Что является энергетическими ресурсами мирового океана

Ресурсы Мирового океана — виды, краткая характеристика и проблемы использования

По мнению некоторых ученых, человечество исследовало глубины Мирового океана хуже, чем поверхность Луны. Однако он является источником колоссального объема природных ресурсов, многие из которых до сих пор не освоены. Все ресурсы Мирового океана можно разбить на несколько больших групп.

Биологические ресурсы

В эту категорию попадают все те продукты питания, которые человечество добывает из морей и океанов:

• рыба;
• моллюски (осьминоги, улитки, устрицы, мидии);
• ракообразные (крабы, креветки, омары);
• млекопитающие (киты, моржи, тюлени, морские львы, ламантины);
• водоросли.

При этом на рыбу приходится примерно 90% современной морской добычи, хотя ее масса составляет только 0,5 из 35 млрд тонн биомассы Мирового океана. Сегодня 20% белков, потребляемых людьми, имеют морское происхождение. Важно заметить, что в целом морепродукты считаются более полезными, чем свинина и говядина. Неслучайно наибольшая продолжительность жизни фиксируется в тех государствах, где рыба составляет основу традиционного рациона питания (Япония, страны Скандинавского полуострова и Средиземноморья).

Большая часть морепродуктов добывается в Японском, Охотском, Норвежском и Беринговом море, а также в Тихом океане. При этом они используются не только как пища для людей, но и как корм в птицеводстве и животноводстве. Рыбий жир применяется в красильном деле, для изготовления мыла и в фармакологии.

Ресурсы дна Мирового океана

Огромное количество полезных ископаемых хранится под морским и океаническим дном. Географы выделяют шельфовые ресурсы (в прибрежных областях океана) и ресурсы в глубоководных районах.

Наибольшее значение для современной экономики играют запасы углеводородов – нефти и газа. Их активно добывают в Персидском и Мексиканском заливе, в Северном море и у венесуэльского побережья. Также месторождения углеводородов есть в Северном Ледовитом океане, однако пока что они слабо освоены из-за высокой себестоимости добычи. Всего же в мире насчитывается около 30 шельфовых нефтегазоносных районов, в которых хранится порядка 150 млрд тонн нефти.

В подводных недрах находят и месторождения меди, железа, никеля и других металлов, угля, серы и прочих ценных ресурсов. Для их добычи на берегу стоят шахты, которые под землей уходят в сторону океана, иногда на десятки км.

Драгоценные металлы и камни, а также редкие элементы (цирконий) могут добывать в прибрежно-морских россыпях. Например, в Калининградской области на балтийском побережье развита добыча янтаря, в Намибии у Атлантического берега находят алмазы, а в США – золото.

В глубоководных районах Мирового океана главным ресурсом является железомарганцевые конкреции. Суммарная масса их запасов оценивается в 300 млрд тонн. Из конкреций можно получать не только марганец и железо, но и медь, никель, кобальт, цинк и иные редкие металлы. Процесс образования конкреций продолжается и в наше время, причем скорость накопления марганца, никеля и циркония в 3-5 раз превосходит скорость их потребления человечеством.

Энергетические ресурсы

Океан может служить источником огромного количества энергии. Наиболее перспективным является использование энергии приливных волн. В некоторых прибрежных районах разница в уровне воды во время приливов и отливов может достигать 18 метров. В отличие от классических гидроэлектростанций, в которых вода течет всегда в одном направлении, в приливных электростанциях (ПЭС) она во время приливов и отливов крутит турбину в разные стороны.

Активней всего приливная энергетика развивается в Южной Корее, Франции, Канаде, США. Самой мощной на сегодня является южнокорейская Сихвинская ПЭС (254 МВт). Однако существуют и более амбициозные проекты. Например, на берегу Охотского моря в Пенжинской губе (Россия) можно построить ПЭС мощность 87ГВт, однако стоимость такого сооружения оценивается в 200 млрд долларов.

В энергетике существует ещё три направления, связанных с использованием вод Мирового океана, которые основаны на:

• энергии волн;
• энергии морских течений;
• разнице температур на дне океана и его поверхности.

Однако пока что промышленность не освоила эти технологии, проводятся только научные и опытные работы.

Отдельно стоит отметить ветроэнергетику. Дело в том, что над морями воздушные потоки значительно стабильнее, чем над сушей. Поэтому часто ветряные электростанции строят на расстоянии более 10 км от берега, вбивая сваи в морское дно или сооружая искусственные острова. Подобные ветряные электростанции называют оффшорными. Существуют и плавающие ветряные турбины.

