В каких странах используется энергия приливов и отливов? Энергия отливов и приливов плюсы и минусы

В каких странах используется энергия приливов и отливов?

Новости и общество 21 января 2017

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.

энергия приливов и отливов

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.

энергия морских приливов и отливов

Видео по теме

Проблемы использования энергии приливов и отливов

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).

альтернативные источники энергии приливы и отливы

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:

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.
Надежность. Приливные электростанции устойчиво работают как в стандартном режиме, так и на пиковых нагрузках.
Низкая стоимость энергии. По сравнению с электростанциями других типов, ПЭС отличается низкой себестоимостью энергии, что подтвердили реальные результаты эксплуатации.
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.

использование энергии приливов и отливов

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.

страны использующие энергию приливов и отливов

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.

энергия приливов и отливов плюсы и минусы

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.

Источник: fb.ru

Комментарии

Идёт загрузка...

Использование энергии приливов и отливов

Многим известно изречение великого русского химика Дмитрия Ивановича Менделеева: «Сжигать нефть – это все равно, что топить ассигнациями». Необходимо развитие альтернативных источников энергии.

Нефть – ценнейший источник углеводородов, основного сырья для получения полимеров, а полимеры – это пластик, углеволокно, пластмассы, синтетические ткани, органические жидкости. Оглянитесь вокруг, все, что вас окружает, за исключением немногих вкраплений дерева, металла и стекла, сделано из нефти и угля. Тем не менее, нефть, уголь и газ продолжают гореть, буквально вылетают в трубу накопленные за миллиарды лет невосполнимые запасы углеводородов.

Приливные электростанции вдоль берега

Разумеется, продолжаться бесконечно такая ситуация не может, проще сегодня найти альтернативные источники энергии, чем завтра (когда «жареный петух клюнет») искать альтернативные источники полимеров. Одним из источников неисчерпаемой по человеческим меркам (восполняемой, даровой) энергии является энергия приливов и отливов.

От чего бывают приливы и отливы

Причиной приливов и отливов является сила притяжения небесных соседей Земли – Луны и (в меньшей степени) Солнца. Вернее, не притяжение само по себе, а так называемый гравитационный градиент, разница в притяжении Луны и Солнца, которые испытывает центр Земли и ее поверхность. Как известно, притяжение убывает пропорционально квадрату расстояния, а радиус Земли примерно равен 6000 км, таким образом, разные по глубине слои земли испытывают притяжение разной силы. И хотя отличия силы притяжения составляет малые доли процента, когда речь идет о массах в триллионы тонн, рождающиеся силы поистине колоссальны.

В соответствии с одной из теорий, гипотетическая планета Фаэтон, чья орбита находилась за орбитой Юпитера, была попросту разорвана на куски приливными силами, порождаемыми притяжением гиганта-Юпитера. К счастью, наша соседка Луна несоизмеримо меньше главы планетарного Олимпа, а сам Юпитер, как и Солнце, находятся от нас достаточно далеко, поэтому подобные катастрофы Земле не грозят.

Влияние Луны и Солнца на Землю

Следует заметить, что приливы испытывает не только Мировой Океан, но и «земная твердь» — литосфера, и «Пятый Океан» — газовая оболочка Земли. Вызванные приливными силами колебания земной поверхности могут быть заметны только вооруженным точными приборами сейсмологам, зато приливные волны воздушного океана достигают высоты в десятки, а иногда и в сотню километров. Так орбита американской орбитальной станции Skylab была дестабилизирована аномальной атмосферной приливной волной, что привело к эвакуации астронавтов, отмене планировавшихся миссий и досрочному сходу станции с орбиты.

Но, так как мы находимся на самом дне воздушного океана, единственный заметный для нас и годный для практического использования вид приливно-отливной активности – это морские приливы и отливы. Амплитуда морских приливов и отливов зависит от множества факторов, в том числе от порождаемых вращением Земли кориолисовых сил, но существенно влияющими факторами является притяжение Луны, притяжения Солнца и рельеф берега. Регулярные циклические изменения высоты приливов и отливов возникают из-за изменений взаимного расположения Солнца, Луны и Земли.

Что влияет на высоту волн

Чтобы лучше понять механизм этих взаимодействий, представим себе механизм гигантских часов, где ось – Земля, одна стрелка – линия Земля-Луна, а другая – линия Земля-Солнце. Когда стрелки накладываются одна на другую (на часах полдень, полшестого и т.д.) прилив максимальный, Луна и Солнце «тянут за бороду старика Нептуна» в одну сторону. Такой прилив называют сизигийным.

На первый взгляд может показаться, что минимальный прилив должен быть, когда стрелки наших воображаемых часов находятся в противофазе (шесть часов, полпервого и т.д.) и светила «работают» друг против друга, но на самом деле это не так. Происходящие одновременно солнечный прилив и лунный отлив (или наоборот) вступают во взаимный резонанс, усиливая друг друга.

На самом деле минимальные приливы и отливы случаются, когда космические стрелки находятся под прямым углом (три часа, без четверти шесть и т.д.). Такие приливы называются квадратурными.

Принцип возникновения приливов и отливов

Конечно такая модель упрощенная, для полноты картины добавим в модель объем: представим себе, что стрелки вращаются в разных плоскостях, причем и плоскости их вращения постоянно смещаются друг относительно друга. Когда стрелки лежат на одной линии, да еще и сходятся на пересечении плоскостей, вот тогда и бывают самые заметные, пиковые максимумы приливно-отливной амплитуды, накатывают на берег и поднимаются по устьям рек самые высокие приливные волны, о которых речь далее.

Еще одним из упоминавшихся выше важнейших факторов влияния на амплитуду приливов и отливов, является рельеф берега. Приливно-отливная амплитуда многократно усиливается там, где берег имеет вид обращенной широкой горловиной к морю воронки. В таком случае, берег служит линзой концентрирующей энергию прилива. Если входная горловина такой воронки-линзы имеет ширину в сотни километров, а у берега она сужается до десятков, а то и вообще до считанных километров, да еще и снизу массу приливающей воды подпирает отмель, то формируются огромные приливные волны высотой в 10-20, а кое-где в 30 и более метров. Механизм формирования приливных волн во многом схож с формированием сейсмических волн цунами, поэтому последние также иногда называют приливными волнами, но это очевидно ошибочно.

Если в «фокусе» приливной линзы находится устье реки, а обычно подобные воронкообразные заливы (эстуарии) как раз и образуются в устьях рек, то приливная волна может подниматься на сотни километров вверх против течения реки. Такая волна в русле реки называется «бор». Рекордных высот (до 9 м) бор достигает в русле китайской реки Фучунцзян, скорость его движения превышает 40 км/ч.

Как использовать энергию приливов и отливов

Мысли об использовании столь огромных количеств энергии посещали людей достаточно давно. Упоминание полезного использования приливов и отливов встречаются в произведениях Жюля Верна, Герберта Уэллса и Александра Беляева. На практике использование энергии приливов осуществляется за счет преобразования кинетической энергии движения воды в энергию электрическую с помощью приливных электростанций.

Приливная электростанция (или приливная гидроэлектростанция) – разновидность электростанций, по конструкции близкая к электростанциям, устанавливаемым на реках. Так как сила притяжения Луны и Солнца – постоянные величины, на выбор места строительства электростанции влияют особенности рельефа берега, способствующие формированию наибольшей приливно-отливной амплитуды. При строительстве плотиной перегораживают устье реки или достаточно узкий залив, и устанавливают гидравлические турбины, вырабатывающую электроэнергию за счет энергии потока движущейся воды.

В СССР и России строительством приливных электростанций всерьез не занимались, основным способом использования даровой энергии движения воды были ГЭС на реках. В 1967 году была построена экспериментальная приливная электростанция на берегу Баренцева моря мощностью всего 1,7 МВт. Мощность речных ГЭС, как правило, выше на порядок, а крупнейшие речные ГЭС имеют мощность, исчисляемую десятками гигаватт.

Существовал ряд проектов строительства сети гигантских приливных электростанций с планируемой мощностью выработки в тысячи МВт, одна из них, Пенжинская приливная электростанция должна была стать мощнейшей электростанцией в мире (не только среди гидравлических), ее мощность должна была достигать 90 ГВт. К сожалению, кризис позднего СССР и последующий его распад помешал осуществлению этих проектов.

За рубежом строительство приливных электростанций ведется более активно. Так мощнейшая в Европе приливная электростанция «Ля Франс» (240 МВт) примечательна самой длинной в мире плотиной. Длина плотины ПЭС «ЛяФранс», являющейся одновременно мостом, соединяющим скоростной магистралью два берега реки Ранс, составляет более 800 метров. А крупнейшая в мире приливная электростанция находится в Южной Корее в искусственном заливе Сихва-Хо (Озеро Сихва). Ее мощность составляет 253 МВт.

Главный недостаток приливных электростанций — невозможность их непрерывной работы, что связано с циклическим характером приливов и отливов. Применение приливных электростанций рассматривается, прежде всего, в рамках общей энергосистемы, в качестве аккумулирующих или резервных электростанций, осуществляющих накопление энергии и выброс ее в момент пика потребления.

Приливные электростанции – один из самых востребованных способов использования восполняемых источников энергии, имеющий широкие перспективы развития.

energomir.biz

Использование энергии приливов и отливов

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.

Приливные электростанции

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.

www.polnaja-jenciklopedija.ru

В каких странах используется энергия приливов и отливов?