Андрей Смирнов
Время чтения: ~24 мин.
Просмотров: 1

Приливные электростанции плюсы и минусы при строительстве в россии и мире

Полумесячное неравенство.

Этому основному типу вариаций присуща периодичность примерно в 143/4 суток, что связано с вращением Луны вокруг Земли и прохождением ею последовательных фаз, в частности сизигий (новолуний и полнолуний), т.е. моментов, когда Солнце, Земля и Луна располагаются на одной прямой. До сих пор мы касались только приливообразующего воздействия Луны. Гравитационное поле Солнца также действует на приливы, однако, хотя масса Солнца намного больше массы Луны, расстояние от Земли до Солнца настолько превосходит расстояние до Луны, что приливообразующая сила Солнца составляет менее половины приливообразующей силы Луны. Однако, когда Солнце и Луна находятся на одной прямой как по одну сторону от Земли, так и по разные (в новолуние или полнолуние), силы их притяжения складываются, действуя вдоль одной оси, и происходит наложение солнечного прилива на лунный. Подобным же образом притяжение Солнца усиливает отлив, вызванный воздействием Луны. В результате приливы становятся выше, а отливы ниже, чем если бы они были вызваны только притяжением Луны. Такие приливы называются сизигийными.

Когда векторы силы притяжения Солнца и Луны взаимно перпендикулярны (во время квадратур, т.е. когда Луна находится в первой или последней четверти), их приливообразующие силы противодействуют, поскольку прилив, вызванный притяжением Солнца, накладывается на отлив, вызванный Луной. В таких условиях приливы не столь высоки, а отливы – не столь низки, как если бы они были обусловлены только силой притяжения Луны. Такие промежуточные приливы и отливы называются квадратурными. Диапазон отметок полных и малых вод в этом случае сокращается приблизительно в три раза по сравнению с сизигийным приливом. В Атлантическом океане как сизигийные, так и квадратурные приливы обычно запаздывают на сутки по сравнению с соответствующей фазой Луны. В Тихом океане такое запаздывание составляет лишь 5 ч. В портах Нью-Йорк и Сан-Франциско и в Мексиканском заливе сизигийные приливы на 40% выше квадратурных.

Описание

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 гидроаккумулирующая электростанция.

Также гидротурбины для выработки электроэнергии могут устанавливаться на морское судно (SR-2000).

ПЭС используются во Франции, Великобритании, Канаде, Китае, Индии, США и других странах.

В России c 1968 года действует экспериментальная Кислогубская ПЭС в Кислой губе на побережье Баренцева моря. На 2009 год её мощность составляла 1,7 МВт. На этапе проектирования находится Северная ПЭС в губе Долгая-Восточная на Кольском полуострове мощностью 12 МВт. В советское время также были разработаны проекты строительства ПЭС в Мезенской губе (мощность 11 000 МВт) на Белом море, Пенжинской губе и Тугурском заливе (мощностью 8000 МВт) на Охотском море, в настоящее время статус этих проектов неизвестен, за исключением Мезенской ПЭС, включённой в инвестпроект РАО «ЕЭС». Пенжинская ПЭС могла бы стать самой мощной электростанцией в мире — проектная мощность 87 ГВт.

ПЭС «Ля Ранс», построенная в эстуарии реки Ранс (Северная Бретань) имеет самую большую в мире плотину, её длина составляет 800 м. Плотина также служит мостом, по которому проходит высокоскоростная трасса, соединяющая города Сен-Мало и Динард. Мощность станции составляет 240 МВт.

Другие известные станции: южнокорейская Сихвинская ПЭС (мощность 254 МВт), британская СиДжен, канадская ПЭС Аннаполис и норвежская ПЭС Хаммерфест.

Преимуществами ПЭС являются экологичность и низкая себестоимость производства энергии. Недостатками — высокая стоимость строительства и изменяющаяся в течение суток мощность, из-за чего ПЭС может работать только в составе энергосистемы, располагающей достаточной мощностью электростанций других типов.

Существует мнение, что работа приливных электростанций тормозит вращение Земли, что может привести к негативным экологическим последствиям. Однако ввиду колоссальной массы Земли кинетическая энергия её вращения (~1029Дж) настолько велика, что работа приливных станций суммарной мощностью 1000 ГВт будет увеличивать длительность суток лишь на ~10−14 секунды в год, что на 9 порядков меньше (~2⋅10−5 с в год).

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.

