Приливная электростанция на основе нанотехнологии.

Энергия приливов и отливов в будущем, возможно, станет экологически чистым, возобновляемым источником энергии. Нанотехнологии, с целенаправленным подходом и непревзойдённым успехом во многих отраслях, могут сделать доступным для человечества использование энергии океана в сфере электроэнергетики. Нанотехнологии позволяют проектировать электростанцию, а точнее составные ее компоненты и связующие элементы из материалов с определенными свойствами. От данных материалов требуется прочность в сочетании с лёгкостью. Углеродные нанотрубки, по теоретическим расчётам, представляются подходящим материалом. Приливы и отливы океанских вод вдоль береговых линий являются природным явлением. Одним из самых главных требований, предъявляемых к использованию этой энергии, является аккумулирование энергии, генерируемой на глубине 25-70 метров под толщей океана, при скорости течения 1,5-3 м/с. Использование данного типа генерации электроэнергии не только реальность, но также является довольно выгодным методом получения энергии из чистого альтернативного возобновляемого источника энергии.

Несмотря на то, что энергия приливов и отливов океана является перспективным проектом, энергия волн также открывает доступ к более дешёвой и чистой электроэнергии. Доступность и возможность преобразования энергии волн в электроэнергию широко исследуется в гонке за получением недорогого, экологически безопасного и возобновляемого источника энергии. Данный способ получения электроэнергии становится наиболее эффективным если в систему включить ветрогенератор, а то и несколько ветряных турбин.
Физики изучили гравитацию луны по фазам и её влияние на течения океана. Приливы и отливы океана – это явления, которые можно предсказать. На этот источник энергии не оказывают никакого воздействия ни погодные условия, ни изменения климата. Поэтому, это идеальный способ получения энергии, для дальнейшего исследования и применения в подходящих географических точках планеты.
Для реализации проекта необходимы нанотехнологии, которые помогут использовать энергию океана с помощью искусственных дамб, разработанных специально для генерации электроэнергии по средствам приливов и отливов. Заранее созданные пути позволят водам океана протекать через них в заливы, где вода забирается заграждением, а затем выпускается через водоотводные ворота и пропускается через турбину, которая, генерирует электроэнергию.
Аналогичный проект данного источника энергии (пока без внедренной нанотехнологии) хорошо освоен во, Франции, где работает станция мощностью 240 мегаватт. В Канаде также существуют подобные проекты, а в Южной Корее планируется построить электростанцию большей мощности, чем во Франции. Несмотря на все плюсы, данный способ получения энергии имеет недостаток. Экологи обеспокоены тем, что постоянные наводнения, нанесут вред хрупким экосистемам заливов.
Учёные нанотехнологи работают совместно с передовыми экологами над исправлением данного недостатка, при проектировании турбин в лагунах.
Вместо создания дамбы в пределах устья предлагается использовать разработки нанотехнологии и использовать искусственные лагуны вдоль береговых линий на уровне, превышающем максимальный подъём приливов хотя бы на метр. Турбины будут расположены в близи ко дну океана, но не будут касаться его самого. Во время прилива вода протекает через турбину, заставляя её вращаться, а во время отлива она вытекает обратно, и турбина вращается в противоположном направлении. В результате генерируется электричество в обоих направлениях вращения турбины 4 раза в день. Аккуратность расположения лагуны зависит от разницы между уровнями прилива и отлива. Как ожидается, производство энергии этим путём будет обходиться намного дешевле получения энергии при сжигании угля, и в то же самое время окружающая среда остаётся под защитой.
Планируется строительство нескольких таких электростанций в Уэльсе и Китае.
Вышеуказанная комбинация традиционной технологии в области нанотехнологии не наносит вреда экологического и природоохранного характера, хотя существует мнение, что подобного рода энергетические станции могут оказывать отрицательное влияние на корабельные маршруты. Подобные предостережения были приняты во внимание, и усовершенствование океанических турбин позволяет генерировать энергию, не оказывая влияния на движение морских судов.
Известно, что в узких проливах потоки воды движутся быстрее, поэтому лёгкость получения огромного количества энергии при помощи турбин представляет собой замечательную альтернативу атомным электростанциям и способу получения энергии при помощи сжигания угля. Благодаря минимальному уровню угрозы причинения вреда экосистемам, инновациям в области технологий, кооперации промышленных и природоохранных компаний и почти неограниченным количеством мест размещения, что может создать идеальные условия для получения энергии приливов и отливов, данный тип источника энергии привлекает большое количество внимания человечества по всему миру.

То, что уровень моря в течение суток может значительно меняться, было замечено уже давно. Не секрет, что приливы и отливы возникают не сами по себе, а из-за движения по орбите единственного спутника нашей планеты - луны.

Луна - довольно крупный астрономический объект, имеющий сильное гравитационное поле, которое постоянно влияет на уровень мирового океана на нашей планете.

Идея использования этих природных явлений на благо цивилизации витала в воздухе давно. В наше время люди научились использовать энергию приливов и отливов для выработки электричества.

Принцип действия приливной электростанции очень прост. Для неё лишь требуется довольно обширная приморская территория, на которой располагается водозаборный бассейн, он должен находиться выше среднего уровня моря. В период прилива открываются клапаны приливной электростанции, и бассейн наполняется водой. Затем клапаны закрываются. В тот момент, когда уровень воды падает до наименьшей отметки, открываются спускные клапаны, и вода, которая оказалась на несколько метров выше, под действием силы тяжести устремляется вниз, попутно вращая турбины приливной электростанции.

