Основные и нетрадиционные способы получения электроэнергии

теплообменниках, турбине  и в генераторе электрической  энергии.

Три насоса потребовались  из следующего расчета: один – для  подачи теплой виды

из океана, второй – для  подкачки холодной воды с глубины  около 700 м, третий

– для перекачки вторичной  рабочей жидкости внутри самой системы, т. е. из

конденсатора в испаритель. В качестве вторичной рабочий  жидкости применяется

аммиак.

Установка мини-ОТЕС смонтирована на барже. Под ее днищем помещен длинный

трубопровод для забора холодной воды. Трубопроводом служит полиэтиленовая

труба длиной 700 м с внутренним диаметром 50 см. Трубопровод прикреплен к

днищу судна с помощью  особого затвора, позволяющего в  случае необходимости

ого быстрое отсоединение. Полиэтиленовая труба одновременно используется и

для заякоривания системы  труба–судно. Оригинальность подобного  решения не

вызывает сомнений, поскольку  якорные постановки для разрабатываемых  ныне

более мощных систем ОТЕС являются весьма серьезной проблемой.

Впервые в истории техники  установка мини-ОТЕС смогла отдать во внешнюю нагрузку

полезную мощность, одновременно покрыв и собственные нужды. Опыт, полученный

при эксплуатации мини-ОТЕС, позволил быстро построить более  мощную

теплоэнергетическую установку  ОТЕС-1 и приступить к проектированию еще более

мощных систем подобного типа.

Новые станции ОТЕС на мощность во много десятков и

сотен мегаватт проекти

руются без судна. Это  – одна грандиозная труба, в

верхней части которой  находится круглый маши

нный зал, где размещены все необходимые устройства для

преобразования энергии.

                      4. Энергия приливов и отливов.                     

Веками люди размышляли над  причиной морских приливов и отливов. Сегодня мы

достоверно знаем, что  могучее природное явление –  ритмичное движение морских

вод вызывают силы притяжения Луны и Солнца. Поскольку Солнце находится от

Земли в 400 раз дальше, гораздо  меньшая масса Луны действует  на земные воды

вдвое сильнее, чем масса  Солнца. Поэтому решающую роль играет прилив,

вызванный Луной (лунный прилив). В морских просторах приливы  чередуются с

отливами теоретически через 6 ч 12 мин 30 с. Если Луна, Солнце и Земля

находятся на одной прямой, Солнце своим притяжением усиливает  воздействие

Луны, и тогда наступает  сильный прилив. Когда же Солнце стоит под прямым

углом к отрезку Земля-Луна (квадратура), наступает слабый прилив

(квадратурный, или малая  вода). Сильный и слабый приливы  чередуются через

семь дней.

Однако истинный ход прилива  и отлива весьма сложен. На него влияют

особенности движения небесных тел, характер береговой линии, глубина  воды,

морские течения и ветер.

Самые высокие и сильные  приливные волны возникают в  мелких и узких заливах

или устьях рек, впадающих  в моря и океаны. Приливная волна  Индийского океана

катится против течения Ганга  на расстояние 250 км от его устья. Приливная

волна Атлантического океана распространяется на 900 км вверх по Амазонке. В

закрытых морях, например Черном или Средиземном, возникают  малые приливные

волны высотой 50-70 см.

Максимально возможная мощность в одном цикле прилив – отлив, т. е. от одного

прилива до другого, выражается уравнением

    

где р – плотность воды, g – ускорение силы тяжести, S –

площадь приливного бассейна, R – разность уровней при приливе.

Как видно из формулы, для  использования приливной энергии  наиболее

подходящими можно считать  такие места на морском побережье, где приливы имеют

большую амплитуду, а контур и рельеф берега позволяют устроить большие

замкнутые «бассейны». Мощность электростанций в некоторых местах могла бы

составить 2–20 МВт.

Первая морская приливная электростанция мощностью

635 кВт была построена  в 1913 г. в бухте Ди окол

о Ливерпуля. В 1935 г. приливную электростанцию

начали строить в США. Американцы перегородил

и часть залива Пассамакводи на восточном поб

ережье, истратили 7 млн. долл., но работы пришлось прекратить из-за

неудобного для строительства, слишком глубокого

и мягкого морского дна, а также из-за того, что построенная неподал

еку крупная тепловая

электростанция дала боле

е дешевую энергию.

