Приливные електростанції та його екологічні проблемы

Під упливом тяжіння відвідин Місяця й Сонця відбуваються періодичні підняття і опускання поверхні морів, і океанів — припливи і відливи. Частинки води роблять заодно й вертикальні і горизонтальні руху. Найбільші припливи спостерігаються у дні сизигий (молодиків і повень), найменші (квадратурные) збігаються з першої останньої чвертями Місяця. Між сизигиями і квадратурами амплітуди припливів можуть змінюватися в 2,7 раза.

У результаті зміни відстані між Землею і Місяцем, приливообразующая сила Місяця протягом місяця може змінюватися на 40%, зміна приливообразующей сили Сонця протягом року становить лише десять%. Місячні припливи в 2,17 разу перевищують за силою солнечные.

Основний період припливів півдобовий. Припливи з такою періодичністю переважають у світовому океані. Спостерігаються також припливи добові і змішані. Характеристики змішаних припливів змінюються впродовж місяця в залежність від схиляння Луны.

У відкритому ж морі підйом водної поверхні під час припливу не перевищує 1 м. Значно більшої величини припливи досягають в гирлах річок, протоках й у поступово суживающихся затоках зі звивистою берегової лінією. Найбільшою величини припливи досягають в затоці Фанди (Атлантичну узбережжі Канади). У порту Монктон у тому затоці рівень води під час припливу піднімається на 19,6 м. У Великобританії, у гирлі річки Северн, що у Брістольський затоку, найбільша висота припливу становить 16,3 м. На Атлантичному узбережжі Франції, у Гранвіля, приплив сягає висоти 14,7 м, а районі Сен-Мало до 14 м. У внутрішніх морях припливи незначні. Так було в Фінській затоці, поблизу Ленінграда, величина припливу вбирається у 4…5 див, в Чорному морі, у Трапезунда, сягає 8 см.

Підняття і опускання водної поверхні під час припливів і відпливів супроводжуються горизонтальними приливо-отливными течіями. Швидкість цих течій під час сизигий в 2…3 рази більше, ніж під час квадратур. Припливні течії в моменти найбільших швидкостей називають «живої водой».

При відтінках на положистих берегах морів може статися оголення дна за кілька кілометрів по перпендикуляру до берегової лінії. Рибалки Терекського узбережжя Білого моря, и півострова Нова Шотландія в Канаді використовують цю обставину при ловлі риби. Перед припливом вони встановлюють на пологом березі мережі, а після спаду води під'їздять до мереж підводами і збирають що в чих рыбу.

Коли час проходження припливної хвилі по затоці збігаються з періодом коливань приливообразующей сили, виникає явище резонансу, і амплітуда коливань водної поверхні сильно зростає. Таке явище спостерігається, наприклад, в Кандалакшском затоці Білого моря.

У гирлах річок приливні хвилі поширюються вгору за течією, зменшують швидкість течії і може змінити його напрям на протилежне. На Північної Двіні дію припливу б'є по відстані до 200 кілометрів від гирла вгору рікою, на Амазонці - з відривом до 1 400 км. На деяких річках (Северн і Трент в Англії, Сена і Орне у Франції, Амазонка у Бразилії) приливне протягом створює круту хвилю заввишки 2…5 м, що поширюється вгору річкою зі швидкістю 7 м/сек. За першої хвилею може вийти кілька хвиль менших розмірів. По мері просування вгору хвилі поступово слабшають, під час зустрічі обмілинами і перешкодами вони із гамом дробляться і піняться. Явище це у Англії називається бір, мови у Франції маскаре, у Бразилії поророка.

Найчастіше хвилі бору заходять вгору рікою на 70…80 км, на Амазонці до 300 км. Спостерігається бір звичайно під час найвищих приливов.

Спад рівня води у річках при відливі відбувається повільніше, ніж підйом під час припливу. Тому, як у гирло починається відплив, на віддалених від гирла багатьох ділянках ще можна спостерігати післядія прилива.

