Энергия прилива: что это такое, плюсы и минусы

Энергия приливов — возобновляемый источник электроэнергии

Энергия приливов как активность океана относится к  возобновляемой энергии. Исследование показало, что энергия океана может обеспечить 10% мощности к 2050 году.

План стратегических энергетических технологий Европейской комиссии признает потенциальную роль энергии океана в Европе для будущего энергобаланса и предполагает укрепление регионального сотрудничества в части энергии приливов.

Использование энергии уровня воды

Использование энергии приливов было реализовано во Франции (240 МВт в устье реки Ранс, начиная с 1966 года), Канаде (20 МВт в Аннаполисе в Заливе Фанди, начиная с 1984 года) и России (Белое море, 1,7 МВт) и может быть реализовано в некоторых других областях где есть большой прилив.

Приливная вода может использоваться для вращения турбин, когда она будет выпущена через приливное заграждение в любом направлении.

Уход воды – отлив

Приход воды – прилив

Во всем мире эта технология, как представляется имеет определенный потенциал, главным образом из-за экологических ограничений. Некоторые утверждают, что таким образом тормозится врущение Земли.

Однако свободностоящая турбина при крупных прибрежных приливных течениях, как представляется, имеет большой потенциал и энергия приливов в настоящее время изучается и применяется.

Средняя скорость приливной волны 2-3 метра в секунду является идеальной для преобразования кинетической энергии волны. Это означает, что 1 МВт можно выработать на приливных турбинах где ротора меньше 20 м в диаметре, по сравнению с 60 м на 1 МВт ветровых турбин. Турбины приливных волн меньше, чем ветряные турбины и расположены ниже поверхности и избегают ущерба от бури.

Приливные электростанции

• первая приливная электростанция была Ранс приливная электростанция построена в течение 6 лет с 1960 по 1966 в Ла-Ранс, Франция. Она имеет мощность 240 МВт.
• самая мощная в мире в Южной Корее  приливная энергетическая установка в мире Sihwa Lake Tidal 254 МВт. Строительство было завершено в 2011 году;
• в Канаде Annapolis Royal в 1984 году на входе в залив Фанди мощность 20 МВт;
• приливная электростанция Jiangxia, к югу от столицы провинции Чжэцзян города Ханчжоу в Китае действует с 1985 года с текущей установленной мощностью 3,2 МВт;
• в Северной Ирландии вводена в строй первый коммерческий прототип приливной электростанции SeaGen. Она производит мощность 1,2 МВт 18-20 часов в день и управляется дочерней компанией Siemens, введена в эксплуатацию в конце 2008 года на Странгфорд Лох;
• индийский штат Гуджарат строит первую в промышленных масштабах приливную электростанцию в Южной Азии. Компания Atlantis Resources планирует установить 50МВТ приливную ферму в заливе Кач на западном побережье Индии.
  

  Самая мощная в мире в Южной Корее приливная энергетическая установка Sihwa Lake Tidal 254 МВт

Некоторые генераторы приливного потока не вращаются, а колеблются, используя приливные потоки для перемещения гидротурбин вверх и вниз. Прототип был установлен у берегов Португалии.

Другой экспериментальный дизайн использует для ускорения потока вентиляционное отверстие, в котором размещается турбины. Так используется энергия морских течений. Этот принцип был опробован в Австралии и Британской Колумбии.

В России существует приливная электростанция: Килогубская ПЭС на побережье Баренцевого моря, работающая с 1968 года. Среднегодовая мощность станции составляет порядка 1,7 МВт. В настоящее время строится еще одна приливная электростанция в Мурманской области, на побережье Баренцева моря на губе Долгая-Восточная на Кольском полуострове мощностью 12 МВт.

Энергия приливов ближе всех к периодически возобновляемым источникам в состоянии обеспечить постоянное и предсказуемое количество электроэнергии и планируется увеличить до 35 миллиардов МВт в 2030 году (включая волновую энергию).

Энергия прилива | Статья в сборнике международной научной конференции

Библиографическое описание:

Картамышева, Е. С. Энергия прилива / Е. С. Картамышева, Д. С. Иванченко, А. Ф. Сердюкова, Д. А. Барабанщиков. — Текст : непосредственный // Науки о Земле: вчера, сегодня, завтра : материалы II Междунар. науч. конф. (г. Москва, июнь 2016 г.). — Москва : Буки-Веди, 2016. — С. 2-6. — URL: https://moluch.ru/conf/earth/archive/201/10664/ (дата обращения: 02.10.2020).



В статье исследованы современные проблемы в сфере энергосбережения. Проанализированы направления энергосбережения, которые осуществляются путём внедрения новых технологий и оборудования, позволяющих сокращать потери энергоресурсов, в частности, использование энергии приливов путём установления и эксплуатации приливных электростанций. Акцентировано внимание на том, что в последние годы в отечественной энергетике накопилось немало сложных проблем, требующих эффективного и быстрого решения. Среди них первоочерёдными являются проблемы надёжного и качественного энергообеспечения, повышение энергетической безопасности, разработки и внедрения энергосберегающих технологий, поиск новых источников энергии, развития возобновляемой энергетики, совершенствование структуры энергетики, интеграция энергетики страны с Европейской энергетической системой, повышение безопасности эксплуатации энергетических объектов.

В работе сделан вывод о том, что обострение энергетических и экологических проблем современности обусловливает принципиально новое отношение к альтернативной энергетике и обусловливает поиск перспективных направлений в достижении первоочерёдных жизненно важных задач человечества. В настоящее время следует рассматривать потенциал всевозможных источников энергии. Это касается и энергии приливов и отливов, которая в будущем, вероятно, станет экологически чистым и легко возобновляемым источником энергии.

Ключевые слова:энергосбережение, приливы, технологии, притяжение, экология, энергетика, энергия.

По причине ограниченности ресурсов общество всегда стоит перед проблемой: как распределить их таким образом, чтобы достичь наилучшего результата. Вопрос исчерпаемости ресурсов касается и энергетики. Несмотря на то, что львиную долю в общем объёме производства энергии занимают традиционные источники, удельный вес альтернативной энергетики с каждым годом увеличивается. Ещё во II половине XIX в. В. Джевонс отметил, что повышение энергоэффективности приводит к повышению спроса на используемый источник энергии. Итак, сегодня остро стоит вопрос не только о повышении эффективности использования традиционных источников энергии и их безотходное использование, а о поисках новых видов энергии. По нашему мнению, решить эту проблему можно с помощью развития альтернативной энергетики. На мировом рынке спрос на альтернативную энергию имеет устойчивую тенденцию к росту, это связано с ограниченностью ресурсов для получения энергии из традиционных источников, постоянным подорожанием топливно-энергетических ресурсов, необходимостью охраны окружающей среды, наличием доступа к дешёвым источникам производства энергии. Необходимо отметить, что развитие экономики Российской Федерации в значительной степени зависит от решения задачи обеспечения энергоносителями. В условиях сокращения мировых запасов углеводородов и роста на них цен, решение энергетических проблем приобретает всё более актуальный характер [1, c. 14].

Сегодня мир пытается решать проблему энергоносителей на основе новых подходов, в основе которых являются: во-первых, улучшение технологического процесса с точки зрения энергоёмкости производства; во-вторых, развитие энергосбережения; в-третьих, расширение производства энергии за счёт восстанавливающих источников. В экономически развитых странах доля энергии, производимой на восстанавливающих источниках, растёт.

Эффективное использование энергии — один из интегральных показателей развития экономики, науки и социокультурного развития нации. По этому показателю Россия находится в числе государств, где стагнация существующего положения может спровоцировать серьёзный экономический кризис со следующими масштабными социальными потрясениями. Существенное повышение энергоэффективности национальной экономики Российской Федерации является одним из основных путей обеспечения национальной безопасности, наполнения бюджета, повышение конкурентоспособности отечественной продукции как на внутреннем, так и на внешнем рынках, решения социальных вопросов. Таким образом, внедрение энергосберегающих технологий может нивелировать политическое давление на нашу страну.

Необходимо особое внимание уделить дальнейшему развитию нетрадиционных и возобновляемых источников энергии. Их безоговорочным преимуществом является неисчерпаемость и экологическая чистота. Неслучайно страны Европейского Союза постепенно переходят на использование энергии биомассы, ветра, солнца и воды. В энергетическом балансе некоторых стран удельный вес нетрадиционных источников достигает 40 %. Страны ЕС в целом достигли примерно 12 % взноса возобновляемых источников энергии уже к 2010 году. Доля возобновляемых источников энергии в некоторых странах мира, достигнута еще в 2001, составляла: Норвегия — 45 %, Швеция — 29,1 %, Новая Зеландия — 25,8 %, Финляндия — 23 %, Австрия — 21,5 %, Канада — 15,6 %, Дания — 10,4 %. Практически все страны мира имеют целью значительный рост использования возобновляемых источников энергии на ближайшие десятилетия [7].

Социально-экономическая необходимость обеспечения России энергоносителями остро ставит проблему поиска альтернативных видов топлива. Как известно, к альтернативным источникам энергии относят энергию солнца, ветра, морей и океанов, тепла земли, биомассы, малых рек и вторичных ресурсов, которые существуют постоянно или периодически возникают в окружающей среде. Несомненным преимуществом возобновляемых источников энергии является тот факт, что их потенциал постоянно восстанавливается, а, следовательно, срок использования не ограничен. До недавнего времени энергия морей и океанов была практически незадействованной, но сегодня считается, что производство экологически безопасной энергии морей и океанов внесёт значительную долю в удовлетворение энергетических потребностей человека.

Интерес к исследованиям, посвящённым проблемам разработки и внедрения энергосберегающих технологий, в последние годы стремительно возрастает в ведущих мировых научных центрах. Множество исследований по разработке и внедрению технологий, позволяющих использовать энергию приливов, было проведено в исследовательских центрах стран Великобритании, Франции, США и т. д.

Целью данной работы является изучение перспектив использования энергии прилива.

Энергия приливов и отливов является одной из древнейших форм энергии, используемых человеком. Действительно, использование приливов для получения энергии на испанских, французских и английских берегах датируются ещё 787 годом н. э. [4, c. 20]

Одними из главных условий получения энергии от гидроэнергетики является наличие приливов с увеличенной амплитудой, наличие энергии волн, достаточной для использования и освоения наиболее мощных течений. Энергия приливов вырабатывается всплеском океанских вод во время подъёма и падения приливов и отливов. Приливная энергия является возобновляемым источником энергии. Приливы появляются вследствие действия силы притяжения Луны и Солнца. В силу своей близости к Земле, Луна играет доминирующую роль в контроле приливов и диктует свои циклы каждый день. Электростанций, использующих энергию приливов, не так и много. Первая мощная электростанция такого типа была построена во Франции, мощность её составляет 240 МВт.

Традиционно для использования энергии приливов через устье реки строятся плотины, которые блокируют входящий и исходящий поток. Идеальным вариантом для использования мощности океана с использованием недавно разработанных подводных турбин подходят воды у Тихоокеанского Северо-Запада. Берега Аляски, Британской Колумбии и Вашингтона, в частности, имеют исключительный энергопроизводящий потенциал. На Атлантическом побережье отличным местом для производства приливной энергии является остров Мэн. Следует учитывать, что подводная среда враждебна, поэтому машины должны обладать высокой надёжностью и отлаженностью.

Приливные электростанции (ПЭС) являются экологически чистыми, надёжными и, в отличие от ветра и волн, приливно-отливные течения являются вполне предсказуемыми. Хотя изменения землепользования в районе станций, флоры и фауны акватории, поверхностные выбросы загрязнённых вод относят к неблагоприятным экологическим последствиям работы приливных электростанций. Как показала эксплуатация ПЭС «Ля Ранс» (Франция), этого можно избежать, если применить в проекте однобассейную схему двухстороннего действия (максимально сохраняется естественный цикл колебаний бассейна и гарантируется тем самым экологическая безопасность приливной энергии).

В настоящее время, хотя и имеются надёжные технологии для использования энергии приливов, приливные электростанции стоят очень дорого, поэтому функционирует лишь одна основная электрическая станция, которая использует для производства электроэнергии энергию приливов. Это станция, которая находится в устье реки Ранс на северном побережье Франции и вырабатывает электроэнергии в 240 мегаватт (1 МВт = 1 МВт = 1 млн ватт) (атомная электростанция производит около 1000 МВт электроэнергии). Станция находится в эксплуатации с 1966 года и является очень надёжным источником электроэнергии для Франции. Предполагалось, что Ля Ранс должна была быть одной из многих приливных электростанций во Франции, но в конце 1960-х годов ядерная программа Франции была значительно расширена и потребность в строительство ПЭС отпала. ПЭС «Ля Ранс» долгое время удерживала мировое лидерство и по мощности, но в августе 2011 года уступила южнокорейской Сихвинской ПЭС. Эта приливная электростанция мощностью 254 МВт, способна обеспечить электрической энергией город, число жителей которого составляет 500 тысяч человек. С её помощью Южная Корея сможет экономить более 860 тыс. баррелей нефти в год. Однако намерения Южной Кореи идут дальше, и она не собирается останавливаться на достигнутом [6].

В королевстве Аннаполис в Новой Шотландии функционирует экспериментальная установка, вырабатывающая 20 МВт электроэнергии. Власти Шотландии приняли проект строительства первой очереди приливной электростанции (ПЭС) Pentland Firth, этот проект станет крупнейшим в Европе среди электростанций такого типа. Проект шотландской ПЭС сможет генерировать энергию мощностью в 400 МВт. Первая очередь станции будет завершена в 2020 году [3].

В российском Мурманске работает ПЭС с мощностью 0,4 МВт. Уже много лет ведётся проектирование Северной ПЭС на Кольском полуострове мощностью 12 МВт, но сроки ввода её в эксплуатацию неизвестны. Существует также проект строительства гигантской Мезенской ПЭС мощностью до 8 ГВт. [5] Теоретический потенциал приливной энергетики в России оценивается более чем в 100 ГВт по мощности и более 250 млрд кВт∙ч по среднегодовой выработке. Подавляющая часть этого потенциала сконцентрирована в трёх створах — Мезенском (Белое море), Тугурском и Пенжинском (Охотское море) [2]. На стадии реализации проходит внедрение проектов по установке ПЭС в Великобритания.

Были проведены исследования с целью изучения возможностей размещения приливных электростанций по всему миру, в ходе которых было подсчитано, что заграждение через реку Северн в западной части Великобритании может обеспечить целых 10 % потребностей страны в электроэнергии (12 ГВт). Британские власти отмечают, что использование энергии приливов даст возможность обеспечивать электроэнергией 15 миллионов домохозяйств, сохранит 70 миллионов тонн угля и создаст 16 тыс. рабочих мест. Следует отметит, что власти Великобритании серьёзно намерены получить мировое лидерство в использовании энергии приливов [6].

В заливе Фанди, Кука на Аляске, и Белого моря в России были обнаружены несколько участков, которые обладают потенциалом для выработки большого количества электроэнергии с использованием энергии прилива.

Основными преимуществами применения ПЭС является стабильность и независимость от условий природы. Недостатком же — стоимость и значительные площади построения таких установок. Энергия приливов является возобновляемым источником электроэнергии, которая не приводит к выбросам газов, способствующим глобальному потеплению или выпадению кислотных дождей, которые сопровождают выработку электроэнергии из ископаемого топлива. Использование приливной энергии может также снизить потребность в ядерной энергии и связанные с ней радиационные риски. Однако, изменение приливных потоков посредством запруживания заливов или устьев рек может привести к негативным последствиям для водных экосистем и береговых линий, а также для навигации и отдыха.

Несколько исследований, которые были проведены до настоящего времени для определения воздействия на окружающую среду приливной схемы питания определили, что каждая конкретная зона отличается и воздействие на экосистему в значительной степени зависит от местной географии. Местные приливы изменились лишь незначительно из-за заграждения Ла Ранс, и воздействие на окружающую среду было незначительным, но это не значит, что такая же ситуация будет наблюдаться на всех остальных зонах. Было подсчитано, что в заливе Фанди сооружение приливных электростанций может привести к снижению местных приливов на 15 см. Такая ситуация является неприемлемой, если учесть, что природные явления, такие как ветры, могут изменить уровень приливов и отливов на несколько метров.

Спрос на электроэнергию из электрической сети изменяется в зависимости от времени суток. Подача электричества от приливной электростанции никогда не будет соответствовать потребности в системе. Но учитывая то, что приливные течения, в силу Лунного цикла и гравитации, надёжны и предсказуемы, их использование может иметь ценный вклад в электрическую систему. Использование энергии приливов может быть использовано в качестве альтернативы выработки электроэнергии из невозобновляемых источников (уголь, нефть, природный газ), тем самым снижая выбросы парниковых газов и выпадение кислотных дождей, а также сберегая ресурсы нашей планеты.

Использование морских течений является одной из самых захватывающих новых форм использования возобновляемых источников энергии. Морские течения, в отличие от многих других видов возобновляемых источников энергии, являются последовательным источником кинетической энергии, вызванной регулярными приливными циклами под влиянием фаз Луны. Перемежаемость является проблемой ветра, волн и солнечной энергии, так как солнце не всегда светит, а ветер не всегда дует. Эти источники возобновляемой энергии часто требуют «подстраховки» со стороны традиционных форм производства энергии. Присущая предсказуемость энергии приливов является весьма привлекательной для энергетической системы, так как устраняет необходимость в резервных установках, работающих на ископаемом топливе.

В последние годы приливная энергетика получила дальнейшее развитие. Она пополняется принципиально новыми типами приливных электростанций. Главным их отличием является отсутствие дорогой плотины. Перспективные для строительства ПЭС участки есть в России, Великобритании, Франции, Норвегии, Южной Корее, Китае, Аргентине, США. К недостаткам традиционных приливных электростанций можно отнести их высокую стоимость, однако к преимуществам ПЭС можно отнести её экологичность и низкую себестоимость производства энергии.

Литература:

1. Возобновляемые источники энергии и смягчение воздействий на изменение климата / Специальный доклад межправительственной группы экспертов по изменению климата. — 247 с.
2. Приливные электростанции. Экологическая карта России // Вокруг Света [Электронный ресурс]. Режим доступа: http://map.vokrugsveta.ru/tidal-power/
3. Самая большая приливная электростанция Европы будет построена в Шотландии // Электровести [Электронный ресурс]. Режим доступа: http://elektrovesti.net/27891_samaya-bolshaya-prilivnaya-elektrostantsiya-evropy-budet-postroena-v-shotlandii
4. Сибикин Ю. Д. Нетрадиционные и возобновляемые источники энергии. / Ю. Д. Сибикин, М. Ю. Сибикин. — М.: Кнорус, 2010. — 228 с.
5. Tidal and wave energy development in Russia on the basis of free-floating mode of construction and new orthogonal turbine application // Ocean energy: technologies, market motivations, strategy of development. — № 18, 2014. — P. 46.
6. Tidal energy // Ocean Energy Council [Electronic source]. Access mode: http://www.oceanenergycouncil.com/ocean-energy/tidal-energy/
7. World Energy Outlook Special Report 2015: Energy and Climate Change — Executive Summary — Russian version. — [Электронныйресурс]. Режим доступа: http://www.iea.org/publications/freepublications/publication/weo-2015-special-report-energy-climate-change—executive-summary—russian-version.html

Основные термины (генерируются автоматически): возобновляемый источник энергии, энергия приливов, использование энергии приливов, окружающая среда, приливная энергия, электростанция, альтернативная энергетика, приливная электростанция, Россия, Южная Корея.

В каких странах используется энергия приливов и отливов?

Гидроэлектростанции и приливные электростанции на сегодняшний момент являются довольно перспективными энергетическими объектами. В данном материале будет рассмотрена энергия приливов и отливов: плюсы и минусы приливных электростанций, принцип работы, действующие ПЭС и планируемые к возведению объекты.

Альтернативные источники энергии: краткий обзор

Сегодня перспективные источники получения энергии занимают умы не только экологов и ученых, но и бизнесменов, инженеров и инвесторов. Альтернативные источники энергии (приливы и отливы, солнце, ветер) представляют интерес вследствие выгодности и относительно низкой угрозы экологической безопасности. В 2010 году нетрадиционные источники обеспечения энергией составляли около 5% от общей потребляемой человечеством. Почти 2% (от общемирового значения) вырабатывалось именно приливными электростанциями.

Как работают приливные электростанции

Энергия приливов и отливов интересует человечество в первую очередь своей неисчерпаемостью. Первые попытки использовать ее во благо предпринимались еще с десятого века, когда начали создавать небольшие плотины с водными резервуарами, а позднее и зерновые мельницы. Подобные прообразы современных приливных электростанций до сих пор применяются в народном хозяйстве.

С открытием электричества механические “электростанции” сменились на более привычные современному человеку. Сегодня энергия морских приливов и отливов вращает лопасти огромных турбин, преобразуясь в электрическую энергию. Таким образом, используется тот же принцип, что и несколько веков назад, только несколько модифицированный под современные условия и возросшие потребности.

Строительство приливных электростанций — весьма затратное мероприятие. Кроме того, с финансовой точки зрения выгодно строительство крупных ПЭС, что совершенно нецелесообразно для отдаленных или малонаселенных регионов. К другим проблемам относят следующие:

• колебания мощности приливной электростанции, что связано с изменением высоты приливов (меняется и энергия приливов и отливов) каждые две недели;

• несовпадение привычного периода солнечных суток со временем возникновения приливов;

• сдвиг между оптимальным временем генерации энергии и потреблением;

• в некоторых случаях необходимы дополнительные источники энергии поблизости к приливной электростанции.

Также существует мнение, что активная эксплуатация приливных электростанций приведет к экологическим проблемам, ранее не знакомым человечеству — торможению вращения Земли. Последнее не подтверждается авторитетными источниками в научных кругах. Работа большого количества ПЭС будет увеличивать продолжительность суток на величину, в девять раз меньшую, чем энергия приливов и отливов (естественное приливное торможение).

Преимущества строительства приливных электростанций

На фоне катастроф и аварий, которые случаются на атомных электростанциях редко, но оставляют память о себе надолго, альтернативные источники энергии выглядят безопасной альтернативой. И хоть трудностей при строительстве приливных электростанций достаточно, преимуществ также немало:

1. Экологичность. В случае с ПЭС вероятность техногенной катастрофы с последующим заражением обширных территорий сводится практически к нулю. Нет и вредных выбросов в атмосферу от сжигания топлива.

2. Надежность. Приливные электростанции устойчиво работают как в стандартном режиме, так и на пиковых нагрузках.

3. Низкая стоимость энергии. По сравнению с электростанциями других типов, ПЭС отличается низкой себестоимостью энергии, что подтвердили реальные результаты эксплуатации.

4. Высокий коэффициент полезного действия. Эффективность преобразования естественной энергии в пригодную к использованию достигает 80%, тогда как ветряные электростанции дают до 30% КПД, а солнечная энергия — в среднем 5-15%, но в некоторых случаях удалось зафиксировать и 35% эффективность.