Аргентинские специалисты предлагали использоват

ь очень высокую приливную волну в

Магеллановом проливе, но правительство не утв

ердило дорогостоящий проект.

                        5. Энергия морских течений                       

Неисчерпаемые запасы кинетической энергии морских

течений, накопленные в океанах и морях, можно

превращать в механическую и электрическую энергию с

помощью турбин, погруженных  в воду (подобно ветряным мельницам, «погруженным» в

атмосферу).

Важнейшее и самое известное морское течение

– Гольфстрим. Его основная часть проходит через

Флоридский пролив между полуостровом Флорида и

Багамскими островами. Ши

рина течения составляет 60 км, глубина до 800

м, а поперечное сечение 28 км².

Энергию Р, которую несет такой поток воды со

скоростью 0,9 м/с, можно выразить формулой (в ваттах)

                   

где т–масса воды (кг), р–

плотность воды (кг/м³), А–

сечение (м²), v– скорость (м/с).

Подставив цифры, получим

                                                                           

    

    

Если бы мы смогли полностью  использовать эту энергию, она была бы экви

валентна суммарной энергии от 50 крупных

электростанций по 1000 МВт, Но эта цифра чисто теоретическая, а практич

ески можно рассчитывать на использование лишь

около 10% энергии течения.

В настоящее время в  ряде стран, и в первую очередь  в Англии, ведутся интенсивные

работы по использованию  энергии морских волн. Британские острова имеют очень

длинную береговую линию, к во многих места

х море остается бурным в течение длительного

времени. По оценкам ученых, за счет энергии морских волн

в английских территориальных водах можно было

бы получить мощность до 120 ГВт, что вдвое

превышает мощность всех электростанций, принадлежащих Британскому Центральному

электроэнергетическому управлению.

Один из проектов использования  морских волн основан на принципе колеблющегося

водяного столба. В гигантских «коробах» без дна и с отверстиями  вверху под

влиянием волн уровень  воды то поднимается, то опускается. Столб  воды в коробе

действует наподобие поршня: засасывает воздух и

нагнетает его в лопатки турбин. Главную трудность

здесь составляет согласование инерции рабочих

колес турбин с количеством воздуха в коробах, так

чтобы за счет инерции сохранялась  постоянной скорость вращения турбинных  валов

в широком диапазоне условий  на поверхности моря.

                            6. Энергия солнца.                           

Почти все источники энергии, о которых мы до сих пор говорили, так или иначе

используют энергию Солнца: уголь, нефть, природный газ суть не что иное, как

«законсервированная» солнечная  энергия. Она заключена в этом топливе с

незапамятных времен; под  действием солнечного тепла и  света на Земле росли

растения, накапливали в  себе энергию, а потом в результате длительных

процессов превратились в  употребляемое сегодня топливо. Солнце каждый год

даст человечеству миллиарды  тонн зерна и древесины. Энергия  рек и горных

водопадов также происходит от Солнца, которое поддерживает кругооборот  воды

на Земле.

Во всех приведенных примерах солнечная энергия используется косвенно, через

многие промежуточные  превращения. Заманчиво было бы исключить  эти превращения

и найти способ непосредственно  преобразовывать тепловое и световое излучение

Солнца, падающее на Землю, в  механическую или электрическую  энергию. Всего за

три  дня Солнце посылает на Землю   столько   энергии, сколько ее содержится

во всех разведанных запасах  ископаемых топлив, а за 1 с – 170 млрд. Дж.

Большую часть этой энергии  рассеивает или   поглощает атмосфера, особенно

облака, и только треть  ее достигает земной поверхности. Вся  энергия,

испускаемая    Солнцем, больше той ее части, которую получает Земля, в

5000000000 раз. Но даже такая  «ничтожная» величина в 1600 раз  больше энергии,

которую дают все остальные  источники, вместе взятые. Солнечная  энергия,

падающая на поверхность  одного озера, эквивалентна мощности крупной

электростанции.

