Энергия приливов и геотермальных источников

 

Энергия морских приливов, или, как иногда ее назы­вают, «лунная энергия», известна человечеству со времен глубокой древности. Эта энергия еще в далекие истори­ческие эпохи использовалась для приведения в движение различных механизмов, в особенности мельниц. В Гер­мании с помощью энергии приливной волны орошали поля, в Канаде — пилили дрова. В Англии приливная водоподъемная машина служила в прошлом веке для снабжения Лондона водой.

Существует огромное количество остроумных проек­тов приливных технических установок. Только во Фран­ции к 1918 г. было опубликовано более 200 таких патен­тов. В начале XX в. предпринимались попытки сооруже­ния мощных приливных электростанций. В США в 1935 г. было начато строительство - ПЭС Кводди мощностью 200 тыс. кВт. Вскоре строительство, на которое ушло 7 млн. долл., было прекращено из-за выявившейся вы­сокой стоимости электроэнергии (на 33% больше стои­мости на тепловой станции). По

 

составленному в 1940г. в СССР проекту Кислогубская ПЭС вырабатывала бы электроэнергию стоимостью в 2 раза большей, чем у реч­ных электростанций.

Приливные электрические станции (ПЭС) выгодно от­личаются от ГЭС тем, что их работа определяется косми­ческими явлениями и не зависит от многочисленных по­годных условий, определяемых случайными факторами.

Наиболее существенный недостаток ПЭС — неравно­мерность их работы. Неравномерность приливной энергии в течение лунных суток и лунного месяца, отлича­ющихся от солнечных, не позволяет систематически ие-пользовать ее в периоды максимального потребления в системах. Можно компенсировать неравномерность ра­боты ПЭС, совместив ее с ГАЭС. В то время, когда име­ется избыточная мощность ПЭС, ГАЭС работает в насос­ном режиме, потребляя эту мощность и перекачивая воду в верхний бассейн. Во время спадов в работе ПЭС в ге­нераторном режиме работает ГАЭС, выдавая электро­энергию в систему. В техническом отношении такой про­ект удачен, но дорогостоящ, так как требуется большая установленная мощность электрических машин.

Также удачно ПЭС может сочетаться с речной ГЭС, имеющей водохранилище. При совместной работе ГЭС увеличивает мощность при спаде мощности ПЭС и ее ос­тановке; в то время как ПЭС работает с достаточно большой мощностью, ГЭС запасает воду в водохранили­ще. Таким образом, можно уменьшить как суточную, так и сезонную неравномерность работы ПЭС.

ПЭС работают в условиях быстрого изменения напо­ра, поэтому их турбины должны иметь высокие КПД при переменных напорах. В настоящее время создана доста­точно совершенная и компактная горизонтальная турби­на двойного действия. Электрический генератор и часть деталей турбины заключены в водонепроницаемую кап­сулу и весь гидроагрегат погружен в воду.

Геотермальные источники.

На планете имеются значительные запасы геотер­мальной энергии. Эта энергия практически неис­черпаема и ее использование весьма перспективно. Зем­ля непрерывно отдает в мировое пространство теплоту, которая постоянно восполняется за счет распада радиоактивных элементов.

Термальные воды широко применяются для отопле­ния и горячего водоснабжения в ряде стран. Так, сто­лица Исландии Рейкьявик почти полностью обогревает­ся теплотой подземных источников. В больших масшта­бах термальные воды для теплоснабжения используют в Австралии, Новой Зеландии, Италии.

Эксплуатация первой геотермальной электростанции была начата в Италии в 1904 г. Интерес к таким стан­циям возрос в последние годы в связи с резким увеличе­нием цен на ископаемое топливо на мировом рынке.

Практическое использование теплоты Земли зависит от глубины залегания горячих источников. Чтобы объяс­нить природу геотермальных явлений, рассмотрим наи­более интересное из них — извержение вулкана. По мере увеличения глубины земной коры, или литосферы, повы­шается температура. На глубине 40 км температура равна 1200°С. При этой температуре и атмосферном давлении должно происходить плавление пород. Однако в


 

 

земных недрах на такой глубине повсеместно плавле­ния не происходит из-за большого давления — порядка 1210 МПа.

В тех местах, где давление, обусловленное весом покрывающих пород, снято или значительно уменьшено, происходит плавление. Подобные явления наблюдаются при перемещениях земной коры, когда наряду с образо­ванием складок при сжатиях образуются трещины при растяжениях. Расплавившаяся в трещинах масса может достигать поверхности Земли и выходить в виде лавы, горячих газов и водяного пара. Иногда такая масса, поднимаясь по трещинам и разломам, не доходит до поверхности Земли вследствие расширения и уменьшения давления. При этом нагретые теплотой больших глубин породы медленно остывают в течение десятков и сотен тысяч лет.

Передача теплоты от разогретых пород происходит за счет теплопроводности покрывающих пород и конвек­ции выделяющихся из массы горячих газов и водяного пара. Горячие газы и пар, поднимаясь по трещинам к поверхности Земли, могут встретить воду, которую они нагревают. Нагретая вода выходит на поверхность в виде горячих источников. Энергию нагретой воды можно использовать на геотермальных электростанциях. Объем выходящей на поверхность воды с течением времени меняется.

Анализ работы геотермальных электростанций в Новой Зеландии и Италии показал, что со временем падают давление и температура в скважине и значитель­но оседает поверхность вокруг скважины на площади примерно в 6 км2, а производительность скважин убы­вает по экспоненциальному закону. На базе геотермаль­ных источников в Новой Зеландии и Италии работают электростанции, вырабатывающие 40 и 6% электроэнер­гии соответственно.