Колоссальные запасы энергии аккумулирует Мировой океан. Ее проявле­ние встречается в самых разных формах: в виде приливов и отливов, в неисто­вой пляске штормовых волн и пришедшей за тысячи километров океанской зыби, в виде океанских течений, обеспечивающих теплом некоторые при­брежные страны, как градиенты температуры между поверхностными и глу­бинными слоями воды, градиенты солености между пресными водами в усть­ях стекающих рек и соленой морской водой и т. д. Каждая из этих форм обладает своим энергетическим потенциалом (таблица 5.1), а его совокуп­ность выражается в энергии океана (97].

Потенциал каждого источника сопоставим с мировым уровнем потребле­ния энергоносителей, однако степень освоения энергии океана крайне низка.

Загадочное ранее природное явление — ритмичное движение морских вод в виде приливов и отливов — объясняется притяжением Луны и Солнца, а также центробежными силами, возникающими при вращении Земли. Меньшая по массе Луна оказывает на водную поверхность океана значительно большее воздействие, чем Солнце, которое удалено от Земли в 400 раз больше по срав­нению с Луной. Деформированная под воздействием гравитационного поля Луны область океана перемешается при вращении Земли и вызывает прилив - ную волну. Изменение уровня океана происходит с суточным периодом 24 ча­са 50 минут и с полусуточным, равным 12 часам 25 минутам. Высота прилив­ной волны зависит от многих факторов: особенностей движения небесных тел, характера береговой линии, расположения места наблюдения в открытом океане или у побережья, глубины воды и т. д. Даже в одном и том же месте высота приливной волны в течение месяца неодинакова. И разных местах зем­ного шара она колеблется в пределах 0,5-20 м.

Наиболее сильные приливы возникают в мелких и узких заливах или устьях рек, впадающих в моря и океаны. Приливная водна, идущая из Индий­ского океана, в р. Ганг распространяется на расстоянии 250 км от ее устья. Влияние прилива в Атлантическом океане наблюдается в реке Амазонке на удалении 900 км вверх по течению.

Оценка мест, удобных для размещения электростанций, преобразующих энергию приливной волны (ПЭС), показывает, что в мире имеется всего два десятка таких участков. На них высота приливной волны, т. е. разность уров­ней воды в момент прилива и отлива, превышает 5 м, и не требуется чрезмер­ного объема строительных работ.

Среди них залив Фанди (Атлантическое побережье Канады) с приливом в 1&-20 м; залив Фробишер на канадском острове Баффинова Земля, имеющий прилив 15,6 м; устье английской реки Северн — 16,3 м; г. Г’ранвиль (Фран­ция) — 14,7 м; аргентинский і юрт Галегас — 13,3 м; Магелланов пролив— 13 м

и другие.

Природный потенциал энергии приливов на побережьях России составляет одну грез ь мирового. Высота прилива в Мезенском заливе Белого моря состав­ляет 10 м, а в Гугурском заливе и Пенжинской губе Охотского моря — 13 м.

Мощность Пр*ИЛИВН0Й ^НЫ в одном цикле прилив — отлив определяет­ся уравнением:

Р = р g F Н2 / 2t, Вт, (5.1)

где р____ плотность» ВОДЫ, кг/м3; g — ускорение силы тяжести, м/с2; F — площадь

приливного бассейна, н —амплитуда колебаний уровня воды, м; t — продол­жительность прил**®3’с*

Таким образоМ. необходимо выбирать места на побережье с высоким уров­нем прилива при 9озможности сооружения большого замкнутого бассейна.

Энергию волны преобразуют в электрическую энергию как на ГЭС: стро­ится плотина в кО'Г0Р0Й устанавливаются реверсивные гидротурбины. В отли­чие от ГЭС на проливной электростанции (ПЭС) плотина проницаема, отсут­ствуют затопленное территории, происходит естественный водообмен без застоя Высота пл£>тины немн«го превышает уровень воды во время прилива.

Приливная в0*нз проходит через турбину, вращает ее, а электрогенератор вырабатывает электроэнергию. При отливе направление течения меняется, но турбина продолжает вращаться. Реверсивные турбины с электрогенератором вырабатывают электроэнергию в течение 20 часов в сутки.

Принцип раб°ты ПЭС понятен из рис. 5.1. Режим работы ПЭС непостоянен из-за периодичности приливов и отливов. Создание условий для равномерного производства элеКТР°энеРгии предусматривает подключение ПЭС к крупным

энергетическим системам для совместной работы с электростанциями других типов. Возможно также сочетание ПЭС с энергоемкими потребителями энер­гии, приспособленными к суточным колебаниям нагрузки ПЭС. Кстати, россий­ская модель ПЭС может устойчиво работать как в базисе, так и в пике графика нагрузки с гарантированной месячной выработкой электроэнергии.

Многие проекты ПЭС отмечаются большой установленной мощностью. Например, во французской бухте Монт-Сен-Мишель можно возвести ПЭС мощностью 9700 МВт, на р. Северн в Англии — 8469 МВт, природные усло­вия позволяют в Мезенском заливе построить ПЭС мощностью 15200 МВт, в Тугурском заливе — 10300 МВт. Самой мощной в мире может стать ПЭС в Пенжинской губе — 87400 МВт [98].

