Этот неизвестный океан. Как работают приливы, рождаются шторма и живут невидимые создания в морских глубинах - Александр Осадчиев

то в поле зрения с легкостью перемещаются десятки и сотни тысяч тонн воды. Вообще весь океан находится в непрерывном движении, которое подпитывается энергией Солнца, а в случае приливов – энергией притяжения Земли к Луне и Солнцу. Движение вод в океане естественным образом рассматривается как источник энергии для человечества. Существует большое количество проектов, которые добывают энергию различных движений воды в океане – волн, приливов, течений. Кроме того, в океане очень много источников потенциальной энергии. В первую очередь, это разница температуры и солености воды в различных слоях в океане, которая может достигать значительных значений на расстояниях всего в десятки метров по вертикали в отдельных акваториях.

Огромная сила океана с одной стороны – прекрасный источник энергии, а с другой – главное препятствие для ее получения. Когда начинается шторм, массы воды могут повреждать, отрывать и уничтожать энергетические установки. Сила движения воды, которая обеспечивает эффективную добычу энергии в нормальных условиях, в экстремальных условиях становится очень большой проблемой. Поэтому все энергетические установки в океане должны быть достаточно прочными, чтобы выдерживать высокие нагрузки в штормовых условиях.

Вторая проблема морской энергетики заключается в том, что в море практически любые объекты достаточно быстро обрастают водорослями, моллюсками и другими морскими существами. Это негативный фактор для движущихся частей энергетических установок, в частности турбин. Еще одна проблема морской энергетики заключается в том, что она оказывает негативное воздействие на окружающую среду: морские млекопитающие, рыбы могут быть повреждены турбинами, им часто мешает шум, производимый объектами энергетики.

Поэтому сейчас морская энергетика находится все еще на ранних стадиях развития. Хороший пример – потенциал использования энергии поверхностных волн в океане. Почти повсеместно в океане существует достаточно сильное поверхностное волнение, качка очень хорошо знакома морякам. Энергия этой качки на порядки больше, чем энергия, которую вырабатывают двигатели этих кораблей. Тем не менее до сих пор нет реально работающих электростанций, которые преобразовывали бы энергию волн в электрическую энергию. А ведь если бы можно было придумать такой корабельный преобразователь качки в электричество, то корабли ходили бы по морю почти без затрат топлива. К сожалению, это до сих пор не сделано, несмотря на то, что это кажется очень перспективным проектом. Многочисленные попытки создания прибрежных волновых электростанций также пока не привели к ощутимому результату, не продвинувшись дальше опытных образцов.

Гораздо лучше обстоят дела с энергией приливов. Во-первых, приливные течения гораздо более предсказуемы, чем ветровое волнение. Во-вторых, приливные электростанции можно строить в изолированных заливах, защищенных от штормов. Именно поэтому существуют реально работающие крупные приливные электростанции: «Ля-Ранс» во Франции и «Сихва» в Южной Корее. Приливная электростанция есть и в России – это Кислогубская электростанция, расположенная в заливе Баренцева моря, в Мурманской области. Мощность ее невелика, всего 1,7 мегаватта, в то время как у приливных электростанции «Ля-Ранс» и «Сихва» – около 250 мегаватт, а у самой мощной в мире гидроэлектростанций «Три ущелья» в Китае – 22 500 мегаватт.

Рис. 82.Схема работы приливной электростанции

При этом приливы могут быть очень мощным источником энергии. Самые высокие в мире приливы наблюдаются в Канаде, в заливе Фанди. Средняя высота этих приливов больше 15 метров! Объем воды, который в течение суток затекает в залив Фанди в прилив и затем вытекает в отлив, в два раза превышает суточный объем стока всех рек в Мировой океан. Если перегородить залив Фанди дамбой с турбинами, то получаемая энергия будет сравнима с мощностью крупнейших мировых гидроэлектростанций. К сожалению, в настоящее время построить такую электростанцию не представляется возможным из-за слишком больших размеров залива. В заливе Фанди была построена экспериментальная приливная электростанция «Аннаполис», дамба которой перегораживала не весь пролив, а лишь его небольшую часть в месте впадения одноименной реки. Мощность этой электростанции тоже была небольшой, 20 мегаватт, она проработала с 1984 по 2019 год. Более серьезного продолжения этот энергетический проект пока не получил.

Рис. 83.Прилив и отлив в заливе Фанди

В России есть залив с очень высокими приливами, лишь немногим меньше приливов в заливе Фанди. Средняя высота приливов в Пенжинской губе, расположенной в северной части Охотского моря между полуостровом Камчатка и материком, достигает 9 метров. Рельеф в Пенжинской губе гораздо более удобный для строительства приливной электростанции, чем в заливе Фанди. Еще в 1970-е годы появились первые полноценные проекты строительства Пенжинской приливной электростанции мощностью в 21 400 мегаватт, то есть почти как у крупнейшей гидроэлектростанции мира. Планы эти так до сих пор и остаются нереализованными из-за отсутствия крупного потребителя электроэнергии в этом малонаселенном и отдаленном регионе.

Рассказывая про морскую энергетику, нельзя не упомянуть про ветровую энергию. Ветер в океане в среднем дует гораздо мощнее, чем на суше. Благодаря этому ветряки строят не только на суше, где это делать гораздо проще, но и в море на мелководьях. Морские ветряки приводит в действие не движение воды, а движение воздуха, поэтому оффшорную ветроэнергетику нельзя в полной мере отнести к морской энергетике. Тем не менее строительство крупных скоплений ветроэлектростанций в море, морских ветряных парков, на площади в сотни квадратных километров изменяет морские течения, перенос взвешенных веществ и морские экосистемы. Самые крупные морские ветряные парки построены в прибрежных водах Великобритании, Китая и Голландии. Тем не менее морская ветроэнергетика имеет суммарную мощность в 10 раз меньше мощности наземной ветроэнергетики, а та, в свою очередь, составляет лишь 7% мирового производства электроэнергии.

7. Море опасностей

Цунами, гора воды

В море очень много разных волн, как поверхностных, на границе океана и атмосферы, так и внутренних, где-то на границе слоев в толще воды. Но бывает, что из-за какого-то сильного воздействия вся толща воды от поверхности до дна вовлекается в волновое колебание, и имя ему – цунами. Для цунами характерны очень длинные волны (десятки и сотни километров), которые возникают в основном в результате землетрясений, но также и в результате падения в воду каких-то больших объектов (оползень, обвал или даже метеорит), либо в результате извержения подводного вулкана. Также цунами могут возникать из-за резких изменений атмосферного давления – они называются метеоцунами.

Когда землетрясение где-то в середине океана встряхнуло морское дно, вся толща моря от поверхности до дна (толщиной в сотни метров или километры) приходит в вертикальное, а затем и горизонтальное движение. Из-за этого по океану начинает распространяться волна со скоростью в несколько сотен километров в час.