Конечно, мощность приливных электростанций, по сравнению, например, с гидроэлектростанциями, очень мала. Но они имеют и свои преимущества. Главное из которых, полная возобновляемость энергии, так как приливы и отливы существуют со времён сотворения мира. Постройка приливных электростанций не требует больших изменений ландшафта прибрежных районов, как это происходит при постройке гидроэлектростанций.

Кроме того, срок службы гидроэлектростанций из-за больших нагрузок всегда меньше, чем приливных. На приливных электростанциях также полностью отсутствует риск затопления близлежащих районов.

Несомненные преимущества приливные электростанции имеют и перед ветровыми электростанциями (ВЕС). Предсказать работу приливной электростанции труда не составляет, так как она полностью зависит от траектории движения луны вокруг земли и не зависит от колебаний природной стихии, как это происходит на ветровых электростанциях, где всё зависит от силы ветра.

У приливных электростанций имеются и некоторые недостатки. В первую очередь, это, конечно же, их малая мощность при большой занимаемой территории. Кроме того, необходимость постройки таких электростанций на морском побережье, а такие места в основной своей массе являются территориями туристического бизнеса. Поэтому постройка таких электростанций более актуальна в северных широтах, там, где морское побережье более свободно.

В России такая приливная электростанция всего одна, построена она на Кольском полуострове в Кислой губе Баренцева моря. Пущена в эксплуатацию Килогубская опытно- промышленная электростанция ещё в 1968 году, её мощность составляет 400 кВт., а в среднем за год она вырабатывает 1.2 млн. кВт.ч. электроэнергии. (http://www.saveplanet.su/articles_63.html)

