Использование энергии океанических течений

Министерство  образования и науки Российской Федерации

Федеральное государственное  бюджетное  образовательное учреждение

высшего профессионального  образования

«Южно-Уральский государственный  университет» 
(национальный исследовательский университет)

Факультет «Энергетический»

Кафедра «Промышленная теплоэнергетика»

 

 

Использование энергии океанических течений.

ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА К КУРСОВОЙ РАБОТЕ

по дисциплине «Альтернативные и возобновляемые источники энергии»

 

 

 

Нормоконтролер, преподаватель      Руководитель:

_______________ А.И.Грибанов                     А.И. Грибанов

_____________________ 2013 г.                     _____________________.

 

Автор работы:

Студент группы ЭиУ-413

Иванова А.А.

_____________________2013г.

Работа защищена с оценкой

_____________________2013г.

 

 

 

Челябинск 2013

ОГЛАВЛЕНИЕ

ВВЕДЕНИЕ………………………………………………………………………..3

1. История использования энергии  океана………………………………………4

2. Механизм возникновения океанических  течений…………………………..15

3. Энергетический потенциал океанических  течений………………………...17

4. Использование энергии океанических  течений для получения электроэнергии…………………………………………………………………..20

5. Разработки устройств для получении энергии из океанских течений

5.1 Технология  SeaGen……………………………………………………….23

5.2 Электростанция для океана  на основе рагиядвижителей……………...27

5.3 Океанический генератор тока…………………………………………....30

6. Показатели энергии океанических  течений………………………………....32

7. Экономическая оценка эффективности  использования энергии океанических  течений…………………………………………………………...33

ЗАКЛЮЧЕНИЕ …………………………………………………………………35

Список использованной литературы ………………………………………….36

 

ВВЕДЕНИЕ

Цель  использования альтернативных источников энергии - потребность получать её из энергии возобновляемых или практически  неисчерпаемых природных ресурсов и явлений. Во внимание может браться  также экологичность и экономичность.

На возобновляемые (альтернативные) источники энергии  приходится всего около 1 % мировой  выработки электроэнергии. Речь идет прежде всего о геотермальных электростанциях (ГеоТЭС), которые вырабатывают немалую часть электроэнергии в странах Центральной Америки, на Филиппинах, в Исландии; Исландия также являет собой пример страны, где термальные воды широко используются для обогрева, отопления.

Приливные электростанции (ПЭС) пока имеются лишь в нескольких странах - Франции, Великобритании, Канаде, России, Индии, Китае.

По оценкам  Европейской комиссии к 2020 году в  странах Евросоюза в индустрии  возобновляемой энергетики будет создано 2,8 миллионов рабочих мест. Индустрия  возобновляемой энергетики будет создавать 1,1 % ВВП.

Одной из  важных проблем современной возобновляемой энергетики является энергетика океана. Ведущие страны мира уже более 30  лет изучают энергетические ресурсы океана, разрабатывают различные технологии преобразования и накопления океанской энергии.

В работе рассматриваются вопросы возникновения  океанических течений, возможности  их использования для получения  электроэнергии, а также экономическая  целесообразность данного вида энергоресуров.

 

 

1. История использования энергии океана.

Всю акваторию Мирового океана пересекают течения. Они имеют самые различные  направления: на север и юг, восток и запад. Некоторые из них описывают  траектории, представляющие собой огромные окружности. Под этими поверхностными течениями есть и другие - глубинные. Их направления и скорость - самые  различные. И только небольшое количество течений можно считать медленными. Энергия течений весьма велика. Именно поэтому в последней четверти двадцатого века передовые ученые-океанологи предложили использовать энергию наиболее быстрых течений с целью преобразования ее, в электрический ток. Предложения  породили планы, которые привели  к исследованиям и разработке проектов. Однако для разработки проекта  необходима обширная информация, а  для того чтобы собрать ее, потребовалось  много времени - выяснялось, где имеются  течения, насколько велика их скорость, насколько они устойчивы, какова в них температура воды в разное время дня и ночи.

Первое известное упоминание об океанских течениях было сделано  Колумбом, плывшим к Сан-Сальвадору в быстрых водах попутного западного течения. "Я считаю доказанным,- записал он в своем дневнике,- что воды морей, как и небеса, движутся с востока на запад". Однако с тех пор мореплаватели обнаружили много других течений, имеющих самые разные направления.

