Альтернативная гидроэнергетика
Основные направления развития альтернативной гидроэнергетики связаны с использованием механической энергии приливов, волн, течений и тепловой энергии океана.
Только один приливно-отливный цикл мирового океана энергетически эквивалентен 8 трлн кВт-ч. По экспертным оценкам, технически возможно использование примерно 2 % этого потенциала.
Максимальные амплитуды приливов-отливов характерны для окраинных морей умеренного климатического пояса. Наибольшими запасами приливной энергии обладают Атлантический океан и в меньшей мере Тихий океан. Одним из наиболее существенных факторов, влияющих на возможность использования энергии приливов, являются особенности береговой линии и прибрежного и придонного рельефа. В длинных узких заливах с пологим дном приливы имеют максимальную высоту, иногда превышающую 10 м, что существенно повышает эффективность энергетического использования приливно – отливного цикла.
Технологически приливные электростанции (ПЭС) сооружаются обычно по традиционным «речным» схемам с плотинами в створе, с накоплением приливно-нагонных масс воды и пропуском приливного и отливного потока через турбины. В настоящее время разрабатываются и более сложные схемы «поплавкового» типа, в которых для преобразования в электричество используется работа, совершаемая приливом при поднятии системы расположенных на водной поверхности поплавков.
Первые экспериментальные ПЭС появились в начале XX в., однако серьезный интерес к приливной энергетике возродился опять-таки во времена энергетического кризиса, в середине 1970-х годов. В 1984 г. в Канаде была построена ПЭС «Аннаполис» мощностью 20 МВт. Активно развивают направление ПЭС США. Энергетический потенциал ПЭС в США оценивается в 350 млрд кВт-ч в год. Перспективные возможности сооружения ПЭС во Франции оцениваются в 40 млрд кВт-ч в год.
Удельные затраты на сооружение ПЭС в настоящее время составляют 700…800 дол. за 1 кВт установленной мощности, себестоимость электроэнергии варьируют в пределах 3…4 цента за 1 кВт-ч.
Волноприбойная энергетика сосредотачивается в пределах таких зон морского побережья, для которых характерны постоянные сильные ветры и большая высота волн (прибоя). Хотя технический потенциал энергии волн оценивается примерно в 3 млрд кВт ч в год, реальные возможности его использования по целому ряду причин (в том числе из-за непостоянства ветров и волн), по крайней мере, на два порядка ниже.
Существующие экспериментальные волноприбойные электростанции (ВПЭС) технологически строятся в основном по поплавковым схемам, когда в электричество преобразуется работа волн по поднятию расположенных на водной поверхности систем поплавков. Еще одним перспективным техническим вариантом ВПЭС считается «поршневая» схема, в которой волновые колебания уровня воды в вертикальных колодцах используются в качестве «поршней», прогоняющих через турбины воздух, находящийся над водой в этих колодцах.
Пока эксплуатация опытных ВПЭС ведется только в Великобритании и Японии. Однако разработками в этом направлении активно занимаются в США, Канаде, Австралии и других странах.
Энергетический потенциал океанских и морских течений составляют сотни миллиардов киловатт-часов в год. Но его использование крайне ограничено реальными технологическими возможностями. Так, Гольфстрим, основная часть которого проходит между Флоридой и Багамскими островами, имеет эквивалентную энергетическую мощность в 50 млн кВт, и эксперты в США считают, что в перспективе реально использовать примерно 10 % этой мощности. При этом возможная технология энергетического использования Гольфстрима – погружение систем низкооборотных турбин (скорость течения менее 1 м/с) в поток течения. Однако воплощение таких проектов – дело достаточно далекого будущего.
Перспективы использования тепловой энергии океана основаны на том, что между водой на поверхности и водой на глубинах уже в первые сотни метров существует очень значительная (до 20 °С) разница температур. Поскольку такое явление наблюдается повсеместно в низких широтах, теоретический потенциал данного типа энергетики очень велик.
Для практического использования моретермальных электростанций (МТЭС) наиболее пригодны приэкваториальные зоны океана, где температура воды у поверхности достигает 27.. .28 °С, а на глубинах 500 – 1000 м составляет 4.. .6 °С. МТЭС работают с применением испарительно-конденсационного цикла теплоагента, на принципе испарения жидкого аммиака, фреона или другого теплоносителя за счет отбора тепла глубинной холодной водой. Испаренный теплоноситель используется в турбинах низкого давления либо в поршневых системах для выработки электроэнергии.
Программы «Преобразование термальной энергии океана» (ОТЕК) ведутся в США, Японии, Франции с конца 1970-х годов. Построены опытные МТЭС в районах Гавайских островов (США), острова Науру (Япония), в районе Абиджана в Котд’Ивуаре (Франция). Пока их мощность не превышает первых сотен киловатт, коэффициент преобразования энергии 10… 15 %, а себестоимость энергии неконкурентоспособна с большинством других традиционных и нетрадиционных энергогехнологий.
Основные перспективы развития МТЭС связывают с технологиями сооружения крупных плавающих станций погружного или I юлу погружного типа большой мощности; расчеты показывают, что при этом коэффициент преобразования энергии можно поднять более чем вдвое. Однако для МТЭС с такими технологиями пока не вполне решены проблемы накопления и передачи выработанной энергии к потребителям на материке.
