Нетрадиционные источники энергии

Энергия мирового океана.

Известно, что запасы энергии в Мировом океане колоссальны. Так, тепловая (внутренняя) энергия, соответствующая  перегреву поверхностных вод  океана по сравнению с донными, скажем, на 20 градусов, имеет величину порядка 10 Дж. Кинетическая энергия океанских течений оценивается величиной порядка 10 Дж. Однако пока что люди умеют утилизовать лишь ничтожные доли этой энергии, да и то ценой больших и медленно окупающихся капиталовложений, так  что  такая энергетика до сих пор казалась малоперспективной.

Однако происходящее весьма быстрое истощение запасов  ископаемых топлив (прежде всего нефти  и газа), использование которых  к тому же связано с существенным загрязнением окружающей среды (включая также и тепловое "загрязнение", и грозящее климатическими  последствиями повышение уровня атмосферной углекислоты), резкая ограниченность запасов урана (энергетическое использование которых к тому же порождает опасные радиоактивные отходы) и неопределенность как сроков, так и экологических последствий промышленного использования термоядерной энергии заставляет ученых и инженеров уделять все большее внимание поискам  возможностей рентабельной утилизации обширных и безвредных источников энергии и не только перепадов уровня воды в реках, но и солнечного тепла, ветра и энергии в Мировом океане. Широкая общественность,  да  и  многие специалисты еще не знают, что поисковые работы по извлечению энергии из  морей  и океанов приобрели  в  последние годы в ряде стран уже довольно большие масштабы и что их  перспективы  становятся  все  более обещающими.

Наиболее очевидным  способом использования океанской  энергии представляется постройка  приливных электростанций (ПЭС). С 1967 г. в устье реки Ранс во Франции на приливах высотой до 13 метров работает  ПЭС мощностью 240 тыс.  кВт с годовой отдачей 540 тыс. кВт ч.

Неожиданной возможностью  океанской  энергетики оказалось  выращивание с плотов в океане быстрорастущих гигантских  водорослей, легко перерабатываемых в метан для энергетической замены природного газа.  По  имеющимся  оценкам,  для  полного обеспечения энергией каждого человека - потребителя достаточно одного гектара плантаций водорослей.

Большое внимание  приобрела "океанотермическая энергоконверсия" (ОТЭК), т.е. получение электроэнергии за счет разности температур между  поверхностными  и засасываемыми насосом глубинными океанскими водами,  например при использовании в замкнутом цикле турбины таких легкоиспаряющихся жидкостей как пропан, фреон или аммоний.  В какой-то мере аналогичными,  но как пока кажется, вероятно, более далекими представляются перспективы получения электроэнергии за счет различия между соленой и пресной, например морской и речной водой.

Океан  наполнен внеземной   энергией,  которая поступает в него из космоса. Она доступна и безопасна, и не загрязняет окружающую среду, неиссякаема и свободна.

Из космоса поступает  энергия Солнца. Она нагревает  воздух и образует ветры, вызывающие волны. Она нагревает океан, который накапливает тепловую энергию.  Она приводит в движение течения, которые в то же время меняют свое направление под воздействием вращения Земли.

Из космоса же поступает  энергия солнечного и лунного  притяжения. Она является движущей силой системы Земля - Луна  и вызывает приливы и отливы.

Океан - это не плоское, безжизненное водное пространство, а  огромная  кладовая беспокойной  энергии.  Здесь плещут волны, рождаются  приливы и отливы,  пересекаются течения,  и все  это наполнено  энергией.

Бакены и маяки,  использующие энергию волн,  уже усеяли прибрежные воды Японии.  В течение многих лет бакены – свистки береговой охраны США действуют благодаря волновым  колебаниям.

Начиная с 1966  года  два французских города полностью  удовлетворяют свои  потребности  в  электроэнергии  за счет энергии приливов и отливов. Энергоустановка  на реке Ранс (Бретань), состоящая  из двадцати четырех реверсивных  турбогенераторов, использует эту энергию.  Выходная мощность установки 240  мегаватт - одна из наиболее мощных гидроэлектростанций во Франции.

В 70-х годах  ситуация  в энергетике изменилась.  Каждый раз, когда поставщики на Ближнем  Востоке,  в Африке и Южной Америке  поднимали цены на нефть,  энергия  приливов становилась все более  привлекательной, так как она успешно конкурировала в цене с ископаемыми видами топлива. Вскоре за этим  в Советском Союзе,  Южной Корее и Англии возрос интерес к очертаниям береговых линий и возможностям создания на них энергоустановок.  В этих  странах стали всерьез подумывать  об использовании энергии приливов волн и выделять средства на научные исследования  в этой области, планировать их.

Не так  давно группа ученых океанологов обратила внимание на тот факт, что Гольфстрим несет  свои  воды  вблизи  берегов  Флориды со скоростью 5 миль в час. Идея использовать этот поток теплой воды была весьма заманчивой.

Один из  ученых, наиболее склонный к прогнозам на будущее, предсказал, что  электричество, полученное при использовании энергии Гольфстрима,  может стать  конкурентоспособным  уже  в 80-е годы.

В океане  существует  замечательная среда для поддержания  жизни, в состав которой входят питательные  вещества, соли и другие минералы. В  этой среде растворенный в воде кислород питает всех морских животных от самых  маленьких до самых больших,  от амебы до акулы. Растворенный углекислый газ точно так же поддерживает жизнь всех морских растений от одноклеточных  диатомовых водорослей  до  достигающих  высоты 200-300 футов (60-90 метров) бурых водорослей.

При поддержке  военно-морского  флота США в середине 70-х годов группа специалистов в области исследования океана, морских инженеров и водолазов создала первую  в мире океанскую энергетическую ферму на глубине 40 футов (12 метров) под залитой солнцем гладью  Тихого  океана вблизи города Сан-Клемент. Ферма была небольшая.  По сути своей, все это было лишь экспериментом. На  ферме выращивались бурые гигантские калифорнийские водоросли.

По мнению директора  проекта доктора Говарда А.  Уилкокса, сотрудника Центра исследования морских и  океанских  систем  в Сан-Диего (Калифорния), "до 50 % энергии этих водорослей может быть превращено в топливо - в природный газ  метан.  Океанские фермы будущего, выращивающие  бурые водоросли на площади примерно 100 000 акров (40 000 га),  смогут давать энергию, которой хватит,  чтобы полностью удовлетворить потребности американского города с населением в 50 000 человек".

Океан всегда был богат  энергией волн, приливов и течений. В древние времена,  наблюдая движение водных  потоков,  рыбаки ничего не знали о "приливной энергии" или о "выращивании бурых водорослей", однако они знали,  что выходить в море  легче  во время отлива,  а возвращаться обратно - во время прилива.  Им, конечно, было известно и о том,  что  иногда  волны тяжело  и страшно бьют  о  берег,  выбрасывая  камни  на его скалы,  и о "морских реках", которые всегда выносили их к нужным островам, и о том,  что они всегда смогут прокормиться моллюсками, ракообразными, рыбой и съедобными водорослями,  растущими в  океане...

В наши дни,  когда возросла необходимость в  новых  видах топлива, океанографы, химики, физики, инженеры и технологи обращают все большее внимание на океан как на потенциальный  источник энергии.

В океане растворено огромное количество солей. Соленость тоже может быть использована, как источник энергии.

Большая концентрация соли в океане навела ряд исследователей Скриппского океанографического института  в Ла-Колла (Калифорния) и других центров на мысль о создании таких  установок. Они  считают,  что для  получения большого количества энергии вполне возможно  сконструировать батареи,  в  которых происходили бы реакции между соленой и несоленой водой.

Температура воды океана в разных местах  различна.  Между  тропиком Рака и тропиком Козерога поверхность воды нагревается до 82 градусов по Фаренгейту (27 C).  На глубине в 2000  футов (600 метров) температура падает до 35,36,37 или 38 градусов по Фаренгейту (2-3.5 С).  Таким образом, можно использовать разницу температур для получения энергии.

Используя теплую воду на поверхности и холодную на глубине и создав соответствующую технологию,  мы  располагаем всем необходимым для производства электроэнергии, уверяли сторонники использования тепловой  энергии океана.  "Согласно  нашим оценкам, в этих  поверхностных водах имеются запасы энергии, которые в 10 000 раз превышают общемировую потребность в ней".

Разумеется, доступ к  запасам электроэнергии ОТЕС предоставляет великолепные возможности,  но электричество не поднимает в небо самолеты,  не будет двигать легковые и грузовые автомобили и автобусы,  не поведет корабли через моря.

Однако самолеты и  легковые автомобили,  автобусы и  грузовики могут приводиться  в движение газом,  который можно  извлекать из воды,  а уж воды-то в морях достаточно. Этот газ - водород, и он может использоваться в качестве горючего. Водород - один из наиболее распространенных элементов во  Вселенной.  В океане он содержится в каждой капле воды.  Формула HOH значит, что молекула воды состоит из двух атомов водорода и одного атома кислорода. Извлеченный из воды водород можно сжигать как топливо и использовать не  только  для того, чтобы приводить в движение различные транспортные средства, но и для получения электроэнергии.

