Использование энергии прилива для решения актуальной проблемы современной энергетики

Когда человек впервые видит величественное явление прилива, первая его мысль — какая сила!

Действительно, стоя на высоком обрыве скал мыса Карговый, что в устье Кулоя, можно видеть просторы желтеющих песков, которые в течение нескольких часов покрываются 5—8-метровым слоем воды. 14 млрд. куб. м воды за 6 часов 12 минут приносит сюда прилив. Это 600 тыс. куб. м в секунду, т. е. в 75 раз больше среднегодового расхода Волги у г. Куйбышева. Есть места на морских побережьях, где приливный подъем воды еще выше. У нас в Охотском море у мыса Астрономического величина прилива достигает 9,3 м, на берегах Бретани во Франции—13,3 м, в Бристольском заливе в Англии— 14,5 м, а в канадском порту Монктон—16 м.

Но вот странное положение. Люди, зная об этой силе много веков, построив приливные мельницы уже 1000 лет назад, сегодня смогли построить лишь одну приливную электростанцию (ПЭС), использующую энергию прилива для промышленности (Ране, во Франции).

Недоумение выясняется при рассмотрении характера и закономерностей самого явления.

До самого последнего времени на страницах различных популярных, а подчас и научных изданий появляются данные «астрономически» больших величинах энергии прилива 7 * 10¹⁶ квт/ч. и его мощности — 4 • 10¹⁰ или даже 8 триллионов квт. Анализ природы прилива позволяет установить реальный масштаб его энергии.

Теория прилива разрабатывалась Ньютоном, Лапласом, Дж. Эри, Дж. Дарвином, А. Пуанкаре и другими выдающимися учеными. Под действием гравитационных и центробежных сил системы Земля — Луна — Солнце возникает приливообразующая сила. Составляя миллионные доли силы тяжести и воздействуя на огромные массы вод Мирового океана, она вызывает эффект приливных колебаний их уровня. Поле приливообразующей силы создает эллипсоид прилива, окружающего Землю. Большая ось этого эллипсоида все время направлена на Луну, и, таким образом, приливообразующая сила имеет наибольшую величину в пунктах земной поверхности, расположенных «под Луной» (зенит) и на противоположной стороне Земли (надир).

При суточном вращении Земли каждая точка ее поверхности находится под действием непрерывно меняющейся приливообразующей силы. Возникающая при этом в Мировом океане приливная волна обегает земной шар навстречу вращению Земли. Из наблюдений и расчетов установлена величина торможения, вызванного потерей 1 млрд, квт из общей энергии вращения Земли 8 * 10⁹ млрд. квт. Вот этим числом — 1 млрд, квт — и следует оценивать величину мощности приливной энергии Мирового океана.

Точное определение потенциальной мощности прилива в конкретном бассейне можно сделать при помощи расчетов или путем непосредственного замера хода уровней и скорости приливных течений. Приближенная оценка технического потенциала бассейна может быть получена (на основе графического метода автора) по простым формулам:

Рассматривая вращение Земли внутри эллипсоида прилива, мы видим, что для каждого пункта земной поверхности приливообразующая сила в течение лунных суток (24 часа 50 минут) дважды достигает своего максимального значения— за солнечные сутки наблюдаются два прилива или два отлива. Понятно, что суточный ход приливной энергии имеет такой же волнообразный характер—два подъема и два спада. Это обстоятельство — первая трудность на пути использования энергии прилива.

В самом деле, в заливе, отсеченном от моря плотиной, уровень моря в течение 6 часов 12 минут поднимается и затем столько же времени опускается. Ясно, что если в плотине расположить турбины приливной электростанции, то мощность их под влиянием этого переменного напора будет также переменной. Наступает момент, когда разность уровней моря и отгороженного от него бассейна окажется настолько малой, что турбины остановятся. Затем, когда образуется достаточный для вращения турбин напор обратного направления (при отливе), турбины начнут вращаться опять, постепенно набирая мощность.

Неудобство такого режима усложняется еще и тем, что лунные сутки длятся на 50 минут больше солнечных. Кроме того, величина прилива, а следовательно, и его энергия меняются еще и в течение месяца. Происходит это потому, что наряду с лунным существует также меньший по величине солнечный прилив. Суммарный прилив бывает наибольшим тогда, когда Земля, Луна и Солнце расположены почти на одной прямой (момент новолуния или полнолуния — сизигия), и наименьшим, когда направления на Луну и Солнце составляют между собой прямой угол (момент первой или последней четверти Луны — квадратура). Сизигия повторяется через каждые 14,2 суток, и в результате возникают дополнительные колебания приливной мощности с двухнедельным периодом. В этом состоит вторая трудность использования энергии прилива.