Приливные гэс: Энергия морских приливов — Bellona.ru

Содержание

Принцип работы приливной электростанции, ее плюсы и минусы.

В течение многих веков люди размышляли над природой океанских приливов и отливов. Сегодня хорошо известно, что этому грандиозному явлению природы, а именно, ритмичному движению морских вод, способствуют силы гравитации Солнца и Луны. Дважды в сутки Солнце и Луна силой тяготения заставляют морскую воду то наступать на берег, то отходить назад. Это явление известно людям с давних времен, однако использовать его с целью получения энергии человечество научилось лишь недавно.
Первую приливную электростанцию построили в 1913 г. вблизи Ливерпуля в бухте Ди, ее мощность достигала 635 кВт. В США первую приливную электростанцию возвели в 1935 году. Для этого была перегорожена часть залива Пассамакводи в восточной части побережья Америки, но работы не были закончены из-за неподходящего морского грунта, он оказался слишком мягким.
Ученые подсчитали, что для хорошей работы электростанции необходимо, чтобы перепад уровней между отливом и приливом составлял более четырех метров. Таким образом с увеличением разницы высот воды увеличивается эффективность работы приливной электростанции. Наиболее подходящим местом для использования энергии приливов необходимо считать такое место на морском побережье, где приливы обычно имеют наибольшую амплитуду, а береговой рельеф позволяет создать большой замкнутый «бассейн».
Хорошим местом для постройки приливной электростанции является узкий морской залив, который отсекается плотиной от океана. В отверстиях плотины размещаются гидротурбины с генераторами. Генератор и турбина заключены в обтекаемую капсулу, которая очень удобна в использовании. Главным достоинством таких капсульных агрегатов является их универсальность. Они способны не только вырабатывать электрическую энергию при движении через них морской воды, но и выполнять функции насосов. При этом производство электроэнергии происходит как в период прилива, так и в период отлива.

Принцип работы ПЭС


Режим работы приливной электростанции обычно состоит из нескольких циклов. Четыре цикла, это простой, по 1-2 часа, периоды начала прилива и его окончания. Затем четыре рабочих цикла продолжительностью по 4-5 часов, периоды прилива или отлива, действующих в полную силу. В ходе прилива водой наполняется бассейн приливной электростанции. Движение воды вращает колеса капсульных агрегатов, и электростанция вырабатывает ток. Во время отлива вода, уходя из бассейна в океан, опять вращает рабочие колеса, теперь в обратную сторону. И вновь электростанция снова производит электрический ток, потому что рабочий агрегат обеспечивает одинаково хорошую работу при вращении колеса в любую из сторон. В промежутках между приливом и отливом движение колес останавливается. Какой же выход из этого положения? Чтобы не было перебоев, энергетики связывают приливную электростанцию с другими станциями. Это могут быть, например, тепловые или атомные электростанции. Получившееся энергетическое кольцо помогает во время пауз переложить нагрузку на соседей по кольцу.

Пример суточного режима работы приливной электростанции


В последние годы приливная энергетика получила дальнейшее развитие. Она пополняется принципиально новыми типами приливных электростанций. Главным их отличием является отсутствие дорогой плотины. Вместо компактных турбин электрогенераторы приводятся в движение крупными лопастями диаметром от 10 до 20 метров. Такие электростанции больше всего напоминают ветряные электростанции, опущенные в воду.
К недостаткам традиционных приливных электростанций можно отнести их высокую стоимость. Она в 2,5 раза превышает стоимость гидроэлектростанций аналогичной мощности. Однако к преимуществам ПЭС можно отнести ее экологичность и низкую себестоимость производства энергии.
Так, приливная электростанция, построенная в декабре 2011 года в Южной Корее, мощностью 254 МВт, способна обеспечить электрической энергией город, число жителей которого составляет 500 тысяч человек. С ее помощью Южная Корея сможет экономить более 860 тыс. баррелей нефти в год. Однако намерения Южной Кореи идут дальше, и она не собирается останавливаться на достигнутом. В планах на 2014 г. намечено запустить в эксплуатацию приливную электростанцию мощностью 812 МВт.

Приливная электростанция на реке Ранс (Франция)

Кислогубская приливная электростанция (Россия)


Эксперты из организации Greenpeace сделали вывод, что ресурсы приливной энергии в мире таковы, что при их использовании можно получить такое количество энергии, которое превысит современные потребности человечества в электроэнергии в 5 тысяч раз.

Использование приливных электростанций в системе энергоснабжения

Библиографическое описание:

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: 19.05.2021).



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:

  1. Экологичность;
  2. Безопасность;
  3. Дешевая себестоимость производимой электроэнергии;
  4. Простота конструкции;

К недостаткам таких станций относятся:

  1. Дороговизна постройки;
  2. Непостоянство энергоснабжения;
  3. Малая вырабатываемая мощность;
  4. 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.

Таблица 1

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

Литература:

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

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

Похожие статьи

Приливные электростанции | Статья в журнале «Молодой ученый»

Станции приливного типа используют только прилив и отлив водных масс, то есть нет никаких побочных продуктов от производства. ..

Использование приливных электростанций в системе... Приливная электростанция — разновидность гидроэлектростанции, работающая...

Электроэнергетика океана | Статья в журнале «Молодой ученый»

Энергия прилива | Статья в сборнике международной научной... возобновляемый источник энергии, энергия приливов, использование энергии приливов, приливная энергия, окружающая среда, электростанция, Россия, альтернативная энергетика...

Энергия

прилива | Статья в сборнике международной научной...

Целью данной работы является изучение перспектив использования энергии прилива. Энергия приливов и отливов является одной из

Она пополняется принципиально новыми типами приливных электростанций. Главным их отличием является отсутствие дорогой плотины.

Гидроэлектроэнергия | Статья в журнале «Молодой ученый»

В общем, можно сказать, что, хотя сами гидроэлектростанции не загрязняют окружающую среду, они ухудшают состояние природной

Приливные электростанции | Статья в журнале «Молодой ученый». Страны в Европе, не имеющие выход к морю, знают о морских приливах...

Электростанции и их роль в системе энергообеспечения

Перспективным видом электростанций являются приливные электростанции, которые используют энергию

ядерная энергетика, атомная энергетика, окружающая среда, реактор, АЭС, Япония, США, энергетическая безопасность, атомная энергия, ядерная безопасность.

О преимуществах и недостатках ветроэлектростанций

Использование приливных электростанций в системе... Приливная электростанция — разновидность гидроэлектростанции, работающая за счет энергии приливов и отливов водных масс.

Энергетика будущего | Энергия

приливов и отливов.

Этот вид энергии имеет большие преимущества перед другими видами, поскольку он относительно дешевый и практически безвреден для окружающей среды.

Приливная электростанция (ПЭС) — особый вид гидроэлектростанции, использующий энергию приливов. ..

Электростанции, использующие энергию волн | Статья в журнале...

Мощность волны прилива в одном цикле прилив-отлив определяется уравнением: P=ρgFH²/2t.

Определяющим же недостатком приливных электростанций представляется невозможность их непрерывной работы, связанное с циклическим характером приливов и...

Источник радиантной энергии или электричество из воздуха

Энергия прилива | Статья в сборнике международной научной... возобновляемый источник энергии, энергия приливов, использование энергии приливов, приливная энергия, окружающая среда, электростанция, Россия, альтернативная энергетика. ..

Ватт из трубы

Разговоры о строительстве малой ГЭС в селе Лопухово, Тячевского района на Закарпатье, шли давно.

Фото МГЭС на Закарпатье

Разговоры о строительстве малой ГЭС в селе Лопухово, Тячевского района на Закарпатье, шли давно. Только вот убедить ее жителей согласиться на соседство с гидростанцией никак не удавалось. Трем потенциальным инвесторам было отказано. У администрации не вызвали доверия их обещания, а лопуховчане опасались пересыхания колодцев, снижения количества рыбы в реке Брустурянка, да и свежи были воспоминания о наводнениях 1998 и 2001 годов, когда село серьезно пострадало, а в низинной его части водный поток снес несколько десятков домов. Жители села переживали, что строительство гидростанции только усугубит их возможные неприятности.

Договориться удалось группе энергетических компаний "РЕНЕР", которые смогли предложить лопуховчанам решение их проблем. С "социалки" и начали подготовку к строительству. Еще в 2013 году, на этапе подготовки необходимой документации, закупили мебель для детсада, трактор для расчистки улиц от снега. В нынешнем году достроили общеобразовательную школу-сад, а для учащихся приобрели телевизоры, синтезатор, столы для игры в настольный теннис и многое другое. Речь идет о сотнях тысяч гривен.

К тому же не первый год, по весне, вместе с экологами региона "РЕНЕР" проводит кампанию по зарыбливанию закарпатских рек. К акции привлекается и местная детвора. Несколько десятков тысяч мальков родниковой форели прямо из детских ладошек выпускают в прозрачные быстрые воды горных речек. Только Брустурянка пополнилась в этом году на 5 000 особей. 

Строительство объекта начали с углубления и расчистки русла, на очереди построение плотины, старую плотину и водозаборный шлюз, оставшиеся в наследство от Брустрянской ГЭС 40-х годов, демонтировали: неподвижные монолиты мешали проходу воды. Теперь шлюз будет подвижный, а очистка воды от мусора и листьев предполагается автоматическая. Трубу, в которую загонят часть потока, уже заказали металлопластиковую, чтобы она не подвергалась действию коррозии, и провести ее намереваются под землей, чтобы не портила неповторимый закарпатский пейзаж. Скоро приступят к строительству рыбохода, по которому рыба сможет свободно перемещаться в оба направления. А сдача объекта предусматривается летом следующего года. Этот пример один из немногих, где инвестору удалось найти общий язык с местной громадой. И сегодня, на третий год после сотрудничества, Михаил Фицай, сельский голова, удовлетворен ходом работ.

Инвесторы были готовы идти навстречу требованиям, выдвигаемым к проекту. При строительстве современной плотины учли возможную опасность подтопления при неблагоприятных погодных условиях. В договоре даже отдельным пунктом прописано, что в случае стихийного бедствия компания обязуется ликвидировать последствия стихии за свой счет.

Все аспекты проработаны до мелочей при непосредственном участии итальянских специалистов, реализовавшие наилучшим образом "зеленые" объекты у себя на родине.     

"Поначалу я крайне скептически относился к идее возведения ГЭС в нашем регионе", - признается Михаил Фицай. Однако после посещения лучших объектов гидроэнергетики в Европе, где на небольших участках горных территорий с развитым туризмом могут прекрасно соседствовать сотни ГЭС, он поверил в возможности Закарпатья.

Равнение на идеал

Фото МГЭС в Южном Тироле

Южный Тироль имеет более чем вековой опыт возведения ГЭС. Итальянцы научились не только извлекать максимум выгоды из природных даров, но и делать промышленные объекты совершенно незаметными и минимизировать их негативное воздействие на окружающую среду. МГЭС можно, например, замаскировать, под холм, а трубу, в которую отводится часть речного потока при деривационном типе ГЭС, провести под землей, при этом сделать очистку воды от мусора, чтобы она по возвращении в русло была чище, чем до отвода. 

Также в Европе особый подход к планированию строительства. Планируют не ГЭС, а всю территорию и отведение соответствующих участков под такую застройку. Затем план проходит стратегическую экологическую оценку: как мероприятия по возведению ГЭС повлияют на окружающую среду. Затем планируется непосредственно строительство ГЭС с учетом бассейнового подхода, когда рассматривается не только влияние одной ГЭС на небольшой участок реки или прибрежное поселение, но и совокупное влияние всех запланированных и существующих ГЭС на весь речной бассейн. И лишь тогда принимается решение о возможности строительства конкретной ГЭС на конкретном участке.

Отечественный опыт

Сегодня малая гидроэнергетика в нашей стране, строительный бум которой пришелся на первую половину 20 века, похоже, снова входит в активную фазу. В 50-х годах прошлого века у нас насчитывалось около тысячи гидроэлектростанций, многие из которых были закрыты во второй половине 20 века, когда идея централизации энергообеспечения страны стала доминирующей. 

Советское наследство оставило нам сотни разрушенных плотин, многие из которых, однако, подлежат восстановлению, и после принятия в 2009 году закон о "зеленом" тарифе сделал бизнес на малой гидроэнергетике привлекательным. Удельные капиталовложения на строительство новой станции на 1 кВт установленной мощности могут достигать по разным оценкам от 2300 до 5000 евро, стоимость реконструкции и модернизации действующих малых ГЭС составит от 1000 евро/кВт. Для сравнения, для солнечной электростанции этот показатель составляет €1100–2000 за 1 кВт, а для ветрогенератора стоимость ввода составляет €1600 за 1 кВт.  Стоит отметить, что малые ГЭС обладают меньшей себестоимостью выработки электроэнергии, чем "традиционные" атомные и тепловые станции, и считаются более эффективными по сравнению с ветро- и солнечными электростанциями по соотношению вложенных средств к количеству полученной электроэнергии. Для электроэнергии, произведенной МГЭС, "зеленый" тариф устанавливается в размере 0,175 €/кВт·ч для микро-ГЭС, 0,14€/кВт·ч для мини-ГЭС, 0,105 €/кВт·ч для малых ГЭС.

Правда, похвастать быстрыми сроками ввода объекта в эксплуатацию малой гидроэнергетике не получится. Восстановление недействующей малой ГЭС займет в среднем 2 года, а на получение всех разрешений, экспертных заключений и возведения объекта "с нуля" уйдет от двух до шести лет. Возврата вложенных средств придется ждать около десяти лет, но уже потом производить дешевую электроэнергию можно будет еще следующие лет 70, ведь затраты на техническое обслуживание станции совсем небольшие.

