Резкое увеличение цен на топливо, трудности с его получением, истощение топливных ресурсов — все эти видимые признаки энергетического кризиса вызывали в последние годы во многих странах значительный интерес к новым источникам энергии, в том числе к энергии Мирового океана. электростанция приливной энергетика экологический
Известно, что запасы энергии в Мировом океане колоссальны, ведь две трети земной поверхности (361 млн. кв. км) занимают моря и океаны. Однако пока что люди умеют использовать лишь ничтожные доли этой энергии, да и то ценой больших и медленно окупающихся капиталовложений, так что такая энергетика до сих пор казалась малоперспективной.
Энергия океана давно привлекает к себе внимание человека. В середине 80-х годов уже действовали первые промышленные установки, а также велись разработки по следующим основным направлениям: использование энергии приливов, прибоя, волн, разности температур воды поверхностных и глубинных слоев океана, течений и т.д.
1. Приливные электростанции
Веками люди размышляли над причиной морских приливов и отливов. Сегодня мы достоверно знаем, что могучее природное явление — ритмичное движение морских вод вызывают силы притяжения Луны и Солнца. Приливные волны таят в себе огромный энергетический потенциал — 3 млрд. кВт.
Идея использования энергии приливов появилась у наших предков добрую тысячу лет назад. Правда, строили они тогда не ПЭС, а приливные мельницы. Одна из таких мельниц, упоминаемая еще в документах 1086 года, сохранилась в местечке Илинг, на юге Англии. В России первая приливная мельница появилась на Беломорье в XVII веке.
В ХХ веке ученые задумались над использованием потенциала приливов в электроэнергетике. Достоинства приливной энергии неоспоримы. Приливные станции можно строить в труднодоступных местах в прибрежной зоне, они не загрязняют атмосферу вредными выбросами в отличие от тепловых станций, не затапливают земель в отличие от гидроэлектростанций и не представляют потенциальной опасности в отличие от атомных станций.
ПЭС использует перепад уровней «полной» и «малой» воды во время прилива и отлива. Перекрыв плотиной, залив или устье впадающей с море (океан) реки (образовав водоём, называют бассейном ПЭС), можно при достаточно высокой амплитуде прилива (> 4 м ) создать напор, достаточный для вращения гидротурбин и соединённых с ними гидрогенераторов, размещенных в теле плотины.
«Экология» НЕТРАДИЦИОННЫЕ (АЛЬТЕРНАТИВНЫЕ) ИСТОЧНИКИ ЭНЕРГИИ ...
... потребностей в самых разнообразных энергетических ресурсах. При оценке их запасов важно различать две большие группы ресурсов – невозобновимые и возобновимые. ... по мнению учёных, исчерпаны через 80-140 лет. В данном проекте в качестве источников энергии рассмотрены нетрадиционные: энергия солнца, энергия ветра, геотермальная энергия, энергия приливов и отливов, энергия морских течений, энергия океана ...
При одном бассейне и правильном полусуточном цикле приливов ПЭС может вырабатывать электроэнергию непрерывно в течение 4—5 ч с перерывами соответственно 2—1 ч четырежды за сутки (такая ПЭС называется однобассейновой двустороннего действия).
Для устранения неравномерности выработки электроэнергии бассейн ПЭС можно разделить плотиной на два или три меньших бассейна, в одном из которых поддерживается уровень «малой», а в другом — «полной» воды; третий бассейн — резервный; гидроагрегаты устанавливаются в теле разделительной плотины. Но и эта мера полностью не исключает пульсации энергии, обусловленной цикличностью приливов в течение полумесячного периода. При совместной работе в одной энергосистеме с мощными тепловыми (в т. ч. и атомными) электростанциями, энергия, вырабатываемая ПЭС, может быть использована для участия в покрытии пиков нагрузки энергосистемы, а входящие в эту же систему ГЭС, имеющие водохранилища сезонного регулирования, могут компенсировать внутримесячные колебания энергии приливов.
На ПЭС устанавливают капсульные гидроагрегаты, которые могут использоваться с относительно высоким кпд в генераторном (прямом и обратном) и насосном (прямом и обратном) режимах, а также в качестве водопропускного отверстия. В часы, когда малая нагрузка энергосистемы совпадает по времени с «малой» или «полной» водой в море, гидроагрегаты ПЭС либо отключены, либо работают в насосном режиме — подкачивают воду в бассейн выше уровня прилива (или откачивают ниже уровня отлива) и таким образом аккумулируют энергию до того момента, когда в энергосистеме наступит пик нагрузки .
В случае если прилив или отлив совпадает по времени с максимумом нагрузки энергосистемы, ПЭС работает в генераторном режиме. Таким образом, ПЭС может использоваться в энергосистеме как пиковая электростанция .
В 1966 г. во Франции на реке Ранс построена первая в мире приливная электростанция. Система использует двадцать четыре 10-мегаваттных турбины, обладает проектной мощностью 240 МВт и ежегодно производит около 50 ГВт*ч электроэнергии. Для этой станции разработан приливный капсульный агрегат, позволяющий осуществлять три прямых и три обратных режима работы: как генератор, как насос и как водопропускное отверстие, что обеспечивает эффективную эксплуатацию ПЭС. По оценкам специалистов, ПЭС Ранс экономически оправдана. Годовые издержки эксплуатации ниже, чем на гидроэлектростанциях, и составляют 4% капитальных вложений.
Другая крупная приливная электростанция мощностью 20 МВт расположена в Аннаполис-Ройал, в заливе Фанди (провинция Новая Шотландия, Канада
Она была официально открыта в сентябре 1984 г. Система смонтирована на о. Хогс в устье р. Аннаполис на основе уже существующей дамбы, защищающей плодородные земли от затопления морской водой в период штормов. Амплитуда прилива колеблется от 4,4 до 8,7 м.
В 1968 г. на побережье Баренцева моря в Кислой губе сооружена первая в нашей стране опытно-промышленная ПЭС.
Кислогубская ПЭС
В здании электростанции размещено 2 гидроагрегата мощностью 400 кВт. На данный момент является экспериментальной базой для отработки будущих технологий.
Альтернативные источники энергии и возможности их применения в России
... запасы энергии. Геотермальная энергия по времени использования — наиболее старый источник альтернативной энергии. В ... мощностью 11 МВт, на Курилах — станция на о. Кунашир. Такие станции могут быть конкурентоспособны лишь в районах с высокой отпускной ценой на электроэнергию, ... энергия . Несмотря на такой большой потенциал в новой энергетической программе России вклад возобновляемых источников энергии ...
Основоположниками этого проекта были советские ученые Лев Бернштейн и Игорь Усачев. Впервые в мировой практике гидротехнического строительства станция была возведена наплавным способом, который потом широко стал использоваться при строительстве подводных туннелей, нефтегазовых платформ, прибрежных ГЭС, ТЭС, АЭС и защитных гидротехнических комплексов. Среднегодовая мощность станции составляет порядка 1.2 млн. кВт/ч.
Южной Корее тоже есть ПЭС — Sihwa Lake мощностью 254 МВт, которая была построена в 2009 году. Ее строительство обошлось в сумму около $300 млн.
Sihwa Lake
В отличие от гидроэнергии рек, средняя величина приливной энергии мало меняется от сезона к сезону, что позволяет приливным электростанциям более равномерно обеспечивать энергией промышленные предприятия.
В настоящее время планируется строительство еще одной ПЭС в Мурманской области, на побережье Баренцева моря. За рубежом приливные станции функционируют в США, Великобритании, , Канаде, Норвегии, Китае, Индии и в некоторых других государствах.
Пока энергия приливных электростанций обходится дороже энергии тепловых электростанций, но при более рациональном осуществлении строительства гидросооружений этих станций стоимость вырабатываемой ими энергии вполне можно снизить до стоимости энергии речных электростанций. Поскольку запасы приливной энергии планеты значительно превосходят полную величину гидроэнергии рек, можно полагать, что приливная энергия будет играть заметную роль в дальнейшем прогрессе человеческого общества.
2. Достоинства ПЭС
Мировое сообщество предполагает лидирующее использование в XXI веке экологически чистой и возобновляемой энергии морских приливов. Ее запасы могут обеспечить до 15 % современного энергопотребления.
