Энергия моря. Энергия волн и ветра. Течения и приливы

После эмбарго на нефть в 1973 г. США начали серьезные поиски альтернативных способов получения энергии для промышленности и нужд торговли. Стало неизбежно обращение к океанам. В табл. 19.10 просто перечислены типы источников энергии, имеющихся в океанах, количество энергии для каждого из типов и грубые оценки того, к какому году технические проблемы извлечения энергии могут быть решены и когда может начаться производство этой энергии.

Проанализируем вкратце достоинства и недостатки некоторых способов получения энергии, а более детально рассмотрим один из них — использование температурных градиентов.

Энергия волн и ветра. Разрабатывать технологию для извлечения волновой энергии имеет смысл главным образом по двум причинам. Во- первых, ветровые волны представляют собой кумулятивный результат действия ветров, дующих над огромными просторами океанов, т. е. они накапливают рассеянную ветровую энергию, так что имеет смысл «почерпнуть» из этого «резервуара». Во-вторых, волны переносят накопленную энергию непосредственно к берегам густонаселенных приморских территорий, где эта энергия так необходима.

С другой стороны, использование энергии волн и ветра имеет очевидные недостатки. Во-первых, прибрежные флора и фауна зависят от волновой и ветровой энергии, питающей процесс перемешивания воды (гл. 18), так что если мы будем отбирать эту энергию вблизи побережья, то это окажет прямое воздействие на данное сообщество. Во-вторых, чтобы добиться значительных экономических результатов, придется разместить как волновые, так и ветровые генераторы на больших площадях и тем самым создать эстетически неприемлемые изменения морского пейзажа.

Течения и приливы. Популярные технические журналы часто публикуют образные представления художников об огромных затопленных турбинах, поставленных на якорь посреди Гольфстрима и усердно вращающих генераторы, извлекая тем самым электрическую энергию из самого этого течения. Те из нас, кто работал в море или оплачивал счета других занимающихся этим людей, знают, что все это лишь головокружительные мечты.

Тем не менее я бывал на некоторых отдаленных островах, где можно использовать мощные приливные течения, поставив такие затопленные турбогенераторы. Один такой пример — проход между Анхель-де-ла-Гуарда и восточным берегом Нижней Калифорнии, используемый приливными течениями. Называемый по-испански «Sale Si Puedes» («Уходи, если можешь!»), этот проход отличается приливными течениями со скоростью более 2 м/с. Местное население вполне могло бы избежать больших расходов на ввоз нефти, направив эти средства на установку в море подходящего турбогенератора.

Что касается того, чтобы «запрячь» все приливное перемещение воды в закрытых заливах, то французы в 1966 г. построили первую крупную и эффективно действующую установку в устье своей реки Ране (на севере Бретани), где величина приливов перед плотиной превышает 8 м. Плотина запирает залив площадью 22 км2; 24 установленные в ней турбины генерируют более полумиллиарда киловатт-часов электроэнергии в год, используя около 18% всей энергии местных приливов. Если сравнивать затраты, то стоимость энергии на данной приливной электростанции примерно вдвое больше, чем на обычной речной гидроэлектростанции с турбинами в теле плотины. Подходящих мест для станций такого типа мало (некоторые из них показаны на рис. 18.3). Наиболее тщательно изучена площадка в Северной Америке — в заливе Пассамакуодди на границе США и канадской провинции Новая Шотландия. В этом заливе средняя высота прилива перед проектируемой плотиной составляет около 5,5 м, максимально возможная средняя мощность — 1800 МВт; начиная с 1930-х годов исследования в заливе проводились несколько раз. Они все еще не завершены.

Общая перспектива развития приливных электростанций такова: если соорудить их по всему миру, то и тогда они смогут дать только 1% всей энергии гидроэлектростанций (Hubbert, 1969). В свою очередь все ГЭС мира обеспечивают только 6—7% потребления энергии. Таким образом, энергия приливов составляет лишь незначительную часть мировой системы энергетики.

Искусственный апвеллинг, биологические превращения и осмотическое давление. Покойный Джон Айзекс из Института океанографии Скриппса однажды предложил устанавливать реакторы АЭС на океанском дне, с тем чтобы тепло от них нагревало окружающую морскую воду и вызывало ее конвекцию и подъем на поверхность. При таком искусственном апвеллинге богатая питательными веществами придонная вода стимулировала бы развитие растений. Если этими растениями окажутся, например, крупные водоросли, их можно будет перерабатывать в целый ряд пищевых продуктов и химикатов, а остатки сжигать для получения дополнительной энергии.

Айзекс предполагал также, что разность соленостей морской и пресной воды представляет собой большой потенциальный источник энергии. Решение проблемы регулирования осмотического давления, упомянутой по отношению к морским организмам в гл. 7, также может стать источником энергии, если создать большой гидравлический напор (рис. 19.24).

Важнейший элемент в этом процессе — мембрана, которая могла бы «перекачивать» пресную воду в морскую, не разрушаясь под большим давлением и не забиваясь обломочным материалом. Табл. 19.10 показывает, что потенциальные запасы такой энергии огромны, и они возобновляются непосредственно в ходе гидрологического цикла испарения воды из морей, образования атмосферных осадков и речного стока с суши. Но оценка времени, когда могла бы начаться эксплуатация этого источника энергии, — 2050 г. — это в лучшем случае просто догадка!