В 1513 году испанский исследователь  Понсе де Леон, разыскивавший Источник Молодости, стал свидетелем странного феномена. Он плыл южнее побережья Флориды во время ужасного шторма. Несмотря на то что ветер дул в нужном направлении и парусник, казалось, двигался вперед, случайно обернувшись, испанец обнаружил, что на самом деле он приближается к берегу. Океанские демоны? Злые духи? Нет. Понсе де Леон не знал того, что его маленькая шхуна попала в мощное течение, которое позже назвали Гольфстримом и которое именно в той части Атлантического океана течет на север. Поэтому, хотя ветры гнали суденышко на юг и были довольно сильны, течение оказалось сильнее.

Спустя годы, в целях увеличения скорости передвижения по океану, Бенджамин Франклин нанес это течение на карту с точностью, возможной для того времени. Ему пришлось это проделать, потому что возник вопрос, на который он не смог дать ответ. Во время одного из путешествий в Англию его спросили: "Почему британские корабли, плывущие в Нью-Йорк, а затем на юг, затрачивают на это на две недели больше, чем те, которые плывут к Род-Айленду?" Франклин не знал ответа и поэтому спросил об этом своего кузена- китобоя Тимоти Фолджера. Фолджеру было известно то же, что и всем китобоям: в той части океана в восточном направлении проходит теплое, быстрое течение, которому киты отдают особое предпочтение. "Однако капитаны-англичане руководствуются своими картами, на которых течение вовсе не обозначено",- объяснил Тимоти. "Поэтому они попадают прямо в поток и плывут все время против течения". Он также добавил, что американские суда быстрее добираются до Европы, двигаясь на восток, потому что плывут по течению. Возвращаясь, они умышленно избегают его. После этого Фолджер обозначил место прохождения течения Гольфстрим настолько точно, насколько это сам представлял.

После окончания американской революции  Франклин, имея в качестве основы рисунок  Фолджера, задумал составить более точную карту Гольфстрима. Во время своих многочисленных плаваний через Атлантику он постоянно измерял температуру воды за бортом. Одетый в тяжелые зимние одежды, меховую шапку и теплые ботинки, он выходил на палубу, забрасывал в океан пустые бутылки и наполнял их морской водой, температуру которой затем измерял термометром. Таким путем он выяснил, что воды течения теплее, чем окружающие их океан и воздух.

Сегодня океанографам известно, что  вода океанских течений отличается от остальной морской воды по многим параметрам. У них другая температура, скорость, содержание соли. Они отличаются и запасами кинетической энергии, протекая словно "морские реки" через все океаны мира. Они вызываются ветрами, имеющими неизменное направление, вращением Земли, различиями в температуре и плотности воды. Однако среди поверхностных течений Гольфстрим - наиболее примечательное. Офицер американского военно-морского флота Мэтью Мори писал о нем в своей книге "Физическая география моря" в 1855 году:

"В океане существует река. Она не пересыхает в жесточайшую  засуху и не переполняется  во время половодья. Ее дно  и берега состоят из холодной  воды, в то время как само  течение - теплое. Оно берет свое  начало в Мексиканском заливе  и исчезает в Арктике. Эта  могучая река - Гольфстрим. В мире  нет другого такого удивительного  водного потока. Скорость его  быстрее, чем у Миссисипи или  Амазонки, а объем перемещаемой  воды - больше в тысячи раз... Его  воды еще от берегов Каролины  имеют цвет индиго. Они отличаются  от окружающих вод столь сильно, что могут быть замечены невооруженным  глазом. Зачастую одна половина  судна может плыть в Гольфстриме,  другая - в морских водах, так  резко отличаются воды течения;  насколько похожи свойства вод  внутри Гольфстрима, настолько  же сильно их отличие и нежелание  смешиваться с окружающим океаном".

Описание Гольфстрима, сделанное  Мори, теперь считается классическим, привлекает внимание и огромная кинетическая энергия этого течения. Однако исследования океанских течений были весьма ограниченны  еще в девятнадцатом веке и  велись лишь с точки зрения навигационных  проблем или из простого любопытства  отдельных ученых. Соответственно и  данные собирались хоть и старательно, но очень медленно во время плаваний через океаны.

В дальнейшем информация собиралась учеными-океанологами Военно-морского флота США, Береговой охраны, Берегового и геодезического, топографического управления США, а также частными исследователями. Имея в своем распоряжении современную измерительную аппаратуру, они смогли вычертить карты и  схемы, показывающие температуру, ширину, места протекания Гольфстрима в зависимости от времени. Разумеется, результаты сбора таких данных были не совсем надежны, так как Гольфстрим изменял свое направление. Некоторые приписывали это влиянию Луны. Однако в 1884 году адмирал Джон Эллиот Пилсбари смог разрешить многие из таинственных загадок. Во время прохождения службы у берегов Флориды он ставил свое судно на якорь то в одном, то в другом месте и снимал показания с помощью новейших по тем временам приборов. Среди них было одно особенное устройство - изобретенный им самим измеритель скорости течения, который одновременно фиксировал и направление потока.