4.6.1 Причины возникновения приливов

Приливы
– это результат гравитационного
взаимодействия Земли с Луной и Солнцем.
Приливообразующая сила Луны в данной
точке земной поверхности определяется
как разность местного значения силы
притяжения Луны и центробежной силы от
вращения системы Земля–Луна вокруг
общего центра тяжести.

В
результате на поверхности Земли возникают
приливные колебания уровня в огромных
океанах планеты. Основные периоды этих
колебаний – суточные продолжительностью
около 24 ч и полусуточные – около 12 ч 25
мин.

Во
время приливов и отливов перемещение
водных масс образует приливные течения.
Скорость этих течений в прибрежных
проливах и между островами достигает
примерно 5 м/с.

В
открытом море подъем водной поверхности
во время прилива не превышает 1 м. В
устьях рек, проливах и постепенно
суживающихся заливах приливы достигают
значительно большей величины. Приливы
в заливе Фанди (Атлантическое побережье
Канады), наибольшие в мире, достигают
высоты 17,3 м. В Европе высокие приливы
происходят в устье реки Северн (Англия)
– 14,5 м и на Атлантическом поборежье
Франции – 13,5 м.

В
России наибольшие высоты приливов
наблюдаются в Пенжинской губе (14,5 м) и
Тугурском заливе Охотского моря (10 м),
а также в Мезенском заливе Белого моря
(10 м). На Мурманском побережье Баренцева
моря высота прилива достигает 7,2 м .

На
приливо-отливные явления существенное
влияние оказывает ветер. Если ветер
дует с моря, он нагоняет воду к берегу
и высота прилива увеличивается. При
ветре, дующем с суши, уровень прилива
понижается.

Каждый
год наиболее высокие приливы происходят
тогда, когда Луна и Солнце находятся
почти на одной линии. Их суммарное
гравитационное взаимодействие увеличивает
объем перемещаемой океанской воды.

История изучения и использования приливов

Отлив в заливе Мордвинова. Остров Сахалин. Сбор съедобного рачка «чилима».

Гай Юлий Цезарь в книге «Записки о Галльской войне» (книга 4 гл. 29) связывает необычно высокий прилив у берегов Британии с наступившим новолунием, сообщая что до этого момента связь новолуния с высотой прилива римлянам не была известна.

Хосе де Акоста в своей Истории () собрал доказательства связи отливов и приливов с фазами Луны: он указал, что период приливов, происходящих дважды в сутки, отличается на три четверти часа от солнечных суток, что известна также месячная периодичность приливов, а также добавил новое доказательство: приливы на обоих берегах Панамского перешейка происходят практически одновременно. Хосе де Акоста назвал приливы «одной из замечательных тайн Природы»..

Немецкий астроном Иоганн Кеплер, пришедший на основании своих наблюдений над планетами к идее всемирного тяготения, выдвинул гипотезу о том, что именно гравитация Луны является причиной приливов:

Не зная точного закона всемирного тяготения, Кеплер не смог создать количественную теорию приливов.

Первым количественную теорию приливов создал Ньютон, используя доказанный им закон всемирного тяготения и свои законы механики. Эта теория объяснила, почему и лунные, и солнечные приливы происходят по два раза в сутки. Но теория приливов Ньютона была очень грубой, приблизительной, она не учитывала много факторов. Когда Ньютон попытался с её помощью рассчитать массу Луны, он получил величину, примерно в два раза отличающуюся от современного значения.

В 1740 году Королевская академия наук в Париже объявила конкурс на лучшую теорию приливов. Приз разделили Даниил Бернулли, Леонард Эйлер, Колин Маклорен и Антуан Кавальери.. Каждый из них по-своему улучшил теорию Ньютона (например, Маклорен учёл силу Кориолиса).

В 1799 году Пьер-Симон Лаплас в своей книге «Небесная механика» (именно Лаплас ввёл этот термин) выдвинул совершенно другую математическую теорию приливов, хотя и основанную на ньютоновской механике. Несмотря на то, что теория Лапласа разработана в упрощающем предположении, что океан покрывает ровным слоем всю Землю, эта теория получила результаты, очень близкие к результатам наблюдений и измерений. Позже теорию Лапласа улучшили Уильям Томсон (лорд Кельвин) и Анри Пуанкаре.

В дальнейшем другие авторы уточняли теорию приливов, учитывая наличие материков, форму океанского дна, течения, ветры и т. д.

Отливы играли заметную роль в снабжении прибрежного населения морепродуктами, позволяя собирать на обнажившемся морском дне годную для еды пищу.