Согласно легенде Архимед, находясь на берегу, уничтожил неприятельский

римский флот под Сиракузами. Как? При помощи зажигательных зеркал. Известно,

что подобные зеркала делались также в VI веке. А в середине XVIII столетия

французский естествоиспытатель Ж. Бюффон производил опыты с большим  вогнутым

зеркалом, состоящим из множества  маленьких плоских. Они были подвижными и

фокусировали в одну точку  отраженные солнечные лучи. Этот аппарат  был

способен в ясный летний день с расстояния 68 м довольно быстро воспламенить

пропитанное смолой дерево. Позднее во Франции было изготовлено  вогнутое

зеркало диаметром 1,3 м, в  фокусе которого можно было за 16 секунд расплавить

чугунный стержень. В Англии же отшлифовали большое двояковыпуклое стекло, с

его помощью удавалось  расплавлять чугун за три секунды  и гранит – за минуту.

В конце XIX века на Всемирной  выставке в Париже изобретатель О. Мушо

демонстрировал инсолятор  – в сущности первое устройство, превращавшее

солнечную энергию в механическую. Но принцип был тем же: большое  вогнутое

зеркало фокусировало солнечные  лучи на паровом котле, который приводил в

движение печатную машину, делавшую по 500 оттисков газеты в час. Через

несколько лет в Калифорнии построили действующий по такому же принципу

конический рефлектор  в паре с паровой машиной мощностью 15 л. с.

И хотя с той поры то в  одной, то в другой стране появляются экспериментальные

рефлекторы-нагреватели, а  в публикуемых статьях все  громче напоминают о

неиссякаемости нашего светила, рентабельнее они от этого не становятся и

широкого распространения  пока не получают: слишком дорогое  удовольствие это

даровое солнечное излучение.

Сегодня для преобразования солнечного излучения в эл

ектрическую энергию мы располагаем двумя возможностями: использо

вать солнечную энергию как источник тепла для выработки электроэнергии

традиционными способами (например, с помощью

турбогенераторов) или же непосредственно преобразовывать  солнечную энерги

ю в электрический ток в солнечных элементах.

Реализация обеих возможностей пока находится в зачаточной стадии. В значительно

более широких масштабах солнечную энергию

используют после ее концентрации при помощи зеркал – для плавления веществ,

дистилляции воды, н

агрева, отопления и т. д.

Поскольку энергия солнечного излучения распред

елена по большой площади (иными словами, име

ет низкую плотность), любая уста

новка для прямого использования солнечной энергии должна иметь собирающее

устройство (коллектор) с  достаточной поверхностью.

Простейшее устройство такого рода–плоский к

оллектор; в принципе это черная плита, хорошо

изолированная снизу. Она прикрыта ст

еклом или пластмассой, которая пропускает свет, но не

пропускает и

нфракрасное тепловое

излучение. В пространстве между

плитой и стеклом чаще всего размещают черные

трубки, через которые

текут вода, масло, ртуть, воздух, сернистый

ангидрид и т. п. Солнечное излучени

е, проникая через

стекло или пластмассу в коллектор, поглощается

черными трубками и плитой и нагрева

ет рабочее вещество

в трубках. Тепловое излучение не может выйти из

коллектора, поэтому температура  в нем значительно

выше (па 200–500°С), чем температура окружающего

воздуха. В этом проявляется  так называемый парниковый эффект. Обычные садовые

парники, по сути дела, представляют собой простые

коллекторы солнечного

излучения. Но чем дальше от тропиков, тем менее эфф

ективен горизонтальный

коллектор, а поворачивать его вслед за С

олнцем слишком трудно и дорого. Поэтому такие коллекторы, как правило,

устанавливают под определенным оптимальным углом к

югу.

Более сложным и дорогостоящим коллектором явля

ется вогнутое зеркало, которое сосредоточивает падающее излучение в малом

объеме около определенной геометрической точки –

фокуса. Отражающая поверхность  зеркала выполнена из металлизированной

пластмассы либо составлена из многих малых плоских зеркал, прикрепленных к

большому параболическому  основанию. Благодаря специальным  механизмам коллекторы

такого типа постоянно  повернуты к Солнцу–это позволяет  собирать возможно

большее количество солнечного излучения. Температура в рабочем  пространстве

зеркальных коллекторов  достигает 3000°С и выше.

Солнечная энергетика относится  к наиболее материалоемким видам  производства

энергии. Крупномасштабное использование солнечной энергии  влечет за собой

гигантское увеличение потребности  в материалах, а следовательно, и  в трудовых

ресурсах для добычи сырья, его обогащения, получения материалов, изготовление