Институт океанологии РАН, РОССИЯ
к.т.н. Горлов Александр Анатольевич
Untitled Document
Имя:
e-mail:
Тема:

Текст сообщения:


Для океанологических  измерений с целью исследования процессов взаимодействия океана и атмосферы , изучения и прогнозирования климата, исследования синоптической изменчивости океана, изучения гидротермальной активности дна океана и многих других важнейших задач океанологии часто требуется установка в различных районах открытого океана сети автономных буйковых или донных станций.

Регулярный съем и постановка таких средств океанотехники для смены батарей питания с конечным энергоресурсом является очень дорогостоящей, а в настоящее время ,при очень высоких ценах на судовое топливо, практически невозможной задачей. Решение ее в использовании преобразователей и накопителей возобновляемой энергии океана.  Новая концепция "микроэнергетики океана" была разработана в ИОРАН.

Основная цель научных и прикладных исследований в ее рамках  - организация энергоснабжения автономных долговременных средств океанотехники для океанологических измерений ( поверхностных, притопленных и донных буев, донных сейсмических и гидроакустических станций , обсерваторий для изучения гидротермальных процессов и т.п.) за счет возобновляемой экологически чистой энергии океана.

Учитывая малое потребление энергии большинством современных средств океанологических измерений, такая концепция позволяет рассматривать  для создания энергопреобразователей не только "традиционные" источники океанской энергии (ветровое волнение, солнечная радиация, температурный градиент в тропиках и Арктике, значительные течения ) , но и энергию  вихрей, рингов , промежуточных и донных течений , внутренних волн , химическую, гидростатическую и гидротермальную энергии и т.п.

Развитие энергетики океана возможно только на основе комплексного использования достижений в области океанологии, энергетики , океанотехники и современных конструктивных материалов. К сожалению, еще со времен СССР и по настоящее время энергетические проблемы рассматриваются (финансируются) Отделением энергетики РАН , а окенологические Отделением наук о Земле.

Но направление "Энергетика океана" требует интеграции усилий, так как анализ и синтез высокого уровня технологий для преобразования того или иного вида энергии в сочетании с аккумулированием электроэнергии в буферном режиме, возможно только на базе фундаментальных исследований массивов океанологических данных , разработки методов оценки энергоресурсов и изменчивости выбранного вида энергии в предполагаемом месте установки энергоблока.

Возможность иметь постоянно возобновляемую энергию позволяют в рамках концепции "микроэнергетики океана" поставить вопрос о создании  подводных микропроцессорных измерительных роботов , перемещающихся по любой выбранной траектории, выполняя роль как зонда, так и дрифтера. Кроме того, возможно решать не только задачи долговременных измерений, но и накопления и передачи данных в реальном масштабе времени , автоматически уточнять координаты собственного местоположения.

В ИОРАН была осуществлена эскизная проработка подобного энергоблока с подпиткой энергией волнения и солнца. Работа активно поддерживалась прежним руководством Института -  профессором В.С.Ястребовым и д.т.н. Л.Л.Утяковым. В настоящем докладе приводятся  результаты разработок демонстрационных макетов океанских энергоустановок , выполненных ИО РАН, совместно с рядом организаций, в частности, свободнопоточный преобразователь энергии течений с вертикальными турбинами типа Дарье и Савониуса в составе буйковой станции ; никель-водородный накопитель энергии ; точечный преобразователь энергии ветрового волнения; преобразователи энергии разницы температур между гидротермальным "факелом" и окружающей средой в виде прямого термоэлектрического блока и в виде подводного турбогенераторного блока , а также некоторые данные их стендовых и натурных испытаний.  

С 1994 года по причине плачевной зкономической ситуации в стране финансирование и работы по энергетике океана прекратились. Удавалось только отслеживать ситуацию по данному направлению за рубежом, получать информацию из Международной Ассоциации Океанских Термальных Энергетических установок , публиковать статьи, участвовать в некоторых конференциях и работе Совета РАН по возобновляемой энергетике.

Анализ зарубежных данных в то же время показывал, что работы  по энергетике океана в США, Великобритании, Японии, Франции, Дании, Норвегии, Тайване, Индии непрерывно, хотя и не очень интенсивно, продолжались. И только последние 5 лет наблюдается настоящий всплеск активности , направленный на создание  коммерческих энергоустановок.

Это объясняется высокими ценами на природное топливо, относительной ограниченностью его запасов, попытками смягчить техногенное воздействие на глобальное изменение климата за счет использования возобновляемых, экологически чистых источников энергии. В настоящем докладе подробно рассматриваются программы последних лет США, Канады , Великобритании, Японии, Индии по энергетике океана, приводятся технические данные волновых энергоустановок "Морской Дракон", "Паузр Буй", "Пеламис", установок,использующих энергию течений типа "Опен Гидро Турбайн" , " МСТ Си Ген", "Вердан Пауз Райт" и другие.

Сравнение ряда технических решений новейших зарубежных преобразователей с имеющимися разработками ИОРАН дает основание говорить, что  научно-технический задел института  может с успехом использоваться для создания отечественных океанских энергоустановок . В частности, это касается подводных свободнопоточных энергоблоков,  позволяющих экологически чмсто преобразовывать энергию приливно-отливных и речных течений без строительства дамб и плотин.

