большими энергоресурсами, чем все прочие ископаемые энергоносители вместе взятые".
А это ни много ни мало – 10 тысяч миллиардов тонн. Однако технологии, пригодной для широкомасштабной добычи этого бесценного клада со дна моря, до недавнего времени не существовало. Коллега профессора Ганса Фаленкампа по кафедре природоохранных технологий Дортмундского университета – Хайко Юрген Шультц – говорит: "Предложенные до сих пор способы добычи были недостаточно эффективными. Произведённые расчёты показали, что метан, поднятый этими способами со дна моря, не может конкурировать с природным газом, добываемым традиционными методами".
Помимо низкой экономичности, есть и вторая проблема – безопасность. Залежи газогидратов располагаются на крутых склонах, на глубинах от 300 до 1000 метров и являются фактором, стабилизирующим морское дно в этих геологически-активных регионах. Широкомасштабная разработка месторождений может вызвать подводные оползни и, как следствие, разрушительные приливные волны – цунами.
Кроме того, нельзя не считаться с возможностью аварийных выбросов огромных масс метана в атмосферу, что чревато грандиозной экологической катастрофой, не говоря уже об угрозе здоровью и жизни персонала, обслуживающего добывающее оборудование. Но Хайко Юрген Шультц предложил недавно новый и, как он считает, весьма перспективный метод добычи газогидратов. По крайней мере, расчёты на компьютерной модели выглядят многообещающе: "Мы представили технологию, которая позволит обеспечить высокую эффективность и значительные объёмы добычи".
Чтобы получить газообразный метан из твёрдых газогидратов, их нужно расплавить, то есть нагреть. Проект Хайко Юргена Шультца предполагает прокладку специального трубопровода с платформы на поверхности моря до залежей газогидратов на морском дне. Особенность трубопровода в том, что он состоит из труб с двойной стенкой. Это как бы два трубопровода, из которых один пропущен сквозь другой. Хайко Юрген Шультц поясняет: "По принципу действия это напоминает кофеварку. По внутренней трубе мы подаём морскую воду, нагретую до 30...40 градусов, непосредственно к месторождению газогидратов.
Те плавятся, при этом из них выделяются пузырьки газообразного метана, которые вместе с водой поднимаются по внешней трубе наверх, к платформе. Там метан отделяется от воды и подаётся в цистерны или в магистральный трубопровод, а тёплая вода снова закачивается вниз, к залежам газогидратов".
Расчёты показывают, что при использовании такой технологии количество выработанной энергии в 40 раз превысит то количество, которое придётся затратить на добычу. То есть экономичность налицо. А как обстоит дело с экологичностью? Вопрос важный хотя бы уже потому, что метан – один из самых вредоносных для климата газов, – напоминает профессор Фаленкамп: "Все парниковые газы сравнивают, как правило, с углекислым газом. Если степень воздействия углекислого газа на климат условно принять за единицу, то парниковая активность метана составит 23 единицы".
Но если верить компьютерным расчётам, никаких аварийных выбросов метана ожидать не приходится. Более того, Хайко Юрген Шультц уверен, что его технология сводит на нет также и угрозу подводных оползней. В настоящее время он ищет инвесторов, чтобы реализовать свою идею на практике. Стоимость проекта оценивается в 100 миллионов евро.
Альтернативные источники энергии: энергия океана
Океан хранит в себе огромный запас энергии. Бесконечное движение приливов и волн, а также нагрев верхних слоев воды - все это может быть использовано для получения электричества. Это делает океан бесконечным и неисчерпаемым источником энергии. В качестве топлива используется вода, а энергия, производимая океаном - экологически чистая. Здесь нет выбросов диоксида углерода или других парниковых газов. Задача: взять весь потенциал энергии и превратить его во что-то полезное.
Приливы, волны и тепло океана требуют особых технологий по преобразованию скрытой в них энергии в электричество. Доказанными поставщиками электричества являются лишь приливные электростанции. Приливные станции во Франции и Новой Шотландии работают уже много лет, в других регионах также планируется строительство таких сооружений. Методы использования энергии волн океана также совершенствуются. Существуют прототипы волновых электростанций, работающие в Шотландии и Норвегии. Другие технологии все еще находятся на стадии эксперимента.
Самым большим ограничением для использовании энергии океана является строительство станции. Стоимость очень высока. Даже учитывая то, что топливо для станции бесплатное, проходит много времени, прежде чем вложения окупятся. Это означает, что электричество, получаемое из ископаемого топлива, дешевле в большинстве мест. Необходимость в получении экологически чистой энергии может изменить это представление и сделать энергию океана более экономичной.
Энергия прилива
Идея использования потока прилива датируется средними веками, родилась она в Европе. Прилив вращал водяные колеса, которые вращали жернова мельниц на побережье Бретани. Колонисты Новой Англии также использовали приливную энергию. Вдоль Лонг-Айленд-Саунда в Коннектикуте приливные бухты стали бассейнами мельниц, поток воды контролировали шлюзы. Позднее другие источники энергии превзошли силу прилива. Приливная энергия - единственный источник энергии океана, который мы используем сейчас.
