Мировые природные ресурсы

Размещено на http://www.allbest.ru/

Мировые природные ресурсы

Взаимодействие общества и природы. Природные условия и ресурсы

Известно, что географическая оболочка охватывает верхние толщи литосферы, нижние слои атмосферы, почти всю гидросферу и всю биосферу Земли. Все эти сферы находятся в постоянном и тесном взаимодействии, между ними происходит непрерывный обмен веществом и энергией. Основным источником энергии процессов, происходящих в географической оболочке, является Солнце.

С развитием географической оболочки наиболее активным фактором, влияющим на состояние всех ее компонентов, стало возникновение живой мыслящей материи, носителем которой является человек. Человек взаимодействует с компонентами географической оболочки как непосредственно (как компонент биосферы), так и опосредствованно через общественный труд как форму особого обмена вещества с природой. В результате длительного влияния деятельности человека на географическую оболочку возникла географическая среда.

Географическая среда -- земная окружающая среда, часть географической оболочки, непосредственно связанная с жизнью и деятельностью человека и пребывающая в состоянии постоянного взаимодействия с ним в процессе хозяйственной деятельности.

Географическая среда имеет сложную пространственную структуру, в которой наблюдаются самые разнообразные сочетания компонентов географической оболочки, что объясняется как огромными пространственными различиями природы Земли, так и многообразием форм территориального сосредоточения хозяйства и систем расселения. С расширением сферы деятельности человека и ростом уровня экономического развития хозяйства:

а) географической средой общества становится вся географическая оболочка планеты;

б) влияние хозяйственной деятельности человека на географическую среду становится соразмерным с влиянием природных сил земли;

в) в конкретных ситуациях географическая среда рассматривается как природные условия и ресурсы жизнедеятельности человека.

Природные условия -- совокупность компонентов географической среды (географическое положение территории, климат, рельеф, гидрографические особенности территории и т. п.), влияющая на возможности развития хозяйства и условия жизни человека.

Природные ресурсы -- компоненты природы, которые при данном уровне развития производительных сил используются или могут быть использованы в хозяйстве. Различают ресурсы минерального сырья, земельные, водные, климатические, биологические, рекреационные.

Следовательно, в сочетании основных элементов природы и общества взаимодействуют такие основные агенты: человек и его хозяйство, природные условия и ресурсы географической среды. При этом большинство связей общества с природой осуществляется опосредствованно через хозяйственную деятельность людей. Кроме того, географическую среду следует рассматривать не только как сокровищницу природных ресурсов, но и как среду обитания людей. Ведь человек не только социальное, но и биологическое существо и вне пределов географической оболочки жить не может.

мировой природный ресурс энергия

Минеральные ресурсы

Минеральные ресурсы, полезные ископаемые в недрах Земли, запасы которых оценены по геологическим данным. Месторождения полезных ископаемых распределены в земной коре неравномерно.

Большинство видов минерального сырья представлено рудами, состоящими из минералов, т.е. неорганических веществ природного происхождения. Однако некоторые важные виды полезных ископаемых, в частности энергетическое сырье, имеют органическое происхождение (ископаемые угли, нефть, торф, горючие сланцы и природный газ). Их присоединяют к минеральному сырью условно. В последние годы все большее значение приобретает гидроминеральное сырье - высокоминерализованные подземные воды (погребенные рассолы).

Ценность отдельных видов минерального сырья определяется в зависимости от области их применения (для получения энергии, в машиной - и приборостроении, при производстве товаров народного потребления), а также от того, насколько редко они встречаются.

Минеральное сырье, необходимое для обеспечения оборонной промышленности и бесперебойного функционирования ее сырьевой базы, иногда называют стратегическим. В США постоянно поддерживается определенный запас (государственный резерв) стратегических материалов, причем более половины потребности в 22 видах минерального сырья приходится удовлетворять за счет импорта. Среди импортируемых материалов важное место занимают хром, олово, цинк, вольфрам, иттрий, марганец, платина и платиноиды, а также бокситы (алюминиевые руды).

