Океан надежд

Улицкий Юрий Александрович

В 1959 г. во время одного из рейсов научно-исследовательского судна «Михаил Ломоносов» ионно-обменные смолы, представляющие, no-существу, один из видов сорбента, были помещены в фильтрующую колонку, которая была укреплена ниже ватерлинии и подключена к водозаборному кингстону. В течение всего рейса через фильтрующую колонку пропускалась океанская вода. Всего ее прошло около 60 тыс. л. В результате каждый килограмм ионитов извлек из морской воды 0,15 г урана, 0,125 г серебра; были обнаружены также золото, стронций, висмут, цинк, медь, марганец, железо, алюминий, кремний, кальций, магний. В ходе другого эксперимента советские ученые получили из 500 л морской воды крупинку золота массой в 1 мг. Между тем установлено, что среднее содержание золота в морской воде 0,032—0,049 мг на 1 т, а общие запасы

в океане по разным данным оцениваются в 8—10 млн. т, что составляет почти 2,5 кг на каждого жителя планеты.

Возможно, что скоро ионообменные колонки будут установлены на всех судах торгового флота. В течение рейса эти устройства смогут фильтровать воду, и по возвращении в порт содержимое колонок будет сдаваться на обработку в химические лаборатории, а колонки заменяться новыми. Вероятно, таким способом в ближайшем будущем и будут добывать из океана ценные редкие металлы. Пока же добыча урана, золота и других элементов из морской воды экономически невыгодна и не оправдывает себя. Однако, учитывая гигантские темпы роста технических достижений и все возрастающие потребности в ряде ценных металлов, мы все более приближаемся к тому моменту, когда морская вода займет свое место как «комплексная руда номер один» и полностью «отдаст» человеку все необходимые элементы. Безусловно, минеральные богатства Мирового океана будут играть ведущую роль в экономике ближайшего будущего нашей планеты.

Энергетические богатства мирового океана

Быстрый рост технических достижений, неуклонное увеличение численности населения нашей планеты, постепенное истощение запасов привычных источников энергии, таких, как уголь и нефть, затянувшийся в последние годы энергетический кризис, охвативший многие зарубежные страны и приведший к резкому повышению цен на нефть, наконец, требования к сохранению окружающей среды, — все это заставляет искать новые источники энергии, и особенно такие, которые основываются на возобновимых запасах или запасах малоисчерпаемых. К их числу относятся энергия волн, приливов, течений, ветра, накопленного водой тепла, а также сама вода — обычная и тяжелая.

Вспомним, что, оказывается, еще в XI —XII вв. на побережьях Франции, Англии и Шотландии существовали мельницы, использовавшие энергию приливов. А в Великобритании в устье реки Дебен и сейчас работает мельница, первые упоминания о которой имеются в записях Вудбриджского прихода, датированных 1170 г. Аналогичные мельницы существовали и у русских поморов в XVI в., а в XVIII в. в Архангельске работало даже несколько приливных лесопилок.

Энергию морских приливов во всем мире ученые оценивают в 1 млрд. кВт, в то время как энергию всех рек - в 850 млн. кВт.

Велики запасы приливной энергии в Советском Союзе. Энергетические ресурсы приливов только в Белом и Охотском морях более чем в 3 раза превышают ресурсы Ангары, Волги и Днепра, вместе взятых.

Что же представляют собой приливы? Приливы и отливы — это периодические колебания уровня моря, обусловленные притяжением Луны и Солнца. Образующиеся приливные волны перемещаются по поверхности морей и океанов вследствие вращения Земли с периодом, равным 24 ч (солнечные сутки) для солнечной приливной волны. Лунные же сутки, в течение которых проходит прилив, длиннее солнечных на 50 мин. Таким образом, за 24 ч 50 мин бывают два прилива, так называемая полная вода, и два отлива — малая вода. Через каждые 6 ч 12,5 мин происходят приливы, наибольшей величины достигающие в узких заливах. Самой большой высоты достигает приливная волна в заливе Фанди в Канаде — до 18 м, в заливе Сен-Мало во Франции — до 14 м, а в Советском Союзе в Охотском море (Пенжинская губа) — до 13 м и до 10 м в Белом море.

Энергия приливов и была использована при создании приливных электростанций (ПЭС), которые начали сооружать лишь в последние 10—15 лет.

Принцип работы такой станции заключается в следующем. Плотина отделяет залив или мелководную часть моря и образует во время приливов и отливов напор воды между морем и отделенной частью залива. Турбины, расположенные в теле плотины, вращаются в сторону суши во время прилива и в сторону моря — при отливе, т. е. как же турбины будут работать при отливе? (возникает недоуменный вопрос),

ведь высокая вода отступает и высота прилива уменьшается до нуля. Таким образом, исчезает напор воды, необходимый для работы турбины. Значит, турбины должны быть остановлены, следовательно, прекращается и выработка электроэнергии. Возникает естественный вопрос — насколько выгодно сооружение такой станции?

Одним из первых в мире выход из создавшегося положения нашел советский ученый, инженер Л. Б. Бернш-тейн. Он предложил использовать электроэнергию, вырабатываемую ПЭС совместно с энергией, вырабатываемой обычными гидроэлектростанциями (ГЭС) и тепловыми электростанциями (ТЭС). При этом энергия, вырабатываемая ПЭС, подключается к общей энергетической системе, и в часы прилива резко уменьшается количество электричества, вырабатываемое ГЭС и ТЭС за счет работы ПЭС, а в часы отлива, наоборот, основная нагрузка падает на ГЭС и ТЭС. Л. Б. Бернштейн почти одновременно с французским энергетиком Р. Жибра сконструировал гидроагрегат, способный работать в обоих направлениях. В таком агрегате в момент отлива работа турбины заменяется работой насоса, который качает воду в отгороженный участок залива. Следовательно, такой гидроагрегат может вырабатывать энергию, как при заполнении, так и при опорожнении отделенного участка моря. Более того, в момент переключения турбин приливной электростанции на насосный режим мощность ПЭС может быть также приспособлена к суточному графику потребления электроэнергии. При этом приливная энергия аккумулируется в отделенной от моря части и выдается с повышенной мощностью в часы совпадения отлива с пиком ее потребления. В этом случае она действует как обратимая или гидроак-кумулирующая электростанция (ГАЭС).

Именно создание специального гидроагрегата с малогабаритным генератором, позволяющим ПЭС работать в обоих направлениях, т. е. во время прилива и отлива, было тем крупным этапом на пути создания ПЭС, который дал возможность приблизить или почти сравнять стоимостные затраты на единицу мощности на 1 кВт при работе ПЭС и обычных ГЭС с водохранилищами.

По сравнению с речными ГЭС приливные электростанции имеют целый ряд преимуществ. Океан не знает ни многоводных, ни маловодных лет, и в этом смысле никакая река не может с ним сравниться. Кроме того, океан «работает» строго по графику с точностью до нескольких минут. Таким образом, на ПЭС количество вырабатываемой электроэнергии всегда постоянно и заранее известно, в отличие от обычных ГЭС, где величина полученной энергии зависит от режима реки, в свою очередь связанного с климатическими особенностями территории, по которой она протекает.

Правда, необходимо отметить, что при работе ПЭС существует и еще одна сложность, связанная с тем, что энергия прилива и мощность ПЭС затухают каждые 14 дней, вместе с отдалением Луны от Земли. Надо также учитывать сложность работы ПЭС в условиях сильных ветров и штормов, больших волн и т. п.

Однако даже атомные электростанции при всех положительных моментах своей работы (экономичность, связанная с расходом топлива, транспортабельность топлива и отсюда возможность создания АЭС в любых местах, независимо от средств связи и т. п.) имеют и отрицательные, тормозящие в известной степени их повсеместное строительство. Здесь, прежде всего, необходимо отметить не окончательно еще решенную в мире проблему захоронения радиоактивных отходов (захоронение их в резервуарах-хранилищах весьма трудоемко и стоит дорого).

Учитывая все эти моменты, специалисты считают, что использование энергии приливов — перспективное направление энергетики и что в ближайшие 10—15 лет 2/3 мировой потребности электроэнергии обеспечат угольные и атомные станции и 1/3 — речные совместно с приливными станциями.

Одна из первых приливных электростанций построена во Франции, в устье реки Ране на побережье Ла-Манша, у города Сен-Мало мощностью 240 тыс. кВт, вырабатывающая в год 540 млн. кВт • ч электроэнергии. Образуемое плотиной, длина которой 350 м, водохранилище простирается во время приливов на 20 км. Во Франции разработан уже 20-летний план постройки ПЭС, по которому должен войти в строй еще целый ряд крупных ПЭС, включая Котантенскую (на побережье Ла-Манша) мощностью 50 млн. кВт. Эта ПЭС будет передавать электроэнергию также в Швецию и Норвегию.