Строительство малых ГЭС в Украине на каждом этапе встречает ряд препятствий. "Если говорить о реализации проекта "с нуля", то это, конечно, невероятно сложная процедура отвода земли, которая иногда занимает до пяти лет. К тому же, в Украине очень слабая проектная база, найти качественную проектную компанию крайне сложно. И чтобы проект соответствовал не только высоким экологическим, но и  технологическим стандартам,  заказчик вынужден искать проектировщиков  в западных странах, что, в свою очередь, сопряжено с высокими затратами исключительно на  проектную часть", - рассказывает Юлия Листровая, исполнительный директор ООО "Гидроинжиниринг". Еще одним сложным препятствием является нежелание местного населения менять что-либо у себя в городе или селе. В Ивано-Франковской и Закарпатской областях люди часто в штыки воспринимают изменения и до последнего протестуют.

А когда компания приступает непосредственно к реализации проекта – появляется много завышенных требований от различных служб. Например, помимо предоставления отчета ОВОС экологи требуют дополнительно провести изыскания по влиянию строительства на местную флору и фауну, привлекая при этом независимых специалистов из ведущих украинских ВУЗов, заключает эксперт.

Электроэнергия, производимая малыми ГЭС, не загрязняет воздух, может обеспечить электричеством энергодефицитные районы, где отсутствуют мощные источники тока. Развитие малой гидроэнергетики способствует децентрализации общей энергетической системы, что позволяет стабильно обеспечивать труднодоступные села электричеством. Она идет на нужды близлежащих потребителей, соответственно, снижаются траты на ее транспортировку, и повышается надежность энергообеспечения. Кроме того, ГЭС могут выполнять и другие задачи, к примеру, защищать прилегающие территории от сезонных паводков, ведь дамба позволяет держать под контролем уровень реки, а на водохранилищах есть возможность организовать рыбные хозяйства.  

Река надежды

Несмотря на протесты общественности и различных организаций, развитые страны мира экономический гидропотенциал уже используют почти полностью. В Европе, Японии, США, Канаде процент освоения максимальный и достигает 95%. Намного ниже он в развивающихся странах: в Латинской Америке – 14%, в Юго-Восточной Азии – 12%, в Африке – 8%. Гидропотенциал малых рек Украины освоен еще меньше, всего на 5%. По данным Института возобновляемой энергетики НАН Украины, экономически целесообразный первоочередной годовой потенциал в этой отрасли составляет порядка 3,75 млрд. кВт·ч в год, что эквивалентно замещению 1,4 млн. т условного топлива.

А пока экологи и промышленники ломают копья вокруг строительства ГЭС, пытаясь найти удачное соотношение экология-благосостояние, новаторы ищут новые пути использования гидропотенциала нашей планеты.

Сейчас их внимание приковано к морям и океанам. Строятся экспериментальные приливные и волноприбойные электростанции, а низкооборотные турбины уже извлекают первые киловатты из энергии морских течений. Коммерческие результаты успели показать приливные ГЭС. Действуют они следующим образом: прилив наполняет водохранилище, а на трубопроводах приливного и отливного водотока устанавливаются турбины и электрогенераторы. Одна из первых приливных электростанций разместилась на реке Ранс во Франции.

АЛЬТЕРНАТИВНАЯ ГИДРОЭНЕРГЕТИКА

Автор: Прогресс Технологий 04.01.2020 11145 Просмотров

Россия, страна полноводных рек, омываемая морями, относящимися к бассейнам трех океанов, имеет практически неисчерпаемую перспективу в области альтернативной гидроэнергетики. Рынок электроэнергии, как в нашей стране, так и в мире, непрерывно растет — вопрос лишь в том, как превратить энергию воды в электричество таким образом, чтобы цена на него была конкурентоспособной сравнительно с тем, которое получают традиционными способами.

 

ПРИЛИВНЫЕ ЭЛЕКТРОСТАНЦИИ

По идее их правильнее было бы называть лунными. Естественный спутник Земли, приближаясь к нашей планете, приводит в движение воды мирового океана, вызывая таким образом прилив; Солнце, кстати, также участвует в этом процессе. По этой причине для работы приливной электростанции сторонняя энергия не требуется: пока целы ее генератор с подстанцией, она будет работать. При этом даже в случае катаклизмов и военных действий ее разрушение не угрожает, к примеру, разливом радиоактивного теплоносителя или других вредоносных веществ: на ПЭС таковых попросту нет. Электростанции этого типа гораздо бережнее и к рыбному богатству страны: при прохождении их в водозаборниках гибнет не более десяти процентов планктона, главного корма рыб — тогда как в случае с ГЭС прохождения через ее лопасти не выдерживает почти вся микрофауна.

Кроме того, все нарушения дна, которыми чревато строительство ПЭС, восстанавливаются естественным путем за пару лет с полным восстановлением гидробиосферы. И наконец, ни ледовая обстановка, ни соленость воды на работе таких электростанций никак не сказываются.

Минимальный перепад уровней, при котором способны работать ПЭС, составляет 4 метра. Само собой, при приливе и отливе движение воды через винт турбины будет иметь разные направления. Интенсивность вращения также зависит от уровня рабочей жидкости в энергонакопляющем бассейне. Вал генератора полностью останавливается в двух «мертвых» точках, ограничивающих рабочий цикл. Вращение начинается только при возникновении разницы уровней, не важно, положительной или отрицательной.

Вот как описывает принцип действия таких станций в своей статье, посвященной ПЭС, Евгений Маляр:

«Наибольшая амплитуда уровня моря наблюдается в морских заливах, в которых прибережным рельефом образованы естественные полузамкнутые бассейны. Изменение направления вращения турбины технически реализуется посредством переменного шага лопастей, иными словами, их поворотом относительно оси вращения. Как правило, турбины имеют возможность переключаться с генераторного на насосный режим в зависимости от ситуации и фазы технологического цикла. Главный недостаток, заключающийся в неравномерности производительности, нивелируется общей единой энергосистемой, частью которой являются приливные электростанции».

Первой и единственной ПЭС в России остается построенная в 1968 году Кислогубская приливная электростанция в Кислой губе Баренцева моря. Построена она неподалеку от поселка Ура-Губа, где высота приливов превышает отметку в четыре метра. Проработавшая до середины 90-х годов прошлого века, Кислогубская ПЭС была законсервирована и позже, уже в начале нового тысячелетия, основательно модернизирована и снова введена в эксплуатацию — уже как экспериментальная площадка для нужд будущего строительства более мощных приливных электростанций. Одну из таких, мощностью 12 мегаватт,  планируется построить в Мурманской области. Мощность же самой Кислогубской ПЭС невелика: она составляет 1,7 мегаватта, что позволяет поддерживать энергоснабжение поселка с пятью тысячами жителей.

Существует проект строительства Пенжинской ПЭС в Пенжинской губе Охотского моря, где высота приливов достигает отметки в 8 метров. Однако ни сроки реализации этого проекта, ни источники его финансирования пока не ясны.Примерно такая же ситуация сложилась со строительством Мезенской ПЭС в Мезенском заливе Белого моря, которая могла бы вырабатывать до 39 миллионов кВт/ч электроэнергии, учитывая почти восьмиметровую высоту здешних приливов. Десять лет назад в Мезенском заливе была испытана энергоустановка ПЭС на плавучей платформе, однако ее мощность составляла всего 1,4  киловатта.

Максимальная же высота приливов в России — более 8 метров — наблюдается в районе Шантарских островов в Охотском море, что позволило включить проект Тугурской приливной электростанции в долгосрочную государственную программу по развитию гидроэнергетики. В случае успешной реализации проекта мощность Тугурской ПЭС может составить 11 ГВт, что существенно выше, чем, к примеру, у всем известной Саяно-Шушенской ГЭС.

Если приливные электростанции, можно сказать, безупречны с точки зрения экологии, почему же их в мире всего чуть больше десятка (причем только две из них, «Сихва» в Южной Корее и французская «Ля Ранс», вырабатывают около 250 МВт энергии — мощность же остальных действующих ПЭТ колеблется в пределах 300 кВт—20 МВт)? Весь вопрос — в дороговизне их строительства: в среднем ПЭС обходится в полтора раза дороже, чем ГЭС той же мощности. Тем не менее в мире имеется тенденция к стабильному росту приливной энергетики, а ее общий потенциал эксперты оценивают в 1 000 000 мегаватт.

 

ВОЛНОВЫЕ ЭЛЕКТРОСТАНЦИИ

Эти плавучие сооружения вырабатывают электричество, используя практически неисчерпаемую в мировом океане энергию волн — поэтому потенциал данной отрасли альтернативной энергетики оценивается не меньше, чем в два миллиона мегаватт — это, чтобы было понятней, сравнимо с тысячью АЭС работающих на полную мощность.

Волновые электростанции используют, во-первых, кинетические запасы — волна, проходя через трубу большого диаметра, вращает лопасти, а они передают усилие на электрогенератор. Они могут работать иначе: в этом случае вода, проникая в специальную камеру, вытесняет оттуда кислород, который перенаправляется по системе каналов и вращает лопасти турбины. И, наконец, эти установки способны, выступая в роли поплавков, использовать энергию качения — каждая из них, перемещаясь в пространстве вместе с профилем волны, посредством сложной системы рычагов заставляет вращаться турбину.

Как и у приливных электростанций, у ВЭС один существенный недостаток: высокая цена, которая обусловлена сложностью конструкции. В частности, ее проблемным местом является передача полученной электроэнергии по проводам потребителю. Высказываемые часто опасения, что ВЭС якобы могут помешать газообмену в мировом океане, очищению его поверхности, скорее всего, несостоятельны: даже если человечество полностью перейдет на энергию волн, площадь, занимаемая плавучими электростанциями, по отношению к общей площади мирового океана будет мизерной. По той же причине скепсис вызывают и суждения, что избыток ВЭС может замедлить вращение земли, из-за которого и образуются волны. Едва ли состоятельны и домыслы, что волновая энергетика может стать препятствием для судоходства и рыболовства — чтобы избежать этого, достаточно определить местоположение ВЭС в стороне от морских путей и промысловых зон. 

Как бы ни были дороги волновые электростанции, выработка ими электроэнергии происходит почти при нулевых затратах — к тому же они способны защищать береговые сооружения от разрушительного действия волн. Вообще достоинств у этих электростанций много больше, чем недостатков. Поэтому дальнейшее развитие сети ВЭС связано прежде всего со снижением их стоимости путем использования новейших технологий и материалов. Это необходимо еще и потому, что большинство современных ВЭС рассчитаны исходя из мощности волн в диапазоне 75—80 кВт/м. Однако в шторм этот показатель много выше, и для того, чтобы избежать повреждения лопастей и самих установок, разработчикам приходится заблаговременно заботиться о соответствующих технических решениях этой проблемы.

Первая в мире ВЭС была запущена в 1985 году в Норвегии. По сути, это был лишь экспериментальный образец, способный вырабатывать 500 киловатт энергии. Двадцать лет спустя в Австралии была введена в эксплуатацию первая промышленная волновая электростанция (кстати, в этой стране используются как волновые, так и приливные электростанции). А первая в мире коммерческая ВЭС и крупнейшая из сооружений такого рода на сей день заработала в португальском Агусадоре в 2008 году. Кроме своей довольно большой мощности — 2,25 МВт — она имеет характерную особенность: модульную конструкцию, позволяющую добавлять или снимать секции.

Единственный пока в России проект подобного рода был реализован в 2014 году в Приморском крае. Его разработкой совместно занимались ученые Уральского Федерального университета и Тихоокеанского океанологического института. Отечественные волновые генераторы представляют собой альтернативные преобразователи энергии морских течений, приливов и волн в электричество. Установка имеет экспериментальный характер. Первые же ее испытания в акватории станции Мыс Шульца продемонстрировали ее немалый потенциал, но вместе с тем и обозначили ряд проблемных мест, в частности — уже упоминавшуюся деформацию лопастей во время шторма. Вместе с тем стало очевидным, что подобные установки способны защищать береговую зону от размытия, а берег — от эрозии. В перспективе возможно базирование на них морских дронов и аналогов автоматических систем охраны береговой границы.

МАЛЫЕ ГИДРОЭЛЕКТРОСТАНЦИИ

О промышленном использовании мини- и микрогидроэлектростанций говорить не приходится: мощность тех и других составляет до 100 и до 1000 (по некоторым классификациям до 3000) киловатт соответственно. Вместе с тем такие электростанции могут служить источниками практически бесплатной электроэнергии, что особенно актуально в России в связи с постоянным ростом тарифов. Одна такая станция, в зависимости от своей мощности, способна обеспечить электроэнергией отдельно стоящий дом либо даже небольшой поселок. От солнечных батарей и ветрогенераторов их выгодно отличает способность к стабильной выработке энергии.

Наиболее простыми в плане создания и установки среди малых гидроэлектростанций считаются проточные, не требующие постройки плотины. Ведь сооружение последней представляет собой довольно сложное дело, к тому же требующее согласования с местными властями и соседями. 

Проточные микрогидроэлектростанции могут представлять собой водяное колесо, оснащенное лопастями и установленное перпендикулярно поверхности воды. Существуют модификации водяного колеса со специальными лопатками, оптимизированными под струю жидкости.

Роторные микро-ГЭС представляют собой трос протяженностью от одного берега реки до другого, на который как бусы нанизаны роторы, погруженные в воду. Вращение роторов передается тросу, один конец которого соединен с подшипником, а другой — с валом генератора.