СССР в 1987 ввозил всего четыре вида минерального сырья: бокситы, барит, висмутовый концентрат и кусковой флюорит. Позднее он стал импортировать ильменит (руду титана), ниобиевые и отчасти танталовые концентраты, а также феррониобий. Россия перешла на импорт готовых труб из ниобиевой стали для газо-, нефте- и продуктопроводов. После распада СССР Россия лишилась большинства месторождений хромитов, марганца, титана, свинца, урана, отчасти меди, цинка, молибдена и некоторых других металлов и теперь вынуждена импортировать все эти виды сырья. Как и в США, в России существует государственный резерв дефицитного минерального сырья.

Горючие полезные ископаемые

Большую часть энергии во всем мире получают за счет сжигания ископаемого топлива - угля, нефти и газа. В ядерной энергетике тепловыделяющие элементы промышленных реакторов на АЭС состоят из урановых топливных стержней.

Уголь является важным национальным природным ресурсом в первую очередь благодаря своей энергетической ценности. Среди ведущих мировых держав только Япония не располагает большими запасами угля. Хотя уголь - самый распространенный вид энергоресурсов, на нашей планете имеются обширные территории, где угольных месторождений нет. Угли различаются по теплотворной способности: она самая низкая у бурого угля (лигнита) и самая высокая у антрацита (твердого блестящего черного угля). Мировая добыча угля составляет 4,7 млрд. т в год (1995). Однако во всех странах в последние годы проявляется тенденция к снижению его добычи, поскольку он уступает место другим видам энергетического сырья - нефти и газу. В ряде стран добыча угля становится нерентабельной в связи с отработкой наиболее богатых и сравнительно неглубоко залегающих пластов. Многие старые шахты закрываются как убыточные. Первое место по добыче угля занимает Китай, за ним следуют США, Австралия и Россия. Значительное количество угля добывается в Германии, Польше, ЮАР, Индии, на Украине и в Казахстане.

Земельные ресурсы мира

Неправильное и неконтролируемое землепользование является основной причиной деградации и истощения земельных ресурсов. При практикуемом в настоящее время землепользовании часто не принимаются в учет фактические потенциальные возможности, продуктивность и факторы, ограничивающие использование земельных ресурсов, а также их пространственное разнообразие. Ожидается, что население мира, составляющее сейчас 5,4 млрд. человек, к концу века достигнет 6,25 млрд. человек. Необходимость увеличения производства продовольствия в целях удовлетворения растущих потребностей обусловливает огромную нагрузку на природные ресурсы, включая земельные ресурсы. Во многих регионах нищета и недоедание уже превратились в хроническую проблему. Одной из основных опасностей является разрушение и деградация сельскохозяйственных и экологических ресурсов. Хотя методы наращивания производства и сохранения земельных и водных ресурсов уже разработаны, они не находят широкого или систематического применения. Необходим систематический подход к определению таких форм землепользования и производственных систем, которые были бы устойчивыми для каждого конкретного типа почвы и климатической зоны, включая создание экономических, социальных и организационных механизмов их осуществления. [7]

Обеспеченность человечества земельными ресурсами определяется мировым земельным фондом, который составляет 13,4 млрд. га. Из отдельных крупных регионов наибольшим земельным фондом обладают Африка (30 млн. км2) и Азия (27,7 млн. км2), а самым маленьким-Европа (5,1 млн. км2) и Австралия с Океанией (8,5 млн. км2). Однако если рассматривать обеспеченность регионов земельными ресурсами из расчета на душу населения, то результат будет противоположным: на каждого жителя малонаселенной Австралии приходится 37 га земли (максимальный показатель), а на жителя Азии - только 1,1 га, приблизительно столько же и в Европе.