Со времен Пилсбари во всех океанах мира продолжались исследования, которые, правда, не давали убедительных результатов. Со временем инструменты, обладающие большой точностью измерений, появились на многих океанских судах, автоматически фиксируя скорость, температуру, местоположение и химический состав течений. В 1969 году хорошо оснащенная научно-исследовательская подводная лодка "Бенджамин Франклин", находящаяся в ведении правительства, значительно обогатила библиотеку сведений об океанских течениях. Два года спустя свой вклад в их изучение внес и профессор Института исследований моря и атмосферы в Розенстьеле (Флорида) Уолтер Дьюинг. В своем фундаментальном труде он проанализировал огромный запас информации о Флоридском течении, являющемся частью Гольфстрима. Впервые в отношении исследуемого течения были получены данные об "изменениях во времени и пространстве".

В 70-х годах центр внимания исследований' сместился. Ввиду того, что ископаемые виды топлива стали дорожать, все  чаще стали поговаривать об энергии  океанских течений: ее доступности, запасах и возможности превращения  в дешевую электроэнергию.

Обычно считается, что извлечение энергии океанских течений должно быть весьма выгодным делом. Оно не загрязнит окружающую среду, не потребует, в свою очередь, больших затрат энергии  и, так как течения находятся в движении двадцать четыре часа в сутки, энергия будет поставляться постоянно и непрерывно. Надежды возлагаются и на то, что энергоустановки будут производить значительные количества достаточно дешевого электричества, станут долговечными и эффективными.

Первые проекты по преобразованию энергии океанских течений в  электроэнергию появились очень  скоро. Однажды в теплый солнечный  день три друга-океанолога затронули  в своей беседе проблемы исследований Уолтера Дьюинга.

Это происходило в 1973 году в оффисе директора Атлантических океанографических и метеорологических лабораторий Национального управления по исследованию океана и атмосферы в Майами, доктора Харриса Б. Стюарта-младшего.

Из окон оффиса им был виден Гольфстрим - светло-голубой поток среди зеленого Атлантического океана. Доктор Стюарт позднее в интервью журналу "Попьюлар Сайенс", рассказывал издателю Артуру Фишеру, что вначале трое друзей праздно восхищались голубизной Гольфстрима, и только. Они знали, что это течение, проходящее близ Флориды между Майами и Бимини, несет в пятьдесят раз больше воды, чем все реки мира. "Мы знали и то, что течение постоянно и ночью, и днем, что оно имеет приличную скорость - 4 узла. И тут нас осенило: почему бы не исследовать Флоридское течение как весьма перспективный источник энергии... Мы подсчитали, что если удастся извлечь лишь 4% энергии этого потока, выходная мощность составит 1000-2000 мегаватт, что примерно эквивалентно производительности ядерной электростанции. Таким образом, мы решили, что проблемой стоит заняться".

Чикагский миллионер Джон Б. Мак-Артур  также обратил внимание на проект. Ему, практичному бизнесмену, идея неистощимого, безвредного источника энергии  вблизи Майами показалась интересной. Мак-Артур вылетел в Майами и  имел беседу с доктором Стюартом.

Мак-Артур предложил ему набросать  план работ и состав специалистов: морских инженеров, экспертов по тяжелому морскому оборудованию, проектировщиков  турбин, экономистов-энергетиков, экспертов  по коррозии и загрязнению окружающей среды для исследования подводного функционирования установки.

Когда Комитет Мак-Артура собрался в 1974 году, специалисты были уже подобраны. В наличии имелись деньги, профессиональный опыт и изобретательность. Прибыли  делегаты от Флоридской электрической компании, Вестингхауза, "Эллис-Чалмерс" и лабораторий "Лаке корризьен" из "Интернейшнл никель". Морские инженеры представляли три весьма престижных университета: Род-Айлендский, Массачусетский и Калифорнийский университет в Беркли. Присутствовали заинтересованные представители частного сектора и правительства.

После трех дней дискуссий, выслушивания аргументов и контраргументов делегаты пришли к выводу, что энергия Флоридского течения эквивалентна энергии, вырабатываемой двадцатью пятью электростанциями мощностью 1000 мегаватт, и что это течение определенно может быть использовано для получения электричества.