МИНИСТЕРСТВО  ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

   ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ

   государственное образовательное учреждение

   высшего профессионального образования

   «ЧЕРЕПОВЕЦКИЙ ГОСУДАРСТВННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ» 
 
 
 
 

   РЕФЕРАТ

   ЭНЕРГИЯ МИРОВОГО ОКЕАНА 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

   Череповец, 2010

 

    СОДЕРЖАНИЕ 
 
 
 
 
 

 

   ВВЕДЕНИЕ

 
 

Проблема  обеспечения электрической энергией многих отраслей  мирового хозяйства, постоянно растущих потребностей более  чем пятимиллиардного населения  Земли становится сейчас все более  насущной.

Основу  современной мировой энергетики составляют тепло- и гидроэлектростанции. Однако их развитие сдерживается рядом  факторов. Стоимость угля, нефти  и газа, на которых работают тепловые станции, растет, а природные ресурсы  этих видов топлива сокращаются. К тому же многие страны не располагают собственными топливными ресурсами или испытывают в них недостаток. Гидроэнергетические ресурсы в развитых странах используются практически полностью:

большинство речных участков, пригодных для гидротехнического строительства, уже освоены. Выход из создавшегося положения виделся в развитии атомной энергетики. На конец  1989 года в мире построено и работало более 400 атомных электростанций (АЭС). Однако сегодня АЭС уже не считаются источником дешевой и экологически чистой энергией. Топливом для АЭС служит урановая руда – дорогостоящее и труднодобываемое сырье, запасы которого ограничены. К тому же строительство и эксплуатация АЭС сопряжены с большими трудностями и затратами. Лишь немногие страны сейчас продолжают строительство новых АЭС. Серьезным тормозом для дальнейшего развития атомной энергетики являются проблемы загрязнения окружающей среды.

С середины нашего века началось изучение энергетических ресурсов океана, относящихся к  “возобновляемым источникам энергии”.

Океан – гигантский аккумулятор и трансформатор  солнечной энергии, преобразуемой  в энергию течений, тепла и  ветров. Энергия приливов – результат  действия приливообразующих сил  Луны и Солнца.

Энергетические  ресурсы океана представляют большую  ценность как возобновляемые и практически неисчерпаемые. Опыт эксплуатации уже действующих систем океанской энергетики показывает, что они не приносят какого-либо ощутимого ущерба океанской среде. При проектировании будущих систем океанской энергетики тщательно исследуется их воздействие на экологию. 
 
 
 
 

Целю  данной работы: рассмотреть, как можно  использовать энергию мирового океана. 

Для реализации цели необходимо выделить следующие  задачи:

                 *Рассмотреть энергию приливов и отливов

                 *Раскрыть, как можно использовать тепловую энергию

                 *Использование волн и течений и других видов энергии

                 *Обозначить выгоды использования энергии мирового океана 

Структура данной работы имеет две части. В  первой части раскрыты  способы использовании энергии мирового океана, а во второй выгоды использования энергии мирового океана.

 

    Глава 1. ЭНЕРГИЯ МИРОВОГО ОКЕАНА

 

   Как известно, большую часть земной поверхности покрывает водная оболочка, именуемая Мировым океаном. Лишь местами земная кора вздымается над поверхностью океана, образуя континенты и острова. По мере того как ресурсы нашей планеты все с большим трудом удовлетворяют потребности растущего населения, моря и океаны приобретают особое значение как источник пищи, минерального сырья, воды и кладовая поистине неисчерпаемых запасов энергии. Пока люди умеют использовать лишь ничтожные доли этой энергии, да и то ценой больших и медленно окупающихся капиталовложений, так что такая энергетика до сих пор казалась малоперспективной. Однако исследования и практическая деятельность в этом направлении приобретают в последние годы в ряде стран всё большие масштабы, делая перспективы практического использования энергии морей и океанов всё более многообещающими.

   По данным Международного энергетического агентства (IEA), потенциальная энергия, скрытая в Мировом океане, оценивается в 93 трлн кВт/ч в год. Это в пять раз больше мирового производства электроэнергии. Запасы энергии в Мировом океане меньше солнечной энергии, однако их достаточно для того, чтобы обеспечить всё население Земли необходимой энергией. Энергия морей и океанов будет неисчерпаема до тех пор, пока существует солнечная система. И, что немаловажно, это экологически безопасный источник энергии, не загрязняющий окружающую среду выбросами парниковых газов. Для строительства солнечных электростанций требуются большие площади земли. Ветровые электростанции производят много шума, поэтому их приходится располагать в безлюдных местах. Использование энергии Мирового океана же ничем не ограничено. Именно поэтому исследователи во многих странах мира обращают свой взор именно на него.

   Известно, что запасы энергии в Мировом  океане колоссальны. Так, тепловая (внутренняя) энергия, соответствующая перегреву  поверхностных вод океана по сравнению с донными на 20 градусов, имеет величину порядка 10 Дж. Кинетическая энергия океанских течений оценивается величиной порядка 10 Дж. Однако пока что люди умеют утилизовать лишь ничтожные доли этой энергии, да и то ценой больших и медленно окупающихся капиталовложений, так что такая энергетика до сих пор казалась малоперспективной. Однако происходящее весьма быстрое истощение запасов ископаемых топлив (прежде всего нефти и газа), использование которых к тому же связано с существенным загрязнением окружающей среды (включая сюда также и тепловое "загрязнение", и грозящее климатическими последствиями повышение уровня атмосферной углекислоты), резкая ограниченность запасов урана (энергетическое использование которых к тому же порождает опасные радиоактивные отходы) и неопределенность как сроков, так и экологических последствий промышленного использования термоядерной энергии заставляет ученых и инженеров уделять все большее внимание поискам возможностей рентабельной утилизации обширных и безвредных источников энергии и не только перепадов уровня воды в реках, но и солнечного тепла, ветра и энергии в Мировом океане. Широкая общественность, да и многие специалисты еще не знают, что поисковые работы по извлечению энергии из морей и океанов приобрели в последние годы в ряде стран уже довольно большие масштабы и что их перспективы становятся все более обещающими. Океан таит в себе несколько различных видов энергии: энергию приливов и отливов, океанских течений, термальную энергию, и др. (Вершинский Н. В. Энергия океана. – М.: Наука, 1986.).

 

   1.1. ЭНЕРГИЯ ПРИЛИВОВ

 

   Наиболее  очевидным способом использования  океанской энергии представляется постройка приливных электростанций (ПЭС).

   Приливы обусловлены силами притяжения Луны и Солнца в сочетании с центробежными силами, развивающимися при вращении систем Земля-Луна и Земля-Солнце. Движение этих тел относительно друг друга порождает различные приливные циклы: полусуточный, весенний квадратурный, полугодовой и другие более длительные циклы. Все оказывают влияние на уровень подъема воды, и знание этих колебаний необходимо для правильного проектирования приливных энергетических систем.

   Амплитуда приливов может значительно увеличиваться  за счет таких факторов, как склоны, воронки, характерное отражение и резонанс. Наиболее часто такие условия наблюдаются в устьях рек.

   Теоретически  приливные электростанции могли  бы производить в целом 635 тыс. ГВт•ч/год  электроэнергии, что является энергетическим эквивалентом более чем 1 млрд баррелей нефти. Наиболее перспективными в этом отношении районами являются залив Фанди в Канаде и США, залив Кука на Аляске, Шозе в бухте Мон-Сен-Мишель во Франции, Мезенский залив в России, устье р. Северн в Великобритании, залив Уолкотт в Австралии, Сан-Хосе в Аргентине, залив Асанман в Южной Корее.

   С незапамятных времен человек стремился  использовать энергию приливов. Первые приливные мельницы появились на побережье Бретани, Андалузии и  Англии еще в ХII в. В более поздние  времена сотни таких устройств  приводили в движение лесопильные и мукомольные машины в британских владениях на территории Новой Англии (США).

   В настоящее время действует совсем немного приливных станций. Электростанция Ранс является первым и крупнейшим предприятием такого рода в мире. Она  была задумана как прототип более крупных приливных станций на побережье Бретани. Строительство началось в 1961 г. и завершилось в 1968 г. Система использует двадцать четыре 10-мегаваттных турбины Каплана, обладает проектной мощностью 240 МВт и ежегодно производит около 50 ГВт•ч электроэнергии. Амплитуда прилива в устье реки составляет 14 м. Плотина длиной 750 м ограничивает бассейн площадью 22 км2, который содержит 180 млн м3 полезной воды.

   Другая  крупная приливная электростанция мощностью 20 МВт расположена в  Аннаполис-Ройал, в заливе Фанди (провинция Новая Шотландия, Канада). Она была официально открыта в сентябре 1984 г. Система смонтирована на о. Хогс в устье р. Аннаполис на основе уже существующей дамбы, защищающей плодородные земли от затопления морской водой в период штормов. Амплитуда прилива колеблется от 4,4 до 8,7 м.

   Стоимость станции Аннаполис-Ройал составила 53 млн долл., или 2650 долл. за киловатт мощности. Согласно проекту, цена производимого  электричества должна была составлять 2,7 цента за киловатт. Удовлетворительные показатели данной станции подтвердили рентабельность низконапорных гидроресурсов, открыли широкие перспективы строительства крупных приливных станций в Канаде и других частях земного шара.

   Возможное воздействие приливных электростанций на окружающую среду будет связано с увеличением амплитуды приливов на океанской стороне плотины. Это может приводить к затоплению суши и сооружений при высоких приливах или во время штормов и к вторжению солёной воды в устья рек и подземные водоносные слои. Водные пищевые цепи и сообщества организмов в приливной зоне могут пострадать в результате изменения уровня воды и усилившихся течений как за плотиной, так и перед ней; для водных организмов небезопасно так же прохождение через турбины.

   Следует так же упомянуть ещё одну отрицательную черту приливной энергии – то, что её выработка непостоянна. При обычной эксплуатации приливной энергии электричество вырабатывается только в начале прилива (или отлива). Эта циклическая выработка энергии вряд ли будет соответствовать суточным циклам потребности в ней. Пиковая потребность и пиковая выработка могут иногда совпадать, так как часы приливов сдвигаются по мере смены времён года, но чаще такого совпадения не будет. Это означает, что выработка энергии другими, центральными, станциями должна снижаться, когда темп приливной выработки достигает максимума, и возрастать, когда он падает. На электростанции “Ла-Ранс” эту задачу выполняет компьютер.

 

   1.2. ТЕПЛОВАЯ ЭНЕРГИЯ ОКЕАНА

 

   Температура воды океана в разных местах различна. Между тропиком Рака и тропиком Козерога поверхность воды нагревается до 82 градусов по Фаренгейту (27 C). На глубине в 2000 футов (600 метров) температура падает до 35,36,37 или 38 градусов по Фаренгейту (2-3.5 С). Возникает вопрос: есть ли возможность использовать разницу температур для получения энергии? Могла бы тепловая энергоустановка, плывущая под водой, производить электричество? Да, и это возможно.

   В далекие 20-е годы нашего столетия Жорж Клод, одаренный, решительный и весьма настойчивый французский физик, решил исследовать такую возможность. Выбрав участок океана вблизи берегов Кубы, он сумел-таки после серии неудачных попыток получить установку мощностью 22 киловатта. Это явилось большим научным достижением и приветствовалось многими учеными.

   Используя теплую воду на поверхности и холодную на глубине и создав соответствующую технологию, мы располагаем всем необходимым для производства электроэнергии, уверяли сторонники использования тепловой энергии океана. "Согласно нашим оценкам, в этих поверхностных водах имеются запасы энергии, которые в 10 000 раз превышают общемировую потребность в ней".

   "Увы, - возражали скептики, - Жорж Клод  получил в заливе Матансас  всего 22 киловатта электроэнергии. Дало ли это прибыль?" Не  дало, так как, чтобы получить  эти 22 киловатта, Клоду пришлось затратить 80 киловатт на работу своих насосов.

   Сейчас  приобрела большое внимание "океанотермическая  энергоконверсия" (ОТЭК), т.е. получение  электроэнергии за счет разности температур между поверхностными и засасываемыми  насосом глубинными океанскими водами, например при использовании в замкнутом цикле турбины таких легкоиспаряющихся жидкостей как пропан, фреон или аммоний.