Использование энергии морских приливов и отливов

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

Источник альтернативной энергетики

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

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

Принцип работы ПЭС:

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

Приливные электростанции зависят от:

• гравитационных сил Луны и Солнца;
• рельефа местности;
• суточных приливов.

Технология получения приливной энергии

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

Приливную энергию получают с помощью:

• генератора приливного потока;
• приливных плотин.

Генератор приливного потока

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

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

Виды турбин:

• открытые;
• с обтеканием лопастей;
• горизонтальные;
• вертикальные.

Приливная плотина

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

Плюсы применения

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

Достоинства:

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

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

Проблемы использования энергии приливов и отливов

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

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

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

Использование приливной энергии в мире

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

Приливные ПЭС:

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

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

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

Перспективы развития приливной энергетики

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

Страны, в которых разрабатывают проекты:

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

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

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

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

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

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