Реферат: Припливні електростанції

Цікавим напрямком океанської енергетики виявилося вирощування із плотів в океані гігантських водоростей - келпів, які швидко ростуть і легко перероблюються на метан. За зарубіжними оцінками, для повного забезпечення енергією кожної людини-споживача достатньо 1 га плантацій келпів.

Перетворення енергії припливу на механічну енергію використовувалося ще на початку XI століття в припливних млинах, які будували в гирлах річок, що впадали в океан. Для цього перегороджували дамбами річки і створювали резервуари, в яких встановлювалися засувні ворота чи шлюзи.

Коли починався приплив, шлюзи відчинялися всередину, й вода заповнювала резервуар. Знижуючи свій рівень при відпливі, вода сама зачиняла шлюзи. Якщо було необхідно, вода подавалася крізь вузькі ворота зливу на лопаті водяних коліс.

У перших припливних млинах використовувалась тільки потенційна енергія води, зібраної в резервуар. Пізніше, коли були винайдені ефективні насоси, з'явилася можливість використання й другого виду енергії припливів - кінетичної, тобто енергії води, яка рухається.

Припливні електростанції мають великий водозбірний басейн чи резервуар, з'єднаний з морем руслом річки чи спеціальним каналом, в якому встановлюють реверсивні турбіни, що примушують обертатися електрогенератор. Така електростанція перетворює енергію припливів послідовно на механічну, а потім на електричну як під час припливу, так і під час відпливу.

Перша у світі та найбільша на сьогодні ПЕС міститься у Франції на березі Ла-Маншу в гирлі річки Ране. Приплив у цьому місці переміщує 189 тис. м3 води за секунду. Різниця рівнів становить 13 м, а швидкість течії між містами Брестом і Сен-Мало часто досягає 90 км/год. У середині дамби дуже великого накопичувального резервуара містяться 24 турбогенератори зі зворотними лопатками ротора турбіни. Кожен з них може функціонувати і як турбіна, і як насос, який працює і в бік моря, і в зворотному напрямку. В дамбу вмонтовані навігаційні замки і спускні шлюзи.

До недоліків ПЕС слід віднести труднощі, пов'язані із захистом дамб та устаткування від ударів льодяних торсів, особливо у північних районах. Поблизу дамб морська флора й фауна дуже потерпає внаслідок, хоча й незначного, підвищення температури та зменшення вмісту кисню у воді. Крім того, дамби перешкоджають міграції риб. Основною позитивною рисою енергії припливів є те, що вона легко обліковується завдяки постійності її фаз. Однак велика тривалість останніх і малий потенціал енергії припливів зумовлюють необхідність створення ємних акумуляторів цієї енергії. Використання енергії припливів у мало потужних установках взагалі неекономічне. Краще використовувати енергію морських і океанських хвиль. Відомим є випадок, коли хвилі викинули камінь масою 69,5кг на покрівлю маяка висотою 40 м над рівнем моря (штат Орегон, США). У Франції (г. Шербур) хвилі перекинутій валун масою 2700 кг через дамбу висотою 6м. Максимальна висота хвиль, зареєстрована в Тихому океані, досягала 35 м. За оцінками спеціалістів, енергія морських і океанських хвиль становить приблизно 30% всієї використовуваної у світі енергії.

Припливні електричні станції (ПЕС)

Енергія морських припливів, яку інколи називають “місячна енергія, відома людству з давен, і ще тоді її використовували для приведення в рух різних механізмів, в основному млинів, а також для зрошування (в Німеччині), для постачання води за допомогою водопідйомних машин (в Англії) і ін.

ПЕС може також працювати з річковою ГЕС, що має водосховище. Під час сумісної роботи з ГЕС ця електростанція збільшує потужність при спаді потужності ПЕС і її зупинці. Коли ПЕС працює з великою потужністю, ГЕС накопичує воду у водосховище. Таким чином можна зменшити як добову, так і сезонну нерівномірність роботи ПЕС.

Враховуючи те, що ПЕС працюють в умовах швидкої зміни напору, їх турбіни повинні мати великий ККД при змінних напорах. На даний час створена достатньо досконала і компактна горизонтальна турбіна подвійної дії. Електричний генератор і частина деталей турбіни заключені у водонепроникній капсулі, що занурена у воду.

У 70-х роках минулого століття перетворювачі хвильової енергії морських хвиль в електричну почали використовувати для освітлення навігаційних буїв. Встановлений на буї турбогенератор служив для підзарядки акумуляторів, від яких енергія надходила до освітлювального приладу.

На даний час хвильова електростанція, яка здатна перетворювати не тільки потенційну енергію, а й кінетичну, потужністю 2 ГВт, проектується у Великобританії для Гебридських островів. Вона простягнеться вздовж берега на десятки кілометрів і буде складатися з окремих модулів потужністю по 5 МВт. Корпус модуля висотою 84 м, шириною 15 м і довжиною 84 м виконується з залізобетону. Будівництво електростанції має також мету – захист узбережжя від руйнування.