Ротор Дарье — это вертикальный ротор, вращающийся благодаря разнице давлений на его лопастях, которая создается за счет обтекания жидкостью сложных поверхностей. Эффект в этом случае подобен подъемной силе судов на подводных крыльях или подъемной силе крыла самолета. В начале работы такой ротор нужно раскрутить. Достоинство такой конструкции в том, что ось ротора у нее расположена вертикально, что позволяет производить отбор мощности над водой. Кроме того, ротор Дарье будет вращаться при любом направлении потока.

Конструкция в виде пропеллера представляет собой подводную «ветряную мельницу» с вертикальным ротором. Ширина лопастей такого пропеллера невелика — она редко превышает два сантиметра, что обеспечивает при скорости потока до 2 метров в секунду минимальное сопротивление и предельно возможную скорость вращения. 

Конструкция мини-гидроэлектростанций, как правило, включает в себя водозаборное устройство, энергоблок и элементы управления. Одни из них используют энергию свободного течения рек, другие — перепады уровня воды на разных объектах водного хозяйства. Мобильные мини-ГЭС монтируются в контейнерах и в качестве напорной деривации используют трубы и гибкие армированные рукава. Русловые и приплотинные мини-гидроэлектростанции с небольшими водохранилищами намного сложнее других в процессе сооружения: построить их под силу лишь бригаде квалифицированных специалистов.

В Интернете можно найти немало видео, демонстрирующих эффективные и оригинальные технические решения для мини-ГЭС. При этом никакой особой географической специфики в данном случае не существует: конструкция, созданная, к примеру, инженерами-конструкторами из Европы, может эффективно работать на другой стороне Земли — или наоборот.

***

Завершая разговор об альтернативной гидроэнергетике в России и в мире, отметим, что в настоящей статье мы коснулись лишь наиболее распространенных и, одновременно, перспективных сооружений этого типа. Кроме них, конечно же, существуют и другие. Например, водопадные электростанции, в которых вода, падая вниз, крутит лопасти турбины. В России они из-за особенностей ландшафта нашей страны особого распространения не получили.

Принципиально новым словом в альтернативной гидроэнергетике являются электростанции осмотические — они располагаются в местах впадения реки в море и получают энергию от перемещения частиц при смешении соленой и пресной воды. На сей день в мире действует лишь одна такая электростанция. Расположенная в Норвегии, она имеет статус экспериментальной лаборатории, сотрудники которой работают над рядом вопросов, включая экономическую окупаемость объектов такого рода.  

 

Если вы нашли ошибку, пожалуйста, выделите фрагмент текста и нажмите Ctrl+Enter.

В Китае построят самую большую электростанцию на приливных волнах — Мир технологий

Китайская народная республика планирует стать крупнейшим в мире производителем электричества, использующий энергию приливных волн. Для реализации этих грандиозных планов в стране строится специальная электростанция на восточном побережье.

Первая электростанция приливного типа, поставлявшая электроэнергию на коммерческой основе, была открыта в Ирландии в 2008 году. Согласно прогнозу Siemens, крупного игрока на рынке приливных электростанций, с помощью этого возобновляемого источника энергии можно будет поставлять электричество в 250 миллионов домохозяйств по всему земному шару. На текущий момент лидерское положение в данной области занимает Англия, которая планирует извлекать из энергии приливов и отливов порядка 2 тысяч МВт. Китай планирует забрать пальму первенства у Британии, вложив в новую приливную электростанцию 30 миллиардов долларов.

Приливы на Земле возникают благодаря влиянию Луны, которая притягивает к себе большие массы воды. Приливные электростанции можно располагать в довольно ограниченном количестве мест на нашей планете, где высота и энергия приливных волн достаточно высока, глубина моря небольшая, а приливные волны движутся параллельно побережью. В Китае с его береговой линией общей протяженностью 18 тысяч километров таких мест в избытке.

Для улавливания энергии приливных волн КНР строит дамбу длиной 40 километров, расположив ее перпендикулярно к береговой линии. В дамбе будут размещены турбины, которые могут вращаться под воздействием приливов и отливов и генерировать электроэнергию. При этом конструкторы позаботились и об обитателях моря: в турбинах лопатки будут установлены таким образом, чтобы рыбы смогли беспрепятственно проходить сквозь дамбу.

Турбины спроектированы специально для этой приливной электростанции и рассчитаны на медленное реверсивное течение воды. Вырабатываемая одной турбиной пиковая мощность составляет 5 МВт, а всего на электростанции таких турбин будет порядка 2 тысяч. Станция сможет генерировать в 2,5 раза больше электроэнергии, чем ее производит один типичный ядерный реактор. Вложить часть средств в данный проект решило правительство Голландии и несколько компаний из Дании.

Как утверждает эксперт ООН по промышленному развитию Димитри де Боэр, строящаяся приливная электростанция сможет производить более дешевую электроэнергию, чем ветряные электростанции. Китай, по его мнению, является передовой страной в области развития установок, использующих энергию моря.

На стадии проектирования Китай уже инвестировал порядка 3 млн долларов. Само строительство станции планируется начать через 10 лет. Активно вкладывая средства в подобные проекты, Китай может к 2020 году увеличить долю электроэнергии, получаемую из возобновляемых источников, до 15% от всей генерируемой мощности. За прошедшее пятилетие КНР инвестировала в изучение вопроса использования энергии моря порядка 160 млн долларов.

Из других интересных проектов по использованию возобновляемых источников энергии, в которых участвует Китай, стоит отметить новый тип электростанции, которая работает на разнице температур морской воды на поверхности и в глубине моря. Основой такой электростанции станет система теплообменных труб, по которым будет циркулировать жидкий аммиак. По расчетам исследователей подобная станция сможет производить порядка 10 МВт, а стоимость 1 КВт электричества будет равняться 15 центам, что дешевле чем у ветряных генераторов.

сила солнца, ветра, воды и вулканов

следующая новость >

Альтернативная энергетика: сила солнца, ветра, воды и вулканов

Альтернативная энергетика, основанная на возобновляемых источниках энергии (ВИЭ), демонстрирует большие темпы роста по всей планете. За последние четыре года ее доля в мировом потреблении электричества удвоилась и составила 20%. В России лишь 1% совокупной установленной мощности всей энергосистемы приходится на долю ВИЭ. Однако, стремление занять достойное место среди развитых стран и осознание того, что наши запасы ископаемых источников энергии хоть и велики, но не безграничны, стимулировали ряд мер по развитию этого сектора генерации. Производство энергии на основе ВИЭ получило мощную государственную поддержку1, что вызвало интерес инвесторов. Давайте подробнее рассмотрим основные секторы альтернативной энергетики.

Солнечная энергетика. По данным исследования Global Power Industry Outlook - 2017 добыча солнечной энергии на основе фотоэлементов – фотовольтаика - станет самым быстрорастущим сегментом альтернативной энергетики, ее доля в объеме глобальных инвестиций к 2020 г. составит 37,5%. Решающий фактор для развития солнечной энергетики - количество солнечных дней в году, а не среднегодовая температура, как ошибочно полагают многие.

Получается, Россия обладает всеми необходимыми ресурсами для освоения этого сектора энергетики. По данным Института Энергетической стратегии, потенциал солнечной энергии, поступающей на территорию РФ в течение трех дней, превышает объем годового производства электроэнергии в нашей стране. Солнечные электростанции (СЭС) уже успешно функционируют в Башкортостане, Оренбургской области, на Алтае, в Хакасии и в Крыму. На данный момент в России создано 57 проектов СЭС совокупной установленной мощностью 1089 МВт, 26 из которых уже распределены между застройщиками и будут реализованы к 2022 году.

Ветровая энергетика. Сила ветра использовалась с давних времен, и сегодня она эффективно преобразуется в электроэнергию во многих странах. В Евросоюзе совокупная установленная мощность ветроэнергетических установок (ВЭУ) составляет 10% от совокупной мощности всей энергосистемы, что превышает даже долю угольной генерации. В одной только Германии ветряки производят более 20% электроэнергии, а в Дании – 42%!

Российская Федерация обладает наибольшим в мире ветроэнергетическим потенциалом. Он составляет примерно 260 ТВт⋅ч/год, что равно 30% энергии, производимой электростанциями страны. Сейчас доля ветрогенерации у нас составляет 0,01% от общей установленной мощности энергосистемы. На 70-ти процентах территории России децентрализованное энергоснабжение, но эта зона обладает богатыми ветроресурсами. Камчатка, Магаданская область, Чукотка, Сахалин, Якутия, Бурятия, Таймыр - здесь открываются большие перспективы для развития отечественной ветрогенерации. До 2022 года в России будут построены еще 43 ветроэлектростанции (ВЭС) совокупной мощностью 1651 МВт, для сравнения: на данный момент этот показатель составляет около 80 МВт.

Гидроэнергия также входит в состав возобновляемых источников энергии. Но большие ГЭС не относятся к альтернативной энергетике, так как наносят большой вред природе. Альтернативная гидроэнергетика включает малые ГЭС, приливные и волновые электростанции. Кислогубская приливная электростанция (ПЭС) была построена в 1968 году, став первой в России. Генераторы для нее были разработаны Ленинградским электромашиностроительным заводом, входящем сегодня в состав концерна «Русэлпром». На этапе строительства сейчас находятся еще 3 ПЭС.

Волновая энергетика – одно из самых молодых направлений, оно активно развивается во всем мире и имеет большие перспективы. Волновые электростанции бывают принципиально разных видов, и все они доказали свою эффективность: волновая энергетика уже составляет 1% от мировой добычи электроэнергии. Это связано с тем, что сила морской стихии имеет очень большую мощность. В этой области энергетики Россия старается не отставать от передовых технологий. В экспериментальном режиме у нас работают уже 2 волновые установки: в Приморье и в Крыму.

Геотермальная генерация. Не стоит забывать и об энергии недр земли. Источниками перегретых вод обладают множественные вулканические зоны планеты, в их числе: Камчатка, Курильские, Японские и Филиппинские острова, обширные территории Кордильер и Анд. Потенциальная суммарная рабочая мощность геотермальных электростанций в мире уступает большинству станций на иных ВИЭ, и зоны их использования невелики. Однако, они составляют большую долю в энергетике таких стран, как Исландия, Филиппины, Мексика, Италия, Индонезия. А в России геотермальная энергия уже обеспечивает электричеством Камчатку на 40%, хотя ее ресурсы еще мало освоены. У нас есть и другие потенциальные регионы для развития геотермальной энергетики: Краснодарский край, Ставрополье, Карачаево-Черкессия, Дагестан.

При переходе на альтернативные источники энергии нужно учитывать особенности конкретного региона. Россия обладает большим потенциалом во всех областях альтернативной энергетики, что является преимуществом и стимулом к развитию технологий, снижению добычи природных ископаемых и вырубки леса, а также сохранению экологии.



Перспективы развития приливных электростанций Текст научной статьи по специальности «Социальная и экономическая география»

УДК 621.22

ПЕРСПЕКТИВЫ РАЗВИТИЯ ПРИЛИВНЫХ ЭЛЕКТРОСТАНЦИЙ

С.В. Котеленко, Д.В. Красников

Рассмотрены достоинства и недостатки, пути решения существующих проблем, а также перспективы развития приливных электростанций.

Ключевые слова: приливные электростанции, высота прилива, расчётная мощность, гидротурбина, гидроагрегат, преобразователь частот, электрический ток.

В современном мире потребности человека к всевозможным ресурсам невероятно велики и продолжают расти. Особый интерес вызывает электроэнергия, без которой невозможна или затруднена деятельность во многих сферах жизни - тяжёлая промышленность, логистика, экономика и т.п. На данный момент электричество получают различными способами, но наибольшее распространение имеют всего три, а точнее - сжигание органического топлива (ТЭС), ядерные реакции (АЭС) и использование энергии рек (ГЭС). Однако среди нетрадиционных источников энергии есть направления, имеющие хорошие перспективы развития, например, приливные электростанции (ПЭС).

За счёт притяжения Луны и Солнца уровень мирового океана постоянно повышается и понижается, то есть происходят приливы и отливы. Так как массы воды в морях огромны, то и энергия их движения колоссальна, остаётся лишь её использовать, что люди научились делать с давних времён. Одним из примеров являются приливные мельницы, которые использовались в Западной Европе, первые упоминания о них сохранились и относятся к XI веку. Так же подобные устройства использовались на побережье Белого моря в XVII веке. В середине XX века появился интерес к использованию энергии приливов и отливов, а некоторые страны начали разработки в данном направлении.

Первый рабочий образец ПЭС был построен во Франции в 1967 году, её мощность составляла 240 МВт. Электростанция располагается на берегу Ла-Манша в устье реки Ране, где высота приливов составляет 13,5 метров. Почти вся мощность ПЭС вырабатывается в часы пикового потребления и составляет 544 млн кВт/ч в год. В плотине находятся 24 агрегата, мощность каждого из них 10 МВт [4].

В России освоение данной области началось с постройки в 1968 году Кислогубской ПЭС мощностью 0,4 МВт. Данная электростанция расположена вблизи Мурманска и строилась наплавным способом, то есть здание ПЭС сооружается в специальном доке и буксируется по морю на место установки [3]. Её работа продолжалась до 1992 года, после чего она была остановлена и законсервирована из-за тяжёлой экономической обстановки

в стране, вместе с этим приостановилось развитие всей энергетической отрасли. На данный момент Кислогубская ПЭС выполняет роль экспериментальной базы для развития данной области электроэнергетики.

В настоящее время существует проект Пенжинской ПЭС, которая строится на побережье Охотского моря и будет состоять из двух частей -«Северный створ» и «Южный створ». Северный створ будет иметь расчётную мощность 21ГВт (72 млрд кВт- ч в год), а Южный створ - 87,4 ГВт (более 200 млрд кВт- ч в год). Эти показатели являются рекордными для отечественной энергетической отрасли и дают понять перспективы развития этого направления. Постройка Пенжинской ПЭС позволит обеспечить электроэнергией весь дальневосточный регион России и создать условия для экспорта.

В процессе эксплуатации и изучения существующих ПЭС были выявлены следующие положительные особенности:

отсутствие вредных выбросов в атмосферу и радиационные выбросы;

плотина ПЭС практически не препятствует перемещению

рыбы;

во время прохождения через ПЭС в воде гибнет 5-10% планктона, который является основной кормовой базой для многих морских видов, в то время как на ГЭС 83... 99%;

влияние на ПЭС различных чрезвычайных происшествий (землетрясения, аварии, военные действия) не несёт угрозы для населения в близлежащих районах;

ПЭС практически не снижает солёность воды, что является важным показателем для морской фауны [2];

наплавной способ строительства позволяет не возводить крупные строительные базы на месте расположения станции и способствует сохранению окружающей среды в районе ПЭС;

электроэнергия, производимая на ПЭС является самой дешёвой в энергосистеме [4].

Однако ПЭС имеют ряд существенных минусов, которые влияют на их развитие и использование:

ПЭС можно строить исключительно на берегах рек и океанов; стоимость ПЭС превышает стоимость аналогичной по мощности речной ГЭС в 2,5 раза;

относительно невысокие производственные мощности; перерывы в работе.

Все эти недостатки были выявлены при эксплуатации первых опытных объектов ПЭС, построенных около полувека назад, и на сегодняшний день решены лишь некоторые из этих проблем. Благодаря развитию технологий удалось решить проблему малой мощности станций, что видно на примере проекта Пенжинской ПЭС.

Последний из указанных недостатков является самым значимым, ведь он непосредственно влияет на график работы, делая его полностью зависимым от времени приливов и отливов. Эта проблема породила необходимость развития приливных океанических ГЭС. По классификации они относятся к ПЭС, но используют энергию океанических течений, которые, в отличие от приливов, имеют постоянное направление и скорость. Для реализации этой идеи используются подводные гидротурбины, по конструкции напоминающие ветряки, располагающиеся в морских течениях -Гольфстрим, Северное пассатное, Бенгальское, Гвинейское, Бразильское. Одним из примеров такой установки может служить подводная приливная электростанция [6] (рисунок).

Пример строения подводной приливной электростанции: 1 - гидрогенератор; 2 - цилиндрический каркас; 3 - полая ёмкость; 4 - тросы; 5 - фиксирующие блоки; 6 - преобразователь частоты;

7 - электрический кабель; 8 - конфузор; 9 - диффузор

Принцип работы станции: в цилиндрическом каркасе 2 находится гидроагрегат, передающий энергию потока воды гидрогенератору 1, от которого электрический ток по кабелю 7 поступает на преобразователь частоты. Вся конструкция удерживается в необходимом положении за счёт полой ёмкости 3 и фиксирующих блоков 5.

Данная технология позволяет не строить плотины и использовать энергию приливов, отливов, а также морские течения, расположенные вблизи берегов морей и океанов. В данный момент эта отрасль гидроэнергетики развита довольно слабо, мало наработок и рабочих образцов, из-за чего нельзя полностью оценить перспективы и недостатки области исследования.

Список литературы

1. Бернштейн Л.Б. Приливные электростанции. М.: Энергоатомиз-дат, 1987. 296 с.

2. Марфенин Н.Н. Влияние приливных электростанций на окружающую среду. М.: МГУ им. М.В. Ломоносова, 1995. 125 с.

3. Кислогубская приливная электростанция / под ред. Л.Б. Берн-штейна. М.: Энергия, 1972. 263 с.

4. Усачёв И.Н. Приливные электростанции и водородная энергетика // Энергия: экономика, техника, экология. 2010. №6. С. 10-17.

5. Асарин А.Е. Развитие гидроэнергетики России // Гидротехническое строительство. 2003. №1. С. 60 - 66.

6. Патент на изобретение. Подводная приливная электростанция. № 2579283, МПК F03B 13/26 (2006.01), F03B 17/06 (2006.01).

Котеленко Светлана Владимировна, канд. техн. наук, ассистент, S. [email protected], Россия, Тула, Тульский государственный университет,

Красников Дмитрий Владимирович, студент, dim_dim931 @mail. ru, Россия, Тула, Тульский государственный университет

PROSPECTS FOR THE DEVELOPMENT OF TIDAL POWER PLANTS S. V. Kotelenko, D. V. Krasnikov

The advantages and disadvantages, solutions to existing problems, as well as prospects for the development of tidal power plants are considered.

Key words: tidal power plants, tide height, rated power, hydraulic turbine, hydraulic unit, frequency converter, electric current.

Kotelenko Svetlana Vladimirovna, candidate of technical sciences, assistant, S. [email protected], Russia, Tula, Tula State University,

Krasnikov Dmitry Vladimirovich, student, dim_dim931 @mail. ru, Russia, Tula, Tula State University

Преимущества и недостатки приливной энергии: ключевые моменты для рассмотрения

Приливная энергия - один из основных возобновляемых источников энергии, но также и один из самых инфантильных. Какие преимущества и недостатки приливной энергии следует учитывать при инвестировании в этот относительно зеленый источник энергии?

Используя силу приливов, энергия вырабатывается гравитационным притяжением как Луны, так и Солнца, которое тянет воду вверх, в то время как сила вращения и гравитация Земли тянет воду вниз, создавая приливы и отливы.

Это движение воды из-за смены приливов и отливов является естественной формой кинетической энергии.

Все, что требуется, - это парогенератор, приливная турбина или более инновационная технология динамической приливной энергии (DTP), чтобы превратить кинетическую энергию в электричество.Инженерная компания SIMEC Atlantis недавно разработала самую большую в мире приливную турбину с одним ротором, которая может вырабатывать больше электроэнергии при меньших затратах на эксплуатацию и техническое обслуживание.

Однако в настоящее время приливы не являются самой дешевой формой возобновляемой энергии, и реальное влияние приливной энергии на окружающую среду еще не полностью определено.Вот некоторые преимущества и недостатки приливной энергии, которые нельзя упускать из виду.

Преимущества приливной энергии: чистый и компактный

Приливная энергия - известный источник зеленой энергии, по крайней мере, с точки зрения нулевого выброса парниковых газов. Он также не занимает много места. Самый крупный приливный проект в мире - это приливная электростанция на озере Сихва в Южной Корее с установленной мощностью 254 МВт. Проект, созданный в 2011 году, легко был добавлен к дамбе протяженностью 12,5 км, построенной в 1994 году для защиты побережья от наводнений и поддержки сельскохозяйственного орошения.

Сравните это с некоторыми из крупнейших ветряных электростанций, такими как ветряная электростанция Роско в Техасе, США, которая занимает 400 км 2 сельскохозяйственных угодий, или 202,3 км 2 ветряной электростанции Фаулер Ридж в Индиане.

Даже солнечные фермы обычно больше, например, солнечный парк в пустыне Тенгер в Китае, который занимает площадь 43 км 2 и промышленный солнечный парк Бхадла, расположенный на 45 км 2 земли в Раджастане, Индия.

В этом отношении даже небольшие страны с достаточно протяженной береговой линией могут использовать приливную энергию способами, которые в противном случае не могли бы конкурировать с богатыми сушей странами, такими как США, Китай и Индия, в солнечной и ветровой энергии.

Тематические отчеты
Беспокоитесь ли вы о темпах инноваций в вашей отрасли?
Отчет

GlobalData по темам TMT за 2021 год расскажет вам все, что вам нужно знать о темах подрывных технологий и о том, какие компании лучше всего могут помочь вам в цифровой трансформации вашего бизнеса.

Узнать больше

Преимущества приливной энергии: непрерывная, предсказуемая энергия

Еще одно преимущество приливной силы - ее предсказуемость. Гравитационные силы небесных тел в ближайшее время не прекратятся. Кроме того, поскольку приливы и отливы носят цикличный характер, инженерам гораздо проще разработать эффективные системы, чем, скажем, предсказывать, когда подует ветер или когда будет светить солнце.

В июне этого года агентство Bloomberg сообщило, что в Великобритании в течение девяти дней почти не производилась ветровая энергия. С 26 мая по 3 июня мощность, вырабатываемая ветряными электростанциями Великобритании, упала с более чем 6000 МВт до менее 500 МВт. Напротив, ученые уже знают объем воды и уровень энергии, который, вероятно, будет генерировать приливное оборудование до начала строительства.

Приливная энергия также относительно эффективна на низких скоростях, в отличие от энергии ветра.Вода имеет в тысячу раз более высокую плотность, чем воздух, и приливные турбины могут вырабатывать электричество со скоростью всего 1 м / с или 2,2 мили в час. Напротив, большинство ветряных турбин начинают вырабатывать электроэнергию со скоростью 3–4 м / с или 7–9 миль в час.

Более того, технологический прогресс в отрасли приведет только к более дешевым и устойчивым решениям в области приливной энергетики.

«Исторически преобразователи волновой энергии были дорогими и большими по сравнению с их выходной мощностью. Но мы не должны допустить, чтобы это определяло будущее индустрии приливов и отливов.Около 10-20% мирового спроса на электроэнергию можно удовлетворить за счет энергии волн », - говорит Диего Павия, генеральный директор InnoEnergy.

«Это очень предсказуемый источник энергии, который, как правило, компенсирует непостоянство солнечной и ветровой энергии, уравновешивая сеть с низкими ценами на энергию. Один из наших активов, CorPower, бросает вызов тому, как отрасль относится к волновой энергии, используя принципы человеческого сердца. Благодаря преобразователю волновой энергии компания может обеспечить поглощение волновой энергии в пять раз больше, чем другие технологии.Вот почему нельзя упускать из виду мощь волновой энергии ».

Преимущества приливной энергии: долговечность оборудования

Приливные электростанции могут работать намного дольше, чем ветряные или солнечные, примерно в четыре раза дольше. Приливные заграждения представляют собой длинные бетонные конструкции, обычно возводимые в устьях рек. Вдоль заграждений есть туннели с турбинами, которые поворачиваются, когда вода с одной стороны перетекает через заграждение на другую сторону. Считается, что эти похожие на плотину конструкции имеют срок службы около 100 лет.Например, La Rance во Франции работает с 1966 года и продолжает ежегодно вырабатывать значительное количество электроэнергии.

Ветровые турбины и солнечные панели обычно поставляются с гарантией от 20 до 25 лет, и хотя некоторые солнечные элементы достигли 40-летней отметки, их эффективность обычно снижается со скоростью 0,5% в год.

Более длительный срок службы приливной энергии делает ее намного более конкурентоспособной в долгосрочной перспективе. Даже атомные электростанции не работают так долго.Например, согласно отчету BBC , новая атомная станция Hinckley Point C в Сомерсете, Великобритания, после завершения строительства будет обеспечивать электроэнергией около 60 лет.

Недостатки приливной энергии: отсутствие исследований

Хотя истинное влияние приливных заграждений и турбин на морскую среду полностью не изучено, были проведены некоторые исследования того, как заграждения влияют на уровень океана и могут иметь такие же негативные последствия, как гидроэнергетика.

В отчете за 2010 год, подготовленном Национальной ассоциацией океанических и атмосферных исследований США и озаглавленном «Влияние развития приливной энергии на окружающую среду», определено несколько экологических эффектов, включая «изменение течений и волн», «излучение электромагнитных полей» (ЭМП). ) и его влияние на морскую жизнь, а также «токсичность красок, смазок и противообрастающих покрытий», используемых при производстве оборудования.

Тихоокеанская северо-западная национальная лаборатория (PNNL) изучала воздействие приливной турбины в Странгфорд-Лох у побережья Северной Ирландии.Лаборатория морских наук PNNL была особенно заинтересована в том, как приливная турбина повлияла на местных морских котиков, серых тюленей и морских свиней, обитающих в этом районе. Изученная турбина производства Атлантиды могла отключаться при приближении более крупных млекопитающих.

Тем не менее, необходимы дальнейшие исследования.

«Естественные приливы и отливы океана могут быть обильным и постоянным источником энергии. Но прежде чем мы сможем разместить силовые устройства в воде, нам нужно знать, как они могут повлиять на морскую среду », - сказала океанограф PNNL Андреа Коппинг в исследовательской статье.

«Мы должны заранее доказать, что удара нет, и мы не можем. У нас нет конкретных доказательств, только теории, основанные на существующих знаниях и компьютерном моделировании ».

Недостатки приливной энергии: влияние выбросов ЭМП

Электромагнитное излучение также может нанести ущерб чувствительной морской жизни. Сотрудник PNNL, морской эколог Джефф Уорд (Jeff Ward), сказал, что организация наблюдала, как ЭМП повреждают способность молоди кижуча распознавать хищников и уклоняться от них, или отрицательное воздействие на крабов Дандженесса по обнаружению запахов через их антеннулы.Они также наблюдают, привлекают или отталкивают морские обитатели ЭМП в целом.

Уорд сказал на конференции Oceans 2010: «Мы действительно не знаем, пострадают ли животные или нет. На удивление мало всеобъемлющих исследований, чтобы сказать наверняка ".

Хотя до сих пор не проводилось большого количества исследований воздействия ЭМП, исследование Европейской комиссии, проведенное в 2015 году, показало, что ЭМП также могут влиять на миграционные маршруты морских обитателей в этом районе.

К ЭМП чувствительны особые виды: акулы, скаты, скаты, ракообразные, киты, дельфины, костистые рыбы и морские черепахи.Многие из этих животных используют естественные магнитные поля для навигации по окружающей среде.

