Океан – гигантский аккумулятор и преобразователь лучистой энергии Солнца, кинетической энергии ветра, механической энергии вращения Земли и космической энергии притяжения Луны. Все эти виды энергии преобразуются в океане в тепловую энергию и энергию горизонтального и вертикального движения водных масс.
Тепловая энергия моря прямо или косвенно (через испарение) используется атмосферой, кинетическая энергия волн, течений и приливов расходуется на трение, возникающее при перемешивании воды и соприкосновении водных масс с берегами и дном.
Многочисленные проекты использования энергии волн и течений пока не имеют промышленного значения, поэтому инженерная мысль сосредоточена сейчас на эксплуатации приливных колебаний уровня моря и разницы в температуре воды верхних и глубинных слоев океана.
Приливные колебания уровня человек научился использовать давно. В старинных хрониках первые упоминания о приливных мельницах относятся к XI в. На Британских островах в устье р. Дебек и в настоящее время работает такая мельница; о ней говорится в записях Лудбриджского прихода, относящихся к 1170 г. В средние века приливные мельницы и лесопилки работали во многих местах атлантического побережья Западной Европы. Некоторые из них дожили и до середины XX столетия. В. России приливные мельницы мололи зерно на побережье Белого моря. О двух таких мельницах упоминается в оброчной грамоте 1553 г. и в жалованной грамоте того же времени, выданной опричным приказом жителю села Золотицы Григорию Никитичу; во второй грамоте указано место, где они были поставлены, именно в устьях рек Золотицы и Пушлахты. В XVII в. приливная мельница и лесопилка работали на Соловецких островах. В 1760-1764 гг. в Англии был даже объявлен конкурс на лучший проект приливной мельницы. Из девяти представленных моделей пять были премированы.
Энергия морских приливов, в отличие от многих других видов энергии на Земле, не иссякает, так как поддерживается космическими силами притяжения Луны и Солнца и не зависит от перемен в климате и погоде как зависит от них энергия рек. Однажды построенная, приливная станция будет бесперебойно работать тысячи лет, если не случится геологической катастрофы, которая резко изменит уровень моря, или катастрофы космической, в результате которой нарушится взаимодействие сил тяготения в нашей солнечной системе.
Принцип работы приливной электростанции прост. Бухта, отделенная от моря плотиной, образует водохранилище. Во время прилива вода наполняет его и одновременно вращает турбины электростанции; во время отлива вода стекает обратно в море и снова вращает турбины. Турбины устанавливаются в горизонтальных шахтах и устроены так, что могут работать независимо от направления движения воды. Кроме того, лопатки у них могут менять угол наклона к струе воды, что позволяет поддерживать одинаковые обороты при переменном напоре, который меняется вместе с изменением разницы в уровнях воды в море и водохранилище.
У приливных электростанций есть, однако, неудобства, связанные с неравномерным распределением приливной энергии во времени. Величина прилива меняется в течение месяца вместе с фазами Луны и в продолжении суток вследствие вращения Земли вокруг своей оси. Около времени полного прилива и полного отлива станции перестают работать, так как уровни в море и водохранилище выравниваются. Однако различные технические усовершенствования позволяют сократить до минимума простой турбин в течение суток, а комбинированная работа вместе с речной или тепловой электростанцией может выровнять выработку электроэнергии как в течение суточного, так и месячного цикла.
Из числа европейских стран Франция первая вплотную занялась разработкой проектов приливных электростанций. В 1960 г. во Франции в устье р. Ране заработала первая очередь опытной приливной станции мощностью 9 тыс. кВт. Небольшие приливные электростанции работают в Китае. По времени их пуска Китай даже опередил Францию. В России строится опытная приливная электростанция в Кисловской губе на Мурманском побережье и разрабатываются проекты приливных станций в Лумбовской губе и в Мезенском заливе. Подходящие условия для работы приливных электростанций имеются и на нашем тихоокеанском побережье, где величина приливов местами, например, в заливе Шелихова, достигает 10-13 м.
Гидроэнергия рек на земном шаре оценивается в 3750 млн. кВт, энергия приливов – 1000 млн. кВт. Если только третью часть приливной энергии морей удастся освоить, это будет немаловажный вклад в энергетические ресурсы человечества. В прилагаемой таблице перечислены проекты крупнейших приливных электростанций мира.
Другой доступный вид энергии, который может дать море, – термическая энергия. В тропических областях океана температура воды на поверхности 26-28?, а на глубине 400-500 м – около 8-10?, что составляет разницу порядка 20?. Обычно паровые двигатели работают при разнице температур 100 и более градусов. Оказывается, можно их заставить работать и при разнице в 20?. Для этого надо, чтобы вода находилась в котле, где атмосферное давление понижено до 0,01 атмосферы. При таком низком давлении вода закипает и образует пар при температуре 28?. Пар вращает турбину, тоже находящуюся в вакууме. Глубинная вода, подаваемая по турбинам, служит для охлаждения. Газы, содержащиеся в морской воде, предварительно удаляются, чтобы при выделении они не увеличивали атмосферное давление в котле и турбине. Такая гидротермическая электростанция с двумя генераторами по 7 тыс. кВт строится французскими инженерами в Абиджане (Берег Слоновой Кости). Когда все технические трудности будут преодолены и станция начнет работать, откроется новый практически неистощимый источник энергии.
Все виды энергии, которыми пользуется сейчас человечество, бледнеют перед гигантской силой, которую можно извлечь из так называемой тяжелой воды. В такой воде атом кислорода соединен с двумя атомами тяжелого изотопа водорода – дейтерия. Один килограмм тяжелой воды может дать атомную энергию, равную энергии 400 т каменного угля; 5 кг тяжелой воды заменяют 1 кг урана. В случае же овладения человеком термоядерными процессами при соединении дейтерия, извлеченного из тяжелой воды, с литием, 1 кг этого нового вещества, получившего название дейтерида лития, даст энергию, равную 300 тыс. т угля. При превращении 1 г чистого дейтерия в более устойчивые ядра гелия выделится энергии в 10 млн. раз больше, чем при сгорании 1 г угля. Это значит, что в кубе обыкновенной воды со сторонами в 230 м (по подсчетам академика Н. Н. Семенова) заключена энергия, эквивалентная ежегодной мировой добыче угля.
В природных условиях одна часть тяжелой воды приходится в среднем на 5000 частей обыкновенной воды. Таким образом, в океане содержится 274 млрд. т тяжелой воды. Сейчас, употребляя на топливо, мы пускаем "на ветер" огромные количества нефти, каменного угля. Между тем нефть и уголь представляют собой незаменимое сырье для изготовления самых разнообразных синтетических материалов (пластмасс, тканей, каучука и др.), одно перечисление которых заняло бы много страниц. Не следует ли подумать о скорейшей разработке дешевых методов извлечения из морской воды составной ее части – тяжелой воды для получения энергии в самых широких масштабах? Тогда неисчерпаемые энергетические ресурсы океана могут быть использованы для опреснения морской воды, орошения засушливых областей суши и для поднятия глубинных вод, богатых питательными солями, с целью повышения продуктивности прибрежных районов океана.
Источник: