Енергія морських течій

2.3 Енергія морських течій

Невичерпні запаси кінетичної енергії морських течій, накопичені в океанах і морях, можна перетворювати на механічну і електричну енергію за допомогою турбін, занурених у воду.

Найважливіша і найвідоміша морська течія - Гольфстрім. Його основна частина проходить через Флоридську протоку між півостровом Флорида і Багамськими островами. Ширина течії складає 60 км, глибина до 800 м, а поперечний перетин 28 км2. Енергію Р, яку несе такий потік води із швидкістю 0,9 м/с, можна виразити формулою:

де m маса води (кг), р - щільність води (кг/м3), А-перетин (м2),

v- швидкість (м/с).

Якби ми змогли повністю використовувати цю енергію, вона була б еквівалентна сумарній енергії від 50 крупних електростанцій по 1000 МВт, Але ця цифра чисто теоретична, а практично можна розраховувати на використовування лише близько 10% енергії течії.

В даний час у ряді країн, і в першу чергу в Англії, ведуться інтенсивні роботи по використовуванню енергії морських хвиль. Британські острови мають дуже довгу берегову лінію, в багатьох місцях море залишається бурхливим протягом довгого часу. За оцінками учених, за рахунок енергії морських хвиль з англійських територіальних водах можна було б одержати потужність до 120 ГВт, що удвічі перевищує потужність всіх електростанцій, що належать Британському Центральному електроенергетичному управлінню [6].

2.4 Енергія біомаси

У океані існує чудове середовище для підтримки життя, до складу якого входять живильні речовини, солі і інші мінерали. У цьому середовищі розчинений у воді кисень живить всіх морських тварин від найменших до найбільших, від амеби до акули. Розчинений вуглекислий газ так само підтримує життя всіх морських рослин від одноклітинних діатомових водоростей досягаючих 60-90 метрів бурих водоростей. Морському біологу потрібно зробити лише крок вперед, щоб перейти від сприйняття океану як природної системи підтримки життя до спроби почати на науковій основі витягувати з цієї системи енергію. При підтримці військово-морського флоту США у середині 70-х років група фахівців у області дослідження океану, морських інженерів і водолазів створила першу в світі океанську енергетичну ферму на глибині 12 метрів під залитою сонцем гладінню Тихого океану поблизу міста Сан- Клемент. Ферма була невелика, по суті своїй, все це було лише експериментом. На фермі вирощувалися гігантські каліфорнійські бурі водорості. На думку директора проекту доктора Говарда А. Уїлкокса, співробітника центру дослідження морських і океанських систем в Сан-Дієго (Каліфорнія), "до 50 % енергії цих водоростей може бути перетворене в паливо - в природний газ метан(С2Н6). Океанські ферми майбутнього, що вирощують бурі водорості на площі приблизно 40000 га, зможуть давати енергію, якої вистачить, щоб повністю задовольнити потреби американського міста з населенням в 50 000 чоловік" [1].

2.5 Внутрішня Енергія Молекул Води

Звичайно, доступ до запасів електроенергії надає прекрасні можливості, але електроенергія не піднімає в небо літаки, не рухатиме легкові і вантажні автомобілі і автобуси, не поведе кораблі через моря. Проте літаки і легкові автомобілі, автобуси і вантажівки можуть приводитися в рух газом, який можна витягувати з води. Цей газ - водень, і він може використовуватися як пальне. Водень - один з найпоширеніших елементів у Всесвіті. У океані він міститься в кожній краплі води. Витягнутий з води водень можна спалювати як паливо і використовувати не тільки для того, щоб приводити в рух різні транспортні засоби, але і для отримання електроенергії. Все більше число хіміків і інженерів з ентузіазмом відноситься до "водневої енергетики" майбутнього, оскільки одержаний водень достатньо зручно зберігати: у вигляді стислого газу в танкерах або в зрідженому вигляді в криогенних контейнерах. Його можна зберігати і в твердому вигляді після з'єднання з магнієм для утворення металевих гідридів. Після цього їх можна легко транспортувати і використовувати в міру необхідності.

У 60-ті роки фахівцям з НАСА вдалося так успішно здійснити процес електролізу води і так ефективно збирати водень, що вивільняється, що одержуваний таким чином водень використовувався під час польотів за програмою "Аполлон" [7].

3. ЕНЕРГІЯ СОНЦЯ

Після енергетичної кризи 1973 р. урядами країн і приватними компаніями були вжиті заходи по пошуку нових видів енергетичних ресурсів для отримання електроенергії. Таким джерелом в першу чергу стала сонячна енергія.

Сьогодні для перетворення сонячного випромінювання в електричну енергію ми маємо в своєму розпорядженні дві можливості: використовувати сонячну енергію як джерело тепла для вироблення електроенергії традиційними способами, або ж безпосередньо перетворювати сонячну енергію в електричний струм в сонячних елементах.

Оскільки енергія сонячного випромінювання розподілена за великою площею, будь-яка установка для прямого використовування сонячної енергії повинна мати збираючий пристрій з достатньою поверхнею.

