Багато тисячоліть вірно служить людині енергія, укладена в проточній воді. Запаси її на Землі колосальні. Недарма деякі вчені вважають, що нашу планету правильніше було б називати не Земля, а Вода, так як близько 3/4 поверхні планети покриті водою. Величезним акумулятором енергії служить Світовий океан, що поглинає велику її частину, що поступає від Сонця. Тут плещуть хвилі, відбуваються припливи і відливи, виникають могутні океанські течії. Народжуються могутні річки, що несуть величезні маси води в моря і океани. Зрозуміло, що людство в пошуках енергії не могло пройти мимо таких гігантських її запасів. Перш за все люди навчилися використовувати енергію річок.
Але коли настав золотий вік електрики, відбулося відродження водяного колеса, щоправда, вже в іншому вигляді (у вигляді водяної турбіни). Електричні генератори, що виробляють енергію, необхідно було обертати, а це цілком успішно могла робити вода, тим більше що багатовіковий досвід у неї вже був. Можна вважати, що сучасна гідроенергетика народилася в 1891 році.
Переваги гідроелектростанцій очевидні: постійно поновлюваний самою природою запас енергії, простота експлуатації, відсутність забруднення навколишнього середовища. Та й досвід будівництва та експлуатації водяних коліс міг би надати чималу допомогу гідроенергетикам. Проте на будівництво греблі великої гідроелектростанції виявилася завданням куди складнішою, ніж споруда невеликої обертання млинового колеса. Щоб привести в обертання могутні гідротурбіни, потрібно накопичити за дамбою величезний запас води. Для побудови греблі потрібно укласти таку кількість матеріалів, що об'єм гігантських єгипетських пірамід, в порівнянні з ним, здасться нікчемною. Тому на початку XX століття було побудовано всього кілька гідроелектростанцій. Поблизу П'ятигорська, на Північному Кавказі на гірській річці Подкумок успішно діяла досить велика електростанція з промовистою назвою «Біле вугілля». Це було лише початком.
Уже в історичному плані ГОЕЛРО передбачалося будівництво великих гідроелектростанцій. У 1926 році в лад увійшла Волховська ГЕС, в наступному - почалося будівництво знаменитої Дніпровської. Далекоглядна енергетична політика, що проводиться в нашій країні, призвела до того, що у нас, як в жодній країні світу, розвинена система потужних гідроелектричних станцій. Жодна держава не може похвалитися такими енергетичними гігантами, як Волзька, Красноярська і Братська, Саяно-Шушенська ГЕС. Ці станції, що дають буквально океани енергії, стали центрами, навколо яких розвинулися потужні промислові комплекси.
Але поки людям служить лише невелика частина гідроенергетичного потенціалу землі. Щорічно величезні потоки води, що утворилися від дощів і танення снігів, стікають в моря невикористаними. Якби вдалося затримати їх за допомогою дамб, людство отримало б додатково колосальну кількість енергії.
приливна енергія
Океани займають більшу частину поверхні Землі - отже будівництво електростанцій, що використовують в якості "палива" енергію припливів потенційно є дуже перспективним завданням. Перші приливні електростанції були побудовані на початку 1960-х років у Франції і СРСР. Найбільші проекти такого роду були реалізовані в Великобританії, Канаді та Австралії.
За оцінками експертів екологічної організації Greenpeace, ресурси приливної енергії в світі такі, що їх використання дозволить отримати таку кількість енергії, яке в 5 тис. Разів перевищує сучасні потреби людства в електриці.
За даними World Energy Council, нині неможливо говорити про економічні перспективи використання, потенційно, безкоштовної, енергії морських хвиль. Причиною є відсутність вселяє довіру інформації про результати експлуатації небагатьох нині діючих приливних електростанцій. Крім того, приливні станції найвигідніше будувати на ділянках узбережжя, де спостерігаються найвищі хвилі - це, в свою чергу, робить малоймовірним, будівництво в цьому районі великих підприємств, зацікавлених в дешевому електриці.
Енергія Світового океану
Різке збільшення цін на паливо, труднощі з його отриманням, виснаження паливних ресурсів - всі ці видимі ознаки енергетичної кризи викликали останніми роками в багатьох країнах значний інтерес до нових джерел енергії, в тому числі до енергії Світового океану.
