В условиях развивающейся экономики Вьетнама и интенсивного роста энергопотребления оценка существующих природных источников энергии, в том числе морской приливной энергии Южно-Китайского моря, является весьма важной и актуальной задачей.
В последнее время с развитием науки и техники в мире добились значительных успехов в промышленном использовании приливной энергии с помощью приливных электростанций (ПЭС), являющихся источниками дешевой, экологически чистой возобновляемой энергии. Приливные электростанции уже строились в таких странах как Франция (Ране), Россия (Кислогубская), Канада (Аннаполис), Китай (Цзянсянь), Южная Корея (Инчхон) /1,2,3,4,5,6,7,8,9/. Проектирование строительства приливных электростанций ведутся в этих странах, а также в Австралии, Аргентине, Индии, Великобритании, США, на побережье которых приливные колебания достигают значительных размеров /1,9/.
Приливные электростанции в последние годы уже доказали свою экономическую эффективность и экологическую безопасность по сравнению с другими видами энергий! Например, во Франции начиная с 1995 года, стоимость электроэнергии ПЭС Ране составляет 18,5 сантима/кВт, то есть стала ниже, чем стоимость гидроэлектростанций (22,61 сантима/кВт), а также у теплоэлектростанций потребляющих уголь (34,20 сантима/кВт) и атомных электростанций (26,15 сантима/кВт). Эта тенденция разрыва стоимости, все более увеличивается в пользу приливной электростанции, так как ресурсы ПЭС вечны, а ресурсы тепловых электростанций начинают подходить к концу. Приливные электростанции являются гораздо более экологически чистым источником энергии, так как они не выбрасывают в атмосферу отравляющих веществ в отличие от теплоэлектростанций, не затапливают значительных участков земли и не угрожают волной прорыва в отличие от гидроэлектростанций, не представляют никакой потенциальной угрозы человечеству в отличие от атомных электростанций /10/.
С экологической точки зрения изучение морских энергетических ресурсов приливов прибрежной зоны связано с прикладной проблемой ее промышленного использования, крайне необходимого и перспективного в недалеком будущем /1,3,6,7/.
К сожалению, до сих пор исследования в этом специальном направлении для Южно-Китайского моря (ЮКМ) не проводились, особенно это относится к прибрежной зоне Вьетнама. Исследования приливного режима ЮКМ и залива Бакбо осуществлялись многими авторами: Богданов К. Т. /11/, Сергеев Ю. Н. /12,13/, Нгуен Нгок Тви /14,15/, Данг Конг Минг /16/, Йе А. Л., Робинсон Д. С. /17/, Нгуен Тхо Шао /18/, Буй Хонг Лонг /19,20/, Нгуен Тхи Бай /21/. Все эти исследования были выполнены с целью получения океанографической информации для прибрежного гидротехнического строительства, судоходства и рыболовства.
Проблема количественной оценки приливных энергетических характеристик основных гармоник приливов ЮКМ сколько-нибудь детально еще не рассматривалась и нуждается в комплексном исследовании для оценки приливных энергетических ресурсов и возможности промышленного использования экологически чистого источника энергии приливов /7,10/.
Целью настоящей диссертационной работы являются анализ приливного режима и количественная оценка таких приливных характеристик как:
— Кинетическая, потенциальная и полная энергия;
— Астрономический поток приливной энергии, обусловленный действием пршшвообразующей силы;
— Горизонтальный волновой поток приливной энергии;
— Фрикционный поток, обусловленный диссипацией приливной энергии донным трением;
— Приливный энергетический баланс в Южно-Китайском море, заливах Бакбо и Сиамском.
Исследование одновременно позволяет уточнить существующие представления о структуре приливных течений и колебаний уровня моря в ЮКМ за счет учета новых уточненных данных о глубине моря /22/, а также новой методики расчета энергетических характеристик приливов /7/.