Морская вода

Сама вода в Мировом океане также является ценным ресурсом. В ней растворено огромное количество ценных элементов: поваренная соль, бром, калий, магний. По некоторым подсчетам, в Мировом океане содержится около 8 млрд тонн золота! К сожалению, до сих пор не существует рентабельной технологии его добычи.

В странах с сухим климатом, располагающихся рядом с морями (Саудовская Аравия, Кувейт, Бахрейн, Ливия), морскую воду опресняют и используют для питья или в сельском хозяйстве. Также существуют проекты доставки айсбергов к берегам и их использования в качестве источника пресной воды, однако пока что это экономически неэффективно.

Даже без опреснения морская вода позволяет экономить питьевую воду, заменяя ее в хозяйственной деятельности. Например, в Гонконге ее используют для слива в туалетах. В ряде промышленных технологических процессов допустимо использование морской воды вместо пресной.

Рекреационные ресурсы Мирового океана

Побережья морей и океанов всегда привлекали любителей пляжного отдыха. В Европе наибольшей популярностью пользуется Средиземное и Черное море, в то время как для жителей Нового Света привлекательны пляжи Карибского моря и Мексиканского залива. В Тихом океане туристы предпочитают отдыхать на Гавайских островах в Полинезии и Микронезии, а также на восточном береге австралийского материка. Жители Китая любят загорать на побережье залива Бохайвань и Южно-Китайского моря. В Индийском океане наиболее привлекательны остров Шри-Ланка, Мальдивы и Сейшелы.

Однако рекреационные ресурсы Мирового океана связаны не только с пляжным отдыхом. Большой популярностью пользуются плавания на яхтах и круизные путешествия на океанских лайнерах. Подводный мир можно изучить, занимаясь дайвингом.

Транспортная роль Мирового океана

Морские перевозки очень длительные по сравнению с железнодорожным и тем более авиационным транспортом, однако они наиболее выгодны по своей себестоимости. Это связано с огромным количеством грузов, которые можно разместить на одном корабле. В результате сегодня более 80% всех мировых грузоперевозок осуществляется морем.

Источник

ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЕ РЕСУРСЫ ОКЕАНОВ

Мировой океан представляет собой огромный резервуар во­зобновляемых энергетических ресурсов (ВЭР). В настоящее вре­мя развитие океанской энергетики связано с использованием:

· энергии морских волн (приливные, ветровые, зыбь) и те­чений;

· градиентов температур и солености морской воды.

В соответствии с практическим интересом использование вол­новой энергии океана связано с созданием волновых ЭС (ВолЭС), приливных ЭС (ПЭС), электростанций морских течений (ЭСМТ).

Отдельное направление составляют энергоустановки:

· океанские тепловые ЭС (ОТЭС), использующие температур­ный градиент;

· гидротермальные ЭЦ, использующие разницу температур меж­ду водой океана и воздуха в Северных районах.

Суммарная мощность приливов оценивается в 310 12 Вт (за год 10 20 Дж — сравнимо с годовым потреблением энергии насе­лением Земли).

Мировой технический потенциал приливной энергии оцени­вается в 1 млрд кВт (треть от суммарной мощности 3 млрд кВт), что соответствует потенциалу почти всех рек мира и теоретиче­ски дает возможность вырабатывать 2,5. 3 трлн кВт-ч электро­энергии. Специалисты считают, что примерно 50% этой мощно­сти может быть использовано в странах, берега которых омыва­ются морями с высотой прилива более 5 м (Россия, Канада, США, Франция, Англия, Индия, Китай, Юж. и Сев. Корея, Австралия).

Приливная энергия (в отличие от солнечной и ветровой) харак­теризуется неизменностью ее среднемесячного потенциала в се­зонном и в многоголетних циклах, но прерывиста в течение суток.

Чередование приливов и отливов (ежесуточно через 6 ч 12 мин) требует от гидротурбинных ПЭС способности работать при пере­менных направлениях вращения (капсульные агрегаты типа тур­бина — насос).

По оценкам экспертов сейчас в мире насчитывается 5 мест наиболее благоприятных для строительства ПЭС:

· два смежных залива в Канаде (Фанди) и в США (Пас-

· Французское побережье вдоль Ла-Манша и устье реки Ране;

· устья (эстуарии) рек Англии, впадающих в Ирландское море;

· побережье Кимберли в Австралии;

· побережье Белого моря в России.

В случае полного освоения этих пяти зон и при 20% извле­чения энергии приливов на ПЭС можно получить 30 тыс МВт, т. е. примерно мощность 10 современных крупных АЭС. Этого достаточно для местного энергоснабжения.

ПРИЛИВНЫЕ ЭЛЕКТРОСТАНЦИИ

Приливная электростанция (ПЭС), электростанция, преоб­разующая энергию морских приливов в электрическую. ПЭС ис­пользует перепад уровней «полной» и «малой» воды во время прилива и отлива. Перекрыв плотиной залив или устье впада­ющей в море (океан) реки (образовав водоем, называют бассей­ном ПЭС), можно при достаточно высокой амплитуде прилива (> 4 м) создать напор, достаточный для вращения гидротурбин и соединенных с ними гидрогенераторов, размещенных в теле плотины. При одном бассейне и правильном полусуточном цикле приливов ПЭС может вырабатывать электроэнергию непрерывно в течение 4. 5 ч с перерывами соответственно 2. 1 ч четырежды за сутки (такая ПЭС называется однобассейновой двустороннего действия). Для устранения неравномерности выработки электро­энергии бассейн ПЭС можно разделить плотиной на два или три меньших бассейна, в одном из которых поддерживается уровень «малой», а в другом — «полной» воды; третий бассейн — резерв­ный; гидроагрегаты устанавливаются в теле разделительной пло­тины. Но и эта мера полностью не исключает пульсации энергии, обусловленной цикличностью приливов в течение полумесячно­го периода. При совместной работе в одной энергосистеме с мощ­ными тепловыми (в т. ч. и атомными) электростанциями энергия, вырабатываемая ПЭС, может быть использована для участия в покрытии пиков нагрузки энергосистемы, а входящие в эту же

ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ЭНЕРГИИ ОКЕАНОВ И МОРЕЙ

систему ГЭС, имеющие водохранилища сезонного регулирования, Могут компенсировать внутримесячные колебания энергии при­ливов.

Рис. 6.1. Варианты возможного использования ПЭС в энергосистеме Европы

На ПЭС устанавливают капсульные гидроагрегаты, которые могут использоваться с относительно высоким КПД в генератор­ном (прямом и обратном) и насосном (прямом и обратном) режи­мах, а также в качестве водопропускного отверстия. В часы, ког­да малая нагрузка энергосистемы совпадает по времени с «ма-лой» или «полной» водой в море, гидроагрегаты ПЭС либо от­ключены, либо работают в насосном режиме — подкачивают воду и бассейн выше уровня прилива (или откачивают ниже уровня Отлива) и таким образом аккумулируют энергию до того момен­та, когда в энергосистеме наступит пик нагрузки (рис. 6.1). В слу­чае, если прилив или отлив совпадает по времени с максимумом нагрузки энергосистемы, ПЭС работает в генераторном режиме. Таким образом, ПЭС может использоваться в энергосистеме как пиковая электростанция.

ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ЭНЕРГИИ ОКЕАНОВ И МОРЕЙ

Использование приливной энергии ограничено главным об­разом высокой стоимостью сооружения ПЭС.

В целях ее снижения в СССР впервые в мировой практике строительства ГЭС при возведении ПЭС был предложен и ус­пешно осуществлен так называемый наплавной способ, приме­няющийся в морском гидротехническом строительстве (тоннели, доки, дамбы и т. п. сооружения). Сущность способа состоит в том, что строительство и монтаж объекта производятся в благоприят­ных условиях приморского промышленного центра, а затем в со­бранном виде объект буксируется по воде к месту его установки. Таким способом в 1963-68 гг. на побережье Баренцева моря в губе Кислой (Шалимской) была сооружена первая в СССР опытно-промышленная ПЭС (рис. 6.2 и 6.3).

Здание ПЭС (36x18x15 м) из тонкостенных элементов (тол­щиной 15. 20 см), обеспечивающих высокую прочность при не­большой массе сооружения, было возведено в котловане на бере­гу Кольского залива, близ г. Мурманска. После монтажа обору­дования и испытания корпуса здания на водонепроницаемость котлован был затоплен, здание на плаву вывели в море и отбукси­ровали в узкое горло губы Кислой. Здесь во время отлива оно было установлено на подводное основание и соединено сопряга­ющими дамбами с берегами; тем самым было перекрыто горло губы и создан бассейн ПЭС. В здании ПЭС размещены два обра­тимых гидроагрегата мощностью 400 кВт каждый. ПЭС 28 де­кабря 1968 г. дала промышленный ток.

Рис. 6.2. Общий вид наплав­ного здания Кислогубской ПЭС перед выводом на перегон

Рис. 6.3. Перегон Кислогубской ПЭС по морю из Мурманска на Кислую губу

В России выполнены проекты Тугурской ПЭС и Пенжинской ПЭС на Охотском море, энергия которых может быть передана в энергодефицитные районы Юго-Восточной Азии. На Белом море проектируется Мезенская ПЭС энергию которой предпола­гается направить в Западную Европу по объединенной энергоси­стеме «Восток-Запад».

Наплавная «российская» технология строительства ПЭС, апробированная на Кислогубской ПЭС и на защитной дамбе (‘-Петербурга, позволяет на треть снизить капитальные затраты но сравнению с классическим способом строительства гидротех­нических сооружений за перемычками.

6.4. СОСТОЯНИЕ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ЭНЕРГИИ ОКЕАНОВ В МИРЕ

Первая в мире крупная ПЭС была введена в действие в 1967 г. в устье р. Ране (Франция). Она имела мощность 240 МВт и со­стояла из 24 капсульных агрегатов по 10 МВт. В год здесь вы­рабатывается 544 млн кВт-ч, удельные капительные вложения со­ставили около 1000 долл. США/кВт, что в 2. 2,5 раза выше сто­имости ГЭС аналогичной мощности. Однако эксплуатационные расходы здесь в 2 раза ниже, чем на ГЭС, поэтому вырабатыва­емая на ПЭС энергия одна из самых дешевых во Франции.

В Канаде в 1983 г. введена в эксплуатацию ПЭС «Анаполис» мощностью 20 МВт, годовая выработка электроэнергии 54 млн кВт-ч, удельные капитальные вложения превышают 2000 долл. США.

В Китае в 1959 г. на побережье Южно-Китайского моря вве­дена в эксплуатацию опытная ПЭС мощностью 40 кВт, доведен­ная до 200 кВт, там же в 1970 г. введена вторая станция (три агрегата по 55 кВт (165 кВт)). В 1981 г. на побережье Восточно-Китайского моря введена в действие ПЭС «Джангксия» с одним афегатом мощностью 500 кВт, в 1986 г. мощность станции уве­личена до 3,9 МВт. Предполагается построить ПЭС на 10 МВт.

В настоящее время в США, Канаде, Великобритании и Ин­дии (всего в 13 странах) разрабатываются проекты крупных ПЭС, мощностью до сотен и тысяч мегаватт.

Однако ПЭС «Ране» во Франции до сих пор остается един­ственной крупной приливной электростанцией.

В нашей стране разработки в области приливной энергетики велись давно. В 50-х годах созданы теоретические основы при­ливной энергетики. В 1960 г. Гидропроектом подготовлен проект Кислогубской опытно-промышленной ПЭС (г. Мурманск) мощ­ностью 1,2 МВт (три турбины по 400 кВт), годовая выработка электроэнергии 3,9 млн кВт-ч. Далее он был значительно пере­делан. Разрабатывались проекты и других крупных ПЭС для рай­онов: Мезенский залив (Белое море) — мощность 15,2 МВт (41 млрд кВт-ч), Тургутской и Пенжинской створы (Охотское море) (8. 31 МВт).

in ПОЛЬЗОВАНИЕ ЭНЕРГИИ ОКЕАНОВ И МОРЕЙ

По оценкам строительство Мезенской ПЭС будет возможно в начале 2010 г., а Тургутской и Пенжинской не ранее 2020 г. Основное препятствие к строительству ПЭС — низкие экономи­ческие показатели.

Энергия, выделяемая при волновом движении масс воды в океане, очень велика.Среднее количество энергии, которое можно получить от волны высотой 3 м, составляет около 90 кВт на 1 м побережья. Однако практическая реализация этой энергии весьма затруднительна. В настоящее время запатентован ряд технических решений, позволяющий с определенной эффектив­ностью решать эту проблему. К ним, в частности, относятся пре­образователи энергии:

· «Утка Солтера» (Эдинбургский университет, Англия) (систе­мы поплавков), его КПД около 85% (другие системы около 50%), по оценкам 12 ВолЭС длиной 50 миль каждая, могли бы обеспечить потребности Великобритании в электро­энергии;

· «Волновой насос» (Г. И. Денисенко, Россия), многомодульная

конструкция из полых сфер;

· «Шарнирный плот Кокерелла», состоящий из поплавков-понтонов.

В 1978 г. в Японии начала давать ток небольшая плавучая ВолЭС мощностью 2 кВт. Здесь волны сжимают воздух, который поступает на лопатки турбины электрогенератора. ВолЭС смон­тирована на судне водоизмещением 500 т.

Отрицательное воздействие ВолЭС связано с блокировкой значительных площадей морских лагун, заливов и т. д.

Кроме того, для ВолЭС характерна очень малая плотность использования энергии; с 1 км 2 площади океана можно получить не более 1 МВт, а для СЭС — 30. 100 МВт, ВЭС — 10 МВт.

В недавнем прошлом определенный интерес вызывала идея использования морских течений для выработки элект­роэнергии.

В США был разработан проект установки (в районах относи­тельно сильных течений) турбины с диаметром рабочего колеса 170 м и длиной ротора 70 м. Однако в дальнейшем, по мере выяв­ления трудностей реализации проекта, работы были остановлены. Не нашли достаточного практического воплощения и реализации выработки электроэнергии на океанских ТЭС.

Эти исследования проводятся в ряде стран (США и Япония) в течение более 15 лет и направлены на создание ОТЭС, ис­пользующих разность температуры воды на поверхности океана (28. 30 °С) и на глубине (4. 7 °С). В 1978 г. в США вблизи Ta-

вайских островов испытана плавучая ОТЭС мощностью 50 кВт. С 1980 г. действует государственная программа по разработке ОТЭС мощностью 40 МВт на шельфе о. Оаху (Гавайи).

В Японии в 1977 г. испытана тропическая ОТЭС мощностью 1 кВт (разница температур 21 °С), а в 1980 г. пущена опытная ОТЭС мощностью 100 кВт. С 1982 г. ведется разработка проекта ОТЭС мощностью 400 МВт.

Выполненные проекты показали, что на ОТЭС можно до-биться следующих показателей: удельный расход морской воды 5 кг /с/кВт и более, удельные капитальные вложения 800.. .1500 долл. США/кВт, стоимость вырабатываемой энергии 0,02. 0,04 долл. США/кВтч, КПД нетто станции 0,02. 0,025.

Единственной страной в мире, которая занимается разработ-кой арктической ОТЭС, являлся бывший СССР, а теперь Россия. Идея ее создания была высказана еще в 1932 г. акад. А. Иоффе. В 1979 г. были проработаны фреоновые турбины. Принципиаль­ные схемы АОТЭС проработаны в Институте проблем морских теxнологий Дальневосточного отделения Российской Академии Наук (ДоРАН).

Дополнительным видом энергии для ОТЭС является энергия, которую можно получить на основе разности солено-стей воды.Потенциал этого источника оценивается в 1 млрд кВт, соизмеримый с тепловым потенциалом океана. Совместное исполь­зование тепловой и химической энергии возможно, если темпера­тура менее соленой воды будет выше температуры более соленой.

Повышение эффективности ОТЭС возможно за счет комби­нированного использования этой энергии и солнечной энергии для нагрева рабочего тела ОТЭС (подогрев жидкости до кипения или перегрев пара перед турбиной в солнечном нагревателе).

Экспертами ЮНЕСКО оценены основные удельные эконо­мические показатели для различных типов ЭС, которые надо рас­сматривать как очень приближенные (табл. 6.1).

Арктические океанические тепловые электростанции могут работать по обычной схеме ОТЭС, основанной на закрытом цик­ле с низкокипящей рабочей жидкостью. В ОТЭС входят: паро­генератор для получения пара рабочего вещества за счет тепло­обмена с морской водой, турбина для привода электрогенератора, устройства для конденсации отработавшего в турбине пара, а так­же насосы для подачи морской воды и холодного воздуха. Более перспективна схема арктической ОТЭС с промежуточным тепло­носителем, охлаждаемым воздухом в оросительном режиме» (См. Б.М. Берковский, В.А. Кузьминов «Возобновляемые источни­ки энергии на службе человека», Москва, Наука, 1987 г., с. 63—65.)

Источник