Относительно постоянный поток океанских течений переносит большое количество воды и энергии через океаны Земли. Хотя в Соединенных Штатах не было никакого коммерческого развития, технологии разрабатываются таким образом, чтобы океанские течения могли обеспечить источник возобновляемой, чистой энергии, которую можно извлечь из океанских течений и преобразовать в полезную энергию.
Океанические течения протекают по сложным схемам и путям и зависят от нескольких элементов, таких как ветер, температура, рельеф океанского дна, вращение Земли и соленость воды. Большинство океанских течений вызвано ветровым и солнечным нагревом поверхностных вод, в то время как некоторые течения являются результатом изменений плотности и солености водной толщи.
Основные поверхностные токи представлены на рис. 1.
Токи также вызваны термохалинной циркуляцией , как показано на рис. 2.
Термогалинная циркуляция является частью глобальной океанической циркуляции, которая управляется градиентами плотности, создаваемыми поверхностным теплом и потоками пресной воды.
Термин термогалин происходит от термо-имеющий отношение к температуре и-Галину что касается содержания солей, то факторы, которые в совокупности определяют плотность океанской воды, приводимые в движение ветром поверхностные течения, такие как Гольфстрим , движутся к полюсу от экваториального Атлантического океана, охлаждаясь по пути и в конечном итоге тонут в высоких широтах, образуя Северную Атлантику Глубокая Вода. Эта плотная вода затем стекает в океанские бассейны.
В то время как большая часть его впадает в Южный океан, старейшие воды в мире впадают в северную часть Тихого океана. Таким образом , происходит диффузия и смешение воды между океанскими бассейнами, что уменьшает различия между ними и превращение океанов Земли в глобальную систему. На своем пути водные массы переносят энергию в виде тепла.
Океанские течения имеют относительно постоянное и направленное течение, в отличие от приливных течений вдоль берега. В то время как океанские течения могут двигаться медленно относительно скорости ветра, из-за плотности воды они несут большое количество энергии. Вода более чем в 800 раз плотнее воздуха, поэтому при той же площади поверхности вода, движущаяся со скоростью 12 миль в час, оказывает такое же воздействие, как постоянный ветер со скоростью 110 миль в час. Благодаря этому физическому свойству океанские течения содержат огромное количество энергии, которую можно улавливать и преобразовывать в пригодную для использования форму.
Океанские Текущие Энергетические Технологии
Соединенные Штаты и другие страны стремятся использовать энергию океанских течений; однако энергия морских течений находится на ранней стадии развития. По сравнению с ветровыми, волновыми и приливными ресурсами потенциал энергетических ресурсов для энергии океанских течений наименее изучен, а его технология наименее развита. В настоящее время не существует коммерческих турбин, подключенных к сетям, и было испытано лишь небольшое число опытных образцов и демонстрационных установок. Более передовые технологии были разработаны для использования с приливными течениями в прибрежные условия. В настоящее время разрабатывается целый ряд различных технологических концепций. Опытные образцы горизонтальных осевых турбин, аналогичных ветряным турбинам, были построены и испытаны, и в течение следующих 5-7 лет наиболее вероятным сценарием коммерческого развития будет их разработка. Хотя технология океанских течений все еще находится на ранних стадиях своего развития, некоторые приливные и внутрипоточные турбины близки к коммерциализации. Эти устройства используют преимущества ежедневных приливных циклов в прибрежной океанской среде или устойчивого потока воды из пресноводных рек.
Лучшие места для сбора энергии океанских течений находятся между островами, вокруг сильно изрезанных берегов, где есть сильные приливные течения, или где разница температур между теплой поверхностной водой и холодной глубокой водой составляет около 20°C или более.
Морские турбины являются наиболее популярной частью предлагаемой технологии. Лопасти этих турбин должны быть около 20 метров, только одна треть размера ветрогенератора, чтобы производить в три раза больше энергии. Каждая турбина будет установлена на башне, которая соединится с сетка подводная точно такая же, как и с морскими ветряными вышками. Башни пробьют брешь в поверхности воды и будут освещены, чтобы предупредить корабли. Существуют также конструкции, позволяющие поднимать эти башни из воды для очистки лопастей от водорослей или других наростов и для другого технического обслуживания.
Современные энергетические технологии, также называемые приливными или гидрокинетическими технологиями, преобразуют кинетическую энергию движущейся воды в электричество.
Современные энергетические технологии используют преимущества горизонтального течения океанских течений для питания генератора, преобразующего механическую энергию в электрическую. Современные энергетические устройства часто представляют собой вращающиеся машины, подобные ветряным турбинам с Ротором, который вращается в ответ на скорость течения воды со скоростью вращения , пропорциональной скорости воды. Ротор может иметь открытый конструкция сравнима с ветряной турбиной или может быть заключена в канал, который направляет ток и поток воды. Преобразователи текущей энергии можно разделить на четыре основных типа:
Турбины С Горизонтальной Осью
Горизонтальные осевые турбины обычно выглядят аналогично ветряным турбинам, как показано на рис.3. они собирают кинетическую энергию из движущейся воды таким же образом, как ветряные турбины извлекают энергию из движущегося воздуха.
Канальные Турбины С Горизонтальной Осью
Горизонтальный Ротор заключен внутри трубопровода. Эти каналы часто имеют воронкообразную форму и работают, концентрируя текущий поток через турбину. Эта технология может позволить для функции над широкием диапазоном настоящих скоростей, таким образом производящ больше электричества в блок площади Ротора.
Турбины С Вертикальной Осью
В турбинах с вертикальной осью ось ротора расположена перпендикулярно потоку тока. Эти турбины могут также быть заключены внутри трубопровод.
Осциллирующие Подводные Крылья
Осциллирующие подводные крылья поворачиваются в ответ на приливные течения, протекающие по крылу или закрылку. Особое положение достигается с помощью этой конструкции приводной жидкости в гидравлической системе для выработки электроэнергии.
Проблемы
Для успешного использования энергии океанских течений в коммерческих масштабах необходимо решить ряд инженерно-технических задач , в том числе:
- Предотвращение кавитации ( образования пузырьков)
- Предотвращение накопления морского роста
- Высокие эксплуатационные расходы
- Коррозионная стойкость
- Генерация электромагнитных полей (ЭДС)
- Токсичность красок, смазочных материалов и противообрастающих покрытий
- Помехи движению и миграции животных, включая запутывание и удар лопастями ротора или другими движущимися частями
Чтобы вычислить количество джоулей, доступных для извлечения турбинами во всех океанах всего мира, предположим, что океан повсеместно движется со скоростью, равной скорости Гольфстрима; около 2 метров в секунду. Поэтому каждый кубический метр воды имеет кинетическую энергию 1/2 МВ2 = 2000 джоулей. Это может быть крайним переоценить, поскольку большая часть океана движется гораздо медленнее, чем Гольфстрим, но если больше, то затем умножить на количество куб. м. Все океаны весь мир: радиус Земли равен R = 6371 км, средняя глубина океана д = 4.27 км, и при условии, что 70% мирового поверхность океана, общий объем воды в Мировом океане составляет.
Таким образом, общее количество энергии, доступной для добычи в Мировом океане, составляет 2000 джоулей/м3 х 1,52 × 1018 м3 = 3,04 × 1021 джоули. Если вы сравните эту сумму с годовым потреблением энергии в год для всего мира, как показано на Рис. 4, вы увидите, что она составляет всего 6 лет .
Автор: Бобби Зарубин — Стэнфордский Университет