Відомо, що запаси енергії в Світовому океані колосальні, адже дві третини земної поверхні (361 млн. Кв. Км) займають моря і океани: акваторія Тихого океану складає 180 млн. Кв. км, Атлантичного - 93 млн. кв. км, Індійського - 75 млн. кв. км. Так, теплова енергія, що відповідає перегріву поверхневих вод океану в порівнянні з донними, скажімо, на 20 градусів, має величину порядку 1 026 Дж. Кінетична енергія океанських течій оцінюється величиною порядку 1018 Дж. Проте поки що люди вміють використовувати лише незначні частки цієї енергії, та і то ціною великих і повільно окупаються капіталовкладень, так що така енергетика досі здавалася малоперспективною.
Енергія океану давно привертає до себе увагу людини. В середині 80-х років уже діяли перші промислові установки, а також велися розробки за такими основними напрямками: використання енергії припливів, прибою, хвиль, різниці температур води поверхневих і глибинних шарів океану, течій і т.д.
Століттями люди роздумували над причиною морських припливів і відливів. Сьогодні ми достовірно знаємо, що могутнє природне явище - ритмічний рух морських вод викликають сили тяжіння Місяця і Сонця. Приливні хвилі таять в собі величезний енергетичний потенціал - 3 млрд. КВт.
Зростає інтерес фахівців до приливні коливань рівня океану біля узбережжя материків. Енергію припливів протягом століть людина використовувала для приведення в дію млинів і лісопилок. Але з появою парового двигуна вона була забута до середини 60-х років, коли були пущені перші ПЕС у Франції і СРСР.
Приливна енергія постійна. Завдяки цьому, кількість вироблюваної на приливних електростанціях (ПЕС) електроенергії завжди може бути заздалегідь відомо, на відміну від звичайних ГЕС, на яких кількість одержуваної енергії залежить від режиму річки, пов'язаного не тільки з кліматичними особливостями території, по якій вона протікає, але і з погодними умовами.
Проте вчені вважають, що технічно можливо і економічно вигідно використовувати лише дуже невелику частину приливної потенціалу Світового океану - за деякими оцінками тільки 2% .При визначенні технічних можливостей велику роль відіграють такі чинники, як характер берегової лінії, форма і рельєф дна, глибина води, морські течії і вітер. Досвід показує, що для ефективної роботи ПЕМ висота приливної хвилі повинна бути не менше 5 м. Найчастіше такі умови виникають в дрібних і вузьких затоках або гирлах річок, що впадають в моря і океани. Але подібних місць на всій земній кулі не так вже й багато: за різними джерелами 25, 30 або 40.
При оцінці економічних вигод будівництва ПЕС також потрібно враховувати, що найбільші амплітуди припливів-відливів характерні для окраїнних морів помірного пояса. Багато з цих узбереж розташовані в необжитих місцях, на великій відстані від головних районів розселення та економічної активності, отже, і споживання електроенергії. Потрібно враховувати також і те, що рентабельність ПЕС різко зростає в міру збільшення їх потужності до 3-5 і тим більше 10-15 млн. КВт. Але спорудження таких станцій-гігантів, до того ж у віддалених районах, вимагає особливо великих витрат, не кажучи вже і про найскладніші технічні проблеми.
Вважається, що найбільшими запасами приливної енергії має Атлантичний океан. У його північно-західній частині, на кордоні США і Канади, знаходиться затока Фанді, який представляє собою внутрішню звужену частину більш відкритого затоки Мен. Довжина його 300 км при ширині 90 км, глибина біля входу більше 200 м. Ця затока знаменитий найвищими в світі приливами, що досягають 18 м. Дуже високі припливи і біля берегів Канадського арктичного архіпелагу. Наприклад, біля узбережжя Баффінова землі вони піднімаються на 15,6 м. У північно-східній частині Атлантики приблизно такі ж припливи спостерігаються в протоці Ла-Манш біля берегів Франції, в Брістольському затоці і Ірландському морі біля берегів Англії та Ірландії.
Великі також запаси приливної енергії в Тихому океані. У його північно-західній частині особливо виділяється Охотське море, де в Тугурской і Пенжінском затоках висота приливної хвилі становить 9-13 м. Значні припливи спостерігаються і у побережжя Китаю і Корейського півострова. На східному узбережжі Тихого океану сприятливі умови для використання приливної енергії є біля берегів Канади, Чилійського архіпелагу на півдні Чилі, у вузькому й довгому Каліфорнійській затоці Мексики.
У межах Північного Льодовитого океану за запасами приливної енергії виділяються Біле море, в Мезенской губі якого припливи мають висоту до 10 м, і Баренцове море біля берегів Кольського півострова (до 7 м). В Індійському океані запаси такої енергії значно менше. В якості перспективних для будівництва ПЕС тут зазвичай називаються затоку Кач Аравійського моря (Індія) і північно-західне узбережжя Австралії.