Річка Сен-Джонс у Канаді, неподалік місця впадання у затоку Фанди, проходить через вузьку ущелину. Під час припливу ущелині затримує рух води вгору річкою, рівень води вище ущелини виявляється нижчі й тому утворюється водоспад з рухом води проти течії річки. При відливі ж вода не встигає досить швидко проходити через ущелині у протилежному напрямі, тому рівень води вище ущелини буде вищою й утворюється водоспад, з якого вода рухається вниз за течією реки.

Приливо-отливные течії в морях і океанах поширюються на значно вищі глибини, ніж течії вітрові. Це кращому перемішуванню води та затримує освіту льоду їхньому вільної поверхні. У північних морях завдяки тертю припливної хвилі про нижню поверхню крижаного покриву відбувається зменшення інтенсивності приливоотливных течій. Тому взимку близько північних широтах припливи мають меншу висоту, ніж летом.

Оскільки Земля обертається навколо своєї осі випереджає за часом рух Місяця навколо Землі, в водної оболонці нашої планети виникають сили приливної тертя, подолання яких витрачається енергія обертання, і Земля обертається сповільнюється (приблизно 0,001 сек за 100 років). За законами небесної механіки подальше уповільнення обертання Землі потягне у себе зменшення швидкість руху Місяця орбітою і підвищення відстані між Землею і Місяцем. У остаточному підсумку період обертання Землі навколо своєї осі повинен зрівнятися з періодом звернення Місяця навколо Землі Це, коли період обертання Землі досягне 55 діб. У цьому припиниться добове Земля обертається, припиняться і приливо-отливные явища у світовому океане.

Протягом багато часу відбувалося гальмування обертання Місяця за рахунок возникавшего у ній приливної тертя під впливом земного тяжіння (приливно-отливные явища можуть бути у рідкої, а й у твердої оболонці небесного тіла). Через війну Місяць втратила обертання навколо своєї осі і тепер адресована Землі однією стороною. Завдяки тривалого дії приливообразующих сил Сонця втратив свою обертання і Меркурій. Хоча це й Місяць стосовно Землі, Меркурій звернений до Сонцю лише однієї стороной.

У XVI і XVII століттях енергія припливів у невеликих бухтах і вузьких протоках широко використовувалася доведення на дію млинів. Згодом вона застосовувалася доведення на дію насосних установок водопроводів, транспортуванню і монтажу масивних деталей споруд при гидростроительстве.

Нині приливна енергія переважно перетворюється на електричну енергію на припливних електростанціях і вливається потім у загальний потік енергії, вироблюваної електростанціями всіх типів, На відміну від гідроенергії річок, середній розмір припливної енергії мало змінюється від сезону до сезону, що дозволяє приливним електростанціям рівномірніше забезпечувати енергією промислові предприятия.

У припливних електростанціях використовується перепад рівнів води, утворений під час припливу і відпливу. І тому відокремлюють прибережний басейн невисокою греблею, що затримує припливну воду при відливі. Потім воду випускають, і її обертає гидротурбины.

Припливні електростанції може бути цінним енергетичним підмогою місцевого характеру, але Землі значно менше підхожих місць їхнього будівництва, що вони могли змінити загальну енергетичну ситуацию.

У Кислої губі поблизу Мурманська з 1968 року почала працювати перша група у нашій країні приливна електростанція потужністю 400 кіловат. Проектується приливна електростанція у гирлі Мезені і Кулоя потужністю 2,2 млн киловатт.

У світі розробляються проекти припливних електростанцій в затоці Фанди (Канада) й у гирлі річки Северн (Англія) потужністю відповідно 4 і десяти млн кіловат, вступив у лад приливні електростанції Ранс і СенМало (Франція) потужністю 240 і 9-те тис. кіловат, працюють невеликі приливні електростанції в Китае.

Поки енергія припливних електростанцій коштує дорожче енергії теплових електростанцій, але за більш раціональному здійсненні будівництва гідроспоруд цих станцій вартість вироблюваної ними енергії цілком можливо знизити до вартості енергії річкових електростанцій. Оскільки запаси припливної енергії планети значно переважають повну величину гідроенергії річок, можна вважати, що приливна енергія буде грати помітну роль подальшому прогресі людського общества.

