Энергия океана

Существует два основных вида энергии океана: механическая энергия, получаемая за счет приливов и волн, и тепловая энергия, получаемая за счет солнечного излучения. Энергия океана подразделяется на энергию приливов, энергию волн и тепловую энергию океана. Потенциальные энергетические ресурсы, связанные с основными океанскими течениями, такими как Восточно-Австралийское течение или течение Леувина, здесь не рассматриваются.

Приливная энергия

Приливы возникают в результате гравитационного притяжения системы Земля-Луна-Солнце, воздействующего на океаны Земли. Приливы - это волны с длительным периодом, которые приводят к циклическому подъему и опусканию поверхности океана вместе с горизонтальными течениями. Вращающиеся приливные волны приводят к тому, что уровень моря в любой момент времени меняется от одного места на континентальном шельфе к другому, и это заставляет толщу воды перемещаться горизонтально взад и вперед (приливные течения) по шельфу вместе с приливными колебаниями уровня моря.

Энергия приливов - это энергия, получаемая в результате приливных движений. Приливы содержат как потенциальную энергию, связанную с вертикальными колебаниями уровня моря, так и кинетическую энергию, связанную с горизонтальным движением водной толщи. Ее можно использовать с помощью двух основных технологий:

• Приливные заграждения (или лагуны) основаны на подъеме и спаде приливов; как правило, они представляют собой заграждение, окружающее большой приливной бассейн. Вода поступает в бассейн через шлюзовые ворота в заграждении и выпускается через турбины с низким напором для выработки электроэнергии.
• Генераторы приливных потоков основаны на приливных или морских течениях - это отдельно стоящие сооружения, построенные в каналах, проливах или на шельфе и предназначенные для использования кинетической энергии прилива. По сути, это турбины, вырабатывающие электроэнергию за счет горизонтально текущих приливных течений (по аналогии с ветряными турбинами).

Волновая энергия

Волны (зыбь) образуются в результате передачи энергии от атмосферного движения (ветра) к поверхности океана. Высота волны определяется скоростью ветра, продолжительностью его действия, глубиной (расстоянием, на которое дул ветер), а также глубиной и рельефом морского дна. Сильные штормы порождают локальные штормовые волны и более отдаленные регулярные волны (зыбь), которые могут преодолевать большие расстояния, прежде чем достичь берега. Энергия волн генерируется путем преобразования энергии океанских волн (зыби) в другие виды энергии (в настоящее время только в электричество). Его можно использовать с помощью множества различных технологий, некоторые из которых в настоящее время опробуются, чтобы найти наиболее эффективный способ получения электроэнергии из энергии волн.

Тепловая энергия океана

Океаны покрывают более 70% поверхности Земли. Солнечное тепло приводит к разнице температур между поверхностными и глубоководными водами океана, и эта разница температур создает тепловую энергию океана.

Преобразование тепловой энергии океана (OTEC) - это способ преобразования в полезную энергию разницы температур поверхностных и глубинных вод. Установки OTEC могут использоваться для различных целей, включая выработку электроэнергии. Они могут быть наземными, плавучими или пастбищными.

Мировой океанский энергетический рынок

В настоящее время рынок тепловой энергии приливов, волн и океана невелик. В 2009 году коммерческое применение энергии приливов ограничивалось производством электроэнергии на основе источников энергии приливов во Франции и Канаде, но в Республике Корея осуществлялись значительные инвестиции в новые проекты по использованию энергии приливов. В нескольких странах проводятся оценки технико-экономического обоснования и инвестиции в научно-исследовательские разработки в области технологий использования энергии океана.

Океанские энергетические ресурсы Австралии

В оценке океанских тепловых энергетических ресурсов Австралии достигнут ограниченный прогресс, не в последнюю очередь из-за большей перспективности использования других возобновляемых источников энергии (WEC, 2007).

Приливная энергия

Оценка ресурсов приливной энергии Австралии ограничивается кинетической энергией приливов, имеющейся на континентальном шельфе Австралии. Приливные течения у шельфа минимальны. Кроме того, можно ожидать значительных потерь при передаче энергии от преобразователей энергии приливов, расположенных далеко от берега. Континентальный шельф для данной оценки определяется как глубина воды менее 300 метров.

В настоящее время для выработки электроэнергии доступно множество преобразователей энергии приливов. Системы заградительного типа требуют особых геоморфологических условий побережья - обычно это заливы или эстуарии, - поскольку они предназначены для сбора потенциальной энергии прилива, которая зависит как от диапазона приливов, так и от площади поверхности бассейна (т.е. приливной призмы). Из-за специфики их расположения и сложной реакции прилива на очень мелководье нецелесообразно проводить детальную оценку потенциальной энергии приливов в национальном масштабе.

Энергетические системы приливов заградительного типа обычно требуют больших диапазонов приливов (более 4 м), которые ограничены широким северным шельфом Австралии; от Порт-Хедленда на север до Дарвина и южной оконечности Большого барьерного рифа. Другие типы преобразователей энергии приливов (приливные турбины) используют кинетическую составляющую энергии приливов. Они подходят для установки на континентальном шельфе, и, хотя для них не обязательно требуется специальная конфигурация побережья, их можно использовать в местах, где конфигурация местного побережья приводит к увеличению приливных потоков.