Терминология

Малая вода (Бретань, Франция)

Максимальный уровень поверхности воды во время прилива называется полной водой, а минимальный во время отлива — малой водой. В океане, где дно ровное, а суша далеко, полная вода проявляется как два «вздутия» водной поверхности: одно из них находится со стороны Луны, а другое — в противоположном конце земного шара. Также могут присутствовать ещё два меньших по размеру вздутия со стороны, направленной к Солнцу, и противоположной ему. Объяснение этому эффекту можно найти ниже, в разделе физика прилива.

Так как Луна и Солнце перемещаются относительно Земли, вместе с ними перемещаются и водные горбы, образуя прили́вные волны и прили́вные течения. В открытом море приливные течения имеют вращательный характер, а вблизи берегов и в узких заливах и проливах — возвратно-поступательный.

Если бы вся Земля была покрыта водой, мы бы наблюдали два регулярных прилива и отлива ежедневно. Но так как беспрепятственному распространению приливных волн мешают участки суши: острова и континенты, а также из-за действия силы Кориолиса на движущуюся воду, вместо двух приливных волн наблюдается множество маленьких волн, которые медленно (в большинстве случаев с периодом 12 ч 25,2 мин) обегают вокруг точки, называющейся амфидромической, в которой амплитуда прилива равна нулю. Доминирующая компонента прилива (лунный прилив М2) образует на поверхности Мирового океана около десятка амфидромических точек с движением волны по часовой стрелке и примерно столько же — против часовой (см. карту). Всё это делает невозможным предсказание времени прилива только на основе положений Луны и Солнца относительно Земли. Вместо этого используют «ежегодник приливов» — справочное пособие для вычисления времени наступления приливов и их высоты в различных пунктах земного шара. Также используются таблицы приливов, с данными о моментах и высотах малых и полных вод, вычисленными на год вперёд для основных прили́вных по́ртов.

Составляющая прилива M2

Если соединить на карте точки с одинаковыми фазами прилива, мы получим так называемые котидальные линии, радиально расходящиеся из амфидромической точки. Обычно котидальные линии характеризуют положение гребня приливной волны для каждого часа. Фактически котидальные линии отражают скорость распространения приливной волны за 1 час. Карты, на которых представлены линии равных амплитуд и фаз приливных волн, называются котидальными картами.

Высота прилива — разница между высшим уровнем воды при приливе (полная вода) и низшим её уровнем при отливе (малая вода). Высота прилива — величина непостоянная, однако средний её показатель приводится при характеристике каждого участка побережья.

В зависимости от взаимного расположения Луны и Солнца малая и большая приливные волны могут усиливать друг друга. Для таких приливов исторически сложились специальные названия:

  • Квадратурный прилив — наименьший прилив, когда приливообразующие силы Луны и Солнца действуют под прямым углом друг к другу (такое положение светил называется квадратурой).
  • Сизигийный прилив — наибольший прилив, когда приливообразующие силы Луны и Солнца действуют вдоль одного направления (такое положение светил называется сизигией).

Чем меньше или больше прилив, тем меньше или, соответственно, больше отлив.

Общие сведения

Высота приливов в Пенжинской губе составляет 9 м, а в случае сизигийных приливов достигает 12,9 м, что является наивысшим для всего Тихого океана показателем. При площади бассейна 20 530 км² это соответствует ежесуточному проходу 360−530 км³ воды, что в 20−30 раз превышает расход воды в устье крупнейшей реки Земли Амазонки (через устье в сутки пройдет только ~19 км³). Для реализации гидропотенциала бухты разрабатывались два проекта приливных электростанций, каждый из них с различной установленной мощностью и годовой выработкой:

ВариантМоре, макс.прилив, мМощность,ГВтСреднегодовая выработка, млрд кВт·чРазрабатывался в период (гг)
Южный створ11,087,1190-2051972—1996
Северный створ13,421,4501983—1996

В связи с недостатком местных потребителей и энергосистем, существуют предложения дискретной работы электростанции на энергоёмкий потребитель-регулятор, например, производство жидкого водорода, который затем транспортируется к возможным потребителям. Рассматриваются[кем?] также варианты экспорта электроэнергии в страны южной Азии.

Реверсивный водопад

(меняющий направление на противоположное) – это еще одно явление, связанное с приливами на реках. Типичный пример – водопад на р.Сент-Джон (пров. Нью-Брансуик, Канада). Здесь по узкому ущелью вода во время прилива проникает в котловину, расположенную выше уровня малой воды, однако несколько ниже уровня полной воды в этой же теснине. Таким образом, возникает преграда, перетекая через которую вода образует водопад. Во время отлива сток воды устремляется вниз по течению через суженный проход и, преодолевая подводный уступ, образует обычный водопад. Во время прилива проникшая в ущелье крутая волна обрушивается водопадом в вышележащую котловину. Попятное течение продолжается до тех пор, пока уровни воды по обе стороны порога не сравняются и не начнется отлив. Затем опять восстанавливается водопад, обращенный вниз по течению. Средний перепад уровня воды в ущелье составляет ок. 2,7 м, однако при самых высоких приливах высота прямого водопада может превысить 4,8 м, а реверсивного – 3,7 м.

3 Потенциал

Мировой
потенциал энергии приливов и отливов
оценивается в размере около 3000 ГВт.
Эксперты считают, что только 2 % или 60
ГВт может быть использовано для выработки
электроэнергии. В настоящее время
считается экономически целесообразным
выработка электроэнергии за счет
приливов и отливов только в местах с их
амплитудой более 5 м.
В
некоторых регионах использование
энергии приливов и отливов является
достаточно привлекательным, особенно
для береговых областей и в дельтах рек,
где амплитуда приливов и отливов обычно
выше средней. Такие условия обнаружены,
например, в Канаде, где средняя амплитуда
приливов и отливов равняется 10,8 м, а
также в устье реки Северн в Англии, где
средний показатель амплитуды достигает
8,8 м. Крупномасштабные проекты в этих
местах были бы экономически выгодными.
За
последние сорок лет интерес к использованию
энергии приливов и отливов постоянно
возрастал

Первоначально внимание
ученых было сконцентрировано в основном
на устьях рек, где большие объемы воды
с большой скоростью проходят через
узкие каналы. Инженеры считали, что,
блокируя устья рек плотиной и заставляя
воду проходить через турбины, можно
было бы эффективно генерировать
электроэнергию

С технической точки
зрения они были правы. Но большой
экологический вред от таких проектов
был очевиден.

Сегодня
существует три промышленных электростанции,
работающих за счет энергии приливов и
отливов: 240 MВт-ная станция, которая была
построена в устье реки Ла Ранс около
Сен-Мало (Франция) в 1967 г., 1 МВт-ная станция
на Белом море в России, законченная в
1969 г. и 16 MВт-ная станция в Новой Шотландии
(Канада). Проблемы, связанные с окружающей
средой, остановили дальнейшее развитие
технологии, основанной на заграждении
устья реки.

Приливная
станция на реке Ла Ранс
 

Электростанция
на реке Ла Ранс имеет турбины, которые
могут также работать в режиме насосов;
таким образом, установка может
функционировать как насосно-аккумулирующая
станция для выравнивания нагрузки в
сети. Вода, закачиваемая в резервуар в
периоды низкого потребления электроэнергии,
увеличивает напор на турбинах в периоды
пиковой нагрузки в сети. Амплитуда
приливов и отливов в устье реки Ла Ранс
достигает 13,4 м. Ширина дамбы составляет
760 м. При высоком уровне воды дамба
«захватывает» воды Атлантики в
заливе. При низком уровне вода течёт
назад к морю. По пути вода проходит через
24 турбины, соединённые с генераторами
установленной мощностью 240 МВт.
Вырабатываемой электроэнергии достаточно
для энергообеспечения города с населением
в 300 000 человек.
Существуют
два главных фактора, которые определяют
энергетический потенциал: расход воды
за единицу времени и высота падения
воды по вертикали. Верхняя точка, с
которой падает вода — вершина — может
быть естественной благодаря топографическому
местоположению или может быть создана
искусственно посредством строительства
дамб. Этот принцип остается постоянным.
Другой фактор — расход воды — прямой
результат интенсивности, распространения
и продолжительности дождевых осадков.
Он также зависит от прямого парообразования,
испарения, инфильтрации в землю, площади
бассейна реки и грунта. Реки являются
частью процесса круговорота воды в
природе, «управляемого» солнцем.
Вода испаряется с поверхности мирового
океана в атмосферу, затем выпадает в
виде осадков на Землю, после чего
различными наземными и подземными
потоками вновь «возвращается» в
океан.