Чтобы понять, как работает энергия прилива, нужно немного знать о его механизмах. Обычно, но не всегда, дважды в день море достигает высокой точки берега (происходит прилив) и нижней точки (отлив). Приливы и отливы происходят регулярно в одно и то же время. Обуславливает приливы сила гравитации. Приливное течение вызывают гравитационные силы: Луна, Солнце, а также вращение Земли. Погода также немного влияет на приливы: мощный шторм может вызывать волны выше обычных.
Простая приливная электростанция использует преимущества ландшафта залива или устья реки. Происходит это там, где движется прилив, в области, окруженной землей с одной или двух-трех сторон. В устье реки или заливе ставится приливное заграждение. Заграждение делит область прилива на верхний и нижний бассейны. В заграждении установлены турбины. Когда разница в уровне воды по сторонам заграждения достаточна, шлюзы открывают, чтобы протекающая вода вращала турбины. Турбины вращаются по мере прохождения воды из одного резервуара в другой, скорость зависит от объема прилива. Движение турбины вращает генератор, вырабатывающий электричество.
Самая старая приливная электростанция Ля Ранс находится в Бретани (Франция). Эта станция работала с 1966 года, она генерирует 240 мегаватт электричества. Королевская станция Аннаполис в Новой Шотландии (Канада), запущенная в 1984 году, вырабатывает 20 мегаватт электричества. Приливные электростанции строятся в Баренцевом море (Россия), в восьми местах Китая, Индии и Уэльса.
Энергия прилива кажется простой, но что если бы во многих заливах и устьях были бы электростанции? Строительство электростанции стоит дорого, поэтому она должна генерировать достаточно электричества, чтобы окупить эти инвестиции. Инвестиции окупаются, когда разница между приливом и отливом составляет как минимум 5 метров. Приливы с меньшей разницей не генерируют достаточно электричества, чтобы окупить строительство электростанции. Приливы такой силы наблюдаются всего в 40 местах мира.
Приливной забор работает по принципу заграждения. Однако вместо однородной дамбы забор состоит из серии турбин, установленных в открытый забор, больше похожий на шлюз в воде. Турбины рабоатют на вертикальной оси. Одно из преимуществ забора в том, что он не полностью блокирует залив. Приливной забор может быть установлен в месте течения.
Приливное течение может генерировать столько же энергии, сколько и ветер на большой скорости. Происходит это, потому что плотность воды больше плотности воздуха, поэтому она несет больше энергии. Приливной забор нуждается в скорости течения 5-8 узлов (6-9 м/час), чтобы выработать достаточно электричества для экономической выгодности проекта. Приливной забор менее выгоден в установке, в сравнении с заграждением. Проект с приливным забором работает в Сан-Бернардино-Стрейт на Филиппинах.
Приливные турбины очень похожи на ветряные и могут быть установлены везде, где есть приливы достаточной силы. Лопасти похожи на гигантский пропеллер. Лезвия турбины не насколько велики, как ветряные: часто 15 метров в диаметре (лопасти турбин достигают 60 метров). Турбины прикреплены ко дну на глубине 20-30 метров, где есть течение в 3,6-4,9 морских узлов (4 - 5,5 м/час). На этой скорости приливная турбина вырабатывает гораздо больше электроэнергии, нежели ветряная. Во многих местах есть станции тестирования приливных турбин, одно из таких мест Ист Ривер в Нью-Йорке.
Проблемы приливной энергии
Энергия прилива не производит выбросов. Однако влияние дамб и турбин на жизнь морских обитателей неизвестно. Мы знаем, что дамбы и заграждения влияют на миграцию, а также движение осадочных пород в устье или заливе. Поэтому дамба должна влиять на локальную экосистему. Приливные заборы решают часть этих проблем. Открытая структура позволяет двигаться илу, песку и мелким морским обитателям. Однако крупные рыбы и морские млекопитающие не смогут проходить сквозь турбины без повреждений, которые могут повлиять на миграцию. Отдельностоящие турбины меньше всего влияют на экосистему. Приливные заборы еще предстоит усовершенствовать, хотя и их влияние остается малоизученным.
Сейчас большой проблемой на пути широкого использования энергии прилива является цена. Приливные электростанции недороги в эксплуатации, особенно учитывая то, что морская вода как топливо - бесплатная. Однако установка этих станций стоит дорого, стоимость создания самих турбин ниже, чем цена возведения заграждений. Стоимость строительства делает энергию, генерируемую электростанциями сейчас более дорогой, чем энергию ископаемого топлива.
Энергия волн
Очень просто увидеть энергию волн, бьющихся о берег. Они могут разбиваться в белую соленую пену, ровно лежающую на берегу - волны наделены жестокой силой. Однако энергия волн не просто сокрушительна. Вдалеке от берега движение океана прячет еще более мощную энергию. Постоянное соударение волн никогда не прекращается. Исследователи энергии волн рассматривают как использование энергии разбивающихся волн на наземных станциях, так и постоянное движение волн на морских устройствах.