Приливная энергетика
Приливная энергетика – использование энергии приливов и отливов для выработки электроэнергии. Приливная электростанция (ПЭС) — особый вид гидроэлектростанции, использующий энергию приливов. Приливные электростанции строят на берегах морей, где гравитационные силы Луны и Солнца дважды в сутки изменяют уровень воды. Для получения энергии залив или устье реки перекрывают плотиной, в которой установлены гидроагрегаты, которые могут работать как в режиме генератора, так и в режиме насоса (для перекачки воды в водохранилище для последующей работы в отсутствие приливов и отливов). В последнем случае они называются гидроаккумулирующими электростанциями. Считается экономически целесообразным строительство приливных электростанций в районах с приливными колебаниями уровня моря не менее 4 м. Проектная мощность приливной электростанции зависит от характера прилива в районе строительства станции, от объема и площади приливного бассейна, от числа турбин, установленных в теле плотины. Колебания уровня воды у берега могут достигать 18 метров.
Устройство приливной электростанции.
Классическая ПЭС состоит из плотины, отсекающей от моря залив, и здания с гидроагрегатами. Во время прилива вода перемещается в залив через гидроагрегаты ПЭС, в отлив - обратно, при этом происходит выработка электроэнергии. Для сглаживания суточной неравномерности выработки можно разделить залив дамбами на несколько бассейнов, но на практике такая схема не используется из-за высокой стоимости. В здании ПЭС обычно устанавливают горизонтальные капсульные гидроагрегаты относительно небольшой мощности, аналогичные гидроагрегатам, размещаемым на низконапорных ГЭС. В последнее время введено в опытную эксплуатацию несколько приливных электростанций бесплотинной конструкции. Такие ПЭС очень похожи на ветроустановки, погруженные в воду. Состоят они из металлической башни, к которой прикреплен ротор с лопастями.
Преимущества ПЭС
- использует возобновляемый источник энергии;
- устойчиво работает в энергосистемах с гарантированной постоянной месячной выработкой электроэнергии.
- не загрязняет атмосферу вредными выбросами;
- не приводит к затоплению земель в отличие от гидроэлектростанций, т.к. отсутствует необходимость создания водохранилищ;
-капитальные вложения для сооружения ПЭС не превышают затраты на строительство ГЭС благодаря апробированному в России наплавному способу
-относительно дешевая стоимость производимой электроэнергии.
Недостатки ПЭС
-дороговизна строительства
-можно строить только на берегах морей, океанов
-неравномерность вырабатывания электроэнергии
Экологическая безопасность
Плотины ПЭС биологически проницаемы, что позволяет рыбе беспрепятственно проходить через ПЭС. Ущерб, наносимый ПЭС окружающей среде значительно ниже чем ГЭС. Исследования Полярного института рыбного хозяйства и океанологии подтверждают, что в районе опытно-промышленной Кислогубской ПЭС не было обнаружено погибшей или поврежденной рыбы. К тому же при эксплуатации ПЭС гибнет около 5-10 % планктона - основной кормовой базы рыб, в то время как при работе ГЭС 83-99 %.
Снижение солености воды в бассейне ПЭС, определяющее экологическое состояние морской фауны и льда составляет 0,05-0,07 %, т.е. практически неощутимо. К тому же в бассейне исчезают торосы и предпосылки к их образованию, не наблюдается нажимного действия льда на сооружение.
Размыв дна и движение наносов при строительстве ПЭС полностью стабилизируются в течение первых двух лет эксплуатации. Наплавной способ строительства дает возможность не возводить в створах ПЭС временные строительные базы и не сооружать перемычки, что способствует сохранению окружающей среды в районе ПЭС.
При эксплуатации ПЭС исключен выброс вредных газов, золы, радиоактивных и тепловых отходов. ПЭС не угрожает здоровью человека, а изменения в районе ее эксплуатации имеют минимальный локальный характер.
Приливная энергетика в мире.
Всего в мире существует не более 10 приливных электростанций. Самая крупная из них – французская Ля Ранс, ее установленная мощность составляет 240 МВт. ПЭС находится в устье реки Ранс в области Бретань и сооружена в 1966 году. Перепад высот прилива и отлива там составляет от 12 до 18 метров. На ней работают 24 турбины. На сегодняшний момент наблюдается повышенный интерес к потенциальным возможностям ПЭС. Так, норвежские компании проводят испытания новых революционных подводных (до 20 метров под водой) технологий строительства ПЭС, позволяющих использовать различный уровень перепада высот приливов и отливов (от 3-х до 20 метров), свойственных для водного ландшафта прибрежной Норвегии. В 2003 году компанией Hammerfest Strøm был введен в действие проект в Хаммерфесте. Построенная ПЭС представляет собой систему придонных мельниц и снабжает электричеством 15-20 домов в ближайших прибрежных районах. В планах компании расширить объем производства и поставлять электричество для всего города Хаммерфест.