В соответствии с поставленной целью в диссертационной работе решаются следующие задачи:
— Создание базы данных для расчетов;
— Составление программы для расчета приливных колебаний и течений на основании двумерной приливной гидродинамической модели с учетом приливообразующей силы, а также выбор расчетной сетки;
— Проведение расчета приливных колебаний и течений, как для основных гармоник, так и для суммарного прилива, а также анализ полученных результатов;
— Проведение расчета поверхностной плотности, внутрипериодной изменчивости и суммарного по бассейну значения указанных выше энергетических характеристик с анализом полученных результатов;
— Проведение расчета и анализ приливного энергетического баланса в Южно-Китайском море, заливах Бакбо и Сиамском.
Новые результаты, полученные в настоящей диссертационной работе, состоят в следующем:
— Впервые применен дифференциальный «объемный» или «массовый» метод расчета астрономического потока для природного морского бассейна, позволяющий картировать поверхностную плотность астрономического потока;
— Впервые выполнен анализ векторных полей волнового потока с учетом внутрипериодной изменчивости для природного морского бассейна. Такой подход позволил вскрыть важные внутренние свойства физического механизма горизонтального волнового энергопереноса, в частности «пакетный» характер распространения энергии;
— Впервые получено картографическое представление распределения энергетических характеристик по бассейну ЮКМ, позволяющее четко определить зоны повышенной концентрации, а также зоны источников и стоков приливной энергии;
— Впервые установлено, что в районе ЮКМ приливообразующие силы оказывают тормозящий эффект на приливные движения полусуточных волн и усиливающий эффект на движения суточных волн. Полученный результат совместно с балансом приливной энергии дает объяснение того, почему в ЮКМ в отличие от большинства районов Мирового океана, суточный прилив имеет преобладающий характер;
— Впервые получен полный и детальный приливный энергетический баланс для ЮКМ и прибрежной зоны Вьетнама, позволяющий количественно охарактеризовать сравнительную роль в его формировании таких географических объектов как проливы (Ваши, Тайваньский, Зондский), заливы (Бакбо, Сиамский, Пулау Лакей), мелководья и архипелага (Бунгуран, районы м. Камау и остров Хайнань).
Полученные в работе результаты могут служить основой для изучения проблемы промышленного использования приливной энергии в различных районах побережья Южно-Китайского моря. Результаты могут быть использованы в таких отраслях народного хозяйства как проектирование, строительство и эксплуатация морских гидротехнических сооружений, поиск и добыча нефти и других полезных ископаемых, судоходство и рыболовство.
Настоящая работа состоит из пяти глав. В первой главе описываются основные характеристики физико-географических условий региона, а также дается обзор результатов прежних исследований приливных явлений исследуемого бассейна. Во второй главе излагается метод численного моделирования приливных явлений. В третьей главе описываются основные понятия и излагаются методы расчета приливных энергетических характеристик. В четвертой главе приводятся результаты и анализ исследования приливных колебаний уровня и течений. В пятой главе приводятся результаты расчета энергетических характеристик и анализ энергетического баланса. В заключении сформулированы основные результаты и выводы диссертационной работы.
На защиту выносятся следующие положения:
1. Гипотеза о физической природе аномального характера приливных колебаний ЮКМ, заключающегося в преобладании суточных гармоник над полусуточными. Гипотеза основана на детальном анализе эффекта приливообразующих сил и их вклада в энергетический баланс.
2. Методические результаты, из которых основными являются:
— Массовый (дифференциальный) метод расчета «астрономического» потока энергии, позволяющий рассчитывать пространственное распределение эффекта приливообразующих сил и картировать полученные результаты;
— Метод расчета внутрипериодной изменчивости энергетических характеристик.
3. Геофизические результаты, из которых основными являются:
— Более полная форма энергетического приливного баланса ЮКМ;
— Выявление «пакетного» характера распространения энергии при ее волновом переносе;
Различная энергетическая структура (соотношение между потенциальной и кинетической формами энергии) суточного и полусуточного приливов ЮКМ.
Диссертация выполнена в РГГМУ под руководством профессора, доктора географических наук А. В. Некрасова, которому автор выражает искреннюю благодарность за помощью в работе.