Незважаючи на такі, здавалося б вельми сприятливі, природні передумови, будівництво ПЕС поки має досить обмежені масштаби. По суті реально можна говорити лише про більш-менш великої промислової ПЕС «РАНС» у Франції, про дослідну Кислогубська ПЕС на Кольському півострові (Росія) і канадсько-американської ПЕС в затоці Фанді.
При спорудженні ПЕС необхідно всебічно оцінювати їх екологічний вплив на навколишнє середовище. Воно досить велике. У районах спорудження великих ПЕС істотно змінюється висота припливів, порушується водний баланс в акваторії станції, що може серйозно позначитися на рибному господарстві, розведенні устриць, мідій і ін.
До числа енергетичних ресурсів Світового океану відносять також енергію хвиль і температурного градієнта. Енергія вітрових хвиль сумарно оцінюється в 2,7 млрд. КВт на рік. Досліди показали, що її слід використовувати не біля берега, куди хвилі приходять ослабленими, а у відкритому морі або в прибережній зоні шельфу. У деяких шельфових акваторіях хвильова енергія досягає значної концентрації: в США і Японії - близько 40 кВт на метр хвильового фронту, а на західному узбережжі Великобританії - навіть 80 кВт на 1 метр. Використання цієї енергії, хоча і в місцевих масштабах, вже розпочато в Великобританії і Японії. Британські острови мають дуже довгу берегову лінію, у багатьох місцях море залишається бурхливим протягом тривалого часу. За оцінками вчених, за рахунок енергії морських хвиль в англійських територіальних водах можна було б отримати потужність до 120 ГВт, що вдвічі перевищує потужність всіх електростанцій, що належать Британському центральному електроенергетичному управління.
Вперше ідею використання енергії різниці температур поверхневих і глибинних шарів води Світового океану запропонував французький вчений д'Арсонвіль в 1881 році, але перші розробки почалися лише в 1973 році. Енергію різниці температур різних шарів Світового океану оцінюють в 20-40 трлн. кВт. З них практично можуть бути використані лише 4 трлн. кВт.
Принцип дії цих станцій полягає в наступному: теплу морську воду (24-32 ° С) направляють в теплообмінник, де рідкий аміак або фреон перетворюються на пару, що обертає турбіну, а потім надходить в наступний теплообмінник для охолодження і конденсації водою з температурою 5 6 ° с, що надходить з глибини 200-500 метрів. Одержану електроенергію передають на берег з підводного кабелю, але її можна використовувати і на місці (для забезпечення видобутку мінеральної сировини з дна або його виділення з морської води). Гідність подібних установок - можливість їх доставки в будь-який район Світового океану. До того ж, різниця температур різних шарів океанічної води - більш стабільне джерело енергії, ніж, скажімо, вітер, Сонце, морські хвилі або прибій. Перша така установка була пущена в 1981 році на острові Науру. Єдиний недолік таких станцій - їх географічна прив'язаність до тропічних широт. Для практичного використання температурного градієнта найбільш придатні ті райони Світового океану, які розташовані між 20 ° пн.ш. і 29 ° пд.ш. де температура води біля поверхні океану досягає, як правило, 27-28 ° С, а на глибині 1 кілометр має всього 4-5 ° С.
В океані, який складає 72% поверхні планети, потенційно є різні види енергії - енергія хвиль і припливів; енергія хімічних зв'язків газів, солей і інших мінералів; енергія течій, спокійно і нескінченно рухомих в різних частинах океану; енергія температурного градієнта і ін. і їх можна перетворювати в стандартні види палива. Такі кількості енергії, різноманіття її форм гарантують, що в майбутньому людство не буде відчувати в ній недоліку.
Океан наповнений позаземної енергією, яка надходить в нього з космосу. Вона доступна і безпечна, і не зачіпає навколишнє середовище, невичерпна і вільна. З космосу надходить енергія Сонця. Вона нагріває повітря, утворюючи вітри, що викликають хвилі. Вона нагріває океан, який накопичує теплову енергію. Вона приводить в рух течії, які в той же час змінюють свій напрямок під вплив обертання Землі. З космосу ж надходить енергія сонячного і місячного тяжіння. Вона є рушійною силою системою Земля-Місяць і викликають припливи і відливи. Океан - це не плоске, неживе водний простір, а величезна комора неспокійної енергії.