33-летний опыт эксплуатации первых в мире ПЭС — Ранс во Франции и Кислогубской в России — доказали, что приливные электростанции:
устойчиво работают в энергосистемах как в базе так и в пике графика нагрузок при гарантированной постоянной месячной выработке электроэнергии
не загрязняют атмосферу вредными выбросами в отличие от тепловых станций
не затапливают земель в отличие от гидроэлектростанций
не представляют потенциальной опасности в отличие от атомных станций
капитальные вложения на сооружения ПЭС не превышают затрат на ГЭС благодаря апробированному в России наплавному способу строительства (без перемычек) и применению нового технологичного ортогонального гидроагрегата
стоимость электроэнергии самая дешевая в энергосистеме (доказано за 35 лет на ПЭС Ранс — Франция).
В России выполнены проекты Тугурской ПЭС мощностью 8,0 ГВт и Пенжинской ПЭС мощностью 87 ГВт на Охотском море, энергия которых может быть передана в энергодефицитные районы Юго-Восточной Азии. На Белом море проектируется Мезенская ПЭС мощностью 11,4 ГВт, энергию которой предполагается направить в Западную Европу по объединенной энергосистеме » Восток-Запад».
Установка и эксплуатация приборов учета и регулирования расхода ...
... примесям в воде, для надежной работы необходим фильтр на входе прибора (см. схему 2). Схема 1 /конструкция счетчика воды крыльчатого типа/ ... можно назвать дополнительными. Расход тепловой энергии измеряется теплосчетчиками. Определение тепловой энергии, передаваемой теплоносителем, может быть ... от водяной камеры; 3 - корпус; 4 - фильтр; 5 - тело обтекания. Схема 4 /пример монтажа/ 1 - счетчик воды; 2 ...
Наплавная «российская» технология строительства ПЭС позволяет на треть снизить капитальные затраты по сравнению с классическим способом строительства гидротехнических сооружений за перемычками.
3. Социальное значение приливных электростанций
Приливные электростанции не оказывают вредного воздействия на человека:
нет вредных выбросов (в отличие от ТЭС)
нет затопления земель и опасности волны прорыва в нижний бьеф (в отличие от ГЭС)
нет радиационной опасности (в отличие от АЭС)
влияние на ПЭС катастрофических природных и социальных явлений (землетрясения, наводнения, военные действия) не угрожают населению в примыкающих к ПЭС районах.
4. Экологическая характеристика приливных электростанций
Экологическая безопасность:
плотины ПЭС биологически проницаемы
пропуск рыбы через ПЭС происходит практически беспрепятственно
натурные испытания на Кислогубской ПЭС не обнаружили погибшей рыбы или ее повреждений (исследования Полярного института рыбного хозяйства и океанологии)
основная кормовая база рыбного стада — планктон: на ПЭС гибнет 5-10 % планктона, а на ГЭС — 83-99 %
снижение солености воды в бассейне ПЭС, определяющее экологическое состояние морской фауны и льда составляет 0,05-0,07 %, т.е. практически неощутимо
ледовый режим в бассейне ПЭС смягчается
в бассейне исчезают торосы и предпосылки к их образованию
не наблюдается нажимного действия льда на сооружение
размыв дна и движение наносов полностью стабилизируются в течение первых двух лет эксплуатации
наплавной способ строительства дает возможность не возводить в створах ПЭС временные крупные стройбазы, сооружать перемычки и прочее, что способствует сохранению окружающей среды в районе ПЭС
исключен выброс вредных газов, золы, радиоактивных и тепловых отходов, добыча, транспортировка, переработка, сжигание и захоронение топлива, предотвращение сжигания кислорода воздуха, затопление территорий, угроза волны прорыва
ПЭС не угрожает человеку, а изменения в районе ее эксплуатации имеют лишь локальный характер, причем, в основном, в положительном направлении.
Энергетическая характеристика приливных электростанций
Использование великих сил приливов и отливов Мирового океана, даже самих океанских волн — интересная проблема. К решению ее еще только приступают. Тут многое предстоит изучать, изобретать и конструировать.
5. Причины малой распространенности ПЭС
1. Необходимость отведения значительной прибрежной территории под организацию бассейна станции. В странах с теплым, благоприятным климатом береговые зоны целесообразней использовать под организацию туристического бизнеса и пляжного отдыха. По этой причине ПЭС, как правило, устанавливают на морских побережьях в северных географических широтах.
2. Малая мощность наряду с высокой стоимостью строительства и, как следствие, большой срок окупаемости проекта.