Наиболее убедительным исследованием, согласно данным Европейской комиссии «Влияние шума, вибрации и электромагнитных излучений от морских возобновляемых источников энергии на окружающую среду», было наблюдение миграции угрей. Исследование показало, что ЭМП заставляло угрей отклоняться от своего инстинктивного маршрута миграции, но «особей не отвлекали слишком долго, и они возобновили свою первоначальную траекторию».

Другой эксперимент показал, что бентосные эластожаберные животные, в том числе акулы, скаты и скаты, были привлечены источником ЭМП, испускаемого из подводного шлангокабеля.Опять же, не было убедительных доказательств каких-либо кумулятивных вредных эффектов.

Недостатки приливной энергии: высокая стоимость строительства

Нельзя избежать того факта, что за приливной силой приходится одна из самых высоких предварительных цен. Предлагаемый проект Tidal Lagoon в заливе Суонси в Уэльсе, Великобритания, оценивается в 1,3 миллиарда фунтов стерлингов (1,67 миллиарда долларов). Вышеупомянутая приливная электростанция на озере Сихва стоила 560 миллионов долларов, а La Rance стоила 620 миллионов франков еще в 1966 году. С использованием онлайн-калькулятора пересчета и инфляции это примерно равно 940 миллионам долларов в 2018 году.

Для сравнения, солнечный парк в пустыне Тенгер стоил около 530 млн долларов при общей установленной мощности 850 МВт, что делает его более рентабельным, чем озеро Сихва, при общей мощности 254 МВт. Аналогичным образом, ветряная электростанция Роско обошлась примерно в 1 миллиард долларов для выработки 781 МВт, по сравнению с приливным проектом в заливе Суонси, который, как ожидается, будет генерировать в общей сложности около 320 МВт.

Хотя долгосрочные затраты на производство энергии относительно высоки по сравнению с другими системами возобновляемой энергии, первоначальная стоимость строительства делает инвестирование в приливную энергию особенно рискованным предприятием.

Во-первых, установка системы приливов и отливов является технологически сложной задачей. Производители конкурируют с движущимся океаном, а оборудование и технические знания, необходимые для успешного построения системы, обычно очень дороги, особенно по сравнению с ветряной или солнечной фермой.

Второй расход относится к пункту, затронутому в предыдущем разделе. Компаниям, управляющим системой приливной энергетики, необходимо проводить постоянный анализ ее воздействия на конкретную среду, в которой они работают.Это требует исследований и оценок со стороны экологов, морских биологов и географических экспертов для смягчения последствий разрушения уязвимых экосистем, что может быть дорогостоящим.

Тем не менее, доцент кафедры энергетических систем Университета штата Орегон Тед Бреккен уверен, что технологический прогресс поможет снизить некоторые из этих затрат, заявив Yale Environment 360 : «Технология продолжает развиваться, и это хорошая новость. Но большая проблема - снизить стоимость.Прямо сейчас существует реальность выживания, пока мы туда доберемся.

«В какой-то момент все простые и дешевые установки для ветра и солнечной энергии будут выполнены. А дальше идет энергия океана ».

Связанные компании

WEYTEC

Высокотехнологичные решения для энергетики

28 августа 2020

ESI Eurosilo

Расширенные решения для хранения сыпучих материалов

28 августа 2020

Каковы плюсы и минусы гидроэнергетики и приливной энергии

Автор: Лорен Буше | 13 июля 2015 г.

С возвращением! Это третий пост из нашей серии из четырех статей о возобновляемых источниках энергии.В нашем первом посте была представлена ​​идея использования возобновляемых источников энергии как способа удовлетворить экономический спрос при одновременном снижении нашего воздействия на окружающую среду, а во втором посте были рассмотрены преимущества и ограничения солнечной и ветровой энергии. Сегодня мы обсуждаем две новые формы возобновляемой энергии: гидроэнергетику и приливную энергию. Продолжайте читать, чтобы узнать больше!

Что такое гидроэнергетика?

Гидроэнергетика - это энергия, производимая путем перемещения воды через турбину. Гидроэнергетика была первым крупномасштабным возобновляемым источником энергии, используемым в США.S., на долю которых приходилась треть общих потребностей страны в электроэнергии в 1940-х годах. Пик строительства плотин пришелся на 1960-е годы и с тех пор постепенно сокращается. Сегодня гидроэлектростанция обеспечивает примерно 6% электроэнергии США. Снижение выработки электроэнергии на гидроэлектростанциях было результатом увеличения инвестиций в другие источники энергии, ограничений размещения крупных гидроэлектростанций и растущей экологической озабоченности по поводу воздействия плотин на водные экосистемы.

Каковы преимущества гидроэнергетики?

1. Clean : При производстве электроэнергии из гидроэнергии не образуются вредные парниковые газы.

2. Эффективный : Гидроэнергетика имеет очень высокую эффективность преобразования энергии. Эффективность преобразования энергии - это соотношение между выходной мощностью машины преобразования энергии и ее потребляемой энергией - чем выше коэффициент, тем эффективнее электростанция. Примерно 90% захваченной энергии может быть преобразовано в электрическую энергию. Эффективность преобразования энергии для солнечной и ветровой намного ниже, в среднем 15% для солнечной и 60% (теоретический предел) для ветра соответственно.

3. Надежный : Большие водохранилища за плотинами означают, что операторы электростанций могут контролировать поток и выработку электроэнергии в соответствии со спросом на энергию.

4. Рентабельность : Гидроэнергетика имеет низкую нормированную стоимость энергии (LCOE) по сравнению с традиционными источниками (уголь и природный газ). Помните, что приведенные затраты на энергию рассчитываются путем деления общей стоимости строительства и эксплуатации новой электростанции в течение срока ее службы на ожидаемую выходную мощность, измеряемую в долларах за киловатт-час ($ / кВт-час).LCOE для гидроэнергетики составляет 0,08 доллара США / кВт-час, что делает его конкурентоспособным с углем и природным газом (0,07-0,14 доллара США / кВт-час).

Какие минусы у гидроэнергетики?

1. Высокое воздействие на окружающую среду : Большинство плотин гидроэлектростанций, построенных в США, были построены без учета их воздействия на экосистемы. Большие плотины наносят большой ущерб окружающей среде. Плотины гидроэлектростанций влияют на сток реки, температуру, химический состав и иловую нагрузку. International Rivers - экологическая неправительственная организация - сообщает, что большие плотины привели к исчезновению видов рыб, исчезновению птиц в поймах рек, потере лесов, водно-болотных угодий и сельскохозяйственных угодий, эрозии прибрежных дельт и другим разрушительным воздействиям.

2. Воздействие на популяции рыб : Негативное воздействие плотин на окружающую среду отрицательно сказывается на популяциях рыб, сокращая тысячи миль среды обитания рыб за счет ограничения доступа к нерестилищам. Большие плотины значительно сократили популяцию лосося на северо-западе Тихого океана.

3. Сайт: Некоторые предложенные площадки для гидроэлектростанций в США были широко оспорены. Строительство плотины О’Шонесси и водохранилища Хетч-Хетчи в национальном парке Йосемити (1923 г.) было признано серьезной потерей для защитников природы.Предложение строительства плотины Эхо-Парк у национального памятника динозаврам в 1950-х годах было встречено ожесточенным сопротивлением со стороны экологических групп, таких как Sierra Club, которые утверждали, что правительство ставит развитие выше природных сокровищ региона.

4. Вытеснение: Крупные гидроэлектростанции также могут оказывать негативное влияние на человеческое население. Плотина «Три ущелья» в Китае привела к перемещению более 1,2 миллиона человек, затопив 13 городов, 140 поселков и 1350 деревень.

Что такое приливная энергия?

Приливная энергия - это форма гидроэнергетики, которая преобразует энергию приливов и отливов. Энергия приливов, пока еще находится на ранних стадиях развития, может быть жизнеспособным методом производства электроэнергии для прибрежных сообществ.

Какие плюсы у приливной энергии?

1. Clean: Приливная энергия не приводит к выбросам парниковых газов.

2. Надежно: Приливные течения предсказуемы.Знание циклов приливов и отливов может помочь приливной электростанции построить эффективную систему производства электроэнергии.

3. Эффективен при низких скоростях: Вода имеет плотность в 1000 раз больше, чем воздух, что позволяет вырабатывать электроэнергию на низких скоростях.

4. High Potential: По оценкам Министерства энергетики США, энергия приливов и волн удерживает до 1400 тераватт-часов (ТВт-ч) потенциальной энергии ежегодно. США ежегодно требуется около 4000 ТВт.ч энергии.К сожалению, лучшие сайты находятся на Аляске, вдали от потребителей.

Каковы минусы приливной энергии?
1. Расположение: Подходящие площадки для приливных электростанций должны соответствовать определенным требованиям. Например, участки должны иметь диапазон приливов не менее 7 метров (около 23 футов). Современные технологии также ограничивают подходящее географическое расположение электростанций приливной энергетики. В США есть лишь несколько площадок, подходящих для экономически конкурентоспособного коммерческого завода.Исследование, проведенное Министерством энергетики США, показало, что США (за исключением Гавайев и Аляски) могут производить только 0,6 тераватт-часов (ТВт-ч) из 4000 ТВт-ч, необходимых ежегодно.

2. Прерывистый: Приливная энергия может быть произведена только во время приливных волн, ограничивая выработку электричества 10 часами в день.

3. Воздействие на окружающую среду остается неизвестным: Приливная энергия все еще находится в зачаточном состоянии. Таким образом, воздействие на окружающую среду приливных энергетических установок полностью не изучено.Например, приливные заграждения основаны на изменении уровня океана и, следовательно, вызывают аналогичные экологические последствия плотин гидроэлектростанций.

4. Дорого: Технология производства электроэнергии из приливной энергии относительно нова и пока не является коммерчески прибыльной. Приливные электростанции также дороги в строительстве и обслуживании. В мире очень мало действующих промышленных установок для производства энергии приливов и отливов. Следовательно, для снижения LCOE приливной энергии необходимы достижения в области технологий и строительства в более крупном масштабе.

Хотите узнать больше о возобновляемых источниках энергии? Прочтите всю нашу серию здесь.

Сообщение 1: Почему так важны возобновляемые источники энергии?

Сообщение 2: Каковы плюсы и минусы солнечной и ветровой энергии?

Сообщение 3: Каковы плюсы и минусы гидроэнергетики и приливной энергии? (этот пост!)

Сообщение 4: Каковы плюсы и минусы биомассы и геотермальной энергии?

Огромная машина обуздывает приливы

Заявление об ограничении ответственности: этот материал хранится в Интернете в исторических целях.Хотя он точен на момент публикации, он больше не обновляется. Страница может содержать неработающие ссылки или устаревшую информацию, а ее части могут не работать в текущих веб-браузерах.

Энергия везде. Это в солнечном свете. Это по ветру. Это в океане.

Океан получает тепловую энергию от поглощения световой энергии Солнца. И, как ветер, океан обладает энергией движения в виде волн и течений.

Гравитационное притяжение Луны на ближайшей к ней стороне Земли притягивает океаны к Луне.С другой стороны океаны тоже выступают. Узнай почему.

Другой вид энергии океана - это энергия приливов и отливов. Энергия земных приливов исходит в основном от гравитации Луны и немного от гравитации Солнца. Часть океана, обращенная к Луне, выпячивается. Часть океана на противоположной стороне Земли тоже выпирает. Итак, когда Земля поворачивается, кажется, что поверхность океана поднимается и опускается. Обычно в день бывает два прилива и два отлива. Узнайте больше о приливах.

Поскольку вода движется вверх и вниз, мы должны улавливать часть этой приливной энергии. А мы можем! Мы можем использовать приливную энергию для электроснабжения наших домов и предприятий. В некоторых местах мы можем использовать приливную энергию вместо сжигания угля и нефти, которые способствуют глобальному потеплению.

Приливные генераторы (или турбины) работают как ветряные турбины, за исключением того, что их вращают океанские течения, а не ветер. Вращающаяся турбина подключена к другому устройству, производящему электричество.Затем электричество проходит по проводам в город, где оно нужно людям.

Приливные турбины вырабатывают электроэнергию из океанских приливных течений. Показаны две разные турбины, поднятые из воды для обслуживания или установки.
Кредиты: левое фото Гарри Флетчера через Wikimedia Commons.
Фотография справа сделана Фанди с Wikimedia Commons.

Лучший способ улавливать приливную энергию - разместить турбину в узком канале между двумя массивами суши.Когда наступает прилив, вода поднимается с одной стороны канала и выливается по каналу на другую сторону. Когда прилив уходит, вода на более высокой стороне льется обратно через канал, в котором уровень воды упал. Лучше всего, если уровень прилива в канале будет на 10-15 метров (примерно от 30 до 50 футов) выше, чем уровень отлива.

Инвергордон, Шотландия, станет домом для крупнейшего в мире генератора приливной энергии.

В настоящее время крупнейший в мире генератор приливной энергии размещается у побережья Инвергордона, Шотландия.Новый приливный генератор в Шотландии огромен. Лопасти турбины имеют диаметр 18 метров (59 футов). Он весит 143 тонны (286 600 фунтов) и имеет высоту 22,5 метра (почти 74 фута). Он способен производить достаточно электроэнергии, чтобы обеспечить электроэнергией более 1000 домов.

Важно устанавливать приливные генераторы рядом с местами проживания людей. Это еще одна причина, по которой Шотландия и другие регионы Великобритании идеально подходят для получения чистой возобновляемой энергии приливов и отливов.

В U.S., большая часть ресурсов приливной энергии сосредоточена на побережье Аляски, где население невелико. Тем не менее, энергия приливов и отливов могла питать их маленькие города.