Общая кинетическая энергия приливов на всем австралийском континентальном шельфе в любой момент времени в среднем составляет около 2,4 ПДЖ. Поскольку приливное движение шельфовых вод занимает всю толщу воды, энергия прилива вблизи каждого штата в любой момент времени отражает как объем шельфовых вод, так и текущую скорость этих вод. Есть множество других мест на более мелководных или узких участках шельфа, где общая кинетическая энергия прилива значительно меньше, но все же более чем достаточна для выработки электроэнергии (например, Дарвин, Торресов пролив и Бассов пролив).

Районами шельфа с наибольшей плотностью кинетической энергии являются Северо-Западный шельф и южный шельф Большого барьерного рифа, причем на больших площадях плотность составляет более 100 джоулей на кубический метр (Дж/м3). В Дарвине, Бассовом и Торресовом проливах есть районы с аналогичной плотностью энергии, несмотря на более скромные диапазоны приливов. Это связано с сближением и ускорением приливных течений на шельфе между островами и материком. Скорость передачи приливной кинетической энергии, или потока энергии, также называется приливной (кинетической) мощностью. Приливная (кинетическая) мощность также наиболее высока в северной части австралийского континентального шельфа, где во многих районах она превышает 100 Вт на квадратный метр (Вт/м2). Южная половина австралийского шельфа (за исключением Бассова пролива) обладает относительно небольшой кинетической энергией приливов. Кинетическая энергия приливов, полученная за определенный период времени, например, за один год (общая годовая кинетическая энергия приливов), может быть получена путем интегрирования временных рядов приливной (кинетической) мощности за один год.

Юрисдикциями, наиболее обеспеченными ресурсами, являются Западная Австралия, Квинсленд и Северная территория. В Западной Австралии есть места у побережья, где средняя приливная (кинетическая) энергия на глубине менее 50 м превышает 6,1 кВт на квадратный метр (КВТ/м2), обеспечивая суммарную приливную кинетическую энергию более 195 ГДж/м2 в год.

Волновая энергия

Предыдущие исследования волнового климата Австралии были сосредоточены в основном на энергетических юго-западных, южных и юго-восточных окраинах континента, но ранее в открытом доступе не было всеобъемлющей национальной оценки ресурсов волновой энергии Австралии. Представленная здесь оценка энергетических ресурсов волн основана на данных о волнах, собранных Бюро метеорологии с шестичасовыми интервалами в течение одиннадцати лет из 24 090 мест, равномерно распределенных по всему континентальному шельфу Австралии (Hasselmann et al., 1988).

В настоящее время для выработки электроэнергии доступно несколько типов преобразователей волновой энергии. Выбор технологии преобразования накладывает ограничения на места, из которых можно получать энергию волн. Например, устройство Pelamis способно вырабатывать электроэнергию на глубине от 60 до 80 метров, в то время как CETO подходит для работы на небольших глубинах (от 15 до 50 метров). Учитывая эти соображения, а также ожидаемые потери при передаче, если преобразователь энергии волн расположен слишком далеко от берега, данная оценка ресурсов ограничивается энергией волн, присутствующих на континентальном шельфе Австралии. Под шельфом в данном документе понимается глубина воды менее 300 метров. Северный австралийский шельф (то есть выше 23 градусов южной широты) характеризуется относительно низкой плотностью энергии волн, обычно составляющей менее 2,5 кДж/м2. С другой стороны, для южного австралийского шельфа характерна плотность энергии более 2,5 кДж/м2, причем на больших участках шельфа это значение в два раза выше (например, в западной и южной Тасмании). На большей части побережья Южной Австралии практически постоянно наблюдаются волны значительной высоты (более 1 м). Общая энергия волн на всем континентальном шельфе Австралии в любой момент времени в среднем составляет около 3,47ПДЖ. Энергия волн вблизи каждой юрисдикции в любой момент времени отражает как площадь прибрежных вод, так и плотность энергии в этих водах. Например, в Виктории и Тасмании общая энергия волн в среднем примерно такая же, как и в Северной территории, однако она сосредоточена на меньшей площади шельфа.

Прибрежные воды Виктории и Тасмании являются подходящими участками для сбора энергии волн, в то время как прибрежные воды Северной территории не подходят, по крайней мере, при существующих технологиях. Однако необходимо также учитывать скорость, с которой может быть получена полезная энергия. В случае с источниками энергии приливов и волн отсутствие контроля над сроками, скоростью или уровнем подачи может существенно повлиять на их потенциал в качестве источника электроэнергии.

Скорость распространения энергии волн, или потока энергии, также называется мощностью волн. Мощность волн также наиболее высока в южной части австралийского шельфа, где на внешнем шельфе она составляет 25-35 кВт/м. Несмотря на то, что в северной половине австралийского шельфа в любой момент времени имеется значительное количество энергии из-за большой площади шельфа, плотность энергии и мощность или скорость ее доставки невелики. Например, мощность волн на шельфе Северной территории обычно составляет менее 10 кВт/м и непригодна для добычи с использованием современных технологий.

Самыми богатыми ресурсами волновой энергии являются Западная Австралия, Южная Австралия, Виктория и Тасмания. Тасмания особенно богата ресурсами волновой энергии. У его берегов есть места, где средняя мощность волн на глубине менее 50 м достигает почти 35 кВт/м, обеспечивая суммарную энергию волн в 1100 ГДж/м в год.