В 60-е  годы  специалистам  из НАСА удалось столь успешно  осуществить процесс электролиза  воды и столь эффективно  собирать высвобождающийся  водород,  что  получаемый таким образом водород использовался во время полетов по программе "Аполлон".

Таким образом,  в  океане,  который составляет 71 процент поверхности  планеты, потенциально имеются различные  виды энергии -  энергия волн и приливов;  энергия химических связей газов, питательных веществ,  солей и других  минералов;  скрытая энергия водорода, находящегося в молекулах воды; энергия течений, спокойно и нескончаемо движущихся в различных частях океана; удивительная по запасам энергия,  которую можно получать, используя разницу температур воды океана на  поверхности  и  в глубине, и их можно преобразовать в стандартные виды топлива.

Атомная энергия.

Открытие излучения  урана  впоследствии  стало  ключом  к энергетическим кладовым природы.

Главным, сразу  же  заинтересовавшим  исследователей,  был вопрос: откуда берется энергия  лучей,  испускаемых ураном,  и  почему уран всегда чуточку теплее окружающей среды? Под сомнение ставился либо закон сохранения энергии,  либо утвержденный веками принцип неизменности атомов.  Огромная научная смелость требовалась от ученых, которые перешагнули границы привычного, отказались от устоявшихся представлений.

Такими смельчаками  оказались молодые ученые Эрнест Резерфорд и Фредерик Содди. Два года упорного труда по изучению радиоактивности привели их к революционному по тем временам  выводу: атомы некоторых элементов подвержены распаду, сопровождающемуся излучением энергии в количествах,  огромных по сравнению с энергией, освобождающейся при обычных молекулярных видоизменениях.

Невиданными темпами  развивается сегодня атомная  энергетика. За тридцать лет общая  мощность ядерных энергоблоков выросла  с 5 тысяч до 23 миллионов кВт!

В принципе энергетический ядерный реактор устроен довольно просто - в нем,  так же как и в обычном котле, вода превращается в пар.  Для этого используют  энергию,  выделяющуюся  при цепной  реакции распада атомов урана или другого ядерного топлива. На атомной электростанции нет громадного парового котла, состоящего из тысяч километров стальных трубок, по которым при огромном давлении циркулирует вода, превращаясь в пар. Эту махину заменил относительно небольшой ядерный реактор.

Распространенная конструкция реакторов - так называемые  водо-водяные.  В  них вода не только отбирает тепло от твэлов,  но и служит замедлителем  нейтронов  вместо  графита. Конструкторы довели мощность таких реакторов до миллиона киловатт. Могучие энергетические агрегаты установлены на Запорожской,  Балаковской и других атомных электростанциях. Вскоре реакторы такой конструкции, видимо, догонят по мощности и рекордсмена - полуторамиллионик с Игналинской АЭС.

Но все-таки будущее  ядерной энергетики,  по-видимому, останется за третьим типом реакторов, принцип работы и конструкция  которых предложены учеными,  - реакторами на быстрых нейтронах.  Их называют еще реакторами-размножителями. Обычные  реакторы используют замедленные нейтроны,  которые вызывают цепную  реакцию в довольно редком изотопе - уране-235,  которого в природном уране всего около одного  процента.  Именно  поэтому приходится строить огромные заводы,  на которых буквально просеивают атомы урана,  выбирая из них атомы  лишь одного  сорта урана-235.  Остальной  уран в обычных реакторах использоваться не может.  Возникает вопрос: а хватит ли этого редкого изотопа урана  на  сколько-нибудь продолжительное время или же человечество вновь столкнется с  проблемой  нехватки  энергетических ресурсов?

Более тридцати лет назад  эта проблема была поставлена перед  коллективом лаборатории Физико-энергетического  института. Она была решена. Руководителем  лаборатории Александром Ильичом  Лейпунским  была  предложена  конструкция  реактора на быстрых нейтронах. В 1955 году была построена первая такая установка.

Преимущества реакторов  на быстрых нейтронах очевидны.  В них для получения энергии  можно использовать все  запасы  природных  урана  и тория,  а они огромны - только в Мировом океане растворено более четырех миллиардов тонн урана.

Но все 400 атомных электростанции,  работающих сейчас на планете, не могут  создать угрозу, хотя бы сравнимую  с угрозой, исходящей от 50 тысяч  боеголовок.