Потенційні можливості енергетики, заснованої на використовуванні безпосередньо сонячного випромінювання, надзвичайно великі. Відзначимо, що використовування всього лише 0.0125 % кількості енергії Сонця могло б забезпечити всі сьогоднішні потреби світової енергетики, а використовування 0.5 % - повністю покрити потреби на перспективу. На жаль, навряд коли-небудь ці величезні потенційні ресурси вдасться реалізувати у великих масштабах.

Однією з найсерйозніших перешкод такій реалізації є низька інтенсивність сонячного випромінювання. Навіть за якнайкращих атмосферних умов густина потоку сонячного випромінювання складає не більш 250 Вт/м2. Щоб колектори сонячного випромінювання "збирали" за рік енергію, необхідну для задоволення всіх потреб людства потрібно розмістити їх на території 130 000 км2.Необхідність використовувати колектори величезних розмірів, крім того, спричиняє за собою значні матеріальні витрати.

Існують різні чинники, що обмежують потужність сонячної енергетики. Поки що електрична енергія, народжена сонячним промінням, обходиться набагато дорожче, ніж одержувана традиційними способами. Учені сподіваються, що експерименти, які вони проведуть на дослідних установках і станціях, допоможуть розв'язати не тільки технічні, але і економічні проблеми [2].

3.1 Концентрування сонячного світла

Сфокусувати сонячне проміння можна за допомогою увігнутого дзеркала. Воно є основною частиною гелиоконцентратора, приладу, в якому паралельне сонячне проміння збирається за допомогою увігнутого дзеркала. Якщо у фокус дзеркала помістити трубу з водою, то вона нагріється. Такий принцип дії сонячних перетворювачів прямої дії.

Найефективніше їх можна використовувати в південних широтах, але і в середній смузі вони знаходять застосування. Дзеркала в установках використовуються або традиційні - скляні, або з полірованого алюмінію. Найефективніші концентратори сонячного випромінювання (мал. 2) мають форму:

Мал. 2. Форми концентраторів сонячної енергії

1.циліндрового параболоїда (а);

2.параболоїда обертання (б);

3.плоско-линейной лінз Френеля (в).

Фірма Loose Industries на сонячно-газовій електростанції в Каліфорнії використовує систему параболо-цилиндрических довгих відбивачів у вигляді жолоба. У його фокусі проходить труба з теплоносієм - дифенілом, що нагрівається до 350°С. Жолоб повертається для стеження за сонцем тільки навколо однієї осі. Це дозволило спростити систему стеження за сонцем. Сонячна енергія може безпосередньо перетворюватися в механічну. Для цього використовується двигун Стірлінга. Якщо у фокусі параболічного дзеркала діаметром 1,5 м встановити динамічний перетворювач, що працює по циклу Стірлінга, одержуваної потужності (1 кВт) досить, щоб піднімати з глибини 20 метрів 2 м3 води в годину.

Денна продуктивність на широті 50° приблизно рівна 2 кВт/ч з квадратного метра. Температура води в баку-акумуляторі досягає 60-70°. ККД установки - 40%.

Теплові концентратори це - дерев'яні, металеві, або пластикові короби, з одного боку закриті одинарним або подвійним склом. Всередину короба для максимального поглинання сонячного проміння вставляють хвилястий металевий лист, забарвлений в чорний колір. У коробі нагрівається повітря або вода, які періодично або постійно відбираються звідти за допомогою вентилятора або насоса[6].

3.2 Перетворювачі сонячної енергії

Інтенсивність сонячного світла на рівні моря складає 1-3 кВт на квадратний метр. ККД кращих сонячних батарей складає 12-18 %. З урахуванням ККД перетворення енергії сонячного проміння за допомогою фотоперетворювачів дозволяє одержати з одного квадратного метра не більш 1/2 кВт потужностей.

Досвід використовування сонячної енергії в помірних широтах показує, що енергію сонця вигідніше безпосередньо акумулювати і використовувати у вигляді тепла. Існує два основні напрями в розвитку сонячної енергетики: рішення глобального питання постачання енергією і створення сонячних перетворювачів, розрахованих на виконання конкретних локальних задач. Ці перетворювачі, у свою чергу, також діляться на дві групи; високотемпературні і низькотемпературні .

У перетворювачах першого типу сонячне проміння концентрується на невеликій ділянці, температура якої підніметься до 3000°С. Такі установки вже існують. Вони використовуються, наприклад, для плавки металів (мал. 3.)

Мал. 3. Високотемпературний геліостат

Найчисленніша частина сонячних перетворювачів працює при набагато менших температурах - порядку 100-200°С. З їх допомогою підігрівають воду, піднімають з колодязів. Енергію сонця можна акумулювати вдень для обігріву будинків і теплиць в нічний час.

Сонячні установки практично не вимагають експлуатаційних витрат, не потребують ремонту і вимагають витрат лише на їх споруду і підтримку в чистоті.