Лекція 6. Енергетичні ресурси океану. Енергія біомаси Баланс поновлюваної енергії океану

Основна частка енергії, що надходить у Світовий океан - результат поглинання їм сонячного випромінювання. Енергія надходить в океан також у результаті гравітаційної взаємодії космічних тіл і водних мас планети, що створює припливи, і надходження тепла із глибини планети. Поверхня Світового океану займає близько 70 % поверхні всієї планети й становить приблизно 360 млн. км². Більша частина цієї поверхні постійно вільна від льоду й добре поглинає сонячне випромінювання. В океанській воді приблизно 65 % сонячного випромінювання поглинається першим метром водної товщі й до 90 % - десятиметровим шаром. У денний час у низьких широтах вода прогрівається приблизно на 10 м і більше за рахунок процесів теплопровідності й турбулентного перемішування (тверда поверхня суши прогрівається не більше ніж на 0,5 м).

Запасене океаном тепло частково у вигляді довгохвильового випромінювання (λ >10 мкм) перевипромінюється, а частково передається в атмосферу теплопровідним прикордонним шаром і внаслідок випаровування. Відносна роль цих процесів різна для різних районів планети, але на широтах від 70° півн.ш. до 70° півд.ш. характеризується приблизно однаковими значеннями: довгохвильове випромінювання в атмосферу й космічний простір 41 %; передача тепла атмосфері за рахунок теплопровідності 5 %; втрати на випаровування 54 %.

За рахунок руху повітряних і водних мас запасена океаном енергія переноситься по всій планеті, причому в області між екватором і 70° півн. ш. у середньому 40 % тепла переноситься океанськими течіями, а на 20° півн. ш. внесок океану в перенесення енергії становить до 74%. Щорічно з поверхні океану випаровується шар води товщиною приблизно 1 м (близько 340·10¹² т) і біля 36·10¹² т води повертається зі стіканням рік, льодовиків тощо.

Приблизно 2/3 сумарного сонячного випромінювання зазнають в океані й на поверхні суши різні зміни: перетворюються в тепло 43 %; витрачаються на випаровування, утворення опадів 22 %; надання енергії рікам, вітру, хвилям, різним видам течій в океані 0,2 %. Приблизно 0,02 % всієї енергії сприйнятого сонячного випромінювання йде на утворення продукції фотосинтезу й частково на утворення викопного палива.

Співробітниками океанографічного інституту Скрипсу (США) виконані оцінки сумарних і припустимих для переробки потужностей різних океанічних джерел енергії за п'ять років - з 1977 по 1982 р. Відповідні дані наведені на діаграмах, на яких відзначені два рівні - сумарний і той, що може бути перетворений (заштриховане). Більше пізні оцінки зроблені з урахуванням цілого ряду технологічних і екологічних факторів. Вони, як правило, у частині припустимої до використання енергії виявилися нижче.

Розподіл океанських джерел енергії за потужністю (праві стовпці - за оцінками 1977 р., ліві - за оцінками 1982 р.).

При оцінці можливостей приливної енергетики враховано, що працювати на повну потужність ПЕС можуть тільки протягом 30 % часу.

Дані по океанських течіях отримані з урахуванням 1 % припустимого уповільнення швидкості плину.

При оцінці можливостей енергетичного використання продукції океанського фотосинтезу прийняті в увагу 50 % ефективності перетворення бурих водоростей у метан і можливість розміщення відповідних ферм в 20 % районів природного апвелінгу. Апвелінг - підйом глибинних вод, багатих біогенними речовинами, що грають роль добрив.

Для прибережних хвильових генераторів установлені ККД 50 % і час роботи 40 % річного бюджету часу.

ККД перетворення градієнта солоності прийнятий рівним 3%.

Для вітрових станцій коефіцієнт перетворення енергії вітру прийнятий рівним 60%, і припустимим рівнем вилучення потужності вважають 1 % потужності вітрів, що дують на видаленні від берега.

Немаловажні й такі «технологічні» властивості океанських ресурсів енергії, як щільність енергії й стабільність джерела енергії. Ці властивості визначають розміри майбутніх перетворювачів, необхідні встановлені потужності, режими використання енергії.