В отличие от ветра, приливы очень предсказуемы. Так что легко решить, где разместить приливные турбины и сколько энергии они будут генерировать.

Еще один плюс, турбины обычно полностью находятся под водой, поэтому никто не может жаловаться на то, что они портят вид!

Стремление к силе приливов стоит перед самым большим вызовом | Инновация

Великолепное осеннее утро на острове Бриер, Новая Шотландия, с пением птиц в воздухе и солнцем, сияющим на разломах Большого прохода.Обветшалые дома из обшивки и гальки выстроились вдоль двух основных улиц острова, а толстые рабочие лодки, построенные в основном для ловли омаров, забивают защищенную гавань, где причалы возвышаются на высоте более 20 футов над уровнем отлива.

Grand Passage в этот день кажется почти пустым, за исключением автомобильного парома, курсирующего туда-сюда между островом Бриер и Лонг-Айлендом, с ревом его двух 400-сильных двигателей. Но когда я выхожу за поворот, я вижу гладкое желто-белое судно, не более полумили от берега, застрявшее посреди пресловутого стремительного течения.Хотя у корабля три узких корпуса и четыре гигантских гребных винта, это не лодка. Это электростанция, способная производить около 280 киловатт безуглеродной электроэнергии.

Я спешу в гавань, чтобы встретиться с Джейсоном Хейманом и Джейсоном Кларксоном, которые работают в Sustainable Marine Energy (SME), шотландской компании, которая разработала это изящное устройство. Мы садимся на их рабочую лодку SMEagol , названную в честь сумасшедшего Хоббита, и отправляемся навстречу течению.Я спрашиваю Хеймана о названии тримарана - Плат-И, или «плоскоглазка».

Вид на мыс Сплит, Шотландский залив, в самом сердце залива Фанди. (Грета Рыбус)

«Мы инженеры», - смеется он. «Plat» обозначает платформу, а «I» обозначает прибрежную зону, что означает, что устройство будет пришвартовано на защищенных островных участках или в прибрежных проходах ». (Предшественником Plat-I был Plat-0, что означает «офшор», но команда разработчиков предпочла произносить его как греческий философ.)

Мы привязываемся к Платформе, затем выбираем свой путь, цепляясь за тощий трос через перекладину длиной 88 футов - металлический подиум. «Когда появляется небольшая вздутие, это действительно может повредить вам голову», - говорит Хейман.

Вдоль кормы корабля расположены четыре винта, два из которых едва видны в воде, а два повернуты для проверки в небо. На тонкой носовой части Plat-I прочные тросы привязывают судно через швартовную башню к морскому дну, позволяя ему поворачиваться во время прилива, генерируя энергию как при отливе, так и при отливе.«Мы пережили 140-километровый ветер урагана Дориан», - говорит Хейман тоном, предполагающим, что исход не был гарантирован.

Приливы и отливы моря в заливе Фанди формируют ландшафт, оставляя отмели на берегах бассейна Минас во время отлива. (Грета Рыбус)

Переполненные в грузовой контейнер, расположенный на центральном корпусе Плата, мы смотрим на видеомониторы, которые показывают подводные роторы, и Хейман открывает три стальных шкафа, чтобы увидеть инверторы, трансформаторы и другое электронное оборудование, которое с помощью компьютерной программы Команда называет это «секретным соусом», обрабатывает генерируемый водой электрический ток, чтобы соответствовать 60-герцевому сердцебиению местной электросети.Судя по всему, любой дурак может производить электричество; сделать его пригодным для использования - совсем другое дело.

Этим летом Хейман планирует щелкнуть выключателем, который будет отправлять сок, генерируемый устройством, в сеть Digby Neck, вытесняя кусок угля, который обеспечивает примерно половину энергии Новой Шотландии. В этот момент эта невзрачная установка, которая издали выглядит как снятый с мачты тримаран, ожидающий восстановления, станет единственной действующей плавучей приливной энергетической установкой в ​​Северной Америке.

Приливная энергия - один из величайших неиспользованных возобновляемых источников на планете. В Соединенных Штатах, где протяженность береговой линии составляет тысячи миль, разработка только 5 процентов «установленного технического потенциала ресурсов» приливной энергии, по данным Министерства энергетики, будет генерировать 12,5 тераватт-часов в год. * Этого достаточно, чтобы обеспечить выработку энергии чуть более 1,1 миллиона. типичные дома США. Но если приливная сила будет развиваться так же, как ветер, это число, вероятно, возрастет. На протяжении десятилетий усовершенствованные конструкции позволили ветровым турбинам экономично работать во все менее ветреных местах.Приливные турбины тоже могут в конечном итоге быть помещены в менее быстрые течения. Рынок, говорит Леви Килчер из Национальной лаборатории возобновляемых источников энергии, «в конечном итоге станет намного больше, чем мы предполагали до сих пор».

Возобновляемая. Не загрязняет окружающую среду. Работает в темноте, в отличие от солнечной энергии. Причем в штиле, в отличие от ветровой энергии. Плавучая приливная электростанция SME готовится к запуску в Новой Шотландии.

Plat-I может показаться крошечной частью этой энергетической революции, малоизвестным проектом в отдаленном месте, но это может быть именно то, что требует будущее: простой и воспроизводимый источник энергии, адаптированный к местным условиям, с батареями или другие системы хранения энергии, чтобы поддерживать поток энергии во время слабых приливов.В конце концов, около 40 процентов населения США проживает в графствах на побережье, и приливные устройства также могут использоваться в реках.

Однако, прежде чем компания Хеймана сможет начать выпускать репликанты Плат, он должен сначала преодолеть чудовищную проблему: задействовать свою технологию в 140 милях к северо-востоку, в воронкообразном заливе Фанди, который имеет самый большой в мире диапазон приливов и отливов - 54 фута. Через залив проходит два раза в день, что более чем в четыре раза превышает предполагаемый суммарный сток каждой реки на земле.Эта огромная масса воды может двигаться со скоростью более десяти миль в час и может генерировать 50 000 мегаватт, что, по некоторым оценкам, достаточно для питания 15 миллионов домов. Залив Фанди - это окончательное испытание для любого предпринимателя, занимающегося океанической энергией, и в течение столетия изобретатели экспериментировали в его коварных водах. Но бухта захламлена бедствиями.

* * *

Хейман, 43 года, пришел к власти окольными путями моряка.Хейман родился в Новой Зеландии в семье, владевшей туристическим агентством, и отца, который исследовал генетику молочных коров. Он рано начал возиться с лодками: летом родители припарковали его в местном парусном клубе. Он бросил колледж на первом курсе, когда его дядя попросил его доставить парусную лодку на полпути к восточному побережью Северного острова Новой Зеландии. «После этого меня зацепило», - говорит Хейман.

Смелый подход к производству чистой электроэнергии подвергается серьезному испытанию - величайшему приливу на Земле.(Грета Рыбус)

Работал на лодках по всему миру, включая Антарктиду. Он разработал и построил гоночные лодки на Багамах, где он также преобразовал яхты America’s Cup в гоночные чартеры и управлял паромным бизнесом. Но он понял, что, если он не хочет всю свою жизнь шлифовать стекловолокно и поднимать и опускать паруса по палубам, ему необходимо получить высшее образование. В возрасте 25 лет Хейман сошел на берег в Англии, чтобы изучать военно-морскую архитектуру в Университете Ньюкасла, а затем получил степень магистра инженерных наук в области устойчивого развития в Кембриджском университете.Вскоре он начал работать на плавучих танкерах-добытчиках, проектировал тяжелое подъемное оборудование для нефтегазовой промышленности и занимался спасательными работами на море.

«Плавучим вещам нужен военно-морской архитектор», - говорит Хейман. Он объясняет, что один из них призывает морского архитектора безопасно опускать большие объекты на морское дно и поднимать затонувшие суда, не разбивая их. В 2011 году Хейман оказался в вертолете, летевшем над тропическим лесом Борнео. Его отправили в этот регион для извлечения грузового корабля, вышедшего на мель у Самаринды.Ужасающий вид из окна вертолета изменил его жизнь. «Я видел тысячи акров тропических лесов, разрушенных бульдозерами, и спросил пилота, что происходит», - вспоминает Хейман. «Он сказал, что они добывали уголь в этом районе пять лет. И я подумал: «Вау, это столько разрушения за такой короткий промежуток времени». Уголь заполнил трюм корабля, который он собирался спасти.

Не лучше ли, подумал он, генерировать безуглеродную энергию за счет движения моря, чем выкапывать ее из земли? Можно было бы избежать как опасной транспортировки ископаемого топлива, так и огромного воздействия на окружающую среду при его добыче и сжигании.«Люди зациклены на выбросах парниковых газов», - говорит Хейман, имея в виду конечную стадию линейного процесса. «Но они не знают, что нужно для выработки энергии заранее». Воскресив корабль на Борнео, Хейман посвятил себя производству энергии из приливов.

В приливных отмелях между Гринвичем и Порт-Уильямсом, Новая Шотландия, приливы имеют диапазон 40 футов. (Грета Рыбус)

Большинство из нас на базовом уровне понимают, что приливы и отливы возникают и спадают в ответ на гравитационное притяжение Луны и Солнца в океанах.Но нюансы приливов фантастически сложны и остаются немного загадочными даже для ученых. Приливных идиосинкразий предостаточно: в некоторых местах, например в Мексиканском заливе, наблюдается один прилив в день вместо более обычных двух, в то время как в других - четыре. Как отмечает Джонатан Уайт в своей превосходной книге Tides: The Science and Spirit of the Ocean , астрономы точно знают, как небесные тела влияют на приливы, но то, что на самом деле происходит с водой здесь, на Земле, «невообразимо беспорядочно». Ученые все еще работают над этим.”

В целом, в создании приливов задействовано около 400 различных переменных, но вам не нужно учитывать каждую из них, чтобы понять, что использование энергии этого вечного двигателя - чрезвычайно хорошая идея. Ресурс чистый, неисчерпаемый и до такой степени, что даже солнечная и ветровая энергия непредсказуемы, очень предсказуем.

Люди черпали энергию из океана более тысячелетия, улавливая приливы в мельничных прудах за плотинами, а затем выпуская поток во время отлива через шлюзовые каналы, направленные на лопасти водяных колес.Движение создавало достаточную силу, чтобы вращать точильные камни или другие механические устройства. Первая приливная мельница в Северной Америке была построена в 1607 году в Аннаполис-Роял, Новая Шотландия, примерно в 60 милях от Гранд-Пассаж. Приливные мельницы были обычным явлением в провинции и на востоке США в 18 и 19 веках, но именно в 20 веке залив Фанди превратился в тигель для экспериментов в области приливной инженерии.

* * *

В 1915 году Ральф Кларксон, профессор инженерных наук в Университете Акадии Новой Шотландии, создал прототип генератора приливной энергии с четырьмя насосами, приводимых в действие горизонтальным водяным колесом, который поднимал воду на 335 футов в два резервуара на мысе мыса Сплит.Накопленная вода стекала по трубе к обычной гидроэлектрической турбине у подножия скал. Схема привлекла инвесторов, но в 1920 году пожар уничтожил все оборудование Кларксона. Проект так и не восстановился.

Вскоре после этого Декстер Купер, инженер-гидротехник из штата Мэн, составил планы трех плотин общей протяженностью более 7000 футов, которые будут улавливать высокие приливы в заливе Пассамакодди, создавая верхний бассейн площадью более 100 квадратных миль. . После попадания в нижний бассейн залива Кобскук, который занимал еще 41 квадратную милю, вода вырабатывала 345 000 киловатт энергии.При поддержке президента Франклина Д. Рузвельта, летнего соседа Купера на острове Кампобелло, и вопреки возражениям рыбаков, которые опасались, что турбины превратят залив в буйабес, Управление общественных работ в 1935 году начало строительство двух плотин, а также жилых домов для рабочих. недалеко от Истпорта, штат Мэн. Но дальнейшие исследования показали, что в конце концов местного спроса на электроэнергию не хватало, и паровые и традиционные гидроэлектростанции могли вырабатывать электроэнергию гораздо дешевле. К 1936 году проект был остановлен.Он возродился, как зомби, для другого взгляда при Дуайте Д. Эйзенхауэре и снова при Джоне Ф. Кеннеди. Все исследования пришли к одному и тому же выводу: DOA.

В 1980 году компания Nova Scotia Power начала преобразовывать дамбу, соединяющую приливную реку Аннаполис, в первую в Северной Америке приливную плотину или плотину, соединенную с сетью. Гибрид древней приливной мельницы и современной гидроэлектростанции, заграждение представляло собой четырехлопастную турбину диаметром 25 футов. На уходящем приливе устройство генерировало до 20 мегаватт.Он проработал 35 лет, но не без разногласий. Заграждение заблокировало миграцию рыбы и привело к гибели некоторых лососей и скумбрии, поймало морских млекопитающих в ловушку, нарушило потоки питательных веществ и наносов и способствовало эрозии. В январе 2019 года механическая проблема остановила приливную плотину в Аннаполисе, преуспев там, где десятилетия противодействия окружающей среде потерпели неудачу.

* * *

Когда компания Sustainable Marine Energy впервые была создана в Шотландии в 2012 году, она была сосредоточена на предоставлении электроэнергии в масштабах коммунальных предприятий, что часто определяется как подача по крайней мере мегаватта в существующую сеть.«Это был большой приз», - говорит Хейман. Но когда Великобритания сократила субсидии на приливную энергию, МСБ начал искать другие рынки. «Наш момент« ага »- это осознание того, что никто не делал ничего хорошего, - продолжает Хейман. «Сотни островных сообществ работали на импортном дизельном топливе», которые были благословлены защищенными прибрежными участками, приливами и быстрыми течениями. Он полагал, что правильно подобранная приливная сила может помочь им избавиться от привычки к дорогостоящему ископаемому топливу, снизить экологический риск разливов топлива и сделать их более устойчивыми перед лицом экстремальных явлений, таких как цунами или ураганы.