Ля-Ранс: первая приливная электростанция

Отчетной точкой распространения приливных электростанций стал 1967 год, когда была введена в эксплуатацию «Ля-Ранс» — первая ПЭС, расположенная во Франции, в исторической области Бретань. Использование энергии приливов и отливов тут было обусловлено значительными приливами, достигающими тринадцати с половиной метров при обычной высоте в восемь метров.

Мощность ПЭС «Ля-Ранс» — 240 МВт, а себестоимость одной единицы энергии (кВт\ч) в полтора раза ниже обычной для электростанций Франции. Плотина электростанции выполняет не только функции по обеспечению бесперебойной работы энергетического объекта, но и является мостом, по которому проходит дорога, соединяющая города Динар и Св. Мало. Кроме того, «Ля-Ранс» является популярным туристическим объектом, который привлекает во Францию до двухсот тысяч путешественников.

ПЭС в Южной Корее: самая мощная электростанция

Сихвинская ПЭС — еще один выдающийся объект альтернативной энергетики, который расположен на северо-западном побережье в Южной Корее в искусственном заливе. Электростанция была введена в эксплуатацию в 2011 году и быстро оттеснила на вторую позицию по мощности первую ПЭС в мире.

Непосредственно строительству электростанции предшествовала необходимость создания резервуара пресной воды. Позже качество воды стало ухудшаться, и в 1997 году (после подтверждения догадок и разработки решений морским научно-исследовательским институтом) было принято решение сделать отверстие в дамбе. Это дало возможность использовать энергию приливов и отливов. Строительство ПЭС было начато в 2003 году, а запуск планировался в 2009. Вследствие задержек в ходе строительных работ электростанция была запущена в 2011.

Приливные электростанции в других странах мира

Страны, использующие энергию приливов и отливов, не ограничиваются прогрессивной Францией и технологичной Южной Кореей. Приливные электростанции эксплуатируются в:

Еще некоторые государства планируют строительство таких сооружений.

Приливные электростанции в России

В России энергия приливов и отливов используется с 1968 года в рамках эксплуатации экспериментальной ПЭС на Кислой Губе в Баренцевом море (на фото). Во времена СССР были разработаны проекты строительства еще трех приливных электростанций (одна в Белом море и две — в Охотском). О сегодняшнем статусе обоих объектов ничего не известно, тогда как Мезенская ПЭС, проектируемая в Архангельской области, имеет шанс стать самой мощной приливной электростанцией в мире. Также на этапе проектирования находится Северная ПЭС на Кольском полуострове.

Планы по дальнейшему использованию

Энергия приливов и отливов признана мировым сообществом перспективным источником, так что в настоящее время активно ведется разработка проектов нескольких ПЭС в разных странах мира. Так, в ближайшее время планируется строительство приливных электростанций в Южной Корее, Шотландии, Индийском штате Гуджарат, Нью-Йорке и городе Суонси в Великобритании. Рациональное использование такого ресурса позволит значительно сократить долю энергии, получаемой традиционным путем, в сторону более экологичного, надежного и безопасного решения.

Альтернативные источники энергии: приливная энергетика и ее секреты

Приливы есть результат воздействия силы тяготения, изменяющейся дважды за сутки благодаря то приближению, то удалению от земной поверхности Солнца и Луны. ПЭС – приливные электростанции – особые станции, использующие для выработки электричества энергию приливов, т.е. кинетическую энергию, образующуюся за счет вращения планеты.

Greenpeace полагает, что совокупных ресурсов приливной энергетики достаточно для пятикратного покрытия потребностей современного общества в электроэнергии.

За и против

Преимущества ПЭС:

• отсутствие опасных выбросов;
• минимальное изменение существующего прибрежного ландшафта;
• возобновляемость используемых ресурсов;
• точность прогнозирования объема вырабатываемой электроэнергии;
• длительный – свыше 100 лет – срок службы;
• риск подтопления прилегающих земель полностью исключен;
• низкая себестоимость электроэнергии.

Развитию приливной энергетики мешают следующие факторы:

• дороговизна строительства ПЭС;
• слишком большой срок окупаемости, обусловленный низкой производительностью станций;
• потребность в большой прибрежной зоне, которую при благоприятных климатических условиях целесообразнее использовать для создания рекреационной зоны, для привлечения туристов, что объясняет расположение большинства ПЭС в северных широтах;
• недоказанное предположение о том, что работа подобного оборудования мешает вращению планеты, что может привести к непредсказуемым последствиям;
• цикличность выработки электроэнергии, что делает невозможным использование ПЭС как единственного источника электричества. Для достойного обеспечения потребителей энергией требуется поддержка более мощных агрегатов, способных питать сети круглосуточно (ТЭЦ, ГЭС, АЭС).

Принцип работы

Математически доказано, что в месте возведения ПЭС разница между уровнем воды в периоды прилива и отлива должна быть не менее 4 м. В отдельных акваториях перепад составляет 18 м. Чем значительнее разница высот стояния вод, тем мощнее электростанция.

Подобные условия можно отыскать на морском побережье с характерным рельефом берега, который должен образовывать огромный ограниченный сушей «бассейн». Таким требованиям отвечают морские заливы, а также устья рек.

Плотина

Интересующая часть акватории отсекается от моря плотиной, в ниши которой вмонтированы гидротурбины с генераторами. Оборудование обличено в обтекаемую капсулу. Получившиеся устройства выполняют двойную роль: при прохождении водных потоков они вырабатывают электроэнергию, но способны переключиться и стать насосами для перекачки воды в водохранилище с целью использования созданных запасов во время отсутствия приливов и отливов. Электричество вырабатывается и во время прилива, и во время отлива.

ПЭС работает циклично:

1. простой, длительность которого составляет 1-2 часа, – время начала прилива и его окончания;
2. работа в течение 4-5 часов в период приливов и отливов.

За сутки циклы повторяются четырёхкратно.

В период прилива вода наполняет бассейн ПЭС. Во время прохождения водяных потоков сквозь ниши в плотине благодаря создаваемому давлению начинается вращение лопастей внутри капсульных агрегатов. В результате работы турбин и вырабатывается электричество. При отливе вода уходит из бассейна, минуя плотину, вновь вращая лопасти.

Когда уровень вод в бассейне и открытой акватории выравнивается, впускные клапаны закрываются. Когда уровень вод достигает минимума они автоматически открываются.

На уровень мощности ПЭС влияют:

• сила и характер приливов;
• численность и объем бассейнов;
• количество смонтированных генераторов и турбин.

Приливная «мельница»

Более дешевыми и перспективными считаются проекты, для реализации которых строительство плотины не требуется. При такой схеме электрогенераторы заменяют на гигантские лопасти длиной 10-20 м. Конструктивно они напоминают ветряные электростанции, чьи лопасти опустили в воду.

Действующие проекты

Пионерами в данной области стали англичане. Первую приливную электростанцию соорудили рядом с Ливерпулем еще в 1913 г.

В южной Корее ПЭС запустили в 2011 г. Ее мощности в 254 МВт достаточно, чтобы обеспечить электричеством полумиллионный город, что позволит экономить 860 000 баррелей нефти ежегодно. В дальнейшем корейцы планируют построить ПЭС на 812 МВт.

В России функционирует только одна ПЭС – Кислогубская. Ее построили на Баренцевом море как экспериментальную станцию еще в 1968 г. Среднегодовая мощность станции – 1,2 млн КВт/ч. В Мурманской области – на Кольской губе – планируют возвести еще одну приливную электростанцию.

ПЭС функционируют на территории многих стран: в Великобритании, Франции, Индии, Норвегии, Канаде и некоторых других.

‘;
blockSettingArray[0][«setting_type»] = 6;
blockSettingArray[0][«elementPlace»] = 2;
blockSettingArray[1] = [];
blockSettingArray[1][«minSymbols»] = 0;
blockSettingArray[1][«minHeaders»] = 0;
blockSettingArray[1][«text»] = ‘

‘;
blockSettingArray[1][«setting_type»] = 6;
blockSettingArray[1][«elementPlace»] = 0;
blockSettingArray[3] = [];
blockSettingArray[3][«minSymbols»] = 1000;
blockSettingArray[3][«minHeaders»] = 0;
blockSettingArray[3][«text»] = ‘

Прилив энергии. Как Россия может заработать на Луне

Французский старт и российское продолжение

История заметных по размерам приливных электростанций началась в 1966 году, когда во Франции времён Шарля Де Голля была построена ПЭС «Ля Ранс» на 245 мегаватт мощности. Это не очень большая электростанция (новую индустрию редко начинают с больших), она вырабатывает примерно 500 миллионов киловатт-часов в год. Как и многие ПЭС, она работает чуть более 2000 часов в год, что меньше, чем ТЭС (обычно 4000 — 5000 часов в год) и тем более АЭС. Примерно столько же работают солнечные электростанции в современных США. Но у приливов есть и преимущества: они не потребляют топливо. За счёт этого цена, по которой ПЭС продаёт электричество, меньше, чем у АЭС и ТЭС.

Столь позитивный опыт привлёк внимание нашей страны, в ту пору крайне чуткой к зарубежным технологическим новинкам. Почти молниеносно в Кислой Губе (Мурманская область) была построена советская ПЭС. На ней был был смонтирован французский гидроагрегат на 0,4 МВт — уменьшенная копия турбин «Ля Ранс» с диаметром рабочего колеса всего 3,3 метра. В 1990-х годах по понятным причинам станцию закрыли.

Однако 90-е пришли не навсегда, и в XXI веке отечественная энергетика вновь заинтересовалась дешёвой энергией. В начале 2007 года созданный на Севмаше новый блок с ортогональной турбиной на 1,5 мегаватта был отбуксирован по морю на Кислогубскую ПЭС. Турбина радикально отличалась от демонтированного старого французского агрегата. Её лопасти ориентированы не вдоль, а поперёк поступающей с приливом воды. Каждая из вертикально установленных лопастей спроектирована подобно самолётному крылу и имеет такой профиль, чтобы и при приливе, и при отливе направление вращения лопастей не менялось.

Это позволило получать энергию как при приливе, так и при отливе без смены направления вращения турбины — очевидное преимущество в плане упрощения её эксплуатации. При одинаковом диаметре рабочего колеса масса и цена ортогональных агрегатов в два раза ниже, чем у обычных осевых той же мощности. Объём бетона в здании ПЭС с ними меньше на 12 процентов. Они просты по геометрии лопастей — их может делать любой механический завод. ПЭС впервые перестали нуждаться в дорогих гидроагрегатах вроде задействованных на «Ля Ранс». 

Важно и то, что новая приливная турбина не встраивается в плотину на месте, что долго и трудоёмко, а смонтирована в отдельном плавучем блоке. Соответственно, работы по её установке намного проще и дешевле, а выпускать их можно серийно, интегрируя турбины с плавучими блоками на любом судостроительном заводе.

Оказалось также, что выработку станции можно очень точно планировать на будущее. Дело в том, что прилив приливу рознь. Не только дистанция между Луной и Землёй, но и угол между Луной и Солнцем влияют на приливы. Для каждых суток эти параметры слегка разнятся. Когда векторы приливных сил от Луны и Солнца частично гасят друг друга, наступает квадратурный прилив — наименьший из возможных. Когда они складываются, прилив называют сизигийным — наибольшим. Выработка при этом может отличаться в разы. Но, как теперь стало ясно, имея таблицу приливов, можно заранее предсказать их силу — и выработку ПЭС — в любой день на десятилетия вперёд. Это ценное качество для электростанции. Например, ГЭС год от года непредсказуемо различаются по выработке (сухой год — дождливый год).

Десять лет эксплуатации показали, что ортогональная замена надёжна и эффективна. В 2007 году казалось, что перед российской приливной энергетикой большое будущее. «Русгидро» решил создавать опытно-промышленную Северную ПЭС на 12 мегаватт. Однако подсчёты показали, что она будет недешёвой. И это естественно: из опыта строительства ГЭС известно, что любая станция с плотиной тем дешевле на единицу мощности, чем она мощнее. ГЭС на 12 мегаватт практически всегда будет давать энергию намного дороже, чем ГЭС на 12 гигаватт.

Беломорский гигант

Казалось бы, за чем дело стало? В стране немало мест с более крупными заливами и высокими приливами. Был предложен проект Мезенской ПЭС в Белом море с плотиной на 50 километров и мощностью от 8 до 19,7 гигаватта (в зависимости от размеров отсекаемой части залива). Хотя там нежарко, даже зимой мощные приливы ломают лёд и дадут станции работать. При 11,4 гигаватта мощности годовая выработка была бы 39 миллиардов киловатт-часов в год. Это очень немало — Волжско-Камский каскад ГЭС с его 800 водохранилищами в год вырабатывает чуть меньше. Разумеется, Мурманск и Архангельск столько потребить не могут, а соседние страны ЕС по понятным причинам могут не пойти на покупку пусть и самой «зелёной» электроэнергии, но произведённой русскими.

Впрочем, это вовсе не значит, что для ПЭС нет места в российской энергетике. Энергия волжских ГЭС тоже ведь не потребляется на месте. Киловатт-часы ГЭС под Волгоградом нередко уходят в Москву, а иногда и дальше. Высоковольтные ЛЭП постоянного тока дают потери всего в 3–5 процентов на 1000 километров (в зависимости от напряжения). То есть выработка энергии в Белом море для снабжения Москвы экономически вполне окупаема. Бразилия использует тот же метод для снабжения городов, удалённых от ГЭС на 2400 километров. Мезенская ПЭС почти вдвое ближе к Москве.

Крест Чубайса

Что же пошло не так? Почему новых ПЭС с дешёвой энергией так и не строится в нашей стране? Всё достаточно просто. В начале века власти планировали объединение энергосистем «ЕЭС России» и Европейского союза. Тогда у высших государственных чиновников ещё не было понимания того, что дальнейший роман с Европой, мягко говоря, не заладится. Существовала и иллюзия, что экономика и промышленность страны будут расти, а старые электростанции — выходить из строя. Знаменитый «крест Чубайса» — пересечение графиков выработки и потребления — показывал, что к 2015 году потребность страны в энергии будет 1,4 триллиона киловатт-часов, а советские, старые по возрасту тепловые электростанции перестанут работать.

Поэтому известный реформатор провёл ряд норм, стимулировавших ввод новых ТЭС. Как и в ряде других предсказаний этого же «эффективного менеджера», в жизни всё случилось наоборот. Советские электростанции всё ещё работают, создавая избыток мощностей, из-за чего тот же Чубайс предлагает их закрывать волевым решением. Промышленность так и осталась на уровне ниже 1991 года, отчего потребление электроэнергии только-только достигло РСФСР 1990 года. Экономический рост в настоящее время не планируется, поэтому новые электростанции пока просто не нужны — ни тепловые, ни возобновляемые.

Есть ли будущее у российских ПЭС?

Стагнация экономики вряд ли будет продолжаться вечно. Поэтому стоит отметить, что на Мезенской ПЭС выгодные проекты такого рода в нашей стране не заканчиваются. Самые высокие приливы в России наблюдаются в Охотском море — в Тугурской и Пенжинской губах. Первая расположена у впадения Амура в океан, вторая у перешейка, связывающего Камчатку с материком. Расчётная мощность проектируемой Тугурской ПЭС — 8–12 гигаватт, выработка — 20–30 миллиардов киловатт-часов в год. В радиусе 1200 километров от неё — Хабаровск и Владивосток, а также Китай, избавляющийся от угольной энергетики, но пока ещё не достроивший всю необходимую структуру для полностью возобновляемой и атомной энергетики.

Такой потребитель вполне может окупить строительство ПЭС. Сложнее с Пенжинской ПЭС, чей  проект рассчитан на 87 гигаватт. Это мощнее любой существующей электростанции. Её выработка составит около 200 миллиардов киловатт-часов — 20 процентов потребления России. На Дальнем Востоке для неё маловато потребителей, а до основных центров КНР от Камчатки далековато.

Итак, Мезенская ПЭС — пока самый близкий и реалистичный проект такой электростанции. Следующий за ним — Тугурский, а Пенжинский, рассуждая реалистично, будет актуален разве что при реализации экстремального сценария потепления и соответствующего бурного роста населения Дальнего Востока. 

Заграница ПЭС поможет?

Если в России из-за «креста Чубайса» и стагнации промышленности ПЭС пока остаются маниловщиной, то, может быть, их внедрят в тех странах, где нет ни Чубайса, ни проблем с ростом?

На первый взгляд такие перспективы есть. В Южной Корее в 2011 году была введена в строй самая мощная на сегодня ПЭС — Сихвинская. Мощность её 254 мегаватта, а годовая выработка — 550 миллионов киловатт-часов. После её завершения корейцы было вошли во вкус и запланировали три ПЭС на 2,5 гигаватта.

Увы, дальше начались проблемы. Хотя этот тип электростанций не затопляет новые площади, он слегка уменьшает зону, заливаемую приливами и осушаемую отливами. Корейские экологические активисты посчитали, что сужение приливной зоны сузит ареал некоторых видов птиц. Поэтому пока конкретные сроки ввода новых ПЭС там не ясны. Сейчас в Корее электричество получают главным образом из угля. На 10 000 тонн сжигаемого угля преждевременно умирает один человек. Сомнительно, что для птиц угольная пыль так же безвредна. Неизвестно, уменьшится ли их число от ПЭС, но точно известно, что из-за их отсутствия корейцы умирают не в теории, а вполне реально.

И тем не менее это ни на что не влияет. Защита окружающей среды для значительной части мира давно уже превратилась в светскую религию. Человек прибегает к вере там и тогда, когда у него не хватает точных знаний о вопросе. Экологи, конечно же, испытывают серьёзный дефицит знаний об экологии — иначе они бы поинтересовались экологической обстановкой в районе ПЭС «Ля Ранс» и узнали бы, что никакого вымирания из-за неё не последовало. Имей местные зелёные активисты достаточно знаний, то догадались бы, что отказ от ПЭС убивает людей, вдыхающих серосодержащие продукты сгорания угля.

Но, откровенно говоря, эти знания корейским экологам особо ни к чему. Они, как и их коллеги в других странах, слепо верят в то, что любое масштабное вмешательство человека в созданное природой греховно по определению. Поэтому и слышать не хотят, что замена ТЭС на ПЭС это вмешательство сократит.

Расставляя палочки над «Т»

В конце 1990-х годов группа очень креативных голландских инженеров решила внести разнообразие в мир ПЭС. Они задумались над причинами, по которым приливы в отдельных местах бывают выше десятка метров (Пенжинская губа), а в других ограничиваются метром. Дело в том, что в большинстве морей мира приливные волны движутся не прямо на берег, а вдоль него, что не даёт им набрать большую высоту. Исключения появляются там, где берег изобилует длинными выступами в сторону моря. Из-за взаимодействия идущих вдоль берега под углом друг к другу приливных волн в отдельных местах прилив и достигает рекордных значений.

Голландцы предложили попросту изменить рельеф берега вручную. Для этого нужно построить уходящую прямо дамбу длиной от 30 и более километров. На её дальнем конце — построить перпендикулярно другую дамбу, создавая огромную «Т». По расчётам, такие «Т» смогут поднимать высоту приливных волн достаточно, чтобы ПЭС можно было делать в ножке буквы «Т» — буквально в любом месте континентального шельфа.

Следует высоко оценить идею голландских специалистов. Моделирование вполне подтвердило их расчёты — станция на сорокакилометровой дамбе действительно будет иметь мощность в десяток гигаватт. Длина дамб в проектах российских ПЭС сравнима — в районе 50 километров для, например, Мезенской. Нет особых сомнений и в эффективности Т-образной станции в подъёме уровня прилива. Взглянем на Тугурскую губу — рядом с ней лежит огромная естественная буква «Т» (Сахалин), да и сам залив даёт не одну «Т». Для Пенжинской губы буквой «Т» работает вся Камчатка, да и более мелкие полуострова. Немало полуостровных «Т» и на берегах Белого моря, близ Мезенской губы.

Увы, у Т-образных станций есть слабое место. Глубины в российских заливах, пригодных для ПЭС, умеренны (~25 метров). Ставить дамбу на такую глубину несложно. Все отечественные ГЭС на крупных реках требовали плотин сопоставимой высоты. Сложнее с дамбами, уходящими в море на 40 с лишним километров (а короче их не сделать — прирост высоты прилива будет слишком мал). Здесь нужно уникальное сочетание малой глубины и плоского дна на полсотни километров шельфа. Такие места в мире есть, например прямая от британского побережья к Доггер-Банке в Северном море. Но их мало, и везде постройке станций противодействуют «зелёные» активисты.

Голландцы-разработчики предложили свой проект Китаю. На китайском побережье высоких приливов почти нет, как нет и «несогласных», а чистой энергии задыхающемуся в смоге государству остро не хватает. У берегов КНР шельф простирается до самой Кореи и Тайваня. Однако здесь далеко не такие малые глубины, как на Доггер-Банке. Хотя Китай вкладывает в возобновляемую энергетику десятки миллиардов долларов в год, он инвестирует их в то, что может окупиться. Пока это только ветряки и солнечные батареи. Окупить дамбы по 80 километров, уходящие в глубину на сто метров, пока не удаётся даже на страницах технико-экономического обоснования. 

Всё плохо или всё хорошо?

Так что же, неужели крупные ПЭС при всех их достоинствах так и останутся уделом прошлого? Определённо, вряд ли. Как мы знаем, в России к голосу экологов прислушиваются мало. Крупные ПЭС по удельной стоимости уступают даже крупным ГЭС, пока самым дешёвым из известных источников энергии. Поэтому логично предположить, что в случае нового витка экономического роста Мезенская ПЭС в европейской части страны всё же будет построена. Ну а при действительно долгом и энергичном экономическом росте не избежать и освоения дальневосточных приливов. Вполне может быть, что Россия ещё окажется впереди остальных стран в деле использования гравитации Луны.

приливная энергетика

Приливная энергетика является одним из перспективных способов получения альтернативной энергии. В ее основе лежит технология преобразования морской энергии, образующейся во время приливов и отливов, в электрическую. Для этих целей прибрежный бассейн перекрывается невысокой плотиной, в которой имеются водопропускные отверстия и установлены гидротурбины. Плотина задерживает воду при отливе, затем ее выпускают, и она вращает генератор. Считается, что приливная энергетика и строительство приливных электростанций (ПЭС) экономически целесообразно в районах, где колебания уровня моря составляют не менее 4 метров. Также мощность ПЭС зависит от объема и площади приливного бассейна, от числа установленных в плотине гидротурбин.

Практическое использование приливной энергетики началось в середине прошлого века. Сразу несколько стран стали строить опытные приливные электростанции. На сегодняшний день в России накоплен большой опыт в эксплуатации Кислогубской ПЭС, благодаря чему определены преимущества использования приливной энергетики перед другими способами добычи энергии. В первую очередь, приливная энергетика обладает экологической безопасностью. При строительстве ПЭС не требуется создавать крупные строительные базы, что дает возможность сохранить окружающую природу в первозданном виде. Не происходит выброса загрязняющих веществ в атмосферу. На Кислогубской ПЭС были проведены натурные испытания, во время которых не было обнаружено погибшей рыбы или ее повреждений. Турбинные агрегаты беспрепятственно пропускают рыбу через плотину. На ПЭС нет необходимости держать напор продолжительное время, поэтому плотины биологически проницаемы. Планктон гибнет в количестве не более 5-10% от общей массы.

Приливная энергетика имеет и ряд преимуществ социального значения. На прилегающих к бассейну ПЭС территориях выравниваются климатические условия, население защищено от негативных последствий штормовых явлений, расширяются возможности для развития марикультуры в результате увеличения биомассы морепродуктов практически вдвое, появляется потенциал расширения туризма. Кроме того, приливная энергетика является возобновляемым и стабильным источником энергии, она не зависит от наличия топлива, от водности года. Приливные электростанции могут использоваться совместно с другими типами энергосистем. Применение приливной энергетики позволяет существенно экономить органическое топливо, благодаря чему запасы углеводородов тратятся в меньшем объеме. Наконец, в случае форс-мажорных обстоятельств ПЭС не создаст угрозы населению в прилегающих к ней районах.

Мировая потребность в электроэнергии постоянно растет. Все ощутимее становится потребность в альтернативных источниках энергии. Страны, подписавшие Киотский протокол, пришли к необходимости реализации проектов, которые приводят к уменьшению выброса парниковых газов. В числе таких проектов находится развитие приливной энергетики и строительство ПЭС. Разрабатываются новые методы использования энергии приливов, совершенствуются технологии создания мировых электростанций, что приводит к строительству очень мощных ПЭС. Приливная энергетика, по прогнозам специалистов, может покрыть 5% мирового энергопотребления к 2050 году.

Энергетическая стратегия России также предусматривает частичный переход на возобновляемые источники энергии. Развитие приливной энергетики, безусловно, является инновационным видом деятельности для российской науки и промышленности. Успех в этой области позволит обеспечить энергетическую независимость страны в обозримом будущем и станет залогом энергобезопасности на долгие годы.

Еще по этой теме

Метки: альтернативная энергетика, альтернативные источники энергетики, альтернативные источники энергии, генерация, новости альтернативной энергетики, приливная энергетика, энергия приливов, энергия приливов и отливов

Интересная статья? Поделитесь ей с друзьями:

Энергия приливов и отливов — Мегаобучалка

Очень мощным источником энергии являются приливы и отливы. Если верить цифрам, они могут дать человечеству около 70 миллионов миллиардов кВт/ч в год. Если сравнивать, то это примерно столько энергии, сколько можно получить из всех разведанных запасов бурого и каменного угля. В 1977г. вся экономика СССР базировалась на 1150 миллиардах кВт/ч, экономика США — на 200 миллиардах кВт/ч. Так что, в теории, только приливы и отливы могли обеспечить энергетическое процветание 6000 СССР, но это сухие цифры не имеющие ничего общего с реальностью.

Технология гидроэлектростанций, основанных на приливах и отливах, досконально проработаны в инженерном плане, многие варианты уже опробованы в некоторых странах, даже в Кольском полуострове. Выдвинута даже оптимальная стратегия использования такой энергии: во время приливов накапливать воду в водохранилищах, а во время максимальной нагрузки на энергодобывающую сеть, разгружать ее, используя энергию, накопленную при приливе.

В наше время приливные электростанции, конечно же, значительно уступают тепловой энергетике, ведь легче получить коротко-срочную прибыль, закупив дешевую нефть в странах третьего мира. Однако приливная энергия обладает всеми качествами, которые помогут ей в будущем стать одной из самых важных составляющих мировой энергетики.

Чтобы построитьПЭС даже в самых приспособленных для этого местах, где уровень воды колеблется от 1 до 16 метров, нужны десятилетия. Но все-таки ПЭС должны потихоньку отвоевывать долю мировой добычи энергии.

Самая первая ПЭС, имеющая мощность 240 МВт, была построена в 1966 г. в устье реки Ранс во Франции, эта река впадает в пролив Ла-Манш, средний показатель перепадов уровня воды там составляет 8.4 м. Хоть она и обошлась стране в 2.5 раза дороже, чем строительство гидроэлетространции такой же мощности, сразу после начала ее эксплуатации стала очевидна ее экономическая выгодность. В настоящее время Французская ПЭС используется и приносит энергию в энергосистему страны.

Созданы проекты крупнейших ПЭС: мощностью 4000 МВт — Мезенская на Белом море, и Кольская — мощностью 330 МВт. В будущем планируется использовать большой энергетический потенциал Охотского моря, там приливы достигаю почти 13 м.

Очень хорошие предпосылки для распространения и развития добычи энергии из приливов дает геликоидная турбина Горлова. С ее помощью можно строить приливные электростанции и добывать энергию не сооружая плотины — это в разы уменьшает издержки на строительство.

Под влиянием приливообразующих сил Луны и Солнца в океанах и морях возбуждаются приливы. Они проявляются в периодических колебаниях уровня воды и в ее горизонтальном перемещении (приливные течения). В соответствии с этим энергия приливов складывается из потенциальной энергии воды, выведенной из положения равновесия, и из кинетической энергии движущейся воды. Величины потенциальной и кинетической энергии имеют примерно один и тот же порядок и равны около 5*25*10²⁴ эрг. При расчетах энергетических ресурсов Мирового океана для их использования в конкретных целях, например для производства электроэнергии, вся энергия приливов оценивается в 1 млрд. кВт, тогда как суммарная энергия всех рек земного шара равна 850 млн. кВт. Колоссальные энергетические мощности океанов и морей представляют собой очень большую природную ценность для человека.

С давних времен люда стремились овладеть энергией приливов. Уже в средние века ее начали использовать для практических целей. Первыми сооружениями, механизмы которых приводились в движение приливной энергией, были мельницы и лесопилки, появившиеся в X-XI вв. на берегах Англии и Франции. Принцип их действия был основан на использовании потенциальной энергии приливов. Несложна была и конструкция этих устройств. Обычно небольшая бухта на морском побережье перегораживалась дамбой, отделявшей бассейн от моря. В дамбе располагались отверстия с затворами и приливная мельница. Во время прилива вода через открытые отверстия в дамбе заполняла бассейн. При отливе уровень воды со стороны моря понижался, но в бассейне вода задерживалась, так как отверстия в дамбе закрывались. Уровень воды в бассейне в это время был выше, чем в море, и вода из бассейна, устремляясь в море через отверстия в мельничном колесе, вращала его. Во время прилива затворы в отверстиях дамбы открывались и вода вновь наполняла бассейн. Разность уровней в море и в бассейне исчезала, и мельница переставала работать. С отливом начинался следующий цикл работы мельницы. Такой прерывистый ритм работы был допустим для примитивных сооружений далекого прошлого, которые выполняли простые, но полезные для своего времени функции.

Однако он малоприемлем для современного промышленного производства, поэтому энергию приливов попытались использовать для получения более удобной электрической энергии. Но для этого надо было создать на берегах океанов и морей приливные электростанции (ПЭС).

Однако создание их сопряжено с большими трудностями. Прежде всего они связаны с характером приливов, на которые влиять невозможно, гак как они зависят от астрономических причин, от особенностей очертаний берегов, рельефа дна и т.п. В одних районах полная и малая вода наступает один раз в сутки (суточный прилив). В других районах это происходит дважды в сутки (полусуточный прилив). Есть районы, где сроки наступления полной и малой воды смещаются (смешанный прилив). Кроме того, в течение семи дней, когда Луна, Солнце и Земля находятся на одной прямой, создается наибольший (сизигийный) прилив, а когда прямые, соединяющие Землю с Луной и Солнцем, образуют прямой угол, наступает наименьший (квадратурный) прилив. На одних участках побережья Мирового океана уровень воды во время прилива повышается на 15-18 м, на других его высота достигает лишь 10-20 см. Цикл приливов определяется лунными сутками, тогда как режим энергопотребления связан с производственной деятельностью и бытом людей и зависит от солнечных суток, которые короче лунных на 50 минут. Отсюда максимум и минимум приливной электроэнергии наступает в разное время, что очень неудобно для ее использования. И наконец, энергетическое значение имеют приливы, в результате которых разность уровней в полную и малую воду составляет 0,5 м. Это встречается далеко не везде и не всегда.

Несмотря на все эти трудности, люди настойчиво пытаются овладеть энергией морских приливов. К настоящему времени предложено около 300 различных технических проектов строительства ПЭС. Наиболее рациональным и экономически эффективным решением специалисты считают применение в ПЭС поворотно-лопастной (обратимой) турбины, идея которой впервые была предложена ещё советскими учеными.

Такие турбины — их называют погруженными или капсульными агрегатами — способны действовать не только как турбины на оба направления потока, но и как насосы для подкачки воды в бассейн. Это позволяет регулировать их эксплуатацию в зависимости от времени суток, высоты и фазы прилива, удаляясь от лунного ритма приливов и приближаясь к периодичности солнечного времени, по которому живут и работают люди. С помощью этих агрегатов вода подкачивается в бассейн и ночью, когда ПЭС может работать не на полную мощность, так как потребность в энергии невелика, а вода используется для производства электроэнергии в основном в часы «пиковых» нагрузок. Тем самым решается один из существенных экономических вопросов эксплуатации ПЭС: окупаются затраты на электроэнергию, питающую насосы.

Однако обратимые турбины не компенсируют уменьшение силы прилива от сизигии к квадратуре, что вызывает периодическое изменение мощности ПЭС и затрудняет ее эксплуатацию. Действительно, немалые сложности возникнут в работе территориальной энергосистемы, если в нее включена электростанция, мощность которой изменяется 3-4 раза в течение двух недель. Особенно неблагоприятны такие пульсации для электростанций больших мощностей.

Советские энергетики показали, что эту трудность можно преодолеть, если совместить работу приливных и речных электростанций, имеющих водохранилища многолетнего регулирования. Ведь энергия приливов непостоянна в течение суток и от суток к суткам, но в среднемесячных величинах она постоянна для любого месяца и года. Энергия рек колеблется по сезонам и из года в год. При спаренной работе ПЭС и ГЭС энергия моря придет на помощь ГЭС в маловодные сезоны и годы, а энергия рек заполнит межсуточные провалы в работе ПЭС.

Далеко не в любом районе земного шара есть условия для строительства гидроэлектростанций с водохранилищами многолетнего регулирования, поэтому с такими ГЭС рентабельно объединять приливные станции только большой мощности. Они должны входить в объединенные энергосистемы крупных районов, стран и даже континентов. Использование в едином комплексе приливных, речных, тепловых и атомных электростанций не только позволит увеличить выработку электроэнергии, но и обеспечит возможность наиболее эффективной работы станций последних двух видов. Это в свою очередь служит определенным экономическим обоснованием более высокой стоимости сооружения ПЭС по сравнению с ГЭС. Исследования показали, что передача приливной электроэнергии из прибрежной зоны в центральные части материков будет оправданной для некоторых районов Западной Европы, США, Канады, Южной Америки. В этих районах ПЭС можно объединить с ГЭС, уже имеющими большие водохранилища, или создать ГЭС. В таком комплексном инженерном (капсульные агрегаты) и природно-климатическом (объединенные энергосистемы) подходе лежит ключ к решению проблемы использования приливной энергии. В настоящее время началось практическое освоение энергии приливов, чему в немалой степени способствовали усилия ещё советских ученых, позволившие реализовать идею превращения приливной энергии в электрическую в промышленном масштабе.

Первая в мире промышленная ПЭС мощностью 240 тыс. кВт построена и введена в действие в 1967 г. во Франции. Она расположена на берегу Ла-Манша, в Бретани, в устье реки Ране, где величина, прилива (разность уровней в полную и малую воду) достигает 13,5 м. Ширина реки здесь 750 м. Плотина ПЭС пролегает между мысом Ла-Бреби на левом и мысом Бриангэ на правом берегу с опорой на островок Шалибер. В теле плотины находятся 24 капсульных агрегата мощностью по 10000 кВт каждый. Площадь бассейна — 22 км². Во время прилива в него поступает 184 млн. м³ воды. Почти вся мощность этой ПЭС вырабатывается в часы «пикового» потребления электроэнергии и достигает 544 млн. кВт-ч в год, но стоимость ее пока еще выше, чем на атомных электростанциях. Вместе с тем энергия в часы «пик» стоит здесь довольно дорого, что послужило одним из аспектов для обоснования сооружения ПЭС в этом районе Франции.

Многолетняя эксплуатация первенца приливной энергетики доказала реальность сооружения, выявила достоинства и недостатки (в частности, относительно небольшая мощность) таких станций. В связи с этим во многих странах созданы и продолжают разрабатываться новые проекты мощных и сверхмощных промышленных ПЭС. По определению специалистов, в 23 странах мира имеются подходящие районы для их строительства. Однако, несмотря на множество проектов, промышленные ПЭС еще не сооружаются.

Широкое развитие приливной энергетики в настоящее время помимо природных трудностей сдерживают серьезные экономические и социально-политические причины. Строительство ПЭС требует крупных первоначальных капиталовложений, что не всегда возможно осуществить. Рентабельны приливные станции мощностью 3-15 млн. кВт и выше в сочетании с электростанциями других типов, для чего требуются большие энергопотребляющие предприятия. Далеко не все страны располагают высокоразвитым энергоемким производством и достаточно мощными электростанциями, способными быть партнерами для ПЭС. Поэтому в рамках международного или межгосударственного сотрудничества предпринимаются попытки создать на правах долевого участия объединенные энергосистемы с включением в них ПЭС и совместно использовать их электроэнергию. Однако противоречия между капиталистическими странами затрудняют реализацию этих проектов. При всех достоинствах ПЭС (для них не требуется создания водохранилищ и затопления полезных территорий суши, их работа не загрязняет окружающую среду и т. п.) их доля практически неощутима в современном энергетическом балансе. Однако прогресс в освоении приливной энергии уже отчетливо выражен и в перспективе станет более значительным

Энергия волн океана

Энергия волн — это энергия, которая заключена в волнах на поверхности океана. Ее можно использовать для совершения механической работы, а следовательно — перекачки воды, добычи электроэнергии. Такой вид энергии является на 100% возобновляемым.

Мерой измерения мощности волновой энергии является кВт на погонный метр — кВт/м. Удельная мощность энергии волн в разы больше ветровой и солнечной энергии. Обычная средняя мощность волнения океанов составляет около 15 кВт/м. Мощность растет с ростом высоты волн и при 2 м может достигать 80 кВт/м. Конечно, всю энергию преобразовать в электричество невозможно, однако коэффициент преобразования выше, чем у воздуха, и может доходить до 85%.

Если сравнивать источники, то мощность энергии Солнца конечно же больше, чем мощность всех океанов. Однако удельная мощность генераторов, работающих на волнах, может быть в разы больше других альтернативных источников.

Несмотря на схожую природу процесса, энергию волны отличают от энергии океанических течений и приливов. В данный момент добыча энергии из волн находится только на стадии развития. Проводятся эксперименты и исследования в этой сфере.

Приливная энергия использует приливы для производства электроэнергии

Приливная энергия использует приливы для выработки электроэнергии
Статья
Учебники по альтернативной энергии
21.06.2010
08.02.2020

Учебники по альтернативной энергии

Поделитесь / добавьте в закладки с:

Использование энергии приливов для производства электроэнергии

Приливная энергия или Приливная энергия , как ее еще называют, — это еще одна форма гидроэнергетики, которая использует большое количество энергии океанских приливов для выработки электроэнергии. Tidal Energy — это «альтернативная энергия», которую также можно классифицировать как «возобновляемый источник энергии», поскольку Земля ежедневно использует гравитационные силы Луны и Солнца для перемещения огромных объемов воды вокруг океанов и морей, производящих приливы.

Когда Земля, ее Луна и Солнце вращаются друг вокруг друга в пространстве, гравитационное движение Луны и Солнца относительно Земли заставляет миллионы галлонов воды течь вокруг океанов Земли, создавая периодические сдвиги в этих движущихся объектах. водоемы.Эти вертикальные сдвиги воды и есть то, что мы называем «приливами».

Расположение Луны и Солнца по приливам

Когда гравитация Земли и Луны выравнивается друг с другом, влияние этих двух гравитационных сил становится очень сильным и заставляет миллионы галлонов воды перемещаться или течь к берегу, создавая состояние «прилива». Точно так же, когда сила тяжести Земли и Луны находится под углом 90 ^o друг к другу, влияние этих двух гравитационных сил слабее, и вода течет от берега по мере того, как масса воды перемещается в другое место на Земле, создавая Состояние «отлива».Это приливы и отливы происходят дважды в течение каждого периода вращения Земли, причем на эти приливы накладываются более сильные недельные и годовые лунные циклы.

Когда Луна идеально совмещена с Землей и Солнцем, гравитационное притяжение Луны и Солнца вместе становится намного сильнее, чем обычно, при этом приливы становятся очень высокими, а отливы становятся очень низкими во время каждого приливного цикла. Такие приливы известны как весенних приливов и (максимум). Эти весенние приливы происходят во время фазы полнолуния или новолуния.

Другая приливная ситуация возникает во время приливов (минимум), когда гравитационное притяжение Луны и Солнца противостоят друг другу, тем самым нейтрализуя их эффекты. Конечный результат — меньшее притягивающее действие на морскую воду, создающее гораздо меньшую разницу между приливом и отливом, что приводит к очень слабым приливам. Непрерывные приливы происходят во время фазы четверти луны. Затем весенние приливы и приливы производят различное количество потенциальной энергии в движении морской воды, поскольку их воздействие отличается от обычных высоких и низких уровней моря, и мы можем использовать эти приливные изменения для производства возобновляемой энергии.Таким образом, мы можем сказать, что переход на альтернативную энергию меняется.

Итак, теперь мы знаем, что постоянное вращательное движение Земли и Луны относительно друг друга заставляет огромное количество воды перемещаться вокруг Земли по мере того, как приливы и отливы приходят и уходят. Эти приливы предсказуемы и регулярны, что приводит к двум приливам и двум отливам каждый день, когда уровень океанов постоянно меняется между приливом и отливом, а затем снова возвращается к приливу. Время, необходимое для возникновения приливного цикла, составляет около 12 часов и 24 минут (так называемый «дневной цикл») между двумя последовательными приливами, что позволяет океанографам и метеорологам точно предсказать приливы и отливы в океанах на много лет вперед. .

Основным большим преимуществом этого является то, что приливы являются совершенно предсказуемыми и регулярными, в отличие от энергии ветра или солнечной энергии, что позволяет использовать километры береговой линии для использования энергии приливов и приливов, и чем больше влияние приливов, тем сильнее движение приливной воды. и, следовательно, тем больше потенциальной энергии, которая может быть собрана для производства электроэнергии. Таким образом, Tidal Energy можно рассматривать как возобновляемый источник энергии , поскольку энергия океанов пополняется за счет солнца, а также за счет приливных влияний луны и гравитационных сил солнца.

Генерация приливной энергии

Поскольку положение Земли и Луны относительно Солнца меняется в течение года, мы можем использовать потенциальную энергию воды, содержащуюся в ежедневном движении повышения и понижения уровня моря, для выработки электроэнергии. Производство электричества из приливов во многом похоже на производство гидроэлектроэнергии, которое мы рассматривали в учебных пособиях по гидроэнергетике. На этот раз разница в том, что вода входит в турбину и выходит из нее в обоих направлениях, а не только в одном направлении.

Приливная энергия, как и гидроэнергия, превращает движущуюся воду в чистую энергию. Движение приливной воды, вызванное силой тяжести, содержит большое количество кинетической энергии в виде сильных приливных течений, называемых приливными потоками. Ежедневные приливы и отливы, приливы и отливы океанов вдоль береговой линии и в небольшие заливы, заливы или прибрежные бассейны и обратно, мало чем отличаются от воды, текущей по реке или ручью.

Движение морской воды регулируется с помощью водяных колес и турбин таким же образом, что и гидроэлектроэнергия.Но поскольку морская вода может течь в обоих направлениях в системе приливной энергии, она может генерировать энергию, когда вода втекает, а также когда она отступает. Следовательно, приливные генераторы предназначены для выработки энергии, когда лопасти ротора вращаются в любом направлении. Однако стоимость обратимых электрических генераторов выше, чем односторонних генераторов.

Различные типы систем приливной энергии

Tidal Barrage — A Tidal Barrage — это тип генерирования приливной энергии, который включает в себя строительство довольно низкой стены плотины, известной как «заграждение», отсюда и название, напротив входа в приливную впадину или бассейн, создающую приливную волну. резервуар.У этой плотины есть несколько подводных туннелей, прорезанных по ее ширине, позволяющих морской воде течь через них контролируемым образом с помощью «шлюзовых ворот». Внутри туннелей закреплены огромные генераторы водяных турбин, которые вращаются, когда вода проносится мимо них, генерируя приливное электричество.

Приливные заграждения вырабатывают электроэнергию, используя разницу в высоте по вертикали между входящими приливами и исходящими отливами. По мере того, как приливы и отливы происходят, морская вода может поступать в резервуар или выходить из него через одностороннюю систему подводных туннелей.Этот поток приливной воды вперед и назад заставляет генераторы водяных турбин, расположенные в туннелях, вращаться, производя приливную энергию с помощью специальных генераторов, используемых для выработки электричества как во время входящих, так и исходящих приливов.

Одним из недостатков модели Tidal Barrage Generation является то, что она может вырабатывать электричество только тогда, когда прилив фактически течет либо «внутрь», либо «выходит», поскольку во время прилива и отлива приливная вода неподвижна. Однако, поскольку приливы полностью предсказуемы, другие электростанции могут компенсировать этот стационарный период, когда не производится приливная энергия.Другой недостаток системы приливных плотин — это экологические и экологические последствия, которые длинная бетонная плотина может оказывать на эстуарии, которые они перекрывают.

Tidal Stream — Система Tidal Stream Generation снижает некоторые воздействия на окружающую среду приливных заграждений за счет использования турбогенераторов под поверхностью воды. Основные приливные потоки и океанские течения, такие как Гольфстрим, можно использовать для извлечения приливной энергии с помощью подводных роторов и турбин.

Генерация приливных потоков в принципе очень похожа на выработку энергии ветра, за исключением того, что на этот раз потоки воды протекают через лопасти ротора турбины, которые вращают турбину, подобно тому, как потоки ветра вращают лопасти ветряных турбин. Фактически, области генерации приливных потоков на морском дне могут выглядеть так же, как подводные ветряные электростанции.

В отличие от прибрежных ветровых электростанций, которые могут пострадать от штормов или сильного повреждения моря, турбины приливных потоков работают непосредственно под поверхностью моря или прикреплены к морскому дну.Приливные потоки образуются горизонтальными быстро текущими объемами воды, вызванными приливами и отливами, поскольку профиль морского дна заставляет воду ускоряться по мере приближения к береговой линии.

Так как вода намного плотнее воздуха и имеет гораздо меньшую скорость потока, турбины с приливными потоками имеют гораздо меньший диаметр и более высокую скорость концевых окон по сравнению с эквивалентной ветряной турбиной. Турбины приливных потоков генерируют приливную энергию как во время прилива, так и во время прилива. Одним из недостатков Tidal Stream Generation является то, что, поскольку турбины погружены под поверхность воды, они могут создать опасность для навигации и судоходства.

Другие формы приливной энергии включают в себя приливные ограждения, в которых используются отдельные турбины с вертикальной осью, которые устанавливаются внутри ограждения, известного как кессон, который полностью блокирует канал и пропускает воду через них. Другой альтернативный способ использования приливной энергии — использование «колеблющейся приливной турбины». По сути, это неподвижное крыло под названием Hydroplane , установленное на морском дне. Гидроплан использует энергию приливного потока, обтекающего его, чтобы раскачивать свое гигантское крыло, похожее на плавник кита, вверх и вниз вместе с движением приливных течений.Затем это движение используется для выработки электроэнергии. Угол наклона гидросамолета к течению прилива можно изменять для повышения эффективности.

Приливная энергия — это еще одна форма гидроэнергетики с низким напором, которая полностью нейтральна к выбросам углерода, как энергия ветра и воды. Энергия приливов и отливов имеет много преимуществ по сравнению с другими формами возобновляемой энергии, главным преимуществом которых является предсказуемость. Однако, как и многие другие формы возобновляемой энергии, приливная энергия также имеет свои недостатки, такие как негибкое время генерации, зависящее от приливов, и тот факт, что она действует во враждебных условиях океанов и морей.Итак, вот некоторые из преимуществ и недостатков, связанных с «приливной энергией».

Преимущества приливной энергии

• Приливная энергия — это возобновляемый источник энергии, потому что энергия, которую она производит, бесплатна и чиста, поскольку не требуется топливо и не образуются побочные продукты отходов.
• Приливная энергия может производить большое количество бесплатной и зеленой энергии.
• Приливная энергия не требует больших затрат в эксплуатации и обслуживании по сравнению с другими видами возобновляемой энергии.
• Низкое визуальное воздействие, поскольку приливные турбины в основном, если не полностью, погружены под воду.
• Низкий уровень шума, так как любой звук передается через воду.
• Высокая предсказуемость, поскольку приливы и отливы могут быть предсказаны на годы вперед, в отличие от ветра.
• Приливные заграждения обеспечивают защиту от наводнений и повреждения земли.
• Большие приливные водоемы имеют множество применений и могут создавать рекреационные озера и районы, где раньше их не было.

Недостатки приливной энергии

• Приливная энергия не всегда является постоянным источником энергии, так как она зависит от силы и потока приливов, которые сами по себе оказываются под действием гравитационного воздействия Луны и Солнца.
• Tidal Energy требует подходящего места, где приливы и приливы всегда сильны.
• Должен противостоять стихийным бедствиям, приводящим к высоким капитальным затратам, затратам на строительство и техническое обслуживание.
• Высокие затраты на распределение электроэнергии для отправки генерируемой энергии от погруженных устройств на сушу с помощью длинных подводных кабелей.
• Прерывистая выработка электроэнергии, вырабатывается только десять часов в день во время приливов и отливов
• Изменения в экосистеме эстуария и усиление береговой эрозии там, где концентрируются приливы.
• Накопление ила, отложений и загрязняющих веществ в приливной плотине из рек и ручьев, впадающих в бассейн, поскольку они не могут вытекать в море.
• Опасность для рыб и других морских обитателей, поскольку они застревают в плотине или всасываются через лопасти приливной турбины.

Сводка по приливной энергии

Мы видели, что есть два способа использования энергии в системах производства приливной энергии: первый использует систему приливных заграждений для хранения воды в приливном резервуаре или приливном бассейне за большой стеной или плотиной, а второй использует океанические приливные потоки. и приливные течения под поверхностью моря. Приливная энергия требует больших капиталовложений в плотины, турбины и вспомогательные корабли, но после того, как будет построена «приливная энергетика», генерируемая ею энергия будет по существу бесплатной, а система будет относительно недорогой в эксплуатации.

Затраты на проект, а также поиск подходящего места для приливов делают «приливную энергию» непригодной для мелкомасштабного производства энергии или домашнего производства электроэнергии своими руками. Тем не менее, водяные колеса и приливные турбины были построены и использовались в течение многих лет на берегах небольших приливных бухт, рек и каналов для использования приливов и отливов приливных вод с шлюзовыми воротами и воротами каналов, используемыми для регулирования потока воды. Эти приливные устройства обычно использовались для измельчения кукурузы или производства механической энергии в приливных мельницах.

В следующем руководстве по приливной энергии мы рассмотрим приливные заграждения более подробно, включая их конструкцию и потенциал для генерирования бесплатного и зеленого приливного электричества. Для получения дополнительной информации о «Приливной энергии» и о том, как генерировать собственное электричество с использованием энергии моря, или получить дополнительную информацию о приливной энергии о различных доступных системах приливной энергии, или изучить преимущества и недостатки приливной энергии, нажмите здесь. заказать сегодня на Amazon свой экземпляр об океане, энергии приливов и волн, об энергетической революции, исходящей от моря.

.

Приливная энергия — Совет по энергии океана

Что такое приливная энергия?

Приливная энергия — одна из древнейших форм энергии, используемых людьми. Действительно, приливные мельницы, используемые на испанском, французском и британском побережьях, относятся к 787 году нашей эры. Приливные мельницы состояли из водохранилища, которое заполнялось входящим (паводковым) приливом через шлюз и опорожнялось во время исходящего (отливного) прилива. через водяное колесо. Приливы вращали водяные колеса, производя механическую энергию для измельчения зерна. У нас даже есть один остающийся в Нью-Йорке, который хорошо работал в 20 веке.

Приливная энергия не загрязняет окружающую среду, надежна и предсказуема. Приливные заграждения, подводные приливные турбины — такие же, как ветряные турбины, но приводимые в движение морем — и различные машины, использующие подводные течения, находятся в стадии разработки. В отличие от ветра и волн, приливные течения полностью предсказуемы.

Приливная энергия может использоваться двумя способами:

1. Путем строительства полупроницаемых заграждений через устья рек с высокой амплитудой приливов и отливов.
2. Используя прибрежные приливные течения.

Заграждения позволяют приливным водам заполнять устье через шлюзы и опорожняться через турбины. Приливные течения можно использовать с помощью морских подводных устройств, подобных ветряным турбинам.

В большинстве современных концепций приливов и отливов используется подход плотины с гидравлическими турбинами. Недостатком приливной энергии является ее низкий коэффициент пропускной способности, и она пропускает время пиковой нагрузки из-за 12,5-часового цикла приливов. Общий мировой потенциал океанской приливной энергии оценивается в 64 000 МВт. Приливные вариации 25-30 футов залива Пассамакодди (залив Фанди) имеют потенциал от 800 до 14 000 МВт.

Где хорошие районы для использования приливной энергии?

Диапазон приливов и отливов может варьироваться в широких пределах (4,5–12,4 м) от участка к участку. Для экономичной работы и достаточного напора воды для турбин требуется диапазон приливов не менее 7 м. Хаммерфест

Традиционное производство приливной электроэнергии включает строительство плотины через устье реки, чтобы блокировать входящие и исходящие приливы. Плотина включает шлюз, который открывается, чтобы позволить приливу течь в бассейн; затем шлюз закрывается, и когда уровень моря падает, напор воды (приподнятая вода в бассейне) с использованием традиционной гидроэнергетической технологии приводит в действие турбины для выработки электроэнергии.Заграждения могут быть спроектированы для выработки электроэнергии на стороне отлива или наводнения, или на обоих направлениях.

Диапазон приливов и отливов может варьироваться в широких пределах (4,5–12,4 м) от участка к участку. Для экономичной работы и достаточного напора воды для турбин требуется диапазон приливов не менее 7 м. Установка мощностью 240 МВт эксплуатируется во Франции с 1966 года, 20 МВт в Канаде с 1984 года, а также ряд станций в Китае с 1977 года, общая мощность которых составляет 5 МВт. Для схем приливной энергии характерны низкие коэффициенты мощности, обычно в диапазоне 20-35%.

Воды у тихоокеанского северо-запада идеально подходят для выхода в океан энергии с помощью недавно разработанных подводных турбин. Приливы на северо-западном побережье сильно колеблются, до 12 футов в день. В частности, побережья Аляски, Британской Колумбии и Вашингтона обладают исключительным потенциалом производства энергии. На Атлантическом побережье штат Мэн также является отличным кандидатом. Подводная среда враждебна, поэтому оборудование должно быть надежным.

В настоящее время, хотя технология, необходимая для использования приливной энергии, хорошо известна, приливная энергия стоит дорого, и в эксплуатации находится только одна крупная приливная генерирующая станция.Это 240 мегаватт (1 мегаватт = 1 МВт = 1 миллион ватт) в устье устья реки Ла Ранс на северном побережье Франции (большая угольная или атомная электростанция вырабатывает около 1000 МВт электроэнергии). Электростанция Ла Ранс работает с 1966 года и является очень надежным источником электроэнергии для Франции. Предполагалось, что Ла-Ранс станет одной из многих приливных электростанций во Франции, пока их ядерная программа не была значительно расширена в конце 1960-х годов. В другом месте есть экспериментальная установка мощностью 20 МВт в Аннаполис-Роял в Новой Шотландии, а также установка 0.Приливная электростанция мощностью 4 МВт под Мурманском в России. Великобритания готовит несколько предложений.

Были предприняты исследования для изучения потенциала нескольких других участков приливной энергии по всему миру. Было подсчитано, что плотина через реку Северн в западной Англии может обеспечить до 10% потребности страны в электроэнергии (12 ГВт). Аналогичным образом было обнаружено, что несколько участков в заливе Фанди, заливе Кука на Аляске и в Белом море в России обладают потенциалом для выработки большого количества электроэнергии.

Какое воздействие на окружающую среду?

Приливная энергия — это возобновляемый источник электроэнергии, который не приводит к выбросу газов, вызывающих глобальное потепление или кислотные дожди, связанные с электричеством, производимым ископаемым топливом. Использование приливной энергии может также снизить потребность в ядерной энергии и связанных с ней радиационных рисков. Однако изменение приливных потоков путем перекрытия бухты или устья плотиной может привести к негативным последствиям для водных и прибрежных экосистем, а также для навигации и отдыха.

Несколько исследований, которые были предприняты на сегодняшний день для определения воздействия схемы приливной энергетики на окружающую среду, определили, что каждый конкретный участок отличается, и воздействия сильно зависят от местной географии. Местные приливы изменились лишь незначительно из-за плотины Ла-Ранс, и воздействие на окружающую среду было незначительным, но это может быть не так для всех других участков. Было подсчитано, что в заливе Фанди приливные электростанции могут уменьшить местные приливы на 15 см. Это не кажется большим, если учесть, что естественные колебания, такие как ветер, могут изменить уровень приливов на несколько метров.

Сколько стоит приливная энергия?

Приливная энергия — это форма гидроэлектроэнергии с низким напором, в которой используется знакомое гидроэнергетическое оборудование с низким напором, которое использовалось более 120 лет. Технология, необходимая для приливной энергии, хорошо развита, и основным препятствием для более широкого использования приливов является стоимость строительства. Проект по приливной энергии требует высоких капитальных затрат, возможно, с 10-летним периодом строительства. Следовательно, стоимость электроэнергии очень чувствительна к ставке дисконтирования.