Світова спільнота передбачає лидируещее використання у ХХI столітті екологічно чистою і поновлюваної енергії морських припливів. Її запаси можуть забезпечити до 15% сучасного энергопотребления.

33-річний досвід експлуатації перших у світі ПЕМ — Ранс у Франції та Кислогубской у Росії - довели, що приливні електростанції: стійко працюють у енергосистемах як і базі і у піку графіка навантажень при гарантованої постійної місячної виробленні електроенергії не забруднюють атмосферу шкідливими викидами на відміну теплових станцій не затоплюють в на відміну від гідроелектростанцій уявити не можуть потенційну небезпеку на відміну атомних станцій капітальні вкладення споруди ПЕМ становить витрат за ГЕС завдяки апробованому у Росії наплавному способу будівництва (без перемичок) і застосуванню нового технологічн ортогонального гідроагрегата вартість електроенергії найдешевша в енергосистемі (доведено за 35 років на ПЕМ Ранс — Франция).

Екологічний ефект (з прикладу Мезенской ПЕМ) залежить від запобігання викиду 17,7 млн. тонн вуглекислого газу (СО2) на рік, що з вартості компенсації викиду 1 тонни СО2 удесятеро USD (дані Світовий енергетичної конференції 1992 р.) може приносити за такою формулою Кіотського протоколу щорічний близько 1,7 млрд USD.

Російської школі використання припливної енергії - 60 років. У Росії її виконані проекти Тугурской ПЕМ потужністю 8,0 ГВт і Пенжинской ПЕМ потужністю 87 ГВт на Охотськім море, енергія яких то, можливо передано в энергодефицитные райони Південно-Східної Азії вже. На Білому море проектується Мезенская ПЕМ потужністю 11,4 ГВт, енергію якої передбачається направити до Європи по об'єднаної енергосистемі «Схід-Захід » .

Наплавная «російська «технологія будівництва ПЕМ, апробована на Кислогубской ПЕМ і захисної дамбі С-Петербурга, дозволяє на третину знизити капітальні витрати з порівнянню з у спосіб будівництва гідротехнічних споруд за перемичками. | | | |[pic] |[pic] | | | | |Наплавное будинок Кислогубской ПЕМ |Перегін Кислогубской ПЕМ морем | |перед висновком на перегін |з Мурманська в Кислу губу |.

Природні умови у районі досліджень (Заполяр'я): морська вода океанічній солёности 28−35 о/оо і температурою від -2,8 З до +10,5 З температура повітря на зимовий період (9 місяців) до -43 З вогкість повітря не нижче 80% кількість циклів (на рік): замачивания-осушки — до 690, заморожуваннявідтаювання до 480 обростання конструкцій у морській воді біомасою — до 230 кг/м2 (верстви завтовшки до 20 див) електрохімічна корозія металів до 1 мм на рік екологічний стан району — без забруднень, морська вода — без нефтепродуктов.

У Росії її обгрунтування проектів ПЕМ здійснюються на спеціалізованої морської наукової базі на Баренцовому морі, де точаться дослідження морських матеріалів, конструкцій, устаткування й антикорозійних технологий.

Створення у Росії нового ефективного і технологічно простого ортогонального гідроагрегата припускає можливість його масового виготовлення й кардинального зниження вартості ПЕМ. Результати російських робіт з ПЕМ було опубліковано у капітальної монографії Л. Б. Бернштейна, И. Н. Усачева та інших. «Припливні електростанції «, виданої 1996 р. на російському, китайському й англійському языках.

Російські фахівці з припливної енергії в інститутах Гідропроект і НИИЭС здійснюють повний комплекс проектних та галузевих науково-дослідних робіт зі створення морських енергетичних і гідротехнічних споруд на узбережжя Крісто й на шельфі, зокрема за умов Крайньої Півночі, дозволяють повною мірою реалізувати всі переваги припливної гидроэнергетики.

Екологічна характеристика припливних электростанций.

Екологічна безопасность:

. греблі ПЕМ біологічно проницаемы.

. перепустку риби через ПЕМ відбувається практично беспрепятственно.

. натурні випробування на Кислогубской ПЕМ не виявили загиблої риби чи його ушкоджень (дослідження Полярного інституту рибного господарства і океанологии).

. основна кормова база рибного стада — планктон: на ПЕМ гине 5−10.

% планктону, але в ГЕС — 83−99%.

. зниження солоності води в басейні ПЕМ, що б екологічний стан морської фауни та криги становить 0,05−0,07%, тобто. практично неощутимо.

. льодовий режим в басейні ПЕМ смягчается.

. в басейні зникають тороси і передумова їх образованию.

. немає натискного дії льоду на сооружение.

. розмив дна і рух наносів повністю стабілізуються протягом два роки эксплуатации.

. наплавний спосіб будівництва дає можливість не будувати в створах ПЕМ тимчасові великі стройбазы, споруджувати перемички та інші, що сприяє збереженню довкілля районі ПЭС.

. виключений викид шкідливих газів, золи, радіоактивних і теплових відходів, видобуток, транспортування, переробка, спалювання і поховання палива, запобігання спалювання кисню повітря, затоплення територій, загроза хвилі прорыва.

. ПЕМ не загрожує людині, а зміни у районі її експлуатації мають лише локальний характер, причому, переважно, в позитивному направлении.

. Енергетична характеристика припливних электростанций.

Приливна энергия.

. возобновляема.

. незмінна в місячному (сезонному і багаторічному) періодах все термін эксплуатации.

. незалежна від водності року й наявності топлива.

. використовується що з електростанціями інших типів в енергосистемах як і базі, і у піку графіка нагрузок.

. Економічне обгрунтування припливних электростанций.

Вартість енергії на ПЕМ найнижча енергосистемі порівняно з енергією усім інших типах електростанцій, що доведено за 33- літню експлуатацію промислової ПЕМ Ранс мови у Франції - в енергосистемі Electricite de France у центрі Европы.

За 1995 р. вартість 1кВт. ч електроенергії (в сантимах) на:

ПЕМ -18,5.

ГЕС -22,61.

ТЕС -34,2.

АЕС -26,15.

Собівартість кВт*ч електроенергії (у цінах 1996 р.) в ТЕО Тугурской ПЕМ — 2,4 коп., у проекті Амгуеньской АЕС — 8,7 коп.

ТЭО Тугурской (1996 р.) і матеріалів до ТЕО Мезенской ПЕМ (1999 р.) завдяки застосуванню ефективних технологій і нового устаткування вперше обгрунтували рівнозначність капітальних видатків і термінів будівництва великих ПЕМ і нових ГЕС в ідентичних условиях.

Соціальне значення припливних электростанций.

Припливні електростанції не надають шкідливого на людини: немає шкідливих викидів (на відміну ТЕС) немає затоплення земель й екологічної небезпеки хвилі прориву в нижній б'єф (на відміну ГЕС) немає радіаційну небезпеку (на відміну АЕС) впливом геть ПЕМ катастрофічних природних і соціальних явищ (землетрусу, повені, воєнних дій) не загрожують населенню в прилеглих до ПЕМ районах.

Сприятливі чинники в басейнах ПЕМ: пом’якшення (вирівнювання) кліматичних умов на прилеглих до басейну ПЕМ територіях захист берегів від штормових явищ розширення можливостей господарств марикультуры у зв’язку з збільшенням майже вдвічі біомаси морепродуктів поліпшення транспортної системи району виняткові можливості розширення туризма.

ПЕМ в енергосистемі Европы.

[pic].

Варіант використання ПЕМ в енергосистемі Європи — - ;

За оцінками експертів, вони б покрити близько 20 відсотків усього потреби європейців в електроенергії. Така технологія особливо вигідна для острівних територій, і навіть для країн, мають протяжну берегову линию.