Реферат: Приливные электростанции и их экологические проблемы

Под влиянием притяжения Луны и Солнца происходят периодические поднятия иопускания поверхности морей и океанов – приливы и отливы. Частицы водысовершают при этом и вертикальные и горизонтальные движения. Наибольшиеприливы наблюдаются в дни сизигий (новолуний и полнолуний), наименьшие(квадратурные) совпадают с первой и последней четвертями Луны. Междусизигиями и квадратурами амплитуды приливов могут изменяться в 2,7 раза.Вследствие изменения расстояния между Землей и Луной, приливообразующая силаЛуны в течение месяца может изменяться на 40%, изменение приливообразующейсилы Солнца за год составляет лишь 10%. Лунные приливы в 2,17 раза превышаютпо силе солнечные.Основной период приливов полусуточный. Приливы с такой периодичностьюпреобладают в Мировом океане. Наблюдаются также приливы суточные и смешанные.Характеристики смешанных приливов изменяются в течение месяца в зависимостиот склонения Луны.В открытом море подъем водной поверхности во время прилива не превышает 1 м.Значительно большей величины приливы достигают в устьях рек, проливах и впостепенно суживающихся заливах с извилистой береговой линией. Наибольшейвеличины приливы достигают в заливе Фанди (Атлантическое побережье Канады). Упорта Монктон в этом заливе уровень воды во время прилива поднимается на 19,6м. В Англии, в устье реки Северн, впадающей в Бристольский залив, наибольшаявысота прилива составляет 16,3 м. На Атлантическом побережье Франции, уГранвиля, прилив достигает высоты 14,7 м, а в районе Сен-Мало до 14 м. Вовнутренних морях приливы незначительны. Так, в Финском заливе, вблизиЛенинграда, величина прилива не превышает 4...5 см, в Черном море, уТрапезунда, доходит до 8 см.Поднятия и опускания водной поверхности во время приливов и отливовсопровождаются горизонтальными приливо-отливными течениями. Скорость этихтечений во время сизигий в 2...3 раза больше, чем во время квадратур.Приливные течения в моменты наибольших скоростей называют «живой водой».При отливах на пологих берегах морей может происходить обнажение дна нарасстоянии в несколько километров по перпендикуляру к береговой линии. РыбакиТерского побережья Белого моря и полуострова Новая Шотландия в Канадеиспользуют это обстоятельство при ловле рыбы. Перед приливом ониустанавливают на пологом берегу сети, а после спада воды подъезжают к сетямна телегах и собирают попавшую в чих рыбу.Когда время прохождения приливной волны по заливу совпадает с периодомколебаний приливообразующей силы, возникает явление резонанса, и амплитудаколебаний водной поверхности сильно возрастает. Подобное явление наблюдается,например, в Кандалакшском заливе Белого моря.В устьях рек приливные волны распространяются вверх по течению, уменьшаютскорость течения и могут изменить его направление на противоположное. НаСеверной Двине действие прилива сказывается на расстоянии до 200 км от устьявверх по реке, на Амазонке – на расстоянии до 1 400 км. На некоторых реках(Северн и Трент в Англии, Сена и Орне во Франции, Амазонка в Бразилии)приливное течение создает крутую волну высотой 2...5 м, котораяраспространяется вверх по реке со скоростью 7 м/сек. За первой волной можетследовать несколько волн меньших размеров. По мере продвижения вверх волныпостепенно ослабевают, при встрече с отмелями и преградами они с шумомдробятся и пенятся. Явление это в Англии называется бор, во Франции маскаре,в Бразилии поророка.В большинстве случаев волны бора заходят вверх по реке на 70...80 км, наАмазонке же до 300 км. Наблюдается бор обычно во время наиболее высокихприливов.Спад уровня воды в реках при отливе происходит медленнее, чем подъем во времяприлива. Поэтому, когда в устье начинается отлив, на удаленных от устьяучастках еще может наблюдаться последействие прилива.Река Сен-Джонс в Канаде, недалеко от места впадения в залив Фанди, проходитчерез узкое ущелье. Во время прилива ущелье задерживает движение воды вверхпо реке, уровень воды выше ущелья оказывается ниже и поэтому образуетсяводопад с движением воды против течения реки. При отливе же вода не успеваетдостаточно быстро проходить через ущелье в обратном направлении, поэтомууровень воды выше ущелья оказывается выше и образуется водопад, через которыйвода устремляется вниз по течению реки.Приливо-отливные течения в морях и океанах распространяются на значительнобольшие глубины, чем течения ветровые. Это способствует лучшему перемешиваниюводы и задерживает образование льда на ее свободной поверхности. В северныхморях благодаря трению приливной волны о нижнюю поверхность ледяного покровапроисходит уменьшение интенсивности приливо-отливных течений. Поэтому зимой всеверных широтах приливы имеют меньшую высоту, чем летом.Поскольку вращение Земли вокруг своей оси опережает по времени движение Лунывокруг Земли, в водной оболочке нашей планеты возникают силы приливноготрения, на преодоление которых тратится энергия вращения, и вращение Землизамедляется (примерно на 0,001 сек за 100 лет). По законам небесной механикидальнейшее замедление вращения Земли повлечет за собой уменьшение скоростидвижения Луны по орбите и увеличение расстояния между Землей и Луной. Вконечном итоге период вращения Земли вокруг своей оси должен сравняться спериодом обращения Луны вокруг Земли Это произойдет, когда период вращенияЗемли достигнет 55 суток. При этом прекратится суточное вращение Земли,прекратятся и приливо-отливные явления в Мировом океане.В течение длительного времени происходило торможение вращения Луны за счетвозникавшего в ней приливного трения под действием земного притяжения(приливно-отливные явления могут возникать не только в жидкой, но и в твердойоболочке небесного тела). В результате Луна потеряла вращение вокруг своейоси и теперь обращена к Земле одной стороной. Благодаря длительному действиюприливообразующих сил Солнца потерял свое вращение и Меркурий. Как и Луна поотношению к Земле, Меркурий обращен к Солнцу только одной стороной.В XVI и XVII веках энергия приливов в небольших бухтах и узких проливахшироко использовалась для приведения в действие мельниц. Впоследствии онаприменялась для приведения в действие насосных установок водопроводов, длятранспортировки и монтажа массивных деталей сооружений пригидростроительстве.В наше время приливная энергия в основном превращается в электрическуюэнергию на приливных электростанциях и вливается затем в общий поток энергии,вырабатываемой электростанциями всех типов, В отличие от гидроэнергии рек,средняя величина приливной энергии мало меняется от сезона к сезону, чтопозволяет приливным электростанциям более равномерно обеспечивать энергиейпромышленные предприятия.В приливных электростанциях используется перепад уровней воды, образующийсяво время прилива и отлива. Для этого отделяют прибрежный бассейн невысокойплотиной, которая задерживает приливную воду при отливе. Затем водувыпускают, и она вращает гидротурбиныПриливные электростанции могут быть ценным энергетическим подспорьем местногохарактера, но на Земле не так много подходящих мест для их строительства,чтобы они могли изменить общую энергетическую ситуацию.В Кислой губе вблизи Мурманска с 1968 года начала работать первая в нашейстране приливная электростанция мощностью в 400 киловатт. Проектируетсяприливная электростанция в устье Мезени и Кулоя мощностью 2,2 млн киловатт.За рубежом разрабатываются проекты приливных электростанций в заливе Фанди(Канада) и в устье реки Северн (Англия) мощностью соответственно в 4 и 10 млнкиловатт, вступили в строй приливные электростанции Ранс и Сен-Мало (Франция)мощностью в 240 и 9 тыс. киловатт, работают небольшие приливныеэлектростанции в Китае.Пока энергия приливных электростанций обходится дороже энергии тепловыхэлектростанций, но при более рациональном осуществлении строительствагидросооружений этих станций стоимость вырабатываемой ими энергии вполнеможно снизить до стоимости энергии речных электростанций. Поскольку запасыприливной энергии планеты значительно превосходят полную величинугидроэнергии рек, можно полагать, что приливная энергия будет играть заметнуюроль в дальнейшем прогрессе человеческого общества.Мировое сообщество предполагает лидируещее использование в ХХI векеэкологически чистой и возобновляемой энергии морских приливов. Ее запасымогут обеспечить до 15 % современного энергопотребления.33-летний опыт эксплуатации первых в мире ПЭС - Ранс во Франции иКислогубской в России - доказали, что приливные электростанции:· устойчиво работают в энергосистемах как в базе так и в пике графиканагрузок при гарантированной постоянной месячной выработке электроэнергии· не загрязняют атмосферу вредными выбросами в отличие от тепловыхстанций· не затапливают земель в отличие от гидроэлектростанций· не представляют потенциальной опасности в отличие от атомных станций· капитальные вложения на сооружения ПЭС не превышают затрат на ГЭСблагодаря апробированному в России наплавному способу строительства (безперемычек) и применению нового технологичного ортогонального гидроагрегата· стоимость электроэнергии самая дешевая в энергосистеме (доказано за35 лет на ПЭС Ранс - Франция).Экологический эффект (на примере Мезенской ПЭС) заключается в предотвращениивыброса 17,7 млн тонн углекислого газа (СО2) в год, что при стоимостикомпенсации выброса 1 тонны СО2 в 10 USD (данные Мировой энергетическойконференции 1992 г.) может приносить по формуле Киотского протокола ежегодныйдоход около 1,7 млрд USD.Российской школе использования приливной энергии - 60 лет. В России выполненыпроекты Тугурской ПЭС мощностью 8,0 ГВт и Пенжинской ПЭС мощностью 87 ГВт наОхотском море, энергия которых может быть передана в энергодефицитные районыЮго-Восточной Азии. На Белом море проектируется Мезенская ПЭС мощностью 11,4ГВт, энергию которой предполагается направить в Западную Европу пообъединенной энергосистеме " Восток-Запад".Наплавная "российская" технология строительства ПЭС, апробированная наКислогубской ПЭС и на защитной дамбе С-Петербурга, позволяет на треть снизитькапитальные затраты по сравнению с классическим способом строительствагидротехнических сооружений за перемычками.