Мировой
потенциал гидроэнергетики может быть
оценен с помощью суммирования всех
речных стоков, существующих на Земле.
Результаты показывают, что этот суммарный
потенциал, достигающий 50 000 млрд кВт·ч
в год, составляет только четверть от
количества выпадающих в мире осадков,
но превосходит более чем в четыре раза
суммарное годовое производство всех
существующих в мире электростанций.
Основываясь на местных условиях и
состоянии мировых рек, реальный потенциал
мирового водного ресурса находится в
интервале 2 — 3 млрд кВт, что соответствует
годовой выработке энергии в 10 000 — 20 000
млрд кВт·ч (согласно данным ООН за
1992г.). Остаётся важным вопрос: какое
количество этого потенциала мы можем
позволить себе использовать (см. главу
по вопросам, связанным с окружающей
средой)?

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.

Недостатки

Несмотря на большое количество преимуществ, приливные электростанции имеют и свои недостатки. Основными из них являются следующие:

  • Строительство ПЭС требует больших затрат. Несмотря на это эксплуатация и содержание такой электростанции довольно недорогое.
  • Лучшими местами для размещения турбин являются районы с приливно-отливным течением. Как правило, такие районы имеют ненадёжное изрезанное каменистое дно.
  • Черепахи и другие водные обитатели могут запросто погибнуть, если попадут под работающую турбину. К тому же, слишком крупные особи способны вывести устройство из строя.
  • Плотина становится причиной создания водного резервуара вне естественных границ залива, что делает близлежащие воды мутными.
  • Неправильно возведённая приливная электростанция может стать причиной наводнения.
  • Активный период имеет продолжительность всего в 4-5 часов. В течение дня может быть всего 4 цикла, каждый из которых занимает 1-1,5 часа.
  • ПЭС очень медленно окупается, так как работает не очень эффективно.
  • Приливная электростанция занимает часть берега, которая могла бы использоваться для более выгодного туристического бизнеса. Именно поэтому такие электростанции чаще всего возводятся в северных регионах.

Самым главным недостатком всё же является нерегулярность работы приливных электростанций. Несмотря на то что приливы и отливы являются предсказуемыми явлениями, происходят они относительно редко.

Таблицы приливов.

При составлении таблиц приливов используются два основных метода: гармонический и негармонический. Негармонический метод всецело базируется на результатах наблюдений. Кроме того, привлекаются характеристики портовых акваторий и некоторые основные астрономические данные (часовой угол Луны, время ее прохождения через небесный меридиан, фазы, склонения и параллакс). После внесения поправок на перечисленные факторы расчет момента наступления и уровня прилива для любого порта является чисто математической процедурой.

Гармонический метод является отчасти аналитическим, а отчасти основан на данных наблюдений за высотами приливов, проводившихся в течение по меньшей мере одного лунного месяца. Для подтверждения этого типа прогнозов для каждого порта необходимы длительные ряды наблюдений, поскольку за счет таких физических явлений, как инерция и трение, а также сложной конфигурации берегов акватории и особенностей рельефа дна возникают искажения. Поскольку приливо-отливным процессам присуща периодичность, к ним применяется анализ гармонических колебаний. Наблюдаемый прилив рассматривается как результат сложения серии простых составляющих волн прилива, каждая из которых вызвана одной из приливообразующих сил или одним из факторов. Для полного решения используется 37 таких простых составляющих, хотя в некоторых случаях дополнительные компоненты сверх 20 основных пренебрежимо малы. Одновременная подстановка 37 констант в уравнение и собственно его решение осуществляется на компьютере.

Приливы на реках и течения.

Взаимодействие приливов и речных течений хорошо заметно там, где крупные реки впадают в океан. Высота приливов в бухтах, устьях рек и эстуариях может существенно возрастать в результате увеличения стока в маргинальных потоках, особенно во время половодий. Вместе с тем океанические приливы проникают далеко вверх по рекам в виде приливных течений. Например, на р.Гудзон приливная волна заходит на расстояние 210 км от устья. Приливные течения обычно распространяются вверх по реке до труднопреодолимых водопадов или порогов. Во время приливов течения в реках отличаются бóльшими скоростями, чем во время отливов. Максимальные скорости приливных течений достигают 22 км/ч.

Как работает приливная электростанция

Принцип работы приливных электростанций заключается в разнице уровней воды во время приливов и отливов. Для того чтобы система заработала, она должна составлять как минимум 4 метра. В некоторых местах этот показатель достигает 16-18 метров. Чем выше будет перепад высот, тем более высокую мощность сможет развить электростанция.

