Экологические проблемы мирового океана и истощение ресурсов пресной воды

     Приливные электростанции работают по следующему принципу:  в устье реки или заливе строится плотина, в корпусе которой установлены гидроагрегаты. За плотиной создается приливный бассейн, который наполняется приливным течением, проходящим через турбины. При отливе поток воды устремляется из бассейна в море, вращая турбины в обратном направлении. Считается экономически целесообразным строительство ПЭС в районах с приливными колебаниями уровня моря не менее 4 м. Проектная мощность ПЭС зависит от характера прилива в районе строительства станции, от объема и площади приливного бассейна, от числа турбин, установленных в теле плотины.

        В некоторых  проектах  предусмотрены двух- и  более бассейновые схемы ПЭС с целью выравнивания выработки электроэнергии. С созданием особых, капсульных турбин, действующих в обоих направлениях, открылись новые возможности повышения эффективности ПЭС при условии их включения в единую  энергетическую систему  региона или страны.

        При совпадении  времени прилива или отлива  с периодом наибольшего потребления энергии ПЭС работает в турбинном режиме, а при совпадении времени прилива или отлива с наименьшим потреблением энергии турбины ПЭС либо отключают, либо они работают в насосном режиме, наполняя бассейн выше уровня прилива или откачивая воду из бассейна.

        В 1968 г. на  побережье Баренцева моря в  Кислой губе сооружена первая в нашей  стране опытно-промышленная ПЭС. В здании электростанции размещено 2  гидроагрегата мощностью 400 кВт.

        Использование  великих сил приливов и отливов  Мирового океана, даже самих океанских волн – интересная проблема. К решению ее еще только приступают. Тут многое предстоит изучать, изобретать, конструировать.

                                 Энергия волн

        Идея получения   электроэнергии от морских волн  была  изложена еще в 1935 г. советским ученым К.Э.Циолковским.

        В основе  работы волновых энергетических  станций лежит  воздействие волн на рабочие органы, выполненные в виде поплавков, маятников, лопастей, оболочек и т.п. Механическая энергия их перемещений  с помощью электрогенераторов преобразуется в электрическую.

        В настоящее  время волноэнергетические установки используются для энергопитания автономных буев, маяков, научных приборов. Попутно крупные волновые станции могут быть использованы для волнозащиты морских буровых платформ, открытых рейдов, марикультурных хозяйств. Началось промышленное использование волновой энергии. В мире  уже около 400 маяков и навигационных буев получают питание от волновых установок. В Индии от волновой энергии работает плавучий маяк порта Мадрас. В Норвегии с 1985 г. действует первая в мире промышленная волновая станция мощностью 850 кВт.

        Создание волновых  электростанций определяется оптимальным  выбором акватории океана с устойчивым запасом волновой энергии, эффективной конструкцией станции, в которую встроены устройства сглаживания неравномерного режима волнения. Считается, что эффективно волновые станции могут  работать при использовании мощности около 80 кВт/м. Опыт эксплуатации существующих установок показал, что вырабатываемая ими электроэнергия пока в 2-3 раза дороже традиционной, но в будущем ожидается значительное снижение ее стоимости.

                              Энергия ветра

      Использование   энергии ветра имеет  многовековую  историю. Идея преобразования энергии ветра в электрическую возникла в конце Х1Хв.

В СССР первая ветровая электростанция (ВЭС) мощностью 100 кВт была построена в 1931 г. у города Ялта в Крыму. Тогда это была крупнейшая ВЭС в мире. Среднегодовая выработка станции составляла 270 МВт.час. В 1942 г. станция была разрушена.

        В период  энергетического кризиса 70-х гг. интерес к использованию энергии возрос. Началась разработка ВЭС как для прибрежной зоны, так и для открытого океана. Океанские ВЭС  способны вырабатывать энергии больше, чем расположенные на суше, поскольку ветры над океаном более сильные и постоянные.

        Строительство  ВЭС малой мощности (от сотен  ватт до десятков киловатт) для  энергоснабжения  приморских поселков,  маяков, опреснителей морской воды считается выгодным при среднегодовой скорости ветра 3,5-4 м/с.

Возведение ВЭС большой мощности (от сотен киловатт до сотен  мегаватт) для передачи электроэнергии в энергосистему страны оправдано там, где поперечного сечения воздушного потока, пропорциональна скорости ветра в третьей степени). Так, в Дании – одной из ведущих стран мира в области ветроэнергетики действует уже около 2500 ветровых установок общей мощностью 200 МВт.