Исследователи проводят исследования приливной силы океана в лаборатории Aquatron в Университете Далхаузи. (Грета Рыбус) Наземная станция передачи энергии в лаборатории Центра океанографических исследований Фанди (FORCE) в Паррсборо, Новая Шотландия. (Грета Рыбус)

SME сначала испытала Plat-I в проливе Коннел-Саунд в западной Шотландии, а затем в конечном итоге отправила детали в Новую Шотландию, которая поддерживала проекты в области приливной энергетики. Компания выбрала Гранд Пассаж для своего дебюта в Новом Свете, потому что батиметрия канала известна, вода течет быстро и прозрачно, а к этому месту легко добраться.Но остров Бриер с населением 168 человек также соответствует более широкой цели Хеймана - обслуживать удаленные острова и другие прибрежные районы. «Фарерские острова - главный кандидат на плавучие приливы», - говорит Хейман на борту корабля SMEagol . «На Филиппинах есть великие течения, пролив Дискавери в Британской Колумбии, Нормандские острова, деревни в Индонезии и Корее ...» Мысленное вращение земного шара Хеймана может показаться грандиозным. Но энергия ветра и солнца также казалась незначительной и для многих немного абсурдной всего два поколения назад.Теперь эти технологии стали мейнстримом, обеспечивая почти десятую часть энергии США по конкурентоспособным ценам и быстро растут.

В Grand Passage компания SME продемонстрировала, что плавучая платформа имеет серьезные преимущества перед другим основным вариантом конструкции приливной энергии - турбиной, закрепленной на морском дне. Платформы намного дешевле строить и устанавливать, чем устройства, устанавливаемые снизу (и снимать, если что-то пойдет не так). А технический специалист может выполнять плановое обслуживание установленной на платформе турбины во время отлива.«Достаточно посетить лодку для омаров», - говорит Хейман. Для сравнения, для обслуживания устройств на морском дне может потребоваться подводное транспортное средство или тяжелая баржа с подъемным оборудованием.

Глядя на желтые обтекатели, которые сглаживают поток, несущийся мимо трехлопастных роторов Plat-I, я спрашиваю Хеймана, может ли его многомиллионное оборудование пострадать. Нет, говорит он: опасно сильные течения, куски льда и обломки поднимают турбины из воды. А поскольку SME спроектировало роторы таким образом, чтобы они поднимались независимо, техническое обслуживание можно проводить, не отключая все устройство, поэтому оно продолжает приносить доход.

(Гильбер Гейтс)

Сторонники приливов и отливов в потоке, то есть с турбинами, расположенными в толще воды, а не в плотинах, утверждают, что морские млекопитающие и плавниковые рыбы могут легко избегать лопастей, потому что ничто не препятствует проходу животных. Во время пилотного исследования 2017 года, в ходе которого полосатый окунь был введен во вращающуюся турбину в круглом резервуаре в Университете Далхаузи в Новой Шотландии, оказалось, что рыба избегает лопастей, даже при скорости течения 3,9 узла. Эти результаты «дадут информацию для реальных сценариев», - говорит Сью Моллой, проводившая исследование, - «а некоторые тесты, проведенные с выловленной в дикой природе рыбой, очень хорошо подойдут.”

Исследование SeaGen, первого в мире крупномасштабного генератора приливных потоков, который коммерчески работал в период с 2008 по 2016 год в Стренгфорд-Лох в Северной Ирландии, показало, что уплотнения не допускают перемещения роторов. В ходе многолетнего экспериментального исследования трех установленных на дне приливных турбин в районе Ист-Ривер в Нью-Йорке - демонстрационного проекта, проводимого Verdant Power, - исследователи не обнаружили никаких доказательств вреда для рыб.

Мониторинг окружающей среды в Гранд-Пассаже, говорит Хейман, не дал никаких доказательств того, что морские животные, за исключением медуз, касались турбин Плата.Тем не менее, как часто приходится слышать при обсуждении потенциальных воздействий на окружающую среду, отсутствие доказательств не свидетельствует об их отсутствии.

Генератор Плат-I с одной турбиной, поднятой из воды, плавает в Большом проходе, канале с быстрым приливом. (Грета Рыбус)

Наблюдать за окружающей средой вокруг турбин сложно и дорого. «Это очень динамичная среда с большим количеством турбулентности и отложений в воде, которые затрудняют видимость», - сказала мне Анна Редден, морской эколог из Института приливной энергии Университета Акадии, когда мы встретились в ее офисе.Пузырьки воздуха мешают обнаружению акустического сигнала, как и двигатели морских судов, а также шум другого оборудования для мониторинга. Поскольку свет может привлекать или отталкивать морскую жизнь, камеры могут записывать только в дневное время. Приливные платформы предназначены для работы в условиях сильного течения, а датчики - нет. «Мы используем готовую технологию, которая не предназначена для стиральных машин».

Я спросил Реддена, что наука знает о морской жизни и турбинах. «Точно ничего», - сказала она.«И мы не узнаем, убивают ли эти турбины рыбу, пока устройство не окажется в воде» в течение значительного времени. Она сделала паузу, затем сказала, записав tristesse : «Никакого нулевого воздействия не бывает. Но какой уровень воздействия мы сочтем приемлемым? »

* * *

Есть приливы в развитии приливной энергии. Потоки соответствуют резким скачкам цен на нефть, интересу инвесторов и правительственным субсидиям, которые помогают приливной энергии конкурировать с ветровой и солнечной, которые дешевле.Недавний всплеск активности в Новой Шотландии был вызван глобальной климатической чрезвычайной ситуацией и обязательством Канады сократить выбросы парниковых газов на 30 процентов к 2030 году по сравнению с уровнем 2005 года. (Новая Шотландия уже сократила выбросы на 31 процент, отчасти благодаря собственным ветровым турбинам и возобновляемой энергии, импортируемой из Ньюфаундленда, Нью-Брансуика и Квебека.)

Но интерес к приливной энергии также ослабевает, например, когда объявленные проекты терпят неудачу. В 2009 году компания Nova Scotia Power в партнерстве с дублинской компанией OpenHydro спустила шестиэтажную 400-тонную кольцевую турбину в проход Минас.В течение нескольких дней ток разорвал устройство на части. В режиме «стакан наполовину полный» инженеры признали, что недооценили силу прилива. Спустя семь лет компания попробовала еще раз, выпустив 1100-тонную модель. Он генерировал два мегаватта, пока компания не извлекла устройство для ремонта и модернизации, через семь месяцев эксперимента. В 2018 году в пролив спустили еще одну турбину. Но через несколько дней инвесторы OpenHydro ушли, и компания подала заявление о банкротстве. Турбина по сей день стоит на морском дне.

Центр океанографических исследований Фанди в области энергетики (FORCE), международный испытательный полигон для разработки приливной энергии в Паррсборо, Новая Шотландия, занимает стеклянное здание с видом на пролив Минас. По оценкам исследователей, быстрые приливные течения на водном пути могут генерировать 2500 мегаватт - этого достаточно, чтобы обеспечить энергией всю Новую Шотландию, где проживает почти миллион человек, и вытеснить до девяти миллионов тонн парниковых газов. Одним из величайших преимуществ приливной энергии является плотность самой кинетической энергии; проект солнечной энергии в Марокко, который производит 580 мегаватт, покрывает примерно 3500 футбольных полей.

Основанная в 2008 году и в основном финансируемая государством, FORCE является воплощением приливных мечтаний Новой Шотландии; это генератор исследований приливной энергии и операционный центр для компаний, тестирующих оборудование и наблюдающих за морской жизнью. Но, возможно, его самый важный актив находится под водой, где пять так называемых причалов, каждая из которых не превышает восьми акров, ждут арендаторов приливных турбин. Среди тех, кто, как ожидается, подключится к подводным кабелям FORCE, которые подключаются к ближайшей электрической подстанции, есть SME.

Драматический диапазон приливов и отливов в заливе Фанди в гавани Холл прост: от отметки прилива на дамбе до рыбацкой лодки, стоящей на мели во время отлива. (Грета Рыбус) В деревне Вестпорт на острове Бриер в Новой Шотландии проживает менее 200 жителей. До него можно добраться на лодке или пароме с Лонг-Айленда. (Грета Рыбус)

Джейсон Кларксон сравнил Plat-I с небольшим турбовинтовым самолетом. Проект, который SME надеется запустить в проходе Минас в конце этого года, будет больше похож на Airbus: три платформы, на каждой из которых установлено шесть турбин.Вместе они будут генерировать 1,26 мегаватт. Новое предприятие, партнерство между SME и канадской компанией Minas Tidal, будет называться Pempa’q In-Stream Tidal Energy Project. Слово pempa’q означает «прилив» на местном языке микмак.

Находясь на заднем дворе FORCE, я просматриваю богатые илом воды прохода и фокусирую бинокль на мысе Сплит, резко поднимающемся на юго-запад. Я вспоминаю, что Новая Шотландия в эпоху экологической невинности (1980-е годы) активно рассматривала возможность перекрытия этого водного пути пятимильным заградительным сооружением со 128 турбинами.Для сравнения, три плавучие платформы не будут слишком навязчивыми. Но как насчет большего?

Местных рыбаков «не волнует одна турбина». Их беспокоят массивы из 300 человек », - сказала мне Анна Редден, член правления FORCE. SME было не единственной компанией, занимавшейся разведкой в ​​этих условиях: у FORCE были другие арендаторы, а успешные проекты всегда стремятся к расширению. «С каждым удвоением совокупной мощности, - сказал мне Хейман, - стоимость для потребителей снижается на 15–20 процентов.В свою очередь, приливный ветер - это то место, где морской ветер был 15 лет назад, а солнечный - 10 лет ». Если с его трехплатформенным массивом все пойдет хорошо, он стремился увеличить его до 21 и производить почти девять мегаватт.

В отличие от ветряных турбин, которые имеют почти универсальную конструкцию, приливные турбины по-прежнему бывают разных форм и размеров. Оси приливных турбин могут быть вертикальными или горизонтальными; устройства напоминают настольные вентиляторы, архимедовы винты, винтовые лопасти газонокосилок и даже ветряные турбины.(Но поскольку вода «примерно в 838 раз» плотнее воздуха, морской архитектор может и скажет вам, что приливные лопасти могут быть намного меньше ветровых лопастей.) Некоторые турбины работают около морского дна, другие - в середине водной толщи или чуть ниже поверхности. Как и в случае с любой незрелой технологией, проекты, кажется, погружаются в воду, а затем отступают для доработок, капитального ремонта, свежего вливания денег или последнего путешествия в кучу металлолома.

Вниз в Брайер, шустрый маленький Плат-I медленно приближался к финишу, избежав многих из этих ловушек.«МСП - это история успеха, потому что они доказали, что могут сосуществовать с рыбаками, любителями лодок и экосистемой», - говорит Терри Тибодо, координатор по возобновляемым источникам энергии и изменению климата в муниципалитете округа Дигби. «Они придумали, как пришвартовывать и поворачивать свое устройство, и тестировали их годами».

Если электростанция нового поколения SME преуспеет в пасти Минаса, можно представить себе компанию, буксирующую разноцветные тримараны на острова и удаленные прибрежные районы по всему миру, выполняя особенно удовлетворительную концепцию энергетической независимости - гиперлокальную и низкую. и возобновляемым, пока Луна продолжает вращаться вокруг Земли.

Некоторое время мы не знали, одержит ли Хейман победу в заливе Фанди, но я обнаружил, что болею за эту отважную компанию и ее прагматичного лидера, которые помогали миру приблизиться к историческому моменту. В индустриальную эпоху Британии угольная энергетика вытеснила водяные колеса из бизнеса. Теперь водяные колеса могут помочь сделать то же самое с углем.

* Примечание редактора, 27 марта 2020 г .: В этой статье изначально говорилось, что приливная энергия может генерировать 12,5 тераватт в год в Соединенных Штатах.Фактически, он будет производить 12,5 тераватт-часов в год.

Гидроэлектроэнергия (волны и приливы) | ЗЕМЛЯ 104: Земля и окружающая среда (Развитие)

Гидроэлектроэнергия - плотины, волны и приливы

Ископаемые виды топлива доминируют в структуре производства электроэнергии в США в целом и в структуре мировой энергетики в целом. Но в некоторых районах США (например, на Тихоокеанском северо-западе) и в некоторых странах, в том числе в некоторых в Южной Америке и Европе, 800-фунтовая горилла производства электроэнергии - это не уголь, нефть или даже природный газ - это гидроэнергетика. , образованный огромными плотинами, расположенными вдоль основных рек мира.Как в США, так и во всем мире гидроэнергетика является крупнейшим возобновляемым ресурсом в энергетическом балансе и, безусловно, крупнейшим источником возобновляемой электроэнергии. В то время как рост использования гидроэлектроэнергии (по крайней мере, традиционного типа, генерируемого очень большими плотинами) в США замедлился почти до нуля, многие другие страны как в развитых, так и в развивающихся странах продвигаются вперед с крупными проектами по плотинам рек и выработке электроэнергии. огромное количество электричества.