——————- ——- ——— ———- ———- ——— ———— ———- —— —- ——— ——— ——- ————- ———————- Інший спосіб отримання альтернативної електроенергії - використовувати різницю у температурах між морської водою і холодним повітрям арктичних (антарктичних) районів земної кулі. У багатьох районів Північного Льодовитого океану, особливо у гирлах великих річок, як-от Єнісей, Олена, Обь, в зимову пору року є особливо сприятливі умови до роботи арктичних ОТЭС. Середня багаторічна зимова (ноябрь-март) температура повітря вбирається у тут -26 З. Більше теплий, і прісний стік річок прогріває морську воду під кригою до 30 З. Арктичні океанічні теплові електростанції можуть працювати звичайною схемою ОТЭС, заснованої на закритому циклі з низкокипящей робочої рідиною. У ОТЭС входять: парогенератор щоб одержати пара робочого речовини рахунок теплообміну з підігрітою морською водою, турбіна для приводу електрогенератора, устрою для конденсації відпрацьованого в турбіни пара, і навіть насоси для подачі морської води та холодного повітря. Більше перспективна схема арктичною ОТЭС з проміжним теплоносієм, охлаждаемым повітрям в зрошувальному режимі" (Див. Б. М. Берковский, В. А. Кузьминов «Поновлювальні джерела на службі людини», Москва, Наука, 1987 р., стор. 63−65.) Така установка може бути виготовлена вже у час. У ньому можуть бути використані: а випарника — кожухопластинчатый теплообмінник APV, теплової потужністю 7000 кВт. б) для конденсатора — кожухопластинчатый теплообмінник APV, теплової потужністю 6600 кВт будь-якої іншої конденсаційний теплообмінник, той самий потужності. в) турбогенератор — турбіна Юнгстрем на 400 кВ та два вбудованих генератора з дисковими роторами, на постійних магнітах, загальної потужністю 400 кВт. р) насоси — будь-які, продуктивністю для теплоносія — 2000 м3/ч, для робочого речовини — 65 м3/ч, для охолоджувача — 850 м3/ч. буд) градирня — сборнорозбірна 5−6 метрів заввишки, діаметром 8−10 м. Установка то, можливо зібрано в $ 20 футовом контейнері і перекидатися у будь-яку довільну необхідне місце, де є ріка з потоком води більш 2500 м3/ч, з температурою води щонайменше +30С чи велике озеро, із якого брати стільки води, і холодний повітря температурою нижче -300С. На складання градирни знадобиться кілька годин, після чого, якщо забезпечена подача води, установка працюватиме і давати для корисного використання більш 325кВт електроенергії, без якого — або палива. З вищевикладеного видно, що у час можна забезпечити людство альтернативної електроенергією, якщо закладати під них средства.

Є один спосіб отримання енергії з океану — електростанції, використовують енергію морських течій. Їх називають також «підводними мельницами».

Усачев І.Н. Припливні електростанції. — М.:Энергия, 2002. Усачев І.Н. Економічну оцінку припливних електростанцій з урахуванням екологічного ефекту// Праці XXI Конгресу СИГБ. — Монреаля, Канада, 16−20 червня 2003.

Велихов Е.П., Галустов К. З., Усачев І.Н., Кучерів Ю.Н., Бритвин С. О., Кузнєцов І.В., Семенов І.В., Кондрашов Ю. В. Спосіб спорудження крупноблочного споруди прибережній зоні водойми і плавкомплекс для здійснення способу. — Патент РФ № 2 195 531, держ. рег. 27.12.2002.

Усачев І.Н., Прудовский А. М., Історик Б.Л., Шполянський Ю. Б. Застосування ортогональної турбіни на припливних електростанціях// Гідротехнічне будівництво. — 1998. — № 12.

Раве Р., Бьеррегорд Х., Милаж До. Проект досягнення вироблення 10% світового електрики з допомогою енергії вітру до 2020 р. // Праці форуму FED, 1999.

Атласы вітрового і сонячного климатов Росії. — СПб: Головна геофізична обсерваторія їм. А.І. Воєйкова, 1997.