Наплавное здание Кислогубской ПЭС перед выводом на перегон	Перегон Кислогубской ПЭС по морю из Мурманска в Кислую губу

Природные условия в районе исследований (Заполярье):морская вода океанической солёности 28-35 о/оо и температурой от -2,8 С до+10,5 Стемпература воздуха в зимний период (9 месяцев) до -43 Свлажность воздуха не ниже 80 %количество циклов (в году): замачивания-осушки - до 690, замораживания-оттаивания до 480обрастание конструкций в морской воде биомассой - до 230 кг/м2 (слои толщинойдо 20 см)электрохимическая коррозия металлов до 1 мм в годэкологическое состояние района - без загрязнений, морская вода - безнефтепродуктов.В России обоснования проектов ПЭС осуществляются на специализированнойморской научной базе на Баренцевом море, где идут исследования морскихматериалов, конструкций, оборудования и антикоррозионных технологий.Создание в России нового эффективного и технологически простогоортогонального гидроагрегата предполагает возможность его массовогоизготовления и кардинального снижения стоимости ПЭС. Результаты российскихработ по ПЭС опубликованы в капитальной монографии Л.Б.Бернштейна,И.Н.Усачева и др. "Приливные электростанции", изданной в 1996 г. на русском,китайском и английском языках.Российские специалисты по приливной энергии в институтах Гидропроект и НИИЭСосуществляют полный комплекс проектных и научно-исследовательских работ посозданию морских энергетических и гидротехнических сооружений на побережье ина шельфе, в том числе в условиях Крайнего Севера, позволяющие в полной меререализовать все преимущества приливной гидроэнергетики.Экологическая характеристика приливных электростанцийЭкологическая безопасность:· плотины ПЭС биологически проницаемы· пропуск рыбы через ПЭС происходит практически беспрепятственно· натурные испытания на Кислогубской ПЭС не обнаружили погибшей рыбыили ее повреждений (исследования Полярного института рыбного хозяйства иокеанологии)· основная кормовая база рыбного стада - планктон: на ПЭС гибнет 5-10% планктона, а на ГЭС - 83-99 %· снижение солености воды в бассейне ПЭС, определяющее экологическоесостояние морской фауны и льда составляет 0,05-0,07 %, т.е. практическинеощутимо· ледовый режим в бассейне ПЭС смягчается· в бассейне исчезают торосы и предпосылки к их образованию· не наблюдается нажимного действия льда на сооружение· размыв дна и движение наносов полностью стабилизируются в течениепервых двух лет эксплуатации· наплавной способ строительства дает возможность не возводить встворах ПЭС временные крупные стройбазы, сооружать перемычки и прочее, чтоспособствует сохранению окружающей среды в районе ПЭС· исключен выброс вредных газов, золы, радиоактивных и тепловыхотходов, добыча, транспортировка, переработка, сжигание и захоронениетоплива, предотвращение сжигания кислорода воздуха, затопление территорий,угроза волны прорыва· ПЭС не угрожает человеку, а изменения в районе ее эксплуатации имеютлишь локальный характер, причем, в основном, в положительном направлении.· Энергетическая характеристика приливных электростанцийПриливная энергия· возобновляема· неизменна в месячном (сезонном и многолетнем) периодах на весь срокэксплуатации· независима от водности года и наличия топлива· используется совместно с электростанциями других типов вэнергосистемах как в базе, так и в пике графика нагрузок· Экономическое обоснование приливных электростанцийСтоимость энергии на ПЭС самая низкая в энергосистеме по сравнению состоимостью энергии на всех других типах электростанций, что доказано за 33-летнюю эксплуатацию промышленной ПЭС Ранс во Франции - в энергосистемеElectricite de France в центре Европы.За 1995 г. стоимость 1кВт.ч электроэнергии (в сантимах) на:ПЭС -18,5ГЭС -22,61ТЭС -34,2АЭС -26,15Себестоимость кВт*ч электроэнергии (в ценах 1996 г.) в ТЭО Тугурской ПЭС -2,4 коп., в проекте Амгуеньской АЭС - 8,7 коп.ТЭО Тугурской (1996 г.) и материалы к ТЭО Мезенской ПЭС (1999 г.) благодаряприменению эффективных технологий и нового оборудования впервые обосновалиравнозначность капитальных затрат и сроков строительства крупных ПЭС и новыхГЭС в идентичных условиях. Социальное значение приливных электростанций Приливные электростанции не оказывают вредного воздействия на человека:· нет вредных выбросов (в отличие от ТЭС)· нет затопления земель и опасности волны прорыва в нижний бьеф (вотличие от ГЭС)· нет радиационной опасности (в отличие от АЭС)· влияние на ПЭС катастрофических природных и социальных явлений(землетрясения, наводнения, военные действия) не угрожают населению впримыкающих к ПЭС районах.Благоприятные факторы в бассейнах ПЭС:· смягчение (выравнивание) климатических условий на примыкающих кбассейну ПЭС территориях· защита берегов от штормовых явлений· расширение возможностей хозяйств марикультуры в связи с увеличениемпочти вдвое биомассы морепродуктов· улучшение транспортной системы района· исключительные возможности расширения туризма.