Океан энергии

Современное состояние энергетики говорит о том, что настало время принимать стратегические решения по созданию энергетической основы будущего.

Представляется, что наиболее оптимальным объектом, способным обеспечить неограниченные объемы качественной энергии, является Мировой океан.

Около двухсот лет назад заработали первые буровые установки, и безудержной рекой потекла подземная энергия. Никто в те времена не думал ни о загрязнении окружающей среды, ни о глобальном потеплении. И даже сегодня, несмотря на эти угрозы земному климату, трудно представить, что эта энергия иссякнет.

Тем не менее все отчетливей просматриваются сроки, отведенные природой на использование подземных запасов. А перспективный источник, способный заменить миллиарды тонн углеводородного топлива, ежегодно добываемые из недр, до сих пор еще не определен, хотя время для его освоения стремительно сокращается.

Два источника

Теоретически существуют два источника первичной энергии, способных обеспечить теплом десятки тысяч ГВт установленных мощностей.

Это космос, поставляющий приточную энергию, и энергетическая промышленность, которая искусственным путем на основе химических или ядерных реакций выделяет тепловую энергию.

Вся приточная энергия в основном представлена мягким солнечным излучением и отраженными из нее энергией ветра, падающей воды (гидроэнергетика), био-энергетикой, энергией морских волн, тепловой энергией океана и т. д. К приточной космической энергии можно отнести также энергию приливов и геотермальную энергию.

Это исключительно чистая энергия, на основе которой на Земле возникла и развивается жизнь не один миллиард лет. Простое искусственное ее извлечение на основе химического взаимодействия кислорода с углеводородами исчезнет в ближайшее время по причине истощения углеводородных ресурсов. Такая же судьба уготована и ядерным запасам, доступное количество которых на Земле тоже ограниченно.

Другой источник – это материалы термоядерного синтеза. Их количество практически безгранично, но процесс выделения энергии требует непостижимо высоких технологий. Идея освоения технологий термоядерного синтеза уже десятилетиями поддерживается только верой в науку, авторитетом разработчиков и венчурным финансированием.

Термоядерные иллюзии

Несмотря на свою кажущуюся простоту и привлекательность, этот путь даже в обозримом будущем вовсе не гарантирован технически. Температура и давление, при которых происходит реакция синтеза, повторяют условия эпицентра ядерного взрыва.

Промышленное освоение термоядерной реакции практически сопоставимо с освоением межзвездных полетов. Это можно объяснить тем, что из реактора мощностью в несколько ГВт рабочее тело отбрасывается с температурой более 100 миллионов градусов Цельсия, что более чем в 30 000 раз превышает температуру рабочего тела современных космических ракет. При этом топлива, правда, требуется всего около 500 килограммов на год непрерывной работы.

Представляя термоядерную энергетику как основу возможного развития на ближайший период, необходимо допустить в то же время и возможное поточное производство ракетных двигателей для межзвездных полетов.

Даже при таких фантастических допущениях работа огромного количества термоядерных реакторов в земных условиях потребует обеспечить безопасность в широком спектре трудно решаемых проблем, связанных с энергией ядерных материалов.

Данные для расчета такой безопасности могут появиться только в процессе практической эксплуатации первых рабочих реакторов, а мы пока не имеем даже экспериментальной установки с необходимыми параметрами.

Учитывая, что теория синтеза существует уже более 60 лет, а «воз и ныне там», приемлемых результатов вряд ли стоит ожидать даже через пятьдесят прогнозируемых лет разработки проекта. К сожалению, история знает много несбывшихся прогнозов авторитетных людей своего времени и по теме термоядерного синтеза. Сомнительное качество продукта и отсутствие гарантий надежной и безопасной работы термоядерного источника требуют ориентации на более надежного и проверенного поставщика первичной энергии.

Путь в никуда

Жорес Алферов очень верно подметил: «Энергетика – больше чем наука». Важно не только получить мощность в десятки тысяч ГВт, но энергия должна быть исключительно чистой.

Земля – объект изолированный, с тонкой настройкой, а дополнительная некачественная энергия таких больших объемов, которых требует мировая экономика, способна, как мы видим, легко расстроить глобальное равновесие. К сожалению, отсутствием чистоты страдают все современные технологии извлечения тепловой энергии.