Структура земельного фонда показывает, каким образом используются земельные ресурсы. В ней выделяются сельскохозяйственные земли (обрабатываемые - пашня, сады, засеянные луга и естественные луга и пастбища), лесные земли, земли, занятые населенными пунктами, промышленностью и транспортом, малопродуктивные и непродуктивные земли.

Наиболее ценные обрабатываемые земли занимают всего 11% мирового земельного фонда. Такой же показатель характерен для СНГ, Африки, Северной Америки. Для зарубежной Европы этот показатель более высок (29%), а для Австралии и Южной Америки - менее высок (5% и 7%). Страны мира с наибольшими размерами обрабатываемых земель - США, Индия, Россия, Китай, Канада. Обрабатываемые земли сосредоточены в основном в лесных, лесостепных и степных природных зонах. Естественные луга и пастбища преобладают над обрабатываемыми землями везде (в Австралии более чем в 10 раз), кроме зарубежной Европы. Во всем мире в среднем 23% земли используется под пастбища.

Структура земельного фонда планеты постоянно изменяется под влиянием двух противоположных процессов. Один - борьба человечества за расширение земель, пригодных для обитания и сельскохозяйственного использования (освоение залежных земель, мелиорация, осушение, орошение, освоение прибрежных участков морей); другой - ухудшение земель, изъятие их из сельскохозяйственного оборота в результате эрозии, опустынивания, промышленной и транспортной застройки, открытой разработки полезных ископаемых, заболачивания, засоления.

Второй процесс идет более быстрыми темпами. Поэтому главная проблема мирового земельного фонда - деградация сельскохозяйственных земель, в результате которой происходит заметное сокращение обрабатываемых земель, приходящихся на душу населения, а «нагрузка» на них все время возрастает. Страны с наименьшей обеспеченностью пашней на душу населения - Китай (0,09 га), Египет (0,05 га).

Во многих странах предпринимаются усилия по сохранению земельного фонда и улучшению его структуры. В региональном и глобальном аспекте они все более координируются специализированными органами ООН - ЮНЕСКО, ФАО (Продовольственная и сельскохозяйственная организация ООН) и др.

Однако структура земельного фонда планеты не остается неизменной. Постоянное воздействие на нее оказывают два процесса, имеющие противоположный характер.

Таблица. Структура мирового земельного фонда

Таблица. Земельные ресурсы регионов мира

Таблица. Обеспеченность пахотными землями по крупным регионам мира (на душу населения)

С другой стороны, все время происходит ухудшение, истощение земель. Подсчитано, что вследствие эрозии из сельскохозяйственного оборота ежегодно выпадает 6-7 млн. га. Заболачивание, засоление выводят из оборота еще 1,5 млн. га. По мере роста городов жилая, промышленная и транспортная застройки также начали все активнее наступать на сельскохозяйственные земли.

В засушливых регионах мира крупнейшим "пожирателем земель" сталоопустынивание. Антропогенное опустынивание уже охватило более 900 млн. га и угрожает еще 3 млрд. га земель в пределах нескольких десятков стран, преимущественно развивающихся. Раздвигают свои границы пустыни Сахара, Атакама, Тар, Намиб и другие. Ученые подсчитали, что при сохранении нынешних темпов опустынивания за последующие 30 лет оно может охватить дополнительную территорию, равную половине Западной Европы.

Ученые различают четыре степени опустынивания: слабую, умеренную, сильную и очень сильную. Сильное опустынивание получило распространение в Азии, в Африке, в Северной и Южной Америке, в Австралии. Для восстановления земель, пораженных сильным опустыниванием, нужны большие капиталовложения и длительное время. А очень сильное опустынивание влечет за собой полную и необратимую деградацию земли. Тем не менее, в районах сильного и очень сильного опустынивания живет около 80 млн. человек. Под руководством органов ООН большие работы ведутся по борьбе с опустыниванием. В них активно участвуют и географы.