        На тихоокеанском  побережье США в Калифорнии, где  скорость ветра 13 м/с и больше наблюдается в продолжение более 5 тыс, ч в году, работает уженесколько тысяч ветровых установок большой мощности. ВЭС различной мощности действуют в Норвегии, Нидерландах, Швеции, Италии, Китае, России и других странах.

        В связи  с непостоянством ветра по  скорости и направлению большое внимание уделяется созданию ветроустановок, работающих с другими источниками энергии. Энергию крупных океанских ВЭС предполагается использовать при производстве водорода из  океанской воды или при добыче полезных ископаемых со дна океана. Еще в конце Х1Х в. ветряной электродвигатель использовался Ф.Нансеном на судне "Фрам" для обеспечения участников полярной экспедиции светом и теплом во время дрейфа во льдах.

        В Дании  на полуострове Ютландия в  бухте Эбельтофт с 1985 г. действуют шестнадцать ВЭС мощностью 55 кВт каждая и одна ВЭС мощностью 100кВт. Ежегодно они вырабатывают 2800-3000 МВт.ч.

        Существует  проект прибрежной электростанции, использующей энергию ветра и прибоя одновременно.

                        Энергия  течений

        Наиболее  мощные течения океана – потенциальный  источник энергии(см.карту1). Современный уровень техники позволяет извлекать энергию течений при скорости потока более 1 м/с. При этом мощность от 1 кв.м поперечного сечения потока составляет около 1 кВт. Перспективным 83 и 55 млн. куб.м/с воды со скоростью до 2 м/с, и Флоридского течения (30 млн. куб.м/с, скорость до 1,8 м/с).

        Для океанской   энергетики представляют интерес  течения в проливах Гибралтарском, Ла-Манш, Курильских. Однако создание океанских электростанций на  энергии течений связано пока с рядом технических трудностей, прежде всего с созданием энергетических установок больших размеров, представляющих угрозу судоходству.

                               Система "Кориолис"

        Программа  " Кориолис" предусматривает установку  во Флоридском проливе в 30 км восточнее города Майами 242 турбин с двумя рабочими колесами диаметром 168 м,  вращающимися в противоположных направлениях.

Пара  рабочих колес размещается  внутри полой камеры из алюминия, обеспечивающей плавучесть турбины. Для повышения эффективности лопасти колес предполагается сделать достаточно гибкими. Вся система "Кориолис" общей длиной 60 км будет  ориентирована по основному потоку; ширина ее  при  расположении турбин в 22 ряда по 11 турбин в каждом составит 30 км.

Агрегаты предполагается отбуксировать  к месту установки и заглубить на 30м, чтобы не препятствовать судоходству.

        Полезная мощность  каждой турбины с учетом затрат  на эксплуатацию и потерь при передаче на берег составит 43 МВт, что позволит удовлетворить потребности штата Флориды (США) на 10%

        Первый опытный  образец подобной турбины диаметром  1,5 м был испытан во Флоридском проливе.

        Разработан  также проект турбины с рабочим колесом диаметром 12 м и мощностью 400 кВт.

                      "Соленая"  энергия

        Соленая вода   океанов  и морей таит в себе огромные неосвоенные запасы  энергии, которая может быть эффективно преобразована в другие формы энергии в районах с большими  градиентами солености, какими являются устья крупнейших рек мира, таких как Амазонка, Парана, Конго и др. Осмотическое давление, возникающее при смешении пресных речных вод  с  солеными, пропорционально разности в концентрациях солей в этих водах. В среднем это давление составляет 24 атм., а при впадении реки Иордан в Мертвое море 500 атм. В качестве источника осмотической энергии предполагается также использовать соляные купола, заключенные в толще океанского дна. Расчеты показали, что при использовании энергии, полученной при  растворении соли среднего по запасам нефти соляного купола, можно получить не меньше энергии, чем при использовании содержащейся в нем нефти.

        Работы по  преобразованию "соленой" энергии  в электрическую находятся  на стадии проектов и опытных установок. Среди предлагаемых вариантов представляют интерес гидроосмотические устройства с полупроницаемыми мембранами. В них происходит всасывание растворителя через мембрану в раствор. В качестве растворителей и растворов используются пресная вода – морская вода или морская вода – рассол. Последний получают при  растворении  отложений соляного купола.

   Морские  водоросли   как  источник  энергии

        В биомассе  водорослей, находящихся в океане, заключается огромное количество энергии. Предполагается использовать для переработки на топливо как  прибрежные водоросли, так и фитопланктон. В качестве  основных способов переработки  рассматриваются  сбраживание  углеводов водорослей в спирты и ферментация больших количеств водорослей без доступа воздуха для производства метана. Разрабатывается  также  технология переработки фитопланктона для производства жидкого топлива. Эту технологию предполагается совместить с эксплуатацией океанских термальных электростанций. Подогретые глубинные воды которых будут обеспечивать процесс  разведения фитопланктона теплом и    питательными веществами.