В нашій країні роботи зі створення хвильових електростанцій відновилися теж у 70-х роках у Київському політехнічному університеті. На Чорному морі проводились випробування установки, в якій електроенергія виробляється при переміщенні (або гойданні) постійного магніту відносно електричної обмотки. Корисна потужність установки при двобальних хвилях складала біля 4 кВт.

Під впливом тяжіння Місяця і Сонця відбуваються періодичні підняття і опускання поверхні морів і океанів – приливи і відливи. Частинки води здійснюють при цьому і вертикальні і горизонтальні рухи. Найбільші приливи спостерігаються в дні сизигий (молодих і повних місяців), найменші (квадратура) співпадають з першою і останньою чвертями Місяця. Між сизигиями і квадратурою амплітуди приливів можуть змінюватися в 2,7 раз.

Унаслідок зміни відстані між Землею і Місяцем, припливоутворююча сила Місяця протягом місяця може змінюватися на 40%, зміна припливоутворюючої силскладає лише 10%. Місячні приливи в 2,17 раз перевищують сонячні.

Основний період приливів півдобовий. Приливи з такою періодичністю переважають в Світовому океані. Спостерігаються також приливи добові і змішані. Характеристики змішаних приливів змінюються протягом місяця залежно від відміни Місяця.

У відкритому морі підйом водної поверхні під час приливу не перевищує 1 м. Значно більшої величини приливи досягають в гирлах річок, протоках і в затоках, що поступово звужуються, із звивистою береговою лінією. Найбільшої величини приливи досягають в затоці Фанді (Атлантичне побережжя Канади). У порту Монктон в цій затоці рівень води під час приливу піднімається на 19,6 м. У Англії, в гирлі річки Северн, що впадає в затоку Брістольський, найбільша висота приливу складає 16,3 м. На Атлантичному побережжі Франції, у Гранвіля, прилив досягає висоти 14,7 м, а в районі Сен-мало до 14 м. У внутрішніх морях приливи незначні. Так, у Фінській затоці, поблизу Ленінграда, величина приливу не перевищує 4...5 см, в Чорному морі, у Трапезунда, доходить до 8 см.

Коли час проходження приливної хвилі по затоці співпадає з періодом коливань припливоутворюючої сили, виникає явище резонансу, і амплітуда коливань водної поверхні сильно зростає.

У гирлах річок приливні хвилі розповсюджуються вгору за течією, зменшують швидкість течії і можуть змінити його напрям на протилежний. На Північній Двіне дія приливу позначається на відстані до 200 км. від гирла вгору по річці, на Амазонці – на відстані до 1 400 км. На деяких річках (Северн і Трент в Англії, Сіно і Орне у Франції, Амазонка в Бразилії) приливна течія створює круту хвилю заввишки 2-5 м, яка розповсюджується вгору по річці із швидкістю 7 м/сек. За першою хвилею може слідувати декілька хвиль менших розмірів. У міру просування вверх хвилі поступово слабшають, при зустрічі з мілинами і перешкодами вони Сонця за рік з шумом дробляться і піняться. Явище це в Англії називається бор, у Франції маскаре, в Бразилії поророка.

В більшості випадків хвилі бору заходять вгору по річці на 70-80 км., на Амазонці ж до 300 км. Спостерігається бор зазвичай під час найбільш високих приливів.

У наш час приливна енергія в основному перетворюється на електричну енергію на приливних електростанціях і вливається потім в загальний потік енергії, що виробляється електростанціями всіх типів. На відміну від гідроенергії річок, середня величина приливної енергії мало міняється від сезону до сезону, що дозволяє приливним електростанціям більш рівномірно забезпечувати енергією промислові підприємства.

У приливних електростанціях використовується перепад рівнів води, що утворюється під час приливу і відливу. Для цього відокремлюють прибережний басейн невисокою дамбою, яка затримує приливну воду при відливі. Потім воду випускають, і вона обертає гідротурбіни

Поки енергія приливних електростанцій обходиться дорожчим за енергію теплових електростанцій, але при раціональнішому здійсненні будівництва гідроспоруд цих станцій вартість енергії, що виробляється ними, цілком можна понизити до вартості енергії річкових електростанцій. Оскільки запаси приливної енергії планети значно перевершують повну величину гідроенергії річок, можна вважати, що приливна енергія гратиме помітну роль в подальшому прогресі людського суспільства.

Світову спільноту припускає лідируючі використання в ХХI столітті екологічно чистій і поновлюваній енергії морських приливів. Її запаси можуть забезпечити до 15 % сучасного енергоспоживання.

33-річний досвід експлуатації перших в світі ПЕС - Ранс у Франції і Кислогубськой в Росії - довели, що приливні електростанції:

стійко працюють в енергосистемах як в базі так і в пік графіка навантажень при гарантованому постійному місячному виробленні електроенергії

не забруднюють атмосферу шкідливими викидами на відміну від теплових станцій

не затоплюють земель на відміну від гідроелектростанцій