В последние годы работы по "микроэнергетике океана" возобновились в институте в рамках программы научных исследований Лаборатории океанологических измерений . Проводится анализ современного состояния энергетики океана за рубежом, разрабатываются методики оценки энергозапасов морей России и Мирового океана, проводится анализ перспективных мест в морях России для установки демонстрационных макетов, намечено провести совместные работы с некоторыми подразделениями института, подготовлены заявки на участие в реализации целевой научно-технической программы РАН по разработке и изготовлению демонстрационных макетов энергоблоков , использующих энергию поверхностного волнения и течений для средств океанологических измерений, разрабатываются рекомедации по развитию энергетики океана в России для Научного совета РАН по нетрадиционным возобновляемым источникам энергии и Научно-координационного океанологического центра РАН.

Анализ современного состояния развития энергетики океана  показывает , что уже нельзя ограничиваться работами в рамках "микроэнергетики океана". Имеющийся в ИОРАН научно-технический задел , а также высоквалифицированный коллектив ученных позволяет ставить и решать задачи разработки методик оценки энергозапасов, выбора и исследования перспективных мест для установки пред-коммерческих макетов энергоустановок средней ( до 1 МВт) и большей мощности , а также участия в координации, разработке, создании и  долговременных натурных испытаниях этих макетов.

Такая постановка направления работ полностью совпадает с последними решениями Правительства страны о быстрейшем переходе от фундаментальных к прикладным исследованиям, с заявлениями спикера Госдумы о поддержке широкого внедрения в стране возобновляемых источников энергии, с решениями Еврокомиссии о обязательной  20 % доле выработки энергии в странах ЕС к 2020 году .

Для нашей страны интересны работы по следующим видам энергетики океана : ветровое волнение, приливно-отливные течения , ветер на шельфе, арктические океанские тепловые станции (АОТЭС), течения многочисленных рек, подводные гидротермы , биотопливо из водорослей, а с учетом международных связей России с различными странами тропического пояса , то и по ОТЕС и градиенту солености. Важно также участвовать в разработке электролизеров морской воды для водородной энергетики,  создании океанских подводных гидравлических и других типов накопителей энергии океана.

В докладе также рассмотрены возможные чисто океанологические задачи по энергетике океана для всех направлений института. Например, очень важной задачами для энергетики океана является  выбор перспективных мест для использования тех или иных видов энергии с учетом многолетних баз данных, сведений по батиметрии и геологии дна,  оценка допустимого уровня отбора мощности   преобразователем энергии без ущерба окружающей среде и моделирование вероятных экстремальных погодных ситуаций для предотвращения разрушения самого преобразователя . Или исследования проблемы -   всегда ли энергетика океана является экологически чистая ? В докладе рассмотрены основные виды воздействий на окружающую среду  при преобразовании различных видов возобновляемой энергии океана.

Межправительственная группа экспертов по изменению климата ( МГЭИК) в 2008 году начала работу по этому вопросу и наш институт может принять участие, базируясь на исследованиях по взаимодействию океана и атмосферы и мониторинга климатических изменений , разработанных членом-корреспондентом РАН С.С.Лаппо и активно продолжаемых его учениками.

Совсем фантастической задачей представляется моделирование возможного управления климатом, ураганами и тайфунами, в результате отбора тепла и энергии океана сетью самодвижущихся ОТЕС большой мощности. Много важных вопросов по энергетике океана может решить коллектив подразделений института биологически-экологического направления. 

  В докладе также рассматриваются первоочередные  организационные вопросы для действительного  возрождения в институте работ по  энергетике океана. Это поиск заказчиков и источников финансирования ,образование нового структурного подразделения - Рабочей группы , формирование Межлабораторной группы , перенос часть работ в филиалы института , подключение к работе студентов и аспирантов МФТИ, МГУ , МВТУ.


Одной из  важных проблем современной океанологии является энергетика океана. Ведущие страны мира уже более 30  лет изучают энергетические ресурсы океана, разрабатывают различные технологии преобразования и накопления океанской энергии.

В СССР первые исследования по энергетики океана в 1979 году возглавил В.А.Акуличев, в настоящее время академик РАН , а в нашем институте с 1984 года  распоряжением директора члена-корреспондента АН СССР А.С.Монина был назначен координатор по этому направлению, сформирована Межлабораторная группа, объединившая для выполнения НИР "Магнетик-АН" и "Облако-АН" более 25 научных сотрудников различных подразделений института.

Целью работы являлась разработка долговременного энергоснабжения автономных средств океанотехники. К работе были подключены студенты и аспиранты базовых кафедр института ( МФТИ, МВТУ). Профессор Н.В.Вершинский читал курс по энергетике океана в МФТИ. Совместно с рядом научно-исследовательских и учебных организаций страны удалось разработать и создать несколько моделей и макетов установок, использующих энергию океана, были опубликованы статьи и получены авторские свидетельства.

РЕЗУЛЬТАТЫ И ПЛАНЫ РАБОТ ПО ЭНЕРГЕТИКЕ ОКЕАНА.      
  


Разница температур в океане на низкой широте и температурный градиент между морской или речной воды и воздуха в высоких широтах для работы  "ОТЕС".