Другая норвежская фирма Statkraft проводит испытание концепта, основанного на плавающей подводной якорной металлической конструкции. Четыре турбины которой с диаметром роторов в 22 метра проводятся в действие силой прилива. На испытательный срок в два года она будет помещена в близи побережья Квалсюндет. Конструкция имеет ряд положительных черт: легка в обслуживании, при необходимости может легко транспортироваться к береговым терминалам
Приливная электростанция Shihwa частично начала функционировать в начале августа 2011 – тогда были запущены шесть из десяти ее генераторов. Остальные генераторы, как ожидается, начнут работать в декабре этого года. После полного запуска в эксплуатацию мощность сеульской электростанции составит 254 МВт. Электроэнергии, которую она будет вырабатывать, будет достаточно для обеспечения города с населением в 500 тыс. человек.
Приливная энергетика в России.
В 1968 г. на побережье Баренцева моря в Кислой губе сооружена первая в России опытно-промышленная ПЭС с мощностью 1,7МВт.
Вывод.
Перспективы развития приливной энергетики.
Общий потенциал приливной энергии мирового океана оценивается в 800 ГВт. Такое количество энергии может обеспечить до 15% мирового энергопотребления.В России есть большие возможности для строительства приливных станций. В Европейской части и на Дальнем Востоке нашей страны от энергии прилива может быть получено более 120 ГВт мощности.
В России разработаны следующие проекты ПЭС: Тугурская ПЭС мощностью 8 ГВт и Пенжинская ПЭС мощностью 22 ГВт на Охотском море. Эти станции смогут обеспечивать электроэнергией Дальневосточный регион России. На Белом море проектируется Мезенская ПЭС мощностью 8 ГВт. Она будет обеспечивать электроэнергией потребителей Европейской части РФ.
Британская компания Neptune Renewable Energy (NREL) не так давно объявила о новой разработке генератора приливной энергии, получившей название Proteus. 150-тонный генератор стоимостью 1 миллион фунтов стерлингов называют настоящим прорывом в приливной энергетике.
Сконструированный с применением новейших технологий генератор имеет стальной корпус, турбину и плавучие камеры. Такая конструкция позволяет с одинаковой эффективностью функционировать и во время приливов, и во время отливов. Устройство представляет собой вертикальную турбину с поперечным течением, установленную внутри симметричного распылителя , который с большим коэффициентом полезности преобразовывает приливную энергию в электрическую. Устанавливать генератор лучше в устьях рек, где течение наиболее сильное. Для первой проверки системы Proteus было выбрано устье реки Хамбер, поскольку с учетом глубины и потока воды во время прилива, оно считается одним из лучших мест на Британских островах для производства энергии. Как ожидается, первый Neptune Proteus будет генерировать, по меньшей мере, 1 ГВт электроэнергии.
Conclusion.
Prospects for development of tidal energy.
The total potential energy of tidal ocean is estimated at 800 GW. This amount of energy can provide 15% of world energy consumption.
There are great opportunities for the construction of the tidal stations in Russia. More than 120 GW of power may be obtained from the energy of the tide in the European and Far East of our country.
The following projects of tidal power station were developed in Russia: Tugursky TPS with a capacity 8 GW and Penzhinskaya TPS with a capacity 22 GW on the Sea of Okhotsk. This stations will provide electricity for the Far East region of Russia. Mesen TPS with a capacity 8 GW are projected on the White Sea. It will provide electricity to consumers of the European part of Russia.
The British company Neptune Renewable Energy (NREL) has recently announced a new development of tidal energy generator, which called Proteus. The generator is called a real breakthrough in tidal energy. It is worth 1 million pounds and weighs 150 tons.
Designed with the latest technology generator has a steel hull, turbine and floating chamber. Such construction allows to operate with equal efficiency at high tide and at low tide. The device is a vertical cross-flow turbine, installed in a symmetrical spray, which has high coefficient of utility converts tidal energy into electricity. It is better to set generator in the estuaries, where stream is strongest. Estuary of the Humber River were chosen for the first testing of Proteus system, because it is considered one of the best place in the British Isles for energy production with taking into account the depth and the flow of water at high tide. They expect that the first Neptune Proteus will generate at least 1 GW of electric power.