Однако в настоящее время длительный период (более 30 лет) работают только ПЭС на р. Ране во Франции — 240 МВт, российская Кислогубская ПЭС с двумя блоками по 200 кВт каждый. В 1983 г. построена ПЭС Annapolis в Канаде (20 МВт). 2 ПЭС работают в Китае: Байсхакоу — 640 кВт (1985 г.) и Джянгксия — 3900 кВт (1986 г.).

Достаточно большой срок эксплуатации имеющихся ПЭС доказал воз­можность их надежной работы. Показателен пример ПЭС на реке Ране. При строительстве станции возведена плотина, в основании которой находятся 19 кессонов из непроницаемого бетона массой 300С т каждый. Кессоны достав­лены на место во время прилива, загружены песком и затоплены. Кессоны между собой соединены бетонными стенками.

Пространство между двумя плотинами вмещает 24 капсульных гидроаг­регата по 10 МВт каждый. Агрегаты представляют собой пропеллерные тур - >ины Каплана диаметром 5,5 м с горизонтальным валом и поворотными ло - татками. Турбины эффективно работают независимо от направления потока зоды.

Удельные капитальные затраты при сооружении ПЭС на р. Ране оказа­лись очень большими. Они в 2,5 раза превзошли затраты на сооружение ГЭС гой же мощности. Стоимость вырабатываемой электроэнергии вполне прием­лема—-5 центЭеВт* ч.

Российская технология строительства ПЭС совершенно иная. Так, блок Ки - слогубской ПЭТ был полностью изготовлен в сухом доке и отбуксирован к мес­ту работы, где установлен на подготовленный фундамент. Метод сооружения

ПЭС из наплавных элементов на треть снижает капитальные затраты и сущест­венно сокращает срок ввода станции в действие. Вклад российских ученых и инженеров в развитие приливной энергетики отмечен разработкой нового эф­фективного и простого ортогонального гидроагрегата. Возможность его массо­вого изготовления кардинально снижает стоимость оборудования ПЭС.

Течения. Мировой океан подвижен не только на поверхности. В его тол ще в различных районах существуют мощные теплые и холодные течения. Привлекает внимание Гольфстрим, зарождающийся у берегов Центральной Америки и омывающий берега Западной и Северной Европы. Средний расход водьї этого течения во Флоридском проливе составляет 25 млн м3 в секунду и превышает суммарный расход воды во всех реках земного шара в 20 раз. Мощность Гольфстрима в этом районе оценивается в 50000 МВт. Однако лишь часть — до 10% — этой мощности можно направить на генерирование электроэнергии. Японские исследователи пытаются преобразовать энергию течения Куросио, в других странах работы проводятся на местных течениях.

Принцип преобразования энергии течений и расчета гидроагрегатов по­добен использованию энергии ветра и расчету ветротурбин, поэтому испыты­вались установки типа ротора Дарье, гидротурбины, предназначенные для ра­боты в свободном потоке и погруженные под воду на глубину до 30 м. Они закрепляются либо на дне, либо на заякоренных платформах. По проектам, из - за небольших скоростей течения должны устанавливаться крупные гидротур­бины с диаметром рабочего колеса до 10 м и единичной мощностью 80 МВт. Вырабатываемая электроэнергия будет несколько дороже той, что произво­дится на ПЭС.

Австралийская фирма Tyson Turbins разработала и продемонстрировала установки малого и среднего размера модульного типа, способные развивать мощность 670 кВт и более в зависимости от глубины и скорости потока. Они испытывались во многих странах: Австралии, Мексике, США, Канаде и др.

В литературе появились сообщения о создании в США в Северо - Восточном университете Бостона принципиально нового типа турбины — ге­ликоидальной со спиральными лопастями. Турбина способна работать при не­большой скорости потока. На испытаниях в 1996 году опытных образцов ус­тановка продемонстрировала высокую эффективность, значительно превосходящую показатели современных турбин. Разработанная турбина ■—
турбина Горлова — изготавливается из пластика, имеет диаметр 1 м и длину 0,84 м. Ее масса 35 кг, мощность — 2,7 кВт. На базе турбины Горлова в США разрабатывается проект электростанции мощностью 136 МВт, состоящей из 50 тысяч турбин. Стоимость проекта 300 млн долларов. Турбины с генерато­рами размещаются на вертикальных валах и устанавливаются на заякоренной погруженной под воду платформе. Вся станция будет размещаться на Гольф­стриме у побережья Флориды,

Британская компания IT POWER разработала проект «подводной ВЭУ» с диаметром колеса 20 м, предназначенной для работы в водяном потоке со ско­ростью течения 2,5 м/с. Расчетная стоимость вырабатываемой электроэнергии не должка превышать 6 пенс/кВт • ч. Образец турбины проходит подводные испытания, на базе которых планируется создавать гидротурбины мощностью до 300 кВт с диаметром ротора 24-30 м.