Первый химический источник – на основе, казалось бы, безобидных газа, угля и нефти – благо, что ускорил техническое развитие, но и немногим более чем за 100 лет принес с собой загрязнение среды обитания, озоновые дыры и глобальное потепление.

А следом жесткое излучение атомов ядерного источника, всего на 5 процентов пополнив электричеством линии электропередачи, принесло Хиросиму, Чернобыль, кучу грязных отходов и бесчисленные арсеналы очень опасного оружия.

Далее разворачивается идея создания термоядерного источника, обладающего еще большей концентрацией энергии, с еще более жестким излучением и сомнительного качества, но огромной разрушительной силы и непредсказуемых последствий.

Что касается космического источника, то у него всего один недостаток, связанный со сравнительно невысокой концентрацией энергии. Как правило, ее необходимо собирать с больших площадей, словно урожай в сельском хозяйстве. Пожалуй, больше никаких недостатков и нет.

Эту энергию принято называть альтернативной, и уже многие годы она ограничивается созданием солнечных панелей и вышек с лопастями ветрогенераторов.

Новая альтернатива

Однако доминирующее в современном сознании представление об альтернативной энергии – далеко не полное. Три четверти планеты занимает океан, который труднодоступен, а ресурсы, которые в нем сконцентрированы, большей частью скрыты от глаз. На поверхности океана обращают на себя внимание только волны и ветер, но и они пока практически не востребованы.

Тем не менее расчеты показывают, что океан обладает колоссальной энергией – и ее концентрация достаточно высока для промышленного освоения в наше высокотехнологичное время.

Если рассматривать энергию морских волн, то, по оценкам специалистов, при амплитуде волны в два метра энергетический потенциал ее составляет около 11 л.с. на квадратный метр поверхности. Нетрудно представить усредненную мощность всей морской акватории.

Но значительно большее количество энергии и с более высокой концентрацией накоплено в теплых водах, покрывающих толстым слоем вечно холодный бассейн Мирового океана. Эта акватория простирается почти по всему экватору шириной более чем на четыре тысячи километров к северу и югу.

Энергетический потенциал ее составляет порядка 300 кДж / м3 при толщине слоя теплой воды свыше 50 метров. Помимо этого, огромная акватория океана, стабильно поставляющая качественную энергию, может позволить, при необходимости, освоить дополнительное жизненное пространство в комфортабельных климатических условиях.

Энергетический урожай

Сравнивая производство энергии в океане со сбором урожая, можно представить себе энергетические установки, которые подобно сельскохозяйственным машинам будут обрабатывать поверхность океана, собирая и концентрируя энергию в биологических или химических продуктах.

Это кажется фантастикой. Но только на первый взгляд. На взгляд человека, привыкшего использовать углеводороды и атом. Но мы‑то говорим о перспективах, о реальной альтернативе существующему в энергетике порядку вещей, который, в силу вышеназванных (и давно уже общеизвестных) причин, рано или поздно придется менять.

Для реализации проекта предложены схемы технических средств, которые сформулированы в патентах РФ № 2116465, 45161, 48586, 48587, 53375, 58612, 69586, 71379. Описание патентов размещено автором на страницах интернет-сайта www.watervigorous.com.

Внедрение этих разработок способно реализовать энергетический потенциал Мирового океана с оптимальным КПД около 50 процентов.

Объекты морской энергетики на основе приведенных выше патентов представляются очень эффективными, поскольку обладают сравнительно низкой материалоемкостью, просты в изготовлении и позволяют создавать мобильные устройства различного назначения.

СПРАВКА

Сегодня на одного жителя Земли в среднем приходится порядка 0,5 кВт генерирующих мощностей – это около 4000 ГВт. Наступивший век обещает принести большие технические возможности, что потребует увеличения энергетических затрат.

Количество жителей Земли неуклонно стремится к 10 миллиардам, при этом выходная мощность энергетических объектов должна быть порядка 10000 ГВт.

Построить вновь или заменить парк оборудования – это еще половина дела. Основная задача, которую необходимо решить в ближайшие годы, – найти для этого оборудования источник, способный снабжать энергетическое хозяйство первичной тепловой энергией.

Уже сейчас требуется вводить в строй 100 ГВт выходной мощности ежегодно, используя перспективный источник энергии, чтобы создать надежную структуру энергетики через 100 лет.

Источник: Газета "Энергетика и промышленность России" № 23-24 (139-140) декабрь 2009 года