Енергія припливів, течій і хвиль [1988 Арабаджи М.С.
Іншим видом енергії, використання якої може бути здійснено без помітного впливу на навколишнє середовище, є механічна енергія припливів, течій і хвиль.
Значною енергією володіють припливи, особливо на ділянках узбережжя, з великою амплітудою припливів-рухів. Величина енергії залежить також і від площі басейну, рівень якого істотно змінюється в результаті припливів і відливів.
На рис. 1 були показані райони з найбільшими значеннями амплітуди коливань припливів і відливів. Серед таких районів особливий інтерес представляє Ла-Манш, на берегах якого середня амплітуда припливів становить 14,1 м. У зв'язку з проявом коріолісовой сили амплітуда припливів особливо велика в південній частині Ла-Маншу, біля узбережжя Франції, біля берегів островів Гернсі і Джерсі. За оцінками фахівців, загальна електрична енергія, яку могли б виробити припливи Ла-Маншу, дорівнює не менше 10-20 ГВт * (рис. 50). Відповідно до одного з проектів освоєння цієї енергії тут повинні бути побудовані греблі загальною довжиною близько 100 км, які з'єднають південний і східний берега затоки Сен-Мало з островом Джерсі і відсічуть частина моря площею близько 2200 км2. Гарантована потужність електростанції, що використовують енергію припливів в цій порівняно невеликій частині Ла-Маншу, становить 4 ГВт; Річна продуктивність електроенергії, за розрахунками проектувальників, складе 34 ГВт / год.
* ()
Принцип дії припливних електростанцій простий і нагадує роботу звичайних гідроелектростанцій. Різниця рівнів води по різні боки греблі дає можливість використання потенційної енергії води турбінами, вмонтованими в тіло греблі. При цьому, в залежності від часу доби, створюється можливість поперемінного використання потоків різного спрямування (припливів і відливів) і практично безперервної роботи електростанції.
Звичайно, практична реалізація подібних проектів - справа майбутнього, так як вимагає величезних капітальних вкладень. Однак уже зараз в різних країнах створюють порівняно невеликі досвідчені приливні електростанції. Так, у Франції, в естуарії р. РАНС на сході Бретані, побудована і працює приливна електростанція потужністю 240 МВт, яка використовує припливи амплітудою в 13,5 м. У нашій країні на узбережжі Білого моря, в районі Кислого губи, діє припливна електростанція потужністю 0,8 МВт. Тут же, на березі Кольського півострова, до 1990 року планують побудувати Кольському приливну електростанцію потужністю 38 МВт, а згодом і мезенский потужністю вже в 15,2 ГВт. Значні ресурси енергії припливів і на сході країни, особливо в Охотському морі, де висота припливів досягає 13 м. За оцінками вчених, в Тугурской затоці Охотського моря приливна електростанція могла б виробляти 7 ГВт, а в Пенжінском затоці - навіть 25 ГВт електроенергії. Роблять спроби використання енергії припливів і в деяких інших країнах.
Загальні запаси енергії, яка могла б бути отримана в результаті використання енергії припливів, оцінюють в 1,5х1012 Вт.
Ще одним видом енергії, яку можна застосувати без негативних екологічних наслідків, є енергія течій. Швидкість течій іноді вимірюється кількома метрами в секунду, а переносяться ними обсяги води досягають мільйонів кубометрів в секунду. Гольфстрім, наприклад, переносить 80, а Куросіо - близько 55 млн. М3 води в секунду при швидкості до 2,5 м / с. Практичне використання енергії течії припускають здійснювати спеціальними зануреними гондолами, що містять турбіну і генератор. Такі гондоли будуть стати на якір в різних ділянках океану на глибині максимальної швидкості течії і з'єднані з сушею лише кабелем. Таким чином, особливо дорогих капітальних витрат у вигляді будівництва гребель тут не буде потрібно.
Загальну енергію течій, яку можна переробити в електричну, оцінюють в 1,1х1012 Вт. Однак ця цифра може бути збільшена до 2х1012 Вт, якщо врахувати також можливість використання приливних течій.
Ще одним видом механічної енергії океану, який може бути використаний людиною без помітних екологічних наслідків, є енергія хвиль. І дійсно, на руйнування корінних порід берега, дроблення, обливання і перенесення продуктів морської абразії витрачається величезна енергія. За оцінками фахівців, тільки на одному метрі берега механічна енергія хвиль досягає в середньому 10 кВт.
Пропонують безліч способів практичного перетворення механічної енергії хвиль в електрику. У найбільш загальній формі ці способи можна розділити на три групи в залежності від положення енергетичного блоку: над поверхнею води, на поверхні води, на дні.
Перша група проектів силових установок використовує коливання рівня моря при його хвилюванні для створення коливань тиску повітря під ковпаком, жорстко закріпленому на поверхні води. Дзвін пов'язаний з атмосферою отвором, в якому встановлена турбіна; періодичні коливання рівня води під дзвоном, таким чином, обумовлюють зміни тут обсягу повітря. А що входить і виходить потоки повітря приводять в дію турбіну і пов'язаний з нею генератор.
Подібний принцип дії у гідравлічній камери Рассела - хвилі періодично заповнюють резервуар, жорстко закріплений поблизу поверхні води (але в межах досяжності хвиль), а випливає з резервуара вода приводить в дію турбіну.
Ряд запропонованих пристроїв розташовується безпосередньо на поверхні води. Це і плаваючі шарнірні пластини, що згинаються під дією хвиль і обертають турбіну за допомогою системи важелів; і плаваючий ексцентрик - "качка", форма якої забезпечує її обертання на горизонтальній осі під дією хвиль.
Представником третьої групи пристроїв може служити генератор, що працює в Монако. Тут на дні закріплена спіральна пружина, що забезпечує постійний натяг троса, з'єднаного з плаваючим на поверхні буем. Під дією хвиль буй переміщається вгору-вниз, а пов'язаний з ним трос пускає в хід закріплений на дні генератор.
Наведені приклади запропонованих пристроїв для перетворення механічної енергії хвиль демонструють принципову простоту отримання електричної енергії не тільки поблизу берегів, але і практично в будь-якій точці акваторії, причому без будь-яких небажаних екологічних наслідків.
Загальний запас механічної енергії хвиль надзвичайно великий; тільки ту її частину, яка розсіюється поблизу берегів, оцінюють в 2х10 12 Вт.