В результате всех этих процессов "нагрузка" на землю все время возрастает, а обеспеченность земельными ресурсами уменьшается. Еще в 70-х гг. на каждого жителя Земли приходилось 0,45 га обрабатываемых площадей, в начале 90-х гг.- 0,28 га, а в конце 90-х гг. этот показатель снизился до 0,25 га.

Пути решения проблем

рекультивация земель;

освоение новых земель;

повышение плодородия почв;

достижения в области химического синтеза пищевых продуктов;

внедрение достижений селекционно-племенной работы.

Лесные ресурсы -- один из важнейших видов биологических ресурсов. Мировые лесные ресурсы характеризуются двумя важными показателями: размерами лесной шюшади (4 млрд га) и запасами древесины на корню. Лесные ресурсы относятся к возобновимым. Но поскольку леса сводятся под пашни, строительство, древесину используют в качестве дров, как сырье для деревообрабатывающей и других видов промышленности (производство бумаги, мебели и пр.), проблема сокращения лесных ресурсов и обезлесивания территорий стоит достаточно остро. Для рационального использования лесных ресурсов необходимо комплексно перерабатывать сырье, не вырубать леса в объеме, превышающем их прирост, проводить лесовосстановительные работы.

Леса мира распространены неравномерно. Они образуют два приблизительно равных по площади и запасам древесины лесных пояса -- северный и южный. Северный -- в зоне умеренного и отчасти субтропического климата. Самые многолесные страны северного пояса -- Россия, США, Канада, Финляндия, Швеция. Южный пояс -- в зоне тропического и экваториального климатов. Основные лесные районы южного пояса -- Амазония, бассейн Конго, Юго-Восточная Азия, страны -- Конго, Бразилия, Венесуэла.

Лесные ресурсы (леса) называют «легкими» планеты, они играют огромную роль в жизни всего человечества. Они восстанавливают кислород в атмосфере, сохраняют грунтовые воды, предотвращают разрушение почвы. Сведение тропических лесов Амазонии приводит к нарушению «легких» планеты. Сохранение лесов необходимо в том числе и для здоровья человечества.

Лесные ресурсы мира

Мировые водные ресурсы

Определение мировых водных ресурсов можно давать в широком и узком смысле, в зависимости от возможности их использования:

В широком смысле: весь объем вод гидросферы, заключенных в реках, озерах, морях, океанах, ледниках, а также в подземных горизонтах и атмосфере.

В узком смысле: пригодные для употребления пресные воды.

Мировой океан занимает около 71% всей площади планеты(361 млн. км2), а на озера, реки, ледники, водохранилища и прочие источники пресной воды приходится всего 15%(20 млн. км2). При этом большая часть пресной воды «законсервирована» в ледниках Антарктиды, Арктики, Гренландии, подземных водах и льдах, использование которых очень ограничено. Отсюда вытекает, что главным источником обеспечения человечества пресной водой являются речные (русловые) воды, доля которых чрезвычайно мала (всего 0,3% от общего количества воды), а общий объем составляет всего 2000 км3.

Этого количества уже сегодня не хватало бы для удовлетворения потребности в пресной воде. Однако благодаря тому, что продолжительность условного влагооборота для рек составляет 16 суток, в течение года объем воды в них возобновляется в среднем 23 раза и, следовательно, ресурсы речного стока чисто арифметически могут быть оценены в 46 тыс. км3/год. Тем не менее, в литературе преобладает цифра 41 тыс. км3/год. Нельзя не учитывать, что более половины русловых вод стекает в море, так что реально доступные для использования ресурсы таких вод составляют всего 15 тыс. км3/год.

Распределение пресной воды по регионам зависит от крупнейших речных систем региона: в Азии - Янцзы, Ганга и Брахмапутры, в Южной Америке - Амазонки, Ориноко, Параны, в Северной Америке - Миссисипи, в СНГ - Енисея и Лены, в Африке - Конго, Замбези. Это относится не только к регионам, но и к странам в целом (см. диаграмму).

