Энергетические ресурсы океана

Океанические массы обладают двумя видами энергии: механической, обусловленной колебательными движениями волн и приливами, и тепловой, обусловленной разностью температур на поверхности и в глубине океана. Существует еще и энергия океанических течений. Однако эти течения играют очень важную роль в формировании земного климата и нарушать их естественное состояние чревато глобальными негативными последствиями.

Учитывая, что гидросфера занимает более 3/4 поверхности планеты, океаническая энергии априорно достаточно большая, но сильно рассеяна, то есть, имеет малую плотность. Оценка ресурсов и запасов энергии мирового океана дана в главе 1. Здесь мы рассмотрим некоторые аналитические выражения расчета энергии волн и приливов.

Энергия на единицу длины фронта волны на глубокой воде (когда дно не оказывает влияния на ее форму) пропорциональна квадрату амплитуды и периоду /6, 8, 9/:

                                                                                 (9.1)

где w_В – энергия волны на единицу длины фронта волны, Дж/м;

ρ – плотность жидкости в волне, кг/м³;

а – амплитуда волны, м;

g – ускорение свободного падения, м/с²;

Т – период волны, с.

В силу этого, энергетическую ценность представляют волны с амплитудой не менее 2 метров и периодом не менее 10 секунд. Энергия одного метра фронта такой волны составляет более 3 кДж/м. Такие волны имеют место в открытом океане (рисунок 9.1), что усложняет процесс использования их энергии. Вблизи берегов волны имеют гораздо меньший период (3 – 4 с) и меньшую амплитуду (0,5 – 0,6 м), и их энергия на единицу фронта составляет 20 – 50 Дж/м, что пренебрежимо мало по сравнению с волнами в открытом океане.

Удаленность "энергетических" волн от берегов снижает их практическую ценность для получения и использования энергии.

Энергия приливов обусловлена притяжением водной массы системами Земля – Луна (основная причина) и Земля – Солнце (возмущающая причина). В результате взаимодействия с этими телами вода в мировом океане меняет свой уровень. Средняя разность верхнего и нижнего уровня (высота прилива) составляет приблизительно 1 метр, однако, как отмечалось в главе 1, на Земле существую места с гораздо большей разностью, 10 и более метров. В россии это Белое и Баренцево моря (прилив до 10 метров) и Охотское море (прилив до 13 метров).

Повышение высоты приливов объясняется следующим образом. Вода удерживается на Земле (как и все тела) за счет ее гравитационной силы. Луна оказывает возмущающее воздействие на гравитационную силу Земли, ослабляя ее. В результате уровень воды со стороны Луны повышается, а с противоположной стороны понижается. Так как Луна вращается вокруг Земли с периодом Т_Л = 24 часа 50 минут 28 секунд, то в мировом океане образуется приливная волна, двигающаяся вслед за Луной с таким же периодом. Волна – это колебания точек с определенной частотой, связанной с периодом соотношением f_Л = 1/Т_Л. Если эта волна попадает в пространство, где частота собственных колебаний волн кратна частоте приливной волне, то наступает резонанс, который, как известно, увеличивает амплитуду волны.

Понятие и анализ вторичных энергоресурсов

Для проведения анализа вторичных ресурсов, определим, что подразумевать под вторичными энергетическими ресурсами.

 При производстве любых продуктов потребления затрачивается энергия, которая и идет на производство работы по созданию продукта. Учитывая обратимость работы и энергии, часть энергии можно вернуть, "испортив" продукт, например, путем сжигания. Если продукт исчерпал свой срок службы или выполнил возлагаемые на него функции, то желательно вернуть хотя бы часть затраченной на его производство энергии. Если это удастся, то полученную энергию можно использовать для производства другой работы или для получения тепла. То есть, часть энергии, затраченной на производство продукции, можно использовать вторично. В соответствии с этим, те материальные объекты, которые могут вернуть часть энергии, называются вторичными энергоресурсами.

Очевидно, вторичные энергоресурсы могут содержать и впоследствии высвобождать только ту часть энергии, которую использовали рукотворно для производства работы по их созданию. А могут содержать и затем высвобождать и часть энергии, полученной ими естественным путем, например, в процессе фотосинтеза. Таким образом, мы можем разделить эффективные вторичные энергоресурсы на два вида:

§ вторичные энергоресурсы, содержащие и способные высвободить только искусственно подведенную энергию;

§ вторичные ресурсы, содержащие и способные высвободить возобновляемую энергию.

Таким образом, биомасса является наиболее эффективным видом вторичных ресурсов, которые, кроме того, относятся к возобновляемым источникам энергии. Это объясняется тем, что растительная биомасса образуется не только в результате потребления питательных веществ, но и в процессе фотосинтеза, при котором энергия фотонов идет на образования хлорофилла, следовательно, на наращивание биомассы. Так как растительная биомасса идет, в том числе, и на корм животных, то отходы животной биомассы также возобновляемы. При освобождении энергии биомассы, например, путем ее сжигания, продукты сгорания возвращаются в окружающую среду и восстанавливаются в новой волне биомассы. Так как процесс воспроизводства биомассы требует определенного времени, то ее расход должен быть регулируемым, то есть, обеспечивающим воспроизводство. К сожалению, в Мире известны случаи интенсивного уничтожения биомассы без обеспечения условий ее воспроизводства, например, вырубка лесных массивов.