Это хорошо, правда? В конце концов, чем больше энергии вырабатывается гидроэлектростанциями, тем меньше нам, возможно, придется производить с использованием ископаемого топлива, и тем меньше парниковых газов будет выделять мировой энергетический сектор.Хотя это, безусловно, правда, что нет прямых выбросов парниковых газов от гидроэлектроэнергии, расширение использования гидроэнергетики, особенно в сильно засаженных деревьями районах мира, приводит к другим сложным экологическим и социальным последствиям. Фактически, резервуары за плотинами являются основными источниками метана (мощного парникового газа), поэтому гидроэнергетика не совсем безуглеродный источник энергии.

В этом разделе мы рассмотрим процессы использования воды для производства электроэнергии - и эти процессы не ограничиваются перекрытием рек (хотя плотины, безусловно, являются преобладающим методом использования энергии воды).Как и энергия ветра, люди использовали воду для «энергетических» целей (то есть для выполнения полезной работы) в течение тысяч лет, что сделало речные системы одними из старейших энергетических ресурсов в мире. В течение первых двух тысяч лет существования гидроэнергетики энергия проточной воды использовалась для вращения водяных колес не для выработки электроэнергии, а для измельчения или помола таких вещей, как пшеница, для производства муки. Лишь в 1880-х годах зародилась гидроэлектроэнергия с небольшими плотинами гидроэлектростанций в Мичигане и Ниагарском водопаде, обеспечивающими электричеством эти места.

Как превратить воду в электричество?

Существуют три основных технологии использования проточной воды для выработки электроэнергии:

  • Плотины гидроэлектростанций вырабатывают энергию, позволяя воде из-за плотины (из водохранилища или водохранилища) течь через турбину. Турбина вращается, вырабатывая электричество. Это мало чем отличается от паровой турбины (которая использует уголь, газ или нефть в качестве топлива) или энергии ветра (которая использует ветер в качестве топлива для вращения турбины).
  • В проектах волновой и приливной энергии кинетическая энергия океанской воды снова используется для вращения турбины и производства электроэнергии.
  • Гидрокинетика в потоке - это развивающийся набор технологий, которые похожи по конструкции на проекты волновой и приливной энергетики, но предназначены для размещения в потоках.

Приливная энергия - обзор

Режимы работы плотин

Первым требованием для любой схемы приливной энергетики должен быть минимальный общий дифференциальный напор около 5 футов.между бассейном и морем или между бассейнами для выработки электроэнергии. Может оказаться полезным дальнейшее рассмотрение некоторых альтернатив.

Схемы с одним приливом , производящие энергию во время отливов, обычно предпочтительнее тех, которые используют приливы или полные приливы. В первом случае бассейн почти заполнен в начале генерации, оставаясь примерно наполовину заполненным по завершении этой части цикла. Зависимость от прилива дает больше энергии за цикл прилива, поскольку большой объем воды может использоваться при одном и том же рабочем напоре, хотя будут и различия.

В случае французского проекта Rance Tidal Power Project, приливные генерации производят лишь около 66 процентов от приливов.

Одиночный бассейн, двойной прилив Режим обеспечивает больше энергии, чем схемы с одним приливом, с преимуществом работы в течение более длительного периода каждый день. Однако затраты на строительство выше из-за необходимости в реверсивных агрегатах и ​​увеличенном количестве затворов для наполнения и / или опорожнения.

Реверсивные агрегаты, позволяющие производить генерацию во время приливов и отливов, могут быть спроектированы с возможностью накачки в одном или обоих направлениях.

В таблице 15 показаны относительные характеристики бассейнов и систем различных конструкций, производимых L.B. Бернштейн. Он содержит двенадцать принципиально различных схем приливной энергии.

ТАБЛИЦА 15. Сравнение производительности приливных схем

904 904 23,8 .бассейны (Defour 1925) Двойной прилив) (Caquot-Defour 1937) Перекрытие фаз связанных бассейнов (Майре) 90 illust462
Схема 1 № Описание Годовой объем выработки (гч / ч) % от доступной использованной энергии Всего установленная компания (МВт) Макс. Мощность (МВт) Мин. Мощность (МВт) Годовая среднегодовая выработка (МВт) % Использование Треб.От насосной улицы - (МВт) Требуемая резервная мощность (МВт) Требуемая энергия в режиме ожидания (гВт / ч) Затраты (a) % по схеме 1
1. Одинарный бассейн, 172 172 124 34 48 48 0 13,7 28 38 48 98 100 *
2. Одинарный бассейн,
Односторонний 82 22,4 49 49 48 138 171 *
3. Двойной бассейн,
ide Одиночный 22.4 24,5 24,5 0 9,3 38 12,6 48 135 151
4. Двойная раковина, p.h. в сеп, плотина (Decoeur) 47 13 11 11 1,5 4,8 48 1,6 46,5 173 112 5,5 бассейн, 2 фазы & amp; накачивание (Клод 1920) 59 16 32 14 2.5 6,7 21 4,6 45,5 161 420
6. Двухбазовый односторонний с насосами (Caquot-Defour 1935) 4 85,2 85,2 15,5 4,5 10. 40 5,6 45 135 435
7. Двойной бассейн, одинарный с оборотом. насос (Бернштейн 1947) 102 27.7 32,3 32,3 0 11,6 36 23,4 48 118 126
8. 21 15 15 4 10,8 72 5,4 43,5 144 293 *
9. 72,5 19,8 10,5 10,5 1,2 8,3 79 1 37,5 147,5 119 119 87,5 23,7 13,2 13,2 1,5 10,5 76 3,6 35,5 137 35,5 137 48 13.3 39 13,5 1,5 5,5 14 3,9 46,5 172 327
12. Насос для сопутствующих бассейнов 50 13,7 51 14 2 5,7 11 5 43,5 170 445

двойная диаграмма рабочего бассейна монтаж.Другие комбинации бассейнов и приливов можно найти в Приложении B. Некоторые комментарии могут быть полезны.

Рис. 45. Двусторонняя рабочая установка с одним водохранилищем

Система с двойным эффектом с одним водоемом включает плотину, построенную через рассматриваемый эстуарий для создания единого бассейна. Сооружения ГЭС и шлюзовых ворот обычно являются частью плотины. Агрегаты будут работать в обоих направлениях потока во время паводков и отливов. Во время прилива ворота закрываются. Когда достигается необходимая разница в уровнях между бассейном и морем, турбины приводятся в движение, поскольку поток начинается от бассейна к морю.

Когда перепад напора падает до уровня, слишком малого для обеспечения генерации, ворота открываются, чтобы максимально снизить уровень, так что после прилива все ворота могут быть закрыты, чтобы поддерживать бассейн на низком уровне до генерации можно возобновить. Агрегаты настроены на турбину в обратном направлении. Турбины обычно работают до тех пор, пока не наступит прилив, когда цикл снова изменится на обратный.

Всегда есть временная задержка между приливом и отливом и уровнем внутри плотины.Это приводит к тому, что уровень воды никогда не поднимается так высоко или опускается так же низко, как приливы.

Проект Rance Tidal Power во Франции включает в себя турбогенераторы, которые могут генерировать и перекачивать в обоих направлениях, в результате чего может быть получена дополнительная энергия за счет закачки в бассейн во время прилива и откачки во время отлива. Эта дополнительная операция увеличивает объем воды, который может быть выпущен через турбины во время каждого приливного цикла в результате увеличения дифференциального напора.Более высокая выходная мощность.

Одиночный бассейн с одинарным эффектом обеспечивает наиболее простой тип схемы, состоящей из одного бассейна с турбинами, также работающими только в одном направлении, обычно во время отлива. Закрыв ворота во время прилива, уровень падающего прилива создает достаточный напор для того, чтобы агрегаты начали работу. В конечном итоге дифференциал пропадает и турбина прекращается. Затем ворота закрываются, и турбины останавливаются. Затем процесс повторяется, и ворота открываются, чтобы вода из прилива снова заполнила бассейн.По мере того, как приливы и отливы меняются, турбины снова запускаются. Вспомогательная перекачка может использоваться в тех случаях, когда турбины реверсивны, что снова увеличивает производительность.

Двойной бассейн с одинарным эффектом включает в себя два бассейна, верхний и нижний. Между ними находится электростанция. Ворота для наполнения построены между морем и верхним бассейном, а ворота для опорожнения расположены прямо к морю, между нижним бассейном и морем. Такая установка позволяет непрерывно производить электроэнергию, мощность которой пропорциональна разнице напоров между бассейнами.

Направление потока всегда от верхнего бассейна к нижнему. Приливный прилив заполняет первый ежедневно, в то время как последний опорожняется под действием отлива, когда открываются опорожняющие ворота.

Хотя эта система стоит дороже из-за дополнительных дамб и затворов по сравнению со схемами с одним бассейном, существуют преимущества непрерывной, но ограниченной подачи. Пример такого типа конструкции можно найти в Международном проекте Passamaquoddy Tidal, который обсуждается в главе 5.

Установки с двойным резервуаром и двойным эффектом, вообще говоря, требуют больших затрат на строительство, не обязательно сопровождаемых более высокой производительностью, что делает их менее привлекательными с экономической точки зрения, чем системы с одним или простым двойным резервуаром.

Приливная энергия и как она работает - N-Sci Technologies

Что такое приливная энергия и как она работает?

Приливная энергия производится волна океанской воды во время подъема и падения приливов.Приливная энергия - это возобновляемый источник энергии.

В 20 веке инженеры разработали способы использования приливных движений. для выработки электроэнергии в районах, где есть значительный приливный диапазон - разница в площади между высокими прилив и отлив. Все методы используют специальные генераторы для преобразования приливная энергия в электричество. 1

По данным National Geographic, в настоящее время существует три различные способы получения приливной энергии: приливные течения, плотины, и приливные лагуны.Следующее взято из приливной энергии Сообщение энциклопедии найдено на сайте National Geographic:

Потоки

Для большинства генераторов приливной энергии турбины помещен в приливные потоки. Приливный поток - это быстро текущий водоем, созданный по приливам. Турбина - это машина, которая забирает энергию из потока жидкости. Эта жидкость может быть воздухом (ветер) или жидкостью (вода). Потому что вода намного плотнее, чем Воздух, приливная энергия более мощная, чем энергия ветра. В отличие от ветра, приливы предсказуемы и стабильны.Где используются приливные генераторы, они производят стабильный и надежный поток электроэнергии. 1

Заграждение

Другой тип генератора приливной энергии использует большая плотина называется плотиной. При заграждении вода может пролиться через сверху или через турбины в плотине, потому что плотина низкая. Заграждения могут быть построен через приливные реки, заливы и эстуарии.

Турбины внутри плотины используют силу приливов так же, как речную плотину использует силу реки.Ворота заграждения открыты с приливом. Во время прилива заградительные ворота закрываются, образуя бассейн или приливную лагуну. В затем вода выпускается через турбины плотины, создавая энергию на скорость, которую могут контролировать инженеры. 1

Лагуна

Последний тип генератора приливной энергии включает в себя строительство приливных лагун. Приливная лагуна - это водоем океана, который частично огорожен естественным или искусственным барьером. Приливные лагуны также могут быть устья и имеют впадение в них пресной воды.

Генератор приливной энергии, использующий приливные лагуны, будет работать так же, как заграждение. Однако, в отличие от плотин, приливные лагуны могут быть построены вдоль побережья. естественная береговая линия. Электростанция в приливной лагуне также может производить непрерывную мощность. Турбины работают, пока лагуна наполняется и опорожняется. 1

Преимущества приливной энергии

Ключ К преимуществам приливной силы относятся следующие 2 :

  • Приливы легко предсказуемы
  • Недорого в обслуживании
  • Надежный и возобновляемый источник энергия
  • Высокая плотность энергии, чем у других возобновляемая энергия формирует
  • Не производит парниковых газов или прочие отходы
  • Вертикально-осевые турбины и морские установки турбины недороги в изготовлении и оказывают меньшее воздействие на окружающую среду
  • Приливные турбины эффективны на 80%, что выше, чем у генераторов солнечной или ветровой энергии.
  • Заграждения уменьшают урон высокой приливные волны на суше.

Недостатки приливной энергии

Размещение турбин в приливных потоках является сложной задачей, поскольку машины большие и нарушают прилив, который они пытаются запрячь. Воздействие на окружающую среду может быть серьезным, в зависимости от размер турбины и место приливного течения. Турбины наиболее эффективен на мелководье. Это производит больше энергии и позволяет корабли, чтобы перемещаться вокруг турбин.Лопасти турбины приливного генератора также медленно поворачиваются, что помогает морским обитателям избежать попадания в система. 1

Некоторые другие ограничения приливной силы следующие: 2 :

  • Первоначальная стоимость строительства очень высока. высокая
  • Образование ила за плотиной
  • Воздействие на живущих животных и растений около приливных станций
  • Очень мало подходящих участков для строительство заграждений
  • Мешает миграция живого существа в океане
  • Воду нельзя пополнить, и следовательно, грязь оседает на побережье
  • Она производит электроэнергию всего за 10 h дня, когда прилив приходит и уходит.

Почему важна приливная энергия

Приливная энергия - это возобновляемый источник электроэнергии, который не приводить к выбросу газов, вызывающих глобальное потепление или кислотные дожди связанные с ископаемым топливом, вырабатываемым электричеством. Использование приливной энергии могло также снизить потребность в ядерной энергии и связанных с ней радиационных рисков. 3

Как сегодня используется приливная энергия

Крупнейший в мире проект приливной энергетики расположен на юге Корея, называемая приливной электростанцией на озере Сихва.Его выходная мощность составляет 254 МВт. Самая старая и вторая по величине в мире приливная электростанция находится в Бретань, Франция, называется приливной электростанцией Ла Ранс (240 МВт). 4 Есть по всему миру разбросано еще много приливных электростанций, и мы очень рады чтобы увидеть рост этого типа возобновляемой энергии.

Список литературы

1 Национальный Географический.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *