Энергия приливов и отливов где используется

Веками люди размышляли над причиной морских приливов и отливов. Сегодня мы достоверно знаем, что могучее природное явление – ритмичное движение морских вод вызывают силы притяжения Луны и Солнца. Поскольку Солнце находится от Земли в 400 раз дальше, гораздо меньшая масса Луны действует на земные поды вдвое сильнее, чем масса Солнца. Поэтому решающую роль играет прилив, вызванный Луной (лунный прилив). В морских просторах приливы чередуются с отливами теоретически через 6 ч 12 мин 30 с. Если Луна, Солнце и Земля находятся на одной прямой (так называемая сизигия), Солнце своим притяжением усиливает воздействие Луны, и тогда наступает сильный прилив (сизигийный прилив, или большая вода). Когда же Солнце стоит под прямым углом к отрезку Земля-Луна (квадратура), наступает слабый прилив (квадратурный, или малая вода). Сильный и слабый приливы чередуются через семь дней.

Однако истинный ход прилива и отлива весьма сложен. На него влияют особенности движения небесных тел, характер береговой линии, глубина воды, морские течения и ветер.

Самые высокие и сильные приливные волны возникают в мелких и узких заливах или устьях рек, впадающих в моря и океаны. Приливная волна Индийского океана катится против течения Ганга на расстояние 250 км от его устья. Приливная волна Атлантического океана распространяется на 900 км вверх по Амазонке. В закрытых морях, например Черном или Средиземном, возникают малые приливные волны высотой 50-70 см.

Максимально возможная мощность в одном цикле прилив – отлив, т. е. от одного прилива до другого, выражается уравнением

где р – плотность воды, g – ускорение силы тяжести, S – площадь приливного бассейна, R – разность уровней при приливе.

Как видно из (формулы, для использования приливной энергии наиболее подходящими можно считать такие места на морском побережье, где приливы имеют большую амплитуду, а контур и рельеф берега позволяют устроить большие замкнутые «бассейны».

Мощность электростанций в некоторых местах могла бы составить 2–20 МВт.

Первая морская приливная электростанция мощностью 635 кВт была построена в 1913 г. в бухте Ди около Ливерпуля. В 1935 г. приливную электростанцию начали строить в США. Американцы перегородили часть залива Пассамакводи на восточном побережье, истратили 7 млн. долл., но работы пришлось прекратить из-за неудобного для строительства, слишком глубокого и мягкого морского дна, а также из-за того, что построенная неподалеку крупная тепловая электростанция дала более дешевую энергию.

Аргентинские специалисты предлагали использовать очень высокую приливную волну в Магеллановом проливе, по правительство не утвердило дорогостоящий проект.

С 1967 г. в устье реки Ранс во Франции на приливах высотой до 13 метров работает ПЭС мощностью 240 тыс. кВт с годовой отдачей 540 тыс. кВт*ч. Советский инженер Бернштейн разработал удобный способ постройки блоков ПЭС, буксируемых на плаву в нужные места, и рассчитал рентабельную процедуру включения ПЭС в энергосети в часы их максимальной нагрузки потребителями. Его идеи проверены на ПЭС, построенной в 1968 году в Кислой Губе около Мурманска; своей очереди ждет ПЭС на 6 млн. кВт в Мезенском заливе на Баренцевом море.

ПРИЛИВНАЯ ЭНЕРГИЯ

ПРИЛИВНАЯ ЭНЕРГИЯ, энергия морских и ОКЕАНСКИХ приливов, на которой работают приливные электростанции. Этот вид энергии экономически выгоден, если перепад уровней приливов и отливов превышает 4,6 м. Узкий залив или устье реки перегораживается плотиной, и приливный поток создает напор, достаточный для вращения гидротурбины. Завод в Ла Ранее (Северная Франция) работает от приливной электростанции с 1966 г. В 1969 г. маленькая приливная электростанция была построена в Советском Союзе на Белом море. Разработаны особые турбины, которые могут работать при движении воды в обоих направлениях. Однако все эти постройки наносят серьезный вред экологии замкнутого ЭСТУАРИЯ.

Энергию морских приливов можно преобразовать в электричество. Электростанция, работающая на приливной энергии, использует плотину (1), перегораживающую эстуарий или залив. В плотину встроены турбины. Их вращает поток воды в обоих направлениях. Когда прилив поднимается, затворы в плотине остаются закрытыми, пока вода со стороны моря не превысит уровень (2). Тогда затворы открываются (3), и вливающийся приливной поток вращает турбины (4). Когда наступает отлив, процесс повторяется, но теперь затворы закрыты, пока вода в море не спадет ниже уровня, оставшегося в эстуарии (5). Второй способ укрощения энергии моря — электростанции, работающие на энергии волн (6). Ключевое различие в том, что турбину (7) вращает воздух, а не вода. Когда волна ударяется в берег, сила воды (8) выталкивает воздух (9) через лопасти турбины (10). Когда уровень воды спадает, воздух засасывается обратно, и снова вращает лопасти.

Научно-технический энциклопедический словарь .

Смотреть что такое «ПРИЛИВНАЯ ЭНЕРГИЯ» в других словарях:

приливная энергия — энергия приливов — [А.С.Гольдберг. Англо русский энергетический словарь. 2006 г.] Тематики энергетика в целом Синонимы энергия приливов EN tidal energy … Справочник технического переводчика
Энергия волн — Генератор на энергии волн Skizze Энергия волн энергия, переносимая волнами на поверхности океана. Может использоваться для совершения полезной работы генерации электроэнергии, опреснения воды и перекачки воды в резервуары. Энергия… … Википедия
Энергия волн океана — Генератор на энергии волн Skizze Энергия волн океана энергия, переносимая волнами на поверхности океана. Может использоваться для совершения полезной работы генерации электроэнергии, опреснения во … Википедия
Энергия морских волн — Генератор на энергии волн Skizze Энергия волн энергия волн на поверхности океана, используемая для совершения полезной работы генерации электроэнергии, опреснения воды и перекачки воды в резервуары. Энергия волн возобновляемый источник энергии … Википедия
Приливная электростанция — Крупнейшая в Европе приливная электростанция Ля Ранс, Франция … Википедия
Приливная электростанция — (ПЭС) Электростанция, преобразующая энергию морских приливов (См. Приливы) в электрическую. ПЭС использует перепад уровней «полной» и «малой» воды во время прилива и отлива. Перекрыв плотиной залив или устье впадающей с море (океан) реки… … Большая советская энциклопедия
приливная электростанция — (ПЭС), преобразует энергию морских приливов в электрическую. Энергия морских волн значительна, но задача её концентрации для производства электроэнергии технически очень не проста. Действующие в мире ПЭС – в эстуарии р. Ранс (Франция), близ… … Географическая энциклопедия
Возобновляемая энергия — Ветряная мельница Возобновляемая или регенеративная энергия ( Зеленая энергия ) энергия из источников, которые по человеческим масштабам являются неисчерпаемыми. Основной принц … Википедия
РЕСУРСЫ МИРОВОГО ОКЕАНА — к ним относится морская вода (запасы составляют 96,5% всего объема гидросферы, или 1338 млн км3); минеральные ресурсы дна Океана (особенно шельфа нефть, природный газ, твердые ископаемые); энергетические ресурсы (приливная энергия, энергия… … Географическая энциклопедия
Мирового океана ресурсы — все виды ресурсов, заключённые в Мировом океане, добываемые из вод, недр, со дна океанов и морей, а также в прибрежных районах. Мировой океан обладает ценными биологическими ресурсами (рыба, моллюски, ракообразные, китообразные, водоросли). Самой … Географическая энциклопедия

Использование приливных электростанций в системе энергоснабжения

Соломатин, А. С. Использование приливных электростанций в системе энергоснабжения / А. С. Соломатин, А. Г. Мирзоян, А. С. Суруджян. — Текст : непосредственный // Технические науки: теория и практика : материалы III Междунар. науч. конф. (г. Чита, апрель 2016 г.). — Чита : Издательство Молодой ученый, 2016. — С. 85-88. — URL: https://moluch.ru/conf/tech/archive/165/10031/ (дата обращения: 16.03.2024).

В наши дни человечество сталкивается с немалым количеством проблем, требующих незамедлительного решения. Эти проблемы затрагивают все отрасли жизнедеятельности людей. Энергетическая сфера — не исключение. Решение проблем и задач именно этой отрасли является одной из самых важных, т. к. жизнедеятельность человека связана с ней очень тесно. В настоящее время люди используют для получения электроэнергии исчерпаемые природные ресурсы, которые рано или поздно закончатся. Встает вопрос о рационализации использования таких ресурсов как нефть, газ, природный уголь. Запасы этих природных ископаемых ограничены и через несколько десятков лет иссякнут полностью. В связи с этим появляются задачи о разработке и использовании новых источников электроэнергии. Энергетики всего мира ищут ответ на поставленный вопрос. Самым перспективным направлением считается использование неисчерпаемых природных ресурсов, таких как солнце, ветер, энергия приливов, тепло недр земли. В данной статье будет рассмотрен один из таких источников, а точнее, приливные электростанции.

Приливная электростанция — разновидность гидроэлектростанции, работающая за счет энергии приливов и отливов водных масс. Веками люди изучали принцип движения морских приливов и отливов. В результате исследований было выявлено, что эти явления обусловлены гравитационными воздействиями Луны и Солнца. После изучения встала задача об использовании этих явлений с целью получения электроэнергии. И эта задача была решена. В 1913 году ученым из Ливерпуля удалось построить приливную электростанцию, мощность которой составляла 635 кВт. Этот год знаменуется началом развития строительства приливных электростанций.

Принцип работы приливной электростанции заключается в том, что во время прилива вода проходит через турбогенератор, заставляя вращаться его лопасти. Вращаясь, лопасти генератора вырабатывают электроэнергию. Затем вода попадает в специальный бассейн, где находится до отлива. Во время отлива водные массы из бассейна проходя через турбогенератор попадают обратно в море. В это время электроэнергия вырабатывается снова. Турбина такого генератора устроена таким образом, что может вращаться в прямом и обратном направлении. Для устройства такой станции требуется строительство плотины, специального резервуара(бассейна). В связи с этими факторами требуется особый рельеф морского дна, где будет размещена электростанция. Схематичное изображение приливной электростанции приведено на рисунке 1.

Рис. 1. Схема приливной электростанции

Режим работы такой электростанции состоит из 8 циклов. 4 цикла электростанция находится в режиме ожидания приливов и отливов, а 4 цикла находится в рабочем состоянии. Продолжительность приливно-отливных циклов около 4–5 часов. Тогда встает рациональный вопрос о бесперебойности электроснабжения. К сожалению, электростанции такого типа не могут обеспечить этого критерия. В связи с этим, энергетики связывают использование этих электростанций совместно с электростанциями другого типа, например гидроэлектростанциями. Работая в паре с гидроэлектростанцией, приливная станция обеспечивает снижение нагрузки, приходящейся на гидроэлектростанцию. В настоящее время приливные электростанции активно развиваются, постепенно вливаясь в систему энергоснабжения. На рисунке 2 приведен принцип работы приливной электростанции.

Рис. 2. Принцип работы приливной электростанции

Помимо разработки и использования приливных электростанций нельзя упускать из виду вопрос о целесообразности рентабельности такого проекта. Приливные электростанции являются дорогостоящими установками, в связи со строительством дополнительных составляющих станции, таких как плотина и бассейн. Но этим факторам противопоставляется факт низкой себестоимости вырабатываемой электроэнергии, так как получается она за счет лишь движения водных масс. Таким образом, можно сказать, что строительство приливных электростанций целесообразно и актуально, особенно в прибрежных районах страны.

Также нельзя упускать из внимания и экологический аспект, потому как одним из критериев в принятии решения о строительстве такого сооружения как приливная электростанция является безвредность для окружающей среды. В этом аспекте у приливных электростанций есть существенное преимущество над любым другим типом электростанции. Станции приливного типа используют только прилив и отлив водных масс, то есть нет никаких побочных продуктов от производства электроэнергии, таких как газ от сгорания органического топлива, радиоактивных отходов, сажа. Это существенный плюс станции приливного типа. Еще одним преимуществом является безопасность, то есть в случае любого природного катаклизма, человеческой халатности или любых других обстоятельств, худшее, что может произойти со станцией — выход из строя турбогенератора, разрушение плотины, разрушение рабочего блока. Попадание в окружающую среду опасных веществ невозможно.

К преимуществам приливных электростанций стоит отнести:

Экологичность;
Безопасность;
Дешевая себестоимость производимой электроэнергии;
Простота конструкции;

К недостаткам таких станций относятся:

Дороговизна постройки;
Непостоянство энергоснабжения;
Малая вырабатываемая мощность;
Ограниченный ареал размещения;

Тем не менее, приливные электростанции имеют тенденцию развития и внедрения в систему энергоснабжения. На данный момент в мире всего около 10 приливных электростанций. 5 из них находятся в Китае и имеют очень малую мощность. Построены они с целью энергоснабжения малых населенных пунктов. В таблице 1 приведены данные о самых эффективных и крупных приливных электростанциях в мире.

Суммируя все вышесказанное, возникает вопрос о том, почему же, имея ряд преимуществ, приливные электростанции до сих пор не заняли верхние позиции в системе современного энергоснабжения? Ответ заключается в том, что приливные электростанции не могут обеспечить самого главного требования потребителя: непрерывности выработки электроэнергии и достаточной мощности. Если человечество найдет решение этих вопросов, приливные электростанции смогут полностью решить проблему рационализации использования исчерпаемых природных ресурсов и займут лидирующее место в системе энергоснабжения. Таким образом, можно сказать, что электростанции приливного типа являются одним из самых перспективных направлений развития современной энергетики. На рисунке 3 изображена Российская приливная электростанция, расположенная в г. Кислогубск.

Рис. 3. Кислогубская ПЭС

Альтернативные источники энергии. В.Германович., А.Турилин. 2011г.
Приливные электростанции. Бернштейн Л. В. 1987г.

Основные термины (генерируются автоматически): приливная электростанция, электростанция, приливный тип, принцип работы, система энергоснабжения, окружающая среда, отлив, станция.

Использование энергии приливов и отливов

Полная энциклопедия

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*10 24 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 км 2 . Во время прилива в него поступает 184 млн. м 3 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 приливов и отливов где используется