Энергетические ресурсы мирового океана страны

Ресурсы мирового океана

Мировой океан занимает лидирующее позицию в жизни человека, в нем содержится большой запас сырья, топлива, энергии и продовольствия, без которых бы человек испытывал большие затруднения в своей жизни. Океан также является способом сообщения между различными странами.

Минеральные и природные ресурсы

В океане большую часть ресурсов используют нефть и газ, а это составляет 90% добываемых ресурсов из мирового океана. По оценкам ученых, на континентальном шельфе сосредоточено до 50% мировых запасов нефти. Выработка многих запасов нефти и газа на суше, существенное увеличение производственных затрат по добыче на суше этих энергоисточников в результате непрерывного увеличения глубин скважин (4-7 км), перемещение разработок в экстремальные области – привели к тому, что в последнее время активизировалось освоение нефтяных и газовых месторождений на шельфе. Уже сейчас шельфовые зоны дают более 1/3 мировой добычи нефти. Основные шельфовые зоны по добыче нефти и газа находятся в Персидском заливе, Северном море, Мексиканском заливе, в южной части Калифорнии в США, заливе Маракаибо в Венесуэле и др.

На дне Мирового океана сосредоточены и громадные минеральные ресурсы, прежде всего, огромные запасы железо-марганцевых конкреций. Самый обширный ареал их распространения находится на дне Тихого океана (16 млн. км2, что равно площади России). Общие запасы железо-марганцевых конкреций оцениваются в 2-3 трил. т., из которых 0,5 трил. т. доступны для освоения уже сейчас. В этих конкрециях, кроме железа и марганца, содержится также никель, кобальт, медь, титан, молибден и другие металлы. Были уже предприняты первые попытки эксплуатации железо-марганцевых конкреций в США, Японии, Франции и др.

Биологические ресурсы

Еще с древних времен население, проживающее на морском побережье, использовало в качестве питания некоторые морские продукты (рыбу, крабов, моллюсков, морскую капусту). Все эти дары моря, наряду с животными, живущими в океане, составляют еще одну важную группу ресурсов Мирового океана – биологическую. Биологическая масса Мирового океана включает 140 тыс. видов растений и животных и оценивается в 35 млрд. т. Это количество биологических ресурсов океана может удовлетворять потребности в продовольствии население численностью более 30 млрд. чел. (на планете проживает в настоящее время менее 6 млрд. чел.).

Из общего количества биологических ресурсов, на долю рыбы приходится 0,2 – 0,5 млрд. т., то составляет в настоящее время 85% используемых человеком биологических ресурсов. Остальное – это крабы, моллюски, некоторые морские животные и водоросли. Ежегодно из океана добывается 70 – 75 млн. т. рыбы, моллюсков, крабов, водорослей, которые обеспечивают 20% потребления населением Земли белков животного происхождения.

В Мировом океане, так же как и на суше, существуют ареалы или зоны с высокой продуктивностью биологической массы и ареалы с низкой продуктивностью или, совсем лишенные биологических ресурсов.

90% рыбной ловли и сбора водорослей происходит в более освещенной и теплой шельфовой зоне, где сосредоточена основная часть органического мира океана. Около 2/3 поверхности дна Мирового океана заняты «пустынями», где живые организмы распространены в ограниченном количестве. Из-за интенсификации рыболовства и использования самых современных орудий лова, ставится под угрозу возможность воспроизводства многих видов рыб, морских животных, моллюсков и крабов. В результате, сокращается продуктивность многих ареалов Мирового океана, которые еще недавно отличались богатством и разнообразием биологических ресурсов. Это и привело к изменению отношения человека к океану и к регламентации рыболовства в мировом масштабе.

В последние десятилетия, во многих странах мира, широкое распространение получила марикультура (искусственное разведение рыб, моллюсков). В некоторых из них, например, в Японии, этот промысел практиковался еще задолго до нашей эры. В настоящее время плантации устриц и фермы по выращиванию рыбы имеются в Японии, США, Китае, Голландии, Франции, России, Австралии и др.

Морская вода представляет собой большое богатство Мирового океана. Русский ученый А. Е. Ферсман назвал морскую воду самым важным минералом на Земле. Общий объем Мирового океана равен 1370 млн. км3, что составляет 94% объема гидросферы. В соленой морской воде содержится 70 химических элементов. В более отдаленной перспективе морская вода будет служить не только источником получения многих промышленных сырьевых материалов, но и для ирригации и обеспечения населения питьевой водой, в результате строительства сооружений по опреснению воды. Уже сейчас морская вода используется в этих целях, но в скромных масштабах.

Энергетические ресурсы мирового океана

Мировой океан располагает и огромными энергетическими ресурсами. Во-первых, речь идёт об энергии приливов и отливов, использование которой достигло определенного успеха уже в двадцатом веке. Общемировой потенциал такой энергии ежегодно оценивается в 26 трил. квт. ч., что превышает в два раза современный уровень производства электроэнергии в мире. Однако, из этого количества можно освоить лишь небольшую часть, исходя из современных технических возможностей. Но и это количество приравнивается к годовой выработке электроэнергии во Франции. Богатый опыт освоения энергии приливов и отливов накоплен в той же Франции, где еще в девятом веке были построены мельницы на полуострове Бретань, работавшие на этом источнике энергии. Во Франции также была построена первая и крупнейшая в мире приливная электростанция в устье реки Ранс на полуострове Бретань, мощностью 240 тыс. квт. Более скромные по мощности приливные электростанции экспериментального характера построены в России на Кольском полуострове, в Китае, Северной Корее, Канаде и др.

Перспективы освоения энергии приливов и отливов весьма велики и во многих странах разрабатываются грандиозные проекты в этой области. Например, во Франции планируется строительство приливной электростанции мощностью 12 млн. квт. Подобные проекты разработаны в Великобритании, Аргентине, Бразилии, США, Индии и др.

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