Энергетика мира
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
[pic]
где р – плотность воды, g – ускорение свободного падения, 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 около Ливерпуля. В 1935 г. приливную
электростанцию начали строить в США. Американцы перегородили часть залива
Пассамакводи на восточном побережье, 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 неподалеку
крупная тепловая электростанция дала более дешевую энергию.
Аргентинские специалисты предлагали использовать очень высокую
приливную волну в Магеллановом проливе, но правительство не утвердило
дорогостоящий проект.
С 1967 г. в устье реки Ранс во Франции на приливах высотой до 13
метров работает ПЭС мощностью 240 тыс. кВт с годовой отдачей 540 тыс.
кВт/ч. Советский инженер Бернштейн разработал удобный способ постройки
блоков ПЭС, буксируемых на плаву в нужные места, и рассчитал рентабельную
процедуру включения ПЭС в энергосети в часы их максимальной нагрузки
потребителями. Его идеи проверены на ПЭС, построенной в 1968 году в Кислой
Губе около Мурманска; своей очереди ждет ПЭС на 6 млн. кВт в Мезенском
заливе на Баренцевом море.
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. Ширина 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):
[pic]
где т–масса воды (кг), р–плотность воды (кг/м3), А–сечение (м2), v–
скорость (м/с). Подставив цифры, получим 50000МВт. Если бы мы смогли
полностью использовать эту энергию, она была бы эквивалентна суммарной
энергии от 50 крупных электростанций по 1000 МВт, Но эта цифра чисто
теоретическая, а практически 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, во многих местах 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.
Энергия земли
Тепло от горячих горных пород в земной коре тоже может генерировать
электричество. Через пробуренные в горной породе скважины вниз накачивается
холодная вода, а в вверх поднимается образованный из воды пар, который
вращает турбину. Такой вид энергии называется геотермальной энергией. Она
используется, например, в Новой Зеландии и Исландии.
Энергия из отходов
Одним из наиболее необычных видов использования отходов человеческой
деятельности является получение электроэнергии из мусора. Проблема
городских свалок стала одной из наиболее актуальных проблем современных
мегаполисов. Но, оказывается, их можно еще использовать для производства
электроэнергии. Во всяком случае именно так поступили в США, в штате
Пенсильвания. Когда построенная для сжигания мусора и одновременной
выработки электроэнергии для 15000 домов печь стала получать недостаточно
топлива, было решено восполнить его мусором с уже закрытых свалок.
Вырабатываемая из мусора энергия приносит округу около $ 4000 прибыли
еженедельно. Но главное – объем закрытых свалок сократился на 78%.
Разлагаясь на свалках, мусор выделяет газ, 50-55 % которого
приходится на метан, а 45-50% - на углекислый газ и около одного процента -
на другие соединения. Если раньше выделяемый газ просто отравлял воздух, то
теперь в США его начинают использовать в качестве горючего в двигателях
внутреннего сгорания с целью выработки электроэнергии. Только в мае 1993
года 114 электростанций, работающих на газе от свалок, произвели 344 МДж
электроэнергии. Самая крупная из них, в городе Уиттиер, производит за год
50 МДж. Станция мощностью 12 МВт способна удовлетворить потребность в
электроэнергии жителей 20 тысяч домов. По подсчетам специалистов, газа на
свалках США хватит для работы небольших станций на 30-50 лет. Не стоит ли и
нам задуматься над проблемой вторичного использования мусора? При наличии
эффективной технологии мы могли бы сократить количество мусорных
“курганов”, а заодно значительно пополнить и восполнить запасы энергии,
благо “дефицита сырья” для ее производства не предвидится.
Энергия навоза
Казалось бы, что может быть неприятнее навоза? Много проблем связано
с загрязнением водоемов отходами звероводческих хозяйств. Большие
количества органического вещества, попадающие в водоемы, способствуют их
загрязнению.
Известно, что теплоцентрали - активные загрязнители окружающей
среды, свинофермы и коровники - тоже. Однако из этих двух зол можно
составить нечто хорошее. Именно это произошло в английском городе
Пиделхинтоне, где разработана технология переработки навоза свиней в
электроэнергию. Отходы идут по трубопроводу на электростанцию, где в
специальном реакторе подвергаются биологической переработке. Образующийся
газ используется для получения электроэнергии, а переработанные бактериями
отходы - для удобрения. Перерабатывая 70 тонн навоза ежедневно, можно
получить 40 КВт/ч.
Водородная энергетика
Многие специалисты высказывают опасение по поводу все возрастающей
тенденции к сплошной электрификации экономики и хозяйства: на тепловых
электростанциях сжигается все больше химического топлива, а сотни новых
атомных электростанций, как и зарождающиеся солнечные, ветряные и
геотермальные станции, будут во все более широком масштабе работать для
производства электрической энергии. Поэтому ученые заняты поиском
принципиально новых энергетических систем.
КПД тепловых электростанций относительно низок. При этом большая
доля энергии теряется с отходящим теплом (например, вместе со сбрасываемой
из систем охлаждения теплой водой), что приводит к так называемому
тепловому загрязнению окружающей среды. Отсюда следует, что тепловые
электростанции нужно строить в тех местах, где имеется а достаточном
количестве охлаждающая вода, или же в открытых ветрам местностях, где
воздушное охлаждение не будет оказывать отрицательного влияния на
микроклимат. К этому добавляются вопросы безопасности и гигиены. Вот почему
будущие крупные АЭС должны располагаться как можно дальше от
густонаселенных районов. Но тем самым источники электроэнергии удаляются от
ее потребителей, что значительно усложняет проблему электропередачи.