Выбор места под строительство в первую очередь обусловлен береговым рельефом, представляющим собой своеобразный бассейн в виде закрытой акватории, расположенной в границах суши. Поэтому энергетические объекты чаще всего размещаются в устьях рек или морских заливах.

Режимы действия приливных электростанций:

  • Простой цикл, продолжительностью от 1 до 2 часов – от начала и до конца прилива.
  • Сложный цикл, продолжающийся 4-5 часов и захватывающий полное время прилива и отлива.

Каждый из этих циклов повторяется четыре раза в течение суток. Во время приливов водохранилище станции наполняется водой. Водяные потоки проходят через узкие ниши плотины и создают высокое давление. Под его влиянием лопасти турбинных агрегатов начинают вращаться и генераторы вырабатывают электрический ток. С началом отлива вода покидает бассейн и вновь проходит через плотину, приводя в движение лопасти турбин.

При одинаковом уровне воды в хранилище и открытом море, происходит закрытие впускных клапанов. Когда возникает хотя-бы минимальный перепад, срабатывает автоматика и они открываются.

Мощность приливной электростанции от силы и цикличности приливов, количества и объемов водохранилищ, а также от численности турбин и генераторов, установленных в плотине. Недорогим и перспективным вариантом считается «приливная мельница», не требующая возведения плотины. Вместо турбин здесь используются лопасти огромных размеров – от 10 до 20 метров, опущенные в воду и вращаемые силой приливов-отливов.

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.

Неравенства величин прилива.

Приливо-отливные процессы очень сложны, поэтому, чтобы разобраться в них, необходимо принимать во внимание многие факторы. В любом случае главные особенности будут определяться: 1) стадией развития прилива относительно прохождения Луны; 2) амплитудой прилива и 3) типом приливных колебаний, или формой кривой хода уровня воды

Многочисленные вариации в направлении и величине приливообразующих сил порождают разницу в величинах утренних и вечерних приливов в данном порту, а также между одними и теми же приливами в разных портах. Эти различия называются неравенствами величин прилива.

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.

Солнечное параллактическое неравенство.

Период проявления этого неравенства составляет один год. Его причиной служит изменение расстояния от Земли до Солнца в процессе орбитального движения Земли. Один раз за каждый оборот вокруг Земли Луна находится на кратчайшем от нее расстоянии в перигее. Один раз в год, примерно 2 января, Земля, двигаясь по своей орбите, также достигает точки наибольшего приближения к Солнцу (перигелия). Когда эти два момента наибольшего сближения совпадают, вызывая наибольшую суммарную приливообразующую силу, можно ожидать более высоких уровней приливов и более низких уровней отливов. Подобно этому, если прохождение афелия совпадает с апогеем, возникают менее высокие приливы и менее глубокие отливы.

Виды приливных электростанций

Одна из разновидностей установок представлена генераторами приливного потока (рис. 1). Каждый из них выполнен в виде отдельной установки, извлекающей кинетическую энергию воды во время прилива. Иногда они монтируются на опоры мостов, и в этом случае уже не требуется отдельных установочных конструкций, а водные ресурсы используются более рационально. Такие устройства устанавливаются в проливах и других наиболее удобных местах. Выпускаются в вертикальном или горизонтальном исполнении, открытого типа или с обтекателями.

Динамические приливные электростанции ПЭС (рис. 2) одновременно используют в своей работе кинетическую и потенциальную энергию проходящих волн. Однако данный проект требует возведения плотины прямо в открытом море, а ее средняя протяженность должна быть в пределах 35-55 км. Движение воды будет осуществляться в одном направлении через многочисленные турбины низкого давления.

Существуют также приливно-отливные электростанции (рис. 3), использующие в своей работе потенциальную энергию, образованную разной высотой водного потока во время прилива и отлива. Основным элементом конструкции служит плотина, удерживающая массу воды, поступающей в прилив. В дальнейшем, с наступлением отлива, поток возвращается обратно в море, и эта энергия обеспечивает вращение турбин и выработку генераторами электрического тока.

В определенных условиях строятся приливные электростанции по типу лагуны (рис. 4). Они сооружаются в виде круговых плотин с установленными в них турбинами. Получается замкнутый водоем, напоминающий предыдущий вариант. Основным отличием является полностью искусственное происхождение объекта.

Рейтинг автора
5
Материал подготовил
Максим Иванов
Наш эксперт
Написано статей
129
Ссылка на основную публикацию
Похожие публикации