Морские течения могут переносить большие объемы воды, в основном вызванные приливами , которые являются следствием гравитационного воздействия планетарного движения Земли, Луны и Солнца. Повышенные скорости потока можно обнаружить там, где подводный рельеф в проливах между островами и материком или на мелководье вокруг мысов играет важную роль в увеличении скорости потока, что приводит к заметной кинетической энергии. [1] Солнце действует как основная движущая сила, вызывая ветры и разницу температур. Поскольку существуют лишь небольшие колебания скорости течения и местоположения потока с минимальными изменениями направления, океанские течения могут быть подходящими местами для размещения устройств извлечения энергии, таких как турбины. [2] Другие эффекты, такие как региональные различия в температуре и солености, а также эффект Кориолиса из-за вращения Земли, также оказывают большое влияние. Кинетическая энергия морских течений может быть преобразована почти так же, как ветряная турбина извлекает энергию из ветра, используя различные типы роторов с открытым потоком. [3]
Общая мировая мощность океанских течений оценивается примерно в 5000 ГВт при плотности мощности до 15 кВт/м2. Относительно постоянная плотность извлекаемой энергии у поверхности течения Флоридского пролива составляет около 1 кВт/м2 площади потока. Было подсчитано, что улавливание всего лишь 1/1000 доступной энергии из Гольфстрима , который имеет в 21 000 раз больше энергии, чем Ниагарский водопад, а поток воды в 50 раз превышает общий поток всех пресноводных рек мира, позволит обеспечить Флорида с 35% потребностей в электроэнергии. Изображение справа иллюстрирует высокую плотность потока вдоль побережья. Обратите внимание на высокоскоростной белый поток, идущий на север, который идеально подходит для извлечения энергии океанских течений. Страны, которые заинтересованы в применении технологий энергии океанских течений и стремятся к их применению, включают Европейский Союз, [4] Японию, [5] США, [6] и Китай. [7]
Потенциал производства электроэнергии из морских приливных течений огромен. Есть несколько факторов, которые делают производство электроэнергии из морских течений очень привлекательным по сравнению с другими возобновляемыми источниками энергии:
Существует несколько типов устройств с открытым потоком, которые можно использовать в системах питания морского тока; многие из них являются современными потомками водяного колеса или ему подобных. Тем не менее, более технически сложные конструкции, созданные на основе ветроэнергетических роторов, с наибольшей вероятностью достигнут достаточной экономической эффективности и надежности, чтобы быть практичными в сценарии будущего массового использования морской энергии. Несмотря на то, что не существует общепринятого термина для этих гидротурбин открытого типа , в некоторых источниках их называют водотоковыми турбинами. Можно рассмотреть три основных типа турбин водяного потока: осевые гребные винты с горизонтальной осью (как с переменным, так и с фиксированным шагом), подводные воздушные змеи и поперечноточные роторы Дарье . Типы роторов могут комбинироваться с любым из трех основных способов поддержки водоводных турбин: плавучими якорными системами, системами, установленными на морском дне, и промежуточными системами. Монопильные конструкции , установленные на морском дне, представляют собой морские энергосистемы первого поколения. У них есть преимущество использования существующих (и надежных) инженерных ноу-хау, но они ограничены относительно мелководьем (глубина от 20 до 40 метров (от 66 до 131 футов)). [3]
Возможное использование морских течений в качестве энергетического ресурса начало привлекать внимание в середине 1970-х годов после первого нефтяного кризиса . В 1974 году на семинаре Макартура по энергетике было представлено несколько концептуальных проектов, а в 1976 году британская компания General Electric Co. провела частично финансируемое государством исследование, в результате которого был сделан вывод, что энергия морских токов заслуживает более детального исследования. Вскоре после этого ITD-Group в Великобритании реализовала исследовательскую программу, включающую годичные испытания производительности 3-метрового ротора HydroDarrieus, развернутого в Джубе на Белом Ниле . [ нужна цитата ]
В 1980-е годы был реализован ряд небольших исследовательских проектов по оценке морских энергосистем. Основными странами, где проводились исследования, были Великобритания, Канада и Япония. В 1992–1993 годах в ходе обзора энергии приливных потоков были определены конкретные участки в водах Великобритании с подходящей скоростью течения для выработки до 58 ТВтч/год. Он подтвердил, что общий объем морских энергоресурсов теоретически способен удовлетворить около 19% спроса на электроэнергию в Великобритании. [ нужна цитата ]
В 1994–1995 годах проект EU-JOULE CENEX выявил более 100 европейских объектов площадью от 2 до 200 км 2 морского дна, многие из которых имели плотность мощности выше 10 МВт/км 2 . И правительство Великобритании, и ЕС взяли на себя обязательства по заключению международных соглашений, направленных на борьбу с глобальным потеплением. Для выполнения таких соглашений потребуется увеличение масштабной выработки электроэнергии из возобновляемых источников. Морские течения потенциально могут обеспечить значительную долю будущих потребностей ЕС в электроэнергии. [3] Исследование 106 возможных площадок для установки приливных турбин в ЕС показало, что общий потенциал производства электроэнергии составляет около 50 ТВтч/год. Если этот ресурс будет успешно использован, необходимая технология может стать основой новой крупной отрасли по производству экологически чистой энергии в 21 веке. [9]
Современные применения этих технологий можно найти здесь: Список приливных электростанций . Поскольку влияние приливов на океанские течения настолько велико, а их схемы течений весьма надежны, многие установки по извлечению энергии океанских течений размещаются в районах с высокими скоростями приливных течений. [10]
Исследования в области мощности морских течений проводятся, в частности, в Уппсальском университете в Швеции, где была построена испытательная установка с турбиной типа Дарье с прямыми лопатками и размещена на реке Дал в Швеции. [11] [12]
Океанские течения играют важную роль в определении климата во многих регионах мира. Хотя мало что известно о последствиях удаления энергии океанских течений , воздействие удаления текущей энергии на окружающую среду в дальней зоне может стать серьезной экологической проблемой. Типичные проблемы с турбиной, связанные с ударами лопастей, запутыванием морских организмов и акустическими эффектами, все еще существуют; однако они могут быть увеличены из-за присутствия более разнообразных популяций морских организмов, использующих океанские течения в целях миграции . Места могут находиться дальше от берега и, следовательно, требовать более длинных силовых кабелей, которые могут повлиять на морскую среду электромагнитным излучением. [13] База данных Тетис обеспечивает доступ к научной литературе и общей информации о потенциальных экологических последствиях энергии океанских течений. [14]
{{cite book}}
: CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка )