Энергетика морских приливов и отливов

Использование энергии морских приливов и отливов

Океан — кладовая, где рождаются приливы и отливы, пересекаются течения, и он наполнен энергией. Она поступает из космоса от Солнца. Энергия, заключенная в воде, служит человеку тысячелетия. Первые попытки задействовать мощь приливов предприняли в Англии в XI веке.

Источник альтернативной энергетики

Энергию приливов и отливов используют для вращения турбин. Первая приливная мельница появилась в районе Лондона в 1086 году. Два раза в сутки уровень океана поднимается и опускается. Гравитационные силы Луны и Солнца притягивают воды. У самого берега уровень может достигать 13 метров.

Первую в мире приливную электростанцию построили французы в 1967 году. Это произошло в устье реки Ранс, впадающей в Ла-Манш.

1. Строится плотина с гидроагрегатами в устье реки, заливе.
2. Бассейн, который находится за плотиной, наполняется течением. Вода проходит через турбины, а при отливе уходит в море. При этом турбины вращаются в обратном направлении.

Приливные электростанции зависят от:

Технология получения приливной энергии

Колебания океана возникают вследствие взаимного притяжения между Луной, Землей и Солнцем. Величина прилива под воздействием Луны в 2,2 раза больше солнечного. Амплитуды и формы волн на разных побережьях различаются. ПЭС используют естественно возобновляемую энергию приливов. Она вращает лопасти турбин и преобразуется в энергию электрическую.

Приливную энергию получают с помощью:

Генератор приливного потока

Турбины, которые устанавливают в направлении потока, раскручивают генераторы. Приливные плотины при отливе пропускают воду через турбину. При этом генератор вырабатывает электроэнергию. У ветрового агрегата такой же принцип действия. Только в этом случае используется энергия перемещающегося воздуха.

Некоторые генераторы не вращаются, а колеблются. В этих конструкциях приливные потоки перемещают турбины вверх, вниз.

Приливная плотина

Плотины строят для удержания воды при приливе. Она забирает и задерживает воду, которая проходит через турбины, а затем — возвращает ее назад. Существуют динамичные приливные плоты, которые строят далеко в море. При этом вода прилива и отлива перемещается в одном направлении. Приливная лагуна — разновидность динамичной конструкции.

Плюсы применения

Запасы нефти и газа истощаются, а их использование связано с загрязнением окружающей среды. Энергии приливов и отливов относятся к неисчерпаемым ресурсам.

• неиссякаемость источника;
• отсутствие необходимости в добыче топлива;
• доступность;
• безопасность;
• экологическая чистота производства;
• надежность;
• отсутствие зависимости от сезонности;
• стабильность работы ПЭС;
• высокий КПД;
• зоны затопления не создаются;
• естественный бассейн.

Затраты на строительство ПЭС меньше, чем на сооружение электростанции. Способ возведения объекта — наплавной, что сохраняет окружающую среду. При всех достоинствах сооружения имеют недостатки.

Проблемы использования энергии приливов и отливов

Принципы работы ПЭС тщательно продуманы и прописаны. Существуют условия, которые человек может выполнить не всегда. Приливная энергия подчиняется лунным суткам. Для мощной энергии воды необходимы специальные условия. Есть местности, где вода во время приливов поднимается на достаточно высокий уровень. Такие рельефы можно найти в Англии, Канаде, Норвегии, Росси, Китае, Франции.

Приливные станции целесообразно возводить, если рядом есть крупные предприятия. В противном случае использование энергии приливов будет экономически нерентабельно. Если станция находится далеко от места использования придется тянуть линии электропередач. ПЭС можно строить только на берегах морей, океанов. Они не развивают высокую мощность.

Исследователи пришли к выводу, что строительство обходится дорого. Отношение получаемой энергии может быть выше, чем у атомных и тепловых станций.

Использование приливной энергии в мире

Энергия приливов привлекает ученых. Они знают, что даже небольшие станции смогут обеспечить северные районы электричеством. Использование энергии океана, приливов и отливов распространено и актуально во всем мире.

1. ПЭС «Ля Ранс» — находится во Франции в устье реки Ранс. Электрическая мощность — 240 МВт. Тип турбин — поворотно-лопастный. Строительство началось в 1961 году. Была введена в эксплуатацию в 1966 году.
2. Сихвинская ПЭС расположена в Южной Корее в искусственном заливе. Это самая крупная станция в мире. Мощность ее составляет 254 МВт, а в год станция вырабатывает 550 млн кВт-ч. Строительство начато в 2003 году. Введена в эксплуатацию 2011.
3. ПЭС Аннаполис — станция в Канаде, действующая с 1985 года. Находится в заливе Фанди. В год вырабатывает 50 млн КВт-ч. Электрическая мощность составляет 20 МВт.
4. ПЭС Цзянься — построена в Китае. Электрическая мощность — 3, 2 МВт. Станция снабжает электричеством 4 деревни. Она является четвертой по величине ПЭС.

Единственная в Росси ПЭС осталась экспериментальной. Построена она была в заливе Кислая Губа, где приливы действительно мощные. Этот район так и не был освоен. Изначально ПЭС построили на мысе Притыка Баренцева моря в порту.

Позже, в 1968 году, станцию отбуксировали. На основе одной турбины на плавучем кессоне была построена сборная электростанция мощностью 1,7 МВт. И сегодня энергия приливов и отливов в России изучается именно на этой на экспериментальной станции.

Перспективы развития приливной энергетики

Энергия морских приливов может играть большую роль в прогрессе человечества. Эффективность преобразования в электроэнергию — 80%. КПД ветра — 30%, а солнечных батарей составляет 5 —15%.

Страны, в которых разрабатывают проекты:

• Великобритания;
• Канада;
• США;
• Норвегия;
• Япония;
• Китай;
• Россия (Мезенская и Северная ПЭС);
• Индия.

В 2017 году компания по развитию технологий NEDO провела в Японии эксперимент. Она протестировала устройство, генерирующее энергию из океана. Турбину установили на 20—50 метров под воду. Полученная мощность в результате эксперимента — 30 кВт.

Энергией океана можно обеспечить весь мир, но нет экономически выгодного способа ее извлечения. Компания Carbon Trust утверждает, что уже к 2050 году возникнет рынок приливной энергетики. К этому времени ожидается вырабатывание 300 ГВт.

В 2010 году компания Mey Gen начала разработку проекта мощностью 398 МВт. Находится объект между шельфом северной Шотландии и островом Строма. Первая фаза включает установку четырех турбин на опорных конструкциях. Каждая турбина весит от 250 до 350 тонн. Вес шести балластных блоков составляет 1200 тонн.

У каждой турбины предусмотрен подводный кабель, проложенный на морском дне. Кабели будут выведены на берег через буровую скважину. Установка турбин начата в 2016 году. В настоящее время мощность системы — 252 МВт. После завершения работ мощность ПЭС должна составить 398 МВт. Компания утверждает, что данный проект – вполне жизнеспособный и осуществимый.

Без тепловой и атомной энергетики пока не обойтись. Следует внедрять альтернативные источники энергии — рано или поздно переход неизбежен. Извлечение энергии пока еще находится на стадии исследований и проектирования. По мере развития прогресса в будущем ее можно будет добывать из моря.

У нас много морей, есть огромные озера, почему бы не добывать энергию из приливов и отливов? Это гораздо проще, как мне кажется, чем строить опасные и дорогостоящие атомные станции.

Источник

Энергия приливов и отливов

Столетиями люди думали и размышляли над природой морских приливов и отливов. Сегодня мы точно знаем, что это грандиозное явление природы — ритмичное движение морских вод провоцируют силы притяжения Солнца и Луны. Так как наше Солнце расположено от Земли в 400 раз дальше, то гораздо более скромная масса Луны оказывает действие на земные воды вдвое большее, чем масса Солнца. Поэтому определяющую роль играет именно прилив, вызванный Луной (лунный прилив).

По оценкам экспертов организации «Greenpeace», ресурсы приливной энергии в мире таковы, что их использование позволит получить количество энергии, превышающее современные потребности человечества в электричестве в 5 тыс. раз.

На морских просторах приливы сменяются отливами теоретически через 6 часов 12 минут 30 секунд. Если Луна, Солнце и Земля находятся на одной прямой линии (сизигия), Солнце своим притяжением усиливает воздействие Луны, и тогда наступает более сильный прилив (сизигийный прилив, или большая вода). А когда Солнце находится под прямым углом к отрезку прямой Земля-Луна (квадратура), имеет место слабый прилив (квадратурный, или малая вода). Сильный и слабый приливы сменяют друг друга через 7 дней.

Однако истинный ход прилива и отлива весьма сложен. На него влияют особенности движения небесных тел, характер береговой линии, глубина воды, морские течения и ветер. Для использования приливной энергии наиболее подходящими можно считать такие места на морском побережье, где приливы имеют большую амплитуду, а контур и рельеф берега позволяют устроить большие замкнутые «бассейны».

Рис. 10. Крупнейшая в мире приливная электростанция на реке Ля Ранс, Франция

Приливная электростанция (ПЭС) — особый вид гидроэлектростанции, использующий энергию приливов, а фактически кинетическую энергию вращения Земли. Приливные электростанции строят на берегах морей, где гравитационные силы Луны и Солнца дважды в сутки изменяют уровень воды. Колебания уровня воды у берега могут достигать 13 метров.

Для их использования сооружаются плотины, образуется водоем — бассейн приливной электростанции и при достаточной высоте прилива создается напор. Сила падения воды, проходящей через гидротурбины, вращает их и приводит в движение генераторы электрического тока. На однобассейновой приливной станции двойного действия, работающей как во время прилива, так и во время отлива, можно вырабатывать электроэнергию четыре раза в сутки в течение 4-5 часов во время наполнения и опорожнения бассейна. Агрегаты такой станции должны быть приспособлены к работе в прямом и обратном режимах и служить как для производства электроэнергии, так и для перекачки воды.

Крупная приливная электростанция мощностью 240МВт работает в устье реки Ля Ранс (рис. 10). Она действует в сочетании с другими электростанциями в качестве пиковой (т.е. покрывающей потребность в электроэнергии в часы пик). Система использует двадцать четыре 10-мегаваттных турбины Каплана и ежегодно производит около 50 ГВт*ч электроэнергии. Амплитуда прилива в устье реки составляет 14 м, бассейн площадью 22 км 2 , который содержит 180 млн м 3 полезной воды.

В России в 1968 г. вступила в строй небольшая приливная электростанция на побережье Баренцева моря в губе Кислой. Разработаны проекты Мезенской приливной электростанции на берегу Белого моря, а также Пенжинской и Тугурской не берегу Охотского моря.

Существуют проекты строительства подводных электростанций-турбин, которые будут собраны на дне моря и станут работать от быстрых течений, вызванных приливами и отливами (рис. 11).

Рис. 11. Проект подводной станции

Турбины будут находиться на глубине, достаточной для прохождения на ними судов, любого водоизмещения. Негативное влияние на экологию предполагается даже меньшим, чем у традиционных «барьерных» приливных электростанций, препятствующих миграции рыб, например лососю, сельди и угрю.

Ожидается, что мощности станции хватит на обеспечение потребности в электроэнергии 200 000 домов. Внешний вид турбин обусловлен существующей технологией, применяющейся при производстве нефтяных платформ. Каркас, весом 2500 тон, служит основой для насоса, генератора, мотора и электроники. Возможными местами размещения таких электростанций может быть залив Пентланд в Шотландии, где станция могла бы дать 10 тыс. МВт, пролив Св. Георгия, акваторий острова Уайт и Нормандских островов, а также Южная Корея.

Преимуществами ПЭС является сравнительная экологичность и низкая себестоимость производства энергии. Недостатками — во-первых, высокая стоимость строительства и изменяющаяся в течение суток мощность, из-за чего ПЭС может работать только в составе энергосистемы, располагающей достаточной мощностью электростанций других типов. Во-вторых, недостаток приливных электростанции в том, что они строятся только на берегу морей и океанов, к тому же они развивают не очень большую мощность, да и приливы бывают всего лишь два раза в сутки. И даже они экологически не безопасны. Они нарушают нормальный обмен соленой и пресной воды и тем самым — условия жизни морской флоры и фауны. Влияют они и на климат, поскольку меняют энергетический потенциал морских вод, их скорость и территорию перемещения. Морские теплостанции, построенные на перепаде температур морской воды, способствуют выделению большого количества углекислоты, нагреву и снижению давления глубинных вод и остыванию поверхностных. А процессы эти не могут не сказаться на климате, флоре и фауне региона.

Источник