Основными факторами, определяющими рентабельность установки приливной электростанции, являются размер (длина и высота) необходимой плотины и разница в высоте между приливом и отливом. Эти факторы могут быть выражены в так называемом коэффициенте «гибра» сайта. Коэффициент Гибрата — это отношение длины заграждения в метрах к годовому производству энергии в киловатт-часах (1 киловатт-час = 1 кВт-ч = 1000 ватт, использованных в течение 1 часа). Чем меньше коэффициент сайтов Гибрата, тем более желанным будет сайт.Примерами коэффициентов Гибрата являются Ла Ранс на 0,36, Северн на 0,87 и Пассамакводди в заливе Фанди на 0,92.

В морских приливных генераторах

используется знакомое и надежное гидроэлектрическое оборудование с низким напором, традиционные методы морского строительства и стандартные методы передачи энергии. Размещение водохранилища на шельфе вместо использования обычного «заградительного» подхода устраняет экологические и экономические проблемы, которые препятствовали развертыванию промышленных приливных электростанций.

Три проекта (Суонси-Бэй 30 МВт, Файфутс-Пойнт 30 МВт и Северный Уэльс 432 МВт) находятся в разработке в Уэльсе, где приливные интервалы высоки, возобновляемые источники энергии являются сильным приоритетом государственной политики, а рынок электроэнергии дает им конкурентное преимущество. . В. Какие есть устройства для преобразования приливной энергии? Технология, необходимая для преобразования приливной энергии в электричество, очень похожа на технологию, используемую на традиционных гидроэлектростанциях. Первое требование — плотина или «плотина» через приливную бухту или устье.Строительство плотин — дорогостоящий процесс. Следовательно, лучшие приливные участки — это те, где залив имеет узкое отверстие, что сокращает необходимую длину дамбы. В определенных точках вдоль плотины устанавливаются ворота и турбины. Когда имеется достаточная разница в высоте воды по разные стороны плотины, ворота открываются. Этот создаваемый «гидростатический напор» заставляет воду течь через турбины, заставляя электрический генератор производить электричество.

Электроэнергия может вырабатываться за счет воды, текущей как в залив, так и из него.Поскольку каждый день бывает два прилива и два отлива, выработка электроэнергии на приливных электростанциях характеризуется периодами максимальной выработки каждые двенадцать часов, при этом электричество не производится на шестичасовой отметке между ними. В качестве альтернативы, турбины можно использовать в качестве насосов для перекачки дополнительной воды в бассейн за плотиной в периоды низкой потребности в электроэнергии. Эта вода затем может быть выпущена, когда потребность в системе наиболее велика, что позволяет приливной станции функционировать с некоторыми характеристиками гидроэлектростанции с «гидроаккумуляцией».

Какие есть устройства для преобразования приливной энергии?

Технология, необходимая для преобразования приливной энергии в электричество, очень похожа на технологию, используемую на традиционных гидроэлектростанциях. Первое требование — плотина или «плотина» через приливную бухту или устье. Строительство плотин — дорогостоящий процесс. Следовательно, лучшие приливные участки — это те, где залив имеет узкое отверстие, что сокращает необходимую длину дамбы. В определенных точках вдоль плотины устанавливаются ворота и турбины.Когда имеется достаточная разница в высоте воды по разные стороны плотины, ворота открываются. Этот создаваемый «гидростатический напор» заставляет воду течь через турбины, заставляя электрический генератор производить электричество.

Электроэнергия может вырабатываться за счет воды, текущей как в залив, так и из него. Поскольку каждый день бывает два прилива и два отлива, выработка электроэнергии на приливных электростанциях характеризуется периодами максимальной выработки каждые двенадцать часов, при этом электричество не производится на шестичасовой отметке между ними.В качестве альтернативы, турбины можно использовать в качестве насосов для перекачки дополнительной воды в бассейн за плотиной в периоды низкой потребности в электроэнергии. Эта вода затем может быть выпущена, когда потребность в системе наиболее велика, что позволяет приливной станции функционировать с некоторыми характеристиками гидроэлектростанции с «гидроаккумуляцией».

Почему приливная энергия?

Спрос на электричество в электрической сети меняется в зависимости от времени суток. Подача электроэнергии от приливной электростанции никогда не будет соответствовать потребностям системы.Но из-за лунного цикла и силы тяжести приливные течения, хотя и изменчивы, надежны и предсказуемы, и их мощность может внести ценный вклад в электрическую систему, имеющую множество источников. Приливное электричество можно использовать для замещения электричества, которое в противном случае вырабатывалось бы на электростанциях, работающих на ископаемом топливе (уголь, нефть, природный газ), тем самым сокращая выбросы парниковых и кислых газов.

Посмотреть видео, объясняющее приливную энергию:

.

приливная сила | Типы и факты

Приливная энергия , также называемая приливная энергия , любая форма возобновляемой энергии, в которой приливные воздействия в океанах преобразуются в электроэнергию.

Британника исследует

Список дел Земли

Действия человека вызвали обширный каскад экологических проблем, которые теперь угрожают сохранению способности как естественных, так и человеческих систем процветать.Решение критических экологических проблем глобального потепления, нехватки воды, загрязнения и утраты биоразнообразия, возможно, является величайшей задачей 21 века. Мы встанем им навстречу?

Типы

Есть несколько способов использовать приливную силу. Энергетические системы приливных заграждений используют разницу между приливом и отливом, используя «плотину» или тип дамбы, чтобы блокировать отступающую воду во время отливов.Во время отлива вода за плотиной сбрасывается, и вода проходит через турбину, вырабатывающую электричество.

Энергетические системы с приливными потоками используют преимущества океанских течений для привода турбин, особенно в районах вокруг островов или побережий, где эти течения являются быстрыми. Они могут быть установлены в качестве приливных заграждений — там, где турбины протянуты поперек канала — или в качестве приливных турбин, которые напоминают подводные ветряные турбины ( см. ветряная энергия). ( См. Также мощность волны .)

Потенциал выработки электроэнергии

Многие технологии приливной энергии недоступны в промышленном масштабе, и поэтому сегодня приливная энергия составляет ничтожно малую долю мировой энергии. Однако существует большой потенциал для его использования, потому что много полезной энергии содержится в водных потоках. Общая энергия, содержащаяся в приливах по всему миру, составляет 3000 гигаватт (ГВт; миллиард ватт), хотя по оценкам, сколько из этой энергии доступно для выработки энергии с помощью приливных заграждений, составляет от 120 до 400 ГВт, в зависимости от местоположения и потенциала преобразования.Для сравнения: типичная новая угольная электростанция вырабатывает около 550 мегаватт (МВт; миллионов ватт). Хотя в 2016 году общее глобальное потребление электроэнергии приблизилось к 21 000 тераватт-часов (один тераватт [ТВ] = один триллион ватт), эксперты в области энергетики предполагают, что полностью построенные системы приливной энергетики могут удовлетворить большую часть этого спроса в будущем. По оценкам, мощность приливных потоков — которые используют океанические течения для приведения в движение подводных лопастей аналогично ветровой энергии — на мелководье способна генерировать около 3800 тераватт-часов в год.

Получите эксклюзивный доступ к контенту из нашего первого издания 1768 с вашей подпиской.
Подпишитесь сегодня

К началу 21 века некоторые из этих технологий стали коммерчески доступными. Самая большая приливная электростанция в мире — это приливная электростанция на озере Сихва в Южной Корее, которая вырабатывает 254 МВт электроэнергии. Электростанция с приливной плотиной в Ла-Рансе во Франции работает с 1960-х годов и имеет мощность 240 МВт; его типичная мощность составляет 0,5 тераватт-часа в год.На горизонте не за горами рост производства электроэнергии; например, первая фаза проекта MeyGen в Шотландии во Внутреннем проливе произвела в августе 2017 года 700 мегаватт-часов электроэнергии.

Экологические проблемы, поднятые в связи с приливными электростанциями, в основном сосредоточены на системах приливных плотин, которые могут нарушать экосистемы эстуариев во время их строительства и эксплуатации. Ожидается, что приливные ограждения и турбины окажут минимальное воздействие на экосистемы океана. Тем не менее, приливные ограждения могут повредить или убить мигрирующую рыбу, но эти конструкции могут быть спроектированы так, чтобы минимизировать такие эффекты.

Ноэль Экли Селин

Узнайте больше в этих связанных статьях Britannica:

• Атлантический океан: Прочие виды использования

  … полностью действующие установки для преобразования энергии приливов и волн в электричество были установлены в таких точках, как пролив Квал в северной Норвегии, остров Айлей на западе Шотландии, устье реки Северн в Великобритании, залив Фанди в Канаде, и побережье Бретани в…

• турбина: Приливные установки

  … на водохранилище рек, приливная энергия все еще может играть роль, хотя и незначительную, в производстве электроэнергии в ближайшие годы.В районах, где обычно наблюдается высокий прилив, например, в заливе Фанди между Соединенными Штатами и Канадой или вдоль Ла-Манша, может быть вода…

• преобразование энергии: Waterwheels

  Приливной воде было позволено течь в большие пруды, контролируемые сначала через затворные ворота, а затем через откидные клапаны.Как только прилив утих, вода спускалась через шлюзовые ворота и направлялась на колесо. Иногда приливному течению способствовало строительство плотины…

.

Приливная энергия — Простая английская Википедия, бесплатная энциклопедия

Приливная энергия , иногда называемая приливная сила , использует энергию, содержащуюся в движущейся воде при приливах и открытых океанских течениях для гидроэнергетики.

Системы приливной энергии могут извлекать кинетическую энергию (энергию, вызванную движением) из движущейся воды рек, приливов и открытых океанских течений; или потенциальная энергия от разницы в высоте (или головы ) между приливом и отливом.Первый метод — получение энергии из приливных течений — становится все более популярным, потому что люди считают, что он не вредит окружающей среде так сильно, как плотины или плотины. Многие прибрежные участки во всем мире исследуются, чтобы увидеть, можно ли их использовать для производства приливной (текущей) энергии.

Схема лунной части земных приливов (преувеличена)

Как и другие гидроэлектростанции (электричество, получаемое из воды), приливная энергия не вызывает загрязнения и является возобновляемым источником энергии, поскольку приливы вызваны событиями, происходящими в солнечной системе, и поэтому не иссякнут.Приливная энергия имеет большой потенциал для будущего производства электроэнергии и электроэнергии из-за очень большого количества энергии, содержащейся в этих вращательных системах. Приливная энергия надежно предсказуема (в отличие от энергии ветра и солнца). В Европе приливные мельницы используются уже почти 1000 лет, в основном для измельчения зерна. Современные приливные мельницы обеспечивают силу приливных потоков.

Многие вещи влияют на приливы. Притяжение Луны — это самый большой эффект, и большая часть энергии происходит от замедления вращения Земли.

• Бейкер, A.C.1991, Tidal power, Peter Peregrinus Ltd., Лондон.
• Бейкер Г. К., Уилсон Э. М., Миллер Х., Гибсон Р. А. и Болл М., 1980. «Пилотный проект приливной энергии в Аннаполисе», в Waterpower` 79 Proceedings, ed. Anon, Типография правительства США, Вашингтон, стр. 550-559.
• Hammons, T. J. 1993, ‘Tidal power’, Proceedings of the IEEE, [Online], v81, n3, pp 419-433. Доступно по адресу: IEEE / IEEE Xplore. [26 июля 2004 г.].
• Лекомбер Р. 1979, «Оценка проектов приливной энергии», в «Приливная энергия и управление эстуариями», ред.Северн, Р. Т., Динели, Д. Л. и Хокер, Л. Е., Генри Линг Лтд., Дорчестер, стр 31-39.

.