Однако эта диаграмма не отражает реальной картины водообеспеченности, т.к. обеспеченность суммарным стоком выражается в удельных показателях (на 1 км2 или на 1 жителя страны). Такая водообеспеченность показана на диаграмме 2.

Анализ этой диаграммы показывает, что при среднемировом показателе 8000 м3/год показатели выше этого уровня имеют Австралия и Океания, Южная Америка, СНГ и Северная Америка. Такие данные объясняются не только размерами их водных ресурсов, но и численностью населения.

Из 10 стран с наибольшей водообеспеченностью 7 находятся в пределах экваториального, субэкваториального и тропического климатических поясов. В этих же поясах находятся и страны с наименьшей водообеспеченностью.

При рассмотрении водообеспеченности необходимо также учитывать такой фактор как водопотребление. Без него все вышеприведенные данные правильнее называть потенциальной водообеспеченностью. Мировое потребление воды по годам отображено на диаграмме 3. Больше всего пресной воды уходит на коммунальное и сельское хозяйство (около 60%), на промышленность приходится почти в три раза меньше - 21-22%. Общая тенденция для всего мира и отдельных его регионов заключается в постепенном уменьшении водообеспеченности, поэтому ведутся поиски различных путей экономии водных ресурсов и новых путей водоснабжения.

Проблемы и пути их решения

Около 60% площади суши приходится на зоны, где нет достаточного количества воды. ј населения мира ощущают недостаток воды, около 500 млн. человек страдает от плохого качества воды. Это связано с быстрым ростом населения и производства, загрязнением гидросферы, из-за которого снижается способность водных источников к регенерации.

Одним из средств решения проблемы обеспечения региона (страны, города и пр.) является строительство водохранилищ. Они подразделяются на долинно-речные, озерные, располагающиеся у выходов подземных вод и другие. Водохранилища представляют собой «склады» воды, которые используют для водоснабжения, орошения, получения гидроэнергии, судоходства, рекреации и т. д. Большинство крупных водохранилищ расположено в умеренном поясе Северного полушария в высокоразвитых странах. В тропическом и экваториальном поясах количество водохранилищ относительно невелико, но т.к. большинство из них являются крупными и крупнейшими, то доля их составляет более 1/3 от мировой.

Вторым путем решения проблемы нехватки пресной воды являются проекты использования ледниковых запасов пресной воды. Наибольший интерес в этом отношении составляют ледники Антарктиды, т.к. в них содержится наибольший запас пресной воды. Особую проблему составляют пути транспортировки ледников в наиболее нуждающиеся в воде регионы. Наиболее целесообразной считается транспортировка айсбергов на ближайшие к Антарктике материки: Южную Америку, Австралию, Африку. Однако при транспортировке айсбергов придется использовать исключительно холодные течения, чтобы избежать преждевременного таяния льдов. А это в свою очередь осложняет этот процесс. Значительно дороже обойдется транспортировка айсбергов в Северное полушарие. Из-за высокой стоимости таких проектов они все еще остаются проектами, хотя интерес к ним проявляют уже многие страны - США, Франция, Канада, Саудовская Аравия, Египет, Австралия и другие.

Третьим, практически применяемым сегодня путем увеличения запасов пресных вод, является опреснение морских вод. Этот способ заключается в выпаривании воды под давлением с последующей конденсацией водяных паров. Но наряду с этим методом сегодня используются другие, более совершенные методы опреснения соленых вод.

Опреснение засоленных речных вод имеет наибольшее значение для районов искусственного орошения. Соленость речных вод в Азии постоянно возрастает. В последнее время предпринимаются попытки опреснения хотя бы части этих вод. То же относится и к опреснению подземных вод, которые откачивают на поверхность при добыче угля и других полезных ископаемых.

Опреснение морской воды получило большее распространение. Основные регионы, потребляющие такую воду, находятся в пределах тропического пояса (Тунис, Ливия, Египет, Саудовская Аравия, Кувейт, ОАЭ, Катар, Ирак, Иран, Мексика, Куба, Венесуэла).

При прогнозировании развития индустрии опреснения нужно иметь в виду возможные экологические последствия ее деятельности, поскольку отходы опреснения, которые складируют на суше или сбрасывают в море в виде рассолов, негативно воздействуют на экосистему

Ресурсы мирового океана. Минеральные ресурсы

Океан служит источником богатых минеральных ресурсов. Они разделяются на химические элементы, растворенные в воде, полезные ископаемые, содержащиеся под морским дном, как в континентальных шельфах, так и за их пределами; полезные ископаемые на поверхности дна. Более 90% общей стоимости минерального сырья дает нефть и газ.

Общая нефтегазовая площадь в пределах шельфа оценивается в 13 млн.кв.км (около Ѕ его площади).

Наиболее крупные районы добычи нефти и газа с морского дна - Персидский и Мексиканский заливы. Начата промысловая добыча газа и нефти со дна Северного моря.

Шельф богат и поверхностными залежами, представленными многочисленными россыпями на дне, содержащие металлические руды, а так же неметаллические ископаемые.

На обширных площадях океана обнаружены богатые залежи железномарганцевых конкреций - своеобразных многокомпонентных руд, содержащих так же никель, кобальт, медь и др. В то же время исследования позволяют рассчитывать на обнаружение крупных залежей различных металлов в конкретных породах, залегающих под дном океана.

Термальная энергия

Идея использования тепловой энергии, накопленной тропическими и субтропическими водами океана, была предложена еще в конце Х1Х в. Первые попытки ее реализации были сделаны в 30-х гг. нашего века и показали перспективность этой идеи. В 70-е гг. ряд стран приступил к проектированию и строительству опытных океанских тепловых электростанций (ОТЭС), представляющих собой сложные крупногабаритные сооружения. ОТЭС могут размещаться на берегу или находиться в океане (на якорных системах или в свободном дрейфе). Работа ОТЭС основана на принципе, используемом в паровой машине (см. рис.1). Котел, заполненный фреоном или аммиаком - жидкостями с низкими температурами кипения, омывается теплыми поверхностными водами. Образующийся пар вращает турбину, связанную с электрогенератором. Отработанный пар охлаждается водой из нижележащих холодных слоев и, конденсируясь в жидкость, насосами вновь подается в котел. Расчетная мощность проектируемых ОТЭС составляет 250 - 400 МВт.

Учеными Тихоокеанского океанологического института АН СССР было предложено и реализуется оригинальная идея получения электроэнергии на основе разности температур подледной воды и воздуха, которая составляет в арктических районах 26 С и более.

По сравнению с традиционными тепловыми и атомными электростанциями ОТЭС оцениваются специалистами как более экономически эффективные и практически не загрязняющие океанскую среду. Недавнее открытие гидротермальных источников на дне Тихого океана рождают привлекательную идею создания подводных ОТЭС, работающих на разности температур источников и окружающих вод. Наиболее привлекательными для размещения ОТЭС являются тропические и арктические широты (см. рис.2 и рис.3).

Энергия приливов

Использование энергии приливов началось уже в Х1 в. для работы мельниц и лесопилок на берегах Белого и Северного морей. До сих пор подобные сооружения служат жителям ряда прибрежных стран. Сейчас исследования по созданию приливных электростанций (ПЭС) ведутся во многих странах мира (см. таблицу1 и карту1).

Два раза в сутки в одно и то же время уровень океана то поднимается, то опускается. Это гравитационные силы Луны и Солнца притягивают к себе массы воды. Вдали от берега колебания уровня воды не превышают 1 м, но у самого берега они могут достигать 13 м, как, например, в Пенжинской губе на Охотском море.

Приливные электростанции работают по следующему принципу:

в устье реки или заливе строится плотина, в корпусе которой установлены гидроагрегаты. За плотиной создается приливный бассейн, который наполняется приливным течением, проходящим через турбины. При отливе поток воды устремляется из бассейна в море, вращая турбины в обратном направлении. Считается экономически целесообразным строительство ПЭС в районах с приливными колебаниями уровня моря не менее 4 м. Проектная мощность ПЭС зависит от характера прилива в районе строительства станции, от объема и площади приливного бассейна, от числа турбин, установленных в теле плотины.

В некоторых проектах предусмотрены двух- и более бассейновые схемы ПЭС с целью выравнивания выработки электроэнергии.

С созданием особых, капсульных турбин, действующих в обоих направлениях, открылись новые возможности повышения эффективности ПЭС при условии их включения в единую энергетическую систему региона или страны.

При совпадении времени прилива или отлива с периодом наибольшего потребления энергии ПЭС работает в турбинном режиме, а при совпадении времени прилива или отлива с наименьшим потреблением энергии турбины ПЭС либо отключают, либо они работают в насосном режиме, наполняя бассейн выше уровня прилива или откачивая воду из бассейна.

В 1968 г. на побережье Баренцева моря в Кислой губе сооружена первая в нашей стране опытно-промышленная ПЭС. В здании электростанции размещено 2 гидроагрегата мощностью 400 кВт.

Десятилетний опыт эксплуатации первой ПЭС позволил приступить к составлению проектов Мезенской ПЭС на Белом море, Пенжинской (см. рис.4) и Тугурской на Охотском море.

Использование великих сил приливов и отливов Мирового океана, даже самих океанских волн - интересная проблема. К решению ее еще только приступают. Тут многое предстоит изучать, изобретать, конструировать.

ПЭС Ранс

В 1966 г. во Франции на реке Ранс построена первая в мире приливная электростанция, 24 гидроагрегата которой вырабатывают в среднем за год

502 млн. кВт. час электроэнергии. Для этой станции разработан приливный капсульный агрегат, позволяющий осуществлять три прямых и три обратных режима работы: как генератор, как насос и как водопропускное отверстие, что обеспечивает эффективную эксплуатацию ПЭС. По оценкам специалистов, ПЭС Ранс экономически оправдана. Годовые издержки эксплуатации ниже, чем на гидроэлектростанциях, и составляют 4% капитальных вложений.

Энергия волн

Идея получения электроэнергии от морских волн была изложена еще в 1935 г. советским ученым К.Э.Циолковским.

В основе работы волновых энергетических станций лежит воздействие волн на рабочие органы, выполненные в виде поплавков, маятников, лопастей, оболочек и т.п. Механическая энергия их перемещений с помощью электрогенераторов преобразуется в электрическую.

В настоящее время волноэнергетические установки используются для энергопитания автономных буев, маяков, научных приборов. Попутно крупные волновые станции могут быть использованы для волнозащиты морских буровых платформ, открытых рейдов, марикультурных хозяйств. Началось промышленное использование волновой энергии. В мире уже около 400 маяков и навигационных буев получают питание от волновых установок. В Индии от волновой энергии работает плавучий маяк порта Мадрас. В Норвегии с 1985 г. действует первая в мире промышленная волновая станция мощностью 850 кВт.

Создание волновых электростанций определяется оптимальным выбором акватории океана с устойчивым запасом волновой энергии, эффективной конструкцией станции, в которую встроены устройства сглаживания неравномерного режима волнения. Считается, что эффективно волновые станции могут работать при использовании мощности около 80 кВт/м. Опыт эксплуатации существующих установок показал, что вырабатываемая ими электроэнергия пока в 2-3 раза дороже традиционной, но в будущем ожидается значительное снижение ее стоимости Энергия ветра

Использование энергии ветра имеет многовековую историю. Идея преобразования энергии ветра в электрическую возникла в конце Х1Хв.

В СССР первая ветровая электростанция (ВЭС) мощностью 100 кВт была построена в 1931 г. у города Ялта в Крыму. Тогда это была крупнейшая ВЭС в мире. Среднегодовая выработка станции составляла 270 МВт.час. В 1942 г. станция была разрушена.

В период энергетического кризиса 70-х гг. интерес к использованию энергии возрос. Началась разработка ВЭС как для прибрежной зоны, так и для открытого океана. Океанские ВЭС способны вырабатывать энергии больше, чем расположенные на суше, поскольку ветры над океаном более сильные и постоянные.

Строительство ВЭС малой мощности (от сотен ватт до десятков киловатт) для энергоснабжения приморских поселков, маяков, опреснителей морской воды считается выгодным при среднегодовой скорости ветра 3,5-4 м/с. Возведение ВЭС большой мощности (от сотен киловатт до сотен мегаватт) для передачи электроэнергии в энергосистему страны оправдано там, где среднегодовая скорость ветра превышает 5,5-6 м/с. (Мощность, которую можно получить с 1 кв.м поперечного сечения воздушного потока, пропорциональна скорости ветра в третьей степени). Так, в Дании - одной из ведущих стран мира в области ветроэнергетики действует уже около 2500 ветровых установок общей мощностью 200 МВт.

На тихоокеанском побережье США в Калифорнии, где скорость ветра 13 м/с и больше наблюдается в продолжение более 5 тыс, ч в году, работает уже несколько тысяч ветровых установок большой мощности. ВЭС различной мощности действуют в Норвегии, Нидерландах, Швеции, Италии, Китае, России и других странах.

В связи с непостоянством ветра по скорости и направлению большое внимание уделяется созданию ветроустановок, работающих с другими источниками энергии. Энергию крупных океанских ВЭС предполагается использовать при производстве водорода из океанской воды или при добыче полезных ископаемых со дна океана.

Еще в конце Х1Х в. ветряной электродвигатель использовался Ф.Нансеном на судне "Фрам" для обеспечения участников полярной экспедиции светом и теплом во время дрейфа во льдах.

В Дании на полуострове Ютландия в бухте Эбельтофт с 1985 г. действуют шестнадцать ВЭС мощностью 55 кВт каждая и одна ВЭС мощностью 100 кВт. Ежегодно они вырабатывают 2800-3000 МВт.ч.

Существует проект прибрежной электростанции, использующей энергию ветра и прибоя одновременно (см. рис.6).

Энергия течений

Наиболее мощные течения океана - потенциальный источник энергии(см.карту1). Современный уровень техники позволяет извлекать энергию течений при скорости потока более 1 м/с. При этом мощность от 1 кв.м поперечного сечения потока составляет около 1 кВт. Перспективным представляется использование таких мощных течений, как Гольфстрим и Куросио, несущих соответственно 83 и 55 млн. куб.м/с воды со скоростью до 2 м/с, и Флоридского течения (30 млн. куб.м/с, скорость до 1,8 м/с).

Для океанской энергетики представляют интерес течения в проливах Гибралтарском, Ла-Манш, Курильских. Однако создание океанских электростанций на энергии течений связано пока с рядом технических трудностей, прежде всего с созданием энергетических установок больших размеров, представляющих угрозу судоходству.

Морские водоросли как источник энергии

В биомассе водорослей, находящихся в океане, заключается огромное количество энергии. Предполагается использовать для переработки на топливо как прибрежные водоросли, так и фитопланктон. В качестве основных способов переработки рассматриваются сбраживание углеводов водорослей в спирты и ферментация больших количеств водорослей без доступа воздуха для производства метана. Разрабатывается также технология переработки фитопланктона для производства жидкого топлива. Эту технологию предполагается совместить с эксплуатацией океанских термальных электростанций. Подогретые глубинные воды которых будут обеспечивать процесс разведения фитопланктона теплом и питательными веществами.

Размещено на Allbest.ru