ПЭС в энергосистеме Европы Вариант использования ПЭС в энергосистеме Европы - - -По оценкам экспертов, они могли бы покрыть около 20 процентов всейпотребности европейцев в электроэнергии. Подобная технология особенно выгоднадля островных территорий, а также для стран, имеющих протяженную береговуюлинию.------------- ----- ------ ------- ------- ------ -------- ------- ------- ------ ------ ----- --------- --------------- Другой способ полученияальтернативной электроэнергии – использовать разницу в температурах междуморской водой и холодным воздухом арктических (антарктических) районовземного шара. В ряде районов Северного Ледовитого океана, особенно в устьяхбольших рек, таких как Енисей, Лена, Обь, в зимнее время года имеются особоблагоприятные условия для работы арктических ОТЭС. Средняя многолетняя зимняя(ноябрь-март) температура воздуха не превышает здесь -26 С. Более теплый, ипресный сток рек прогревает морскую воду подо льдом до 30 С. Арктическиеокеанические 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 счёт теплообмена сморской водой, турбина для привода электрогенератора, устройства дляконденсации отработавшего в турбине пара, а также насосы для подачи морскойводы и холодного воздуха. Более перспективна схема арктической ОТЭС спромежуточным теплоносителем, охлаждаемым воздухом в оросительном режиме»(См. Б.М. Берковский, В.А. Кузьминов «Возобновляемые источники энергии наслужбе человека», Москва, Наука, 1987 г., стр. 63-65.) Такая установка можетбыть изготовлена уже в настоящее время. В ней могут быть использованы: а) дляиспарителя – кожухопластинчатый теплообменник APV, тепловой мощностью 7000кВт. б) для конденсатора – кожухопластинчатый теплообменник APV, тепловоймощностью 6600 кВт или любой другой конденсационный теплообменник, такой жемощности. в) турбогенератор – турбина Юнгстрем на 400 кВт и два встроенныхгенератора с дисковыми роторами, на постоянных магнитах, общей мощностью 400кВт. г) насосы – любые, производительностью для теплоносителя – 2000 м3/ч,для рабочего вещества - 65 м3/ч, для охладителя – 850 м3/ч. д) градирня –сборно-разборная 5-6 метров высотой, диаметром 8-10 м. Установка может бытьсобрана в 20 футовом контейнере и перебрасываться в любое необходимое место,где имеется река с потоком воды более 2500 м3/ч, с температурой воды не менее+30С или большое озеро, из которого можно брать такое количество воды, ихолодный воздух температурой ниже –300С. На сборку градирни потребуется всегонесколько часов, после чего, если обеспечена подача воды, установка будетработать и выдавать для полезного использования более 325кВт электроэнергии,без какого - либо топлива. Из вышеизложенного видно, что уже в настоящеевремя можно обеспечить человечество альтернативной электроэнергией, есливкладывать в это средства.Есть еще один способ получения энергии из океана - электростанции,использующие энергию морских течений. Их называют также «подводнымимельницами». Литература: Усачев И.Н. Приливные электростанции. - М.:Энергия, 2002. Усачев И.Н.Экономическая оценка приливных электростанций с учетом экологическогоэффекта// Труды XXI Конгресса СИГБ. - Монреаль, Канада, 16-20 июня 2003.Велихов Е.П., Галустов К.З., Усачев И.Н., Кучеров Ю.Н., Бритвин С.О.,Кузнецов И.В., Семенов И.В., Кондрашов Ю.В. Способ возведения крупноблочногосооружения в прибрежной зоне водоема и плавкомплекс для осуществленияспособа. - Патент РФ № 2195531, гос. рег. 27.12.2002Усачев И.Н., Прудовский А.М., Историк Б.Л., Шполянский Ю.Б. Применениеортогональной турбины на приливных электростанциях// Гидротехническоестроительство. – 1998. – № 12.Раве Р., Бьеррегорд Х., Милаж К. Проект достижения выработки 10% мировогоэлектричества с помощью энергии ветра к 2020 г. // Труды форума FED, 1999.Атласы ветрового и солнечного климатов России. - СПб: Главная геофизическаяобсерватория им. А.И. Воейкова, 1997.

(http://works.tarefer.ru/98/100400/index.html)

Гелиостанция

В последнее время советские исследователи — признанные ли­деры мировой науки в сфере кон­струирования материалов для полупроводниковых фотоэлементов — провели ряд работ, позволивших приблизить время создания солнеч­ных электростанций. В 1984 году Государственной премии СССР удо­стоены работы исследователей, возглавляемых академиком Ж. Ал­феровым, которым удалось создать совершенно новые структуры полу­проводниковых материалов для фо­тоэлементов. Коэффициент полез­ного действия солнечных батарей из новых материалов достигает уже 30%, а теоретически он может со­ставить и 90%! Применение таких фотоэлементов позволит в десятки раз сократить площади панелей будущих солнечных электростан­ций. Их можно сократить еще в сот­ни раз, если солнечный поток пред­варительно собрать с большой пло­щади, сконцентрировать и только потом подать на солнечную бата­рею. Так что в будущем XXI веке солнечные электростанции с фото­элементами могут стать обычным источником энергии. Да и в наши дни уже имеет смысл получать энергию от солнечных батарей в тех местах, где других источников энергии нет.

Например, в Каракумах для сварки конструкций фермы при­менили разработанный туркмен­скими специалистами аппарат, использующий энергию солнца. Вместо того, чтобы привозить с со­бой громоздкие баллоны с сжатым газом, сварщики могут использо­вать небольшой аккуратный чемо­данчик, куда помещена солнечная батарея. Рожденный солнечными лучами постоянный электрический ток используется для химического разложения воды на водород и кислород, которые подаются в го­релку газосварочного аппарата. Вода и солнце в Каракумах есть возле любого колодца, так что гро­моздкие баллоны, которые нелегко возить по пустыне, стали не­нужными.

Крупная солнечная электростан­ция мощностью около 300 киловатт создается в аэропорту города Фе­никс в американском штате Ари­зона. Солнечную энергию в элек­тричество будет превращать сол­нечная батарея, состоящая из 7 200 солнечных элементов. В том же Штате действует одна из крупнейших в мире ирригационных сис­тем, насосы которой используют энергию солнца, преобразованную в электричество фотоэлементами. В Нигере, Мали и Сенегале тоже действуют солнечные насосы. Ог­ромные солнечные батареи питают электроэнергией моторы насосов, которые поднимают пресную воду, необходимую в этих пустынных местностях, из огромного подзем­ного моря, расположенного под песками.

Целый экологически чистый го­родок, все энергетические потреб­ности которого будут удовлетво­ряться за счет возобновляемых источников, строится в Бразилии. На крышах домов этого необыч­ного поселения будут распола­гаться солнечные водонагреватели. Четыре ветряных двигателя при­ведут в действие генераторы мощ­ностью по 20 киловатт каждый. В безветренные дни электроэнергия будет поступать из здания, рас­положенного в центре города. Его крыша и стены — это солнечные батареи. Если не будет ни ветра, ни солнца, энергия поступит от обыч­ных генераторов с двигателями внутреннего сгорания, но тоже осо­бенных — топливом для них будет служить не бензин или дизельное топливо, а спирт, не дающий вред­ных выбросов.

Солнечные батареи постепенно входят в наш быт. Уже никого не удивляют появившиеся в магазинах микрокалькуляторы, работающие без батареек. Источником питания для них служит небольшая солнеч­ная батарея, вмонтированная в крышку прибора. Заменяют другие источники питания миниатюрной солнечной батареей и в электрон­ных часах, радиоприемниках и маг­нитофонах. Появились солнечные радиотелефоны-автоматы вдоль до­рог в пустыне Сахара. Перуанский город Тирунтам стал обладателем целой радиотелефонной сети, ра­ботающей от солнечных батарей. Японские специалисты сконструи­ровали солнечную батарею, кото­рая по размерам и по форме на­поминает обыкновенную черепицу. Если такой солнечной черепицей покрыть дом, то электроэнергии хватит для удовлетворения нужд его жильцов. Правда, пока неясно, как они будут обходиться в периоды снегопадов, дождей и туманов? Без традиционной электропроводки обойтись, по-видимому, не удастся.

Вне конкуренции солнечные ба­тареи оказываются там, где сол­нечных дней много, а других источ­ников энергии нет. Например, свя­зисты из Казахстана установили между Алма-Атой и городом Шев­ченко на Мангышлаке две радио­релейные ретрансляционные стан­ции для передачи телевизионных программ. Но не прокладывать же для их питания линию электро­передачи. Помогли солнечные бата­реи, которые дают в солнечные дни, а их на Мангышлаке много — вполне достаточно энергии для пи­тания приемника и передатчика.

Хорошим сторожем для пасу­щихся животных служит тонкая про­волока, по которой пропущен сла­бый электрический ток. Но паст­бища обычно расположены вдали от линий электропередач. Выход предложили французские инже­неры. Они разработали автоном­ную изгородь, которую питает сол­нечная батарея. Солнечная панель весом всего полтора килограмма дает энергию электронному гене­ратору, который посылает в подоб­ный забор импульсы тока высокого напряжения, безопасные, но доста­точно чувствительные для живот­ных. Одной такой батареи хватает, чтобы построить забор длиной 50 километров.

Энтузиастами гелиоэнергетики предложено множество экзоти­ческих конструкций транспортных средств, обходящихся без тради­ционного топлива. Мексиканские конструкторы разработали электро­мобиль, энергию для двигателя которого доставляют солнечные ба­тареи. По их расчетам, при поезд­ках на небольшие расстояния этот электромобиль сможет развивать скорость до 40 километров в час. Мировой рекорд скорости для солнцемобиля — 50 километров в час — рассчитывают установить конструкторы из ФРГ.

А вот австралийский инженер Ганс Толструп назвал свой солнцемобиль «Тише едешь — дальше будешь». Конструкция его предель­но проста: трубчатая стальная рама, на которой укреплены колеса и тормоза от гоночного велосипеда. Корпус машины сделан из стекло­пластика и напоминает собой обы­кновенную ванну с небольшими окошками. Сверху все это сооруже­ние накрыто плоской крышей, на которой закреплено 720 кремние­вых фотоэлементов. Ток от них по­ступает в электромотор мощ­ностью в 0,7 киловатта. Путешест­венники (а кроме конструктора, в пробеге участвовал инженер и автогонщик Ларри Перкинс) по­ставили своей задачей пересечь Австралию от Индийского океана до Тихого (это 4130 километров!) не более чем за 20 дней. В начале 1983 года необычный экипаж стар­товал из города Перт, чтобы фини­шировать в Сиднее. Нельзя сказать, чтобы путешествие было особенно приятным. В разгар австралийского лета температура в кабине подни­малась до 50 градусов. Конструк­торы экономили каждый килограмм веса машины и поэтому отказа­лись от рессор, что отнюдь не спо­собствовало комфортабельности. В пути лишний раз останавливаться не хотели (ведь поездка не должна была продолжаться более 20 дней), а радиосвязью пользоваться было невозможно из-за сильного шума мотора. Поэтому гонщикам прихо­дилось писать записки для группы сопровождения и выбрасывать их на дорогу. И все-таки, несмотря на трудности, солнцемобиль неуклон­но продвигался к цели, находясь в пути 11 часов ежедневно. Средняя скорость машины составила 25 ки­лометров в час. Так, медленно, но верно, солнцемобиль преодолел самый трудный участок дороги — Большой Водораздельный хребет, и на исходе контрольных двадцатых суток торжественно финишировал в Сиднее. Здесь путешественники вылили в Тихий океан воду, взятую ими в начале пути из Индийского. «Солнечная энергия соединила два океана», — заявили они многочис­ленным присутствовавшим журна­листам.

Двумя годами позже в швейцар­ских Альпах состоялось необычное авторалли. На старт вышли 58 авто­мобилей, двигатели которых приво­дились в движение энергией, полу­ченной от солнечных батарей. За пять дней экипажам самых причуд­ливых конструкций предстояло пре­одолеть 368 километров по горным альпийским трассам — от Боденского до Женевского озера. Луч­ший результат показал солнцемо­биль «Солнечная серебряная стре­ла», построенный совместно запад­ногерманской фирмой «Мерседес-Бенц» и швейцарской «Альфа-Реал». По внешнему виду автомо­биль-победитель больше всего на­поминает большого жука с широ­кими крыльями. В этих крыльях расположены 432 солнечных эле­мента, которые питают энергией серебряно-цинковую аккумуляторную батарею. От этой батареи энергия поступает к двум электро­двигателям, вращающим колеса автомобиля. Но так происходит только в пасмурную погоду или во время движения в тоннеле. Когда же светит солнце, ток от солнечных элементов поступает прямо к эле­ктродвигателям. Временами ско­рость победителя достигала 80 ки­лометров в час.

Японский моряк Кэнити Хориэ стал первым человеком, который в одиночку пересек Тихий океан на судне с солнечной энергетической установкой. Других источников энергии на лодке не было. Солнце помогло отважному мореплавателю преодолеть 6000 километров от Га­вайских островов до Японии.

Американец Л. Мауро скон­струировал и построил самолет, на поверхности крыльев которого рас­положена батарея из 500 солнечных элементов. Вырабатываемая этой батареей электроэнергия приводит в движение электромотор мощ­ностью в два с половиной кило­ватта, с помощью которого уда­лось все-таки совершить, хотя и не очень продолжительный, полет. Ан­гличанин Алан Фридмэн сконструи­ровал велосипед без педалей. Он приводится в движение электри­чеством, поступающим из аккуму­ляторов, заряжаемых установлен­ной на руле солнечной батареей. Запасенной в аккумуляторе «сол­нечной» электроэнергии хватает на то, чтобы проехать около 50 кило­метров со скоростью 25 километ­ров в час. Существуют проекты солнечных воздушных шаров и дирижаблей. Все эти проекты от­носятся пока к технической экзо­тике — слишком мала плотность солнечной энергии, слишком велики необходимые площади солнечных батарей, которые могли бы дать достаточное для решения солидных задач количество энергии.

А почему не подняться чуть-чуть ближе к Солнцу? Ведь там, в ближнем космосе, плотность сол­нечной энергии в 10—15 раз выше! Потом, там не бывает непогоды и облаков. Идею создания орбиталь­ных солнечных электростанций вы­двинул еще К.Э.Циолковский. В 1929 году молодой инженер, бу­дущий академик В.П.Глушко, предложил проект гелиоракетоплана, использующего большие количества солнечной энергии. В 1948 году профессор Г.И.Бабат рассмотрел возможность передачи энергии, полученной в космосе, на Землю с помощью пучка сверх­высокочастотного излучения. В 1960 году инженер Н.А.Варваров предложил использовать космичес­кую солнечную электростанцию для электроснабжения Земли.

Грандиозные успехи космонав­тики перевели эти идеи из ранга научно-фантастических в рамки кон­кретных инженерных разработок. На Международном конгрессе астронавтов в 1968 году делегаты многих стран рассматривали уже вполне серьезный проект солнеч­ной космической электростанции, подкрепленный детальными эконо­мическими расчетами. Сразу же появились горячие сторонники этой идеи и не менее непримиримые противники.

Большинство исследователей считают, что будущие космические энергогиганты будут создаваться на базе солнечных батарей. Если ис­пользовать существующие их типы, то площадь для получения мощ­ности 5 миллиардов киловатт долж­на составить 60 квадратных кило­метров, а масса вместе с несущими конструкциями — около 12 тысяч тонн. Если же рассчитывать на сол­нечные батареи будущего, значи­тельно более легкие и эффектив­ные, площадь батарей может быть сокращена раз в десять, а масса и того больше.

Можно построить на орбите и обычную тепловую электростан­цию, в которой турбину будет вра­щать поток инертного газа, сильно разогретого концентрированными солнечными лучами. Разработан проект такой солнечной космичес­кой электростанции, состоящей из 16 блоков по 500 тысяч киловатт каждый. Казалось бы, такие махины, как турбины и генераторы, невы­годно поднимать на орбиту, да кроме того, нужно построить и огромный параболический кон­центратор солнечной энергии, на­гревающей рабочее тело турбины. Но оказалось, что удельная масса такой электростанции (то есть мас­са, приходящаяся на 1 киловатт произведенной мощности) полу­чается вдвое меньшей, чем для станции с существующими солнеч­ными батареями. Так что тепловая электростанция в космосе — не столь уж нерациональная идея. Правда, ожидать существенного снижения удельной массы тепловой электростанции не приходится, а прогресс в производстве солнечных батарей обещает снижение их удельной массы в сотни раз. Если это произойдет, то преимущество будет, конечно, за батареями.

Передача электроэнергии из космоса на Землю может осуществляться пучком сверхвысоко­частотного излучения. Для этого в космосе нужно соорудить пере­дающую антенну, а на Земле — приемную. Кроме того, нужно вы­вести в космос устройства, пре­образующие постоянный ток, рож­денный солнечной батареей, в сверхвысокочастотное излучение. Диаметр передающей антенны дол­жен быть около километра, а масса, вместе с преобразовательными устройствами, несколько тысяч тонн. Приемная антенна должна быть значительно больше (ведь энергетический пучок обязательно рассеется атмосферой). Ее площадь должна составить около 300 квад­ратных километров. Но земные проблемы решаются легче.

Для строительства космической солнечной электростанции потре­буется создать целый космический флот из сотен ракет и кораблей многоразового использования. Ведь на орбиту придется вывести тысячи тонн полезного груза. Кроме того, необходима будет и малая космическая эскадра, которой будут пользоваться космонавты—мон­тажники, ремонтники, энергетики.

Первый опыт, который очень пригодится будущим монтажникам космически» солнечных электро­станций, приобрели советские кос­монавты.

Космическая станция «Салют-7» находилась на орбите уже немало дней, когда стало ясно, что для проведения многочисленных экспе­риментов, задуманных учеными, мощности корабельной электро­станции—солнечных батарей—мо­жет не хватить. В конструкции «Салют-7» возможность установки дополнительных батарей была предусмотрена. Оставалось только доставить на орбиту солнечные модули и укрепить их в нужном месте, то есть провести тонкие монтажные операции в открытом космосе. С этой сложнейшей зада­чей советские космонавты блестяще справились.

Две новые панели солнечных ба­тарей были доставлены на орбиту

на борту спутника «Космос-1443» весной 1983 года. Экипаж «Сою­за Т-9» — космонавты В. Ляхов и А. Александров — перенес их на борт «Салюта-7». Теперь пред­стояла работа в открытом космосе.

Дополнительные солнечные ба­тареи были установлены 1 и 3 нояб­ря 1983 года. Четкую и методичную работу космонавтов в невероятно трудных условиях открытого космо­са видели миллионы телезрителей. Сложнейшая монтажная операция была проведена великолепно. Но­вые модули увеличили производ­ство электроэнергии более чем в полтора раза.

Но и этого оказалось недоста­точно. Представители следующего экипажа «Салюта-7»—Л. Кизим и В. Соловьев (вместе с ними в кос­мосе находился врач О. Атьков)— 18 мая 1984 года установили на крыльях станции дополнительные солнечные батареи.

Будущим проектировщикам космических электростанций очень важно знать, как необычные усло­вия космоса — почти абсолютный вакуум, невероятный холод косми­ческого пространства, жесткая солнечная радиация, бомбардиров­ка микрометеоритами и так да­лее—влияют на состояние мате­риалов, из которых сделаны сол­нечные батареи. На многие вопросы получают они ответы, изучив образ­цы, доставленные на Землю с «Салюта-7». Уже более двух лет работали батареи этого корабля в космосе, когда С. Савицкая — первая в мире женщина, дважды побывавшая в космосе и совершив­шая выход в открытый космос, — с помощью универсального инструмента отделила, кусочки солнечных панелей. Теперь их изучают ученые разных специальностей, чтобы определить, как долго могут рабо­тать в космосебез замены.

Космическая тепловая станция

Технические трудности, которые будет необходимо преодолеть конструкторам космических энерго­станций, колоссальны, но прин­ципиально разрешимы. Другое дело — экономика таких сооруже­ний. Кое-какие оценки производят уже сейчас, хотя экономические расчеты космических энергостан­ций могут быть сделаны лишь весь­ма приближенно. Сооружение кос­мической электростанции будет вы­годным лишь тогда, когда стои­мость киловатт-часа выработанной энергии составит примерно такую же величину, как стоимость энер­гии, выработанной на Земле. По оценкам американских специалис­тов, для выполнения этого усло­вия стоимость солнечной электро­станции в космосе должна быть не более 8 миллиардов долларов. Этой величины можно достичь, если в 10 раз снизить (по сравне­нию с существующей) стоимость одного киловатта мощности, выра­батываемой солнечными батареями, и во столько же раз — стоимость доставки полезного груза на орби­ту. А это — невероятно трудные задачи. Видимо, в ближайшие деся­тилетия мы вряд ли сможем ис­пользовать космическую электро­энергию.

Но в списке резервов челове­чества этот источник энергии обяза­тельно будет значиться на одном из первых мест.

(http://www.topreferats.ru/ecology/10999_1.html)

Дата добавления: 2015-07-16