                                       Комплекс  "Биосоляр"

        В проекте  комплекса "Биосоляр" обосновывается возможность непрерывного  разведения микроводоросли хлорелла в специальных контейнерах, плавающих по поверхности открытого водоема. Комплекс включает систему связанных гибкими трубопроводами плавающих контейнеров на берегу или морской платформе оборудование для переработки водорослей. Контейнеры, играющие роль культиваторов, представляют собой плоские ячеистые поплавки из армированного полиэтилена, открытые сверху для доступа воздуха и солнечного света. Трубопроводами они связаны с отстойником и регенератором. В отстойник откачивается часть продукции для синтеза, а из регенератора в контейнеры поступают питательные вещества – остаток от анаэробной переработки в метантенке. Получаемый в нем биогаз содержит метан и углекислый газ.

        Предлагаются  и совсем экзотические проекты.  В одном из  них рассматривается, например, возможность установки электростанции прямо на айсберге. Холод, необходимый для работы станции, можно получать ото льда, а полученная     энергия используется  для  передвижения  гигантской глыбы замороженной пресной воды в те места земного шара, где ее очень мало, например в страны Ближнего Востока.   Другие  ученые предлагают использовать  полученную энергию для организации морских ферм, производящих продукты питания. Взоры ученых постоянно обращаются к неисчерпаемому источнику энергии – океану.

  VII. Биологические ресурсы

  О. — источник крупных  биологических ресурсов. Он даёт 12—15% белков животного происхождения  и 3—4% животных жиров общемирового  потребления. Мировой улов рыбы  и др. морепродуктов (кроме млекопитающих)  в 1971 составил 59,9 млн. т (в 1965 — 45,6, в 1970 — 60,6 млн. т). На  моря и океаны приходится свыше  4/5 общего мирового улова. Активное рыболовство охватывает всё новые районы О. До 1939 свыше 83% мирового улова падало на зону к С. от 20° с. ш., в 1970 она дала только 40%. В 1971 на Тихий океан приходилось 56% улова, на Атлантический океан — 39% и на Индийский океан — 5%. Наибольший удельный вес в промысле морских продуктов имеет рыба — около 90%, на различных моллюсков приходится около 5%, на ракообразных около 3%, на водные растения около 1,5%. Предметом промысла служат также морские млекопитающие (киты, тюлени и др.), вылов которых в 1970 превысил 540 тыс. т. Мировой морской промысел охватывает около 25% акватории О., основные промысловые районы расположены в пределах шельфа. В 1971 наибольшие уловы имели (в млн. т): Перу 10,6 (в 1972—73 добыча упала); Япония 9,9; СССР 7,3; Норвегия 3,1; США 2,8; Индия 1,8; Таиланд 1,6; Испания 1,5; Дания 1,4; Канада 1,3; Индонезия 1,25; ЮАР 1,1; Исландия 0,7. В связи с быстрым ростом освоения биологических ресурсов О. и применением мощной техники возникла опасность, что нерегулируемое и нерациональное использование биологических ресурсов О. приведёт к уменьшению их запасов или к невосстановимым потерям. В связи с необходимостью наиболее рационального освоения ресурсов животного и растительного мира О. встал вопрос о международном сотрудничестве в этой области, в частности об охране тех или иных обитателей О. Всё большую роль призвано играть осуществление искусственного воспроизводства наиболее цепных пород морских животных и растений.

Загрязнение Мирового океана.

Океан – колыбель жизни на Земле  и обитель половины существующих ныне типов организмов.

Океан – поистине неисчерпаемый  источник полезных ископаемых. Нефть, благородные металлы, редкоземельные элементы и т.п. хранят океанские  недра и океанские воды.

Значительный энергетический потенциал  сосредоточен в океанических волнах, приливах, термальных градиентах, морских  течениях. Дно океана дает около  четверти суммарной мировой добычи нефти. Океан служит одним из важнейших  источников пищевых ресурсов для  человечества, поставляя 25% белков животного  происхождения.

Велико его транспортное значение: более 75% мирового грузооборота приходится на его долю. Океан в значительной мере влияет на процесс климатообразования, на поддержание в состоянии равновесия основных частей атмосферы. Он является основным буфером, определяющим содержание СО2 в атмосфере и регулирующим тем самым интенсивность парникового эффекта.