6. ПЭС в энергосистеме Европы
Рис. 1 — Вариант использования ПЭС в энергосистеме Европы
По оценкам экспертов, они могли бы покрыть около 20 процентов всей потребности европейцев в электроэнергии. Подобная технология особенно выгодна для островных территорий, а также для стран, имеющих протяженную береговую линию.
Характеристика, виды и принцип работы электростанций
... электрогенераторы начинают работать, а вода из бассейна постепенно уходит. Считается экономически целесообразным строительство приливных электростанций в районах с приливными колебаниями уровня моря не ... поскольку меняют энергетический потенциал морских вод, их скорость и территорию перемещения. Морские теплостанции, построенные на перепаде температур морской воды,способствуют выделению большого ...
Другой способ получения альтернативной электроэнергии — использовать разницу в температурах между морской водой и холодным воздухом арктических (антарктических) районов земного шара. В ряде районов Северного Ледовитого океана, особенно в устьях больших рек, таких как Енисей, Лена, Обь, в зимнее время года имеются особо благоприятные условия для работы арктических ОТЭС. Средняя многолетняя зимняя (ноябрь-март) температура воздуха не превышает здесь -26 С. Более теплый, и пресный сток рек прогревает морскую воду подо льдом до 30 С. Арктические океанические тепловые электростанции могут работать по обычной схеме ОТЭС, основанной на закрытом цикле с низкокипящей рабочей жидкостью. В ОТЭС входят: парогенератор для получения пара рабочего вещества за счёт теплообмена с морской водой, турбина для привода электрогенератора, устройства для конденсации отработавшего в турбине пара, а также насосы для подачи морской воды и холодного воздуха. Более перспективна схема арктической ОТЭС с промежуточным теплоносителем, охлаждаемым воздухом в оросительном режиме» (См. Б.М. Берковский, В.А. Кузьминов «Возобновляемые источники энергии на службе человека», Москва, Наука, 1987 г., стр. 63-65.) Такая установка может быть изготовлена уже в настоящее время. В ней могут быть использованы: а) для испарителя — кожухопластинчатый теплообменник APV, тепловой мощностью 7000 кВт. б) для конденсатора — кожухопластинчатый теплообменник APV, тепловой мощностью 6600 кВт или любой другой конденсационный теплообменник, такой же мощности. в) турбогенератор — турбина Юнгстрем на 400 кВт и два встроенных генератора с дисковыми роторами, на постоянных магнитах, общей мощностью 400 кВт. г) насосы — любые, производительностью для теплоносителя — 2000 м3/ч, для рабочего вещества — 65 м3/ч, для охладителя — 850 м3/ч. д) градирня — сборно-разборная 5-6 метров высотой, диаметром 8-10 м. Установка может быть собрана в 20 футовом контейнере и перебрасываться в любое необходимое место, где имеется река с потоком воды более 2500 м3/ч, с температурой воды не менее +30С или большое озеро, из которого можно брать такое количество воды, и холодный воздух температурой ниже -300С. На сборку градирни потребуется всего несколько часов, после чего, если обеспечена подача воды, установка будет работать и выдавать для полезного использования более 325кВт электроэнергии, без какого — либо топлива. Из вышеизложенного видно, что уже в настоящее время можно обеспечить человечество альтернативной электроэнергией, если вкладывать в это средства.
Список используемой литературы
[Электронный ресурс]//URL: https://drprom.ru/referat/prilivnyie-elektrostantsii/
1. Бернштейн Л. Б., Приливные электростанции в современной энергетике, М., 1961;
2. Евгений ХРУСТАЛЁВ «Энергия мирового океана» Энергетика и промышленность России, газета: № 6 (22) июнь 2002 года;
3. Жибра Р., Энергия приливов и приливные электростанции, пер. с франц.
4. Усачев И.Н. Приливные электростанции. — М.:Энергия, 2002;
5. Раве Р., Бьеррегорд Х., Милаж К. Проект достижения выработки 10% мирового электричества с помощью энергии ветра к 2020 г. // Труды форума FED, 1999.
Типы электростанций (4)
... кВт). Атомная электростанция (АЭС), Первая в мире АЭС опытно-промышленного назначения мощностью 5 Мвт была ... относятся: собственно реактор с биологической защитой, теплообменники, насосы или газодувные установки, осуществляющие циркуляцию ... Вода 2-го контура испаряется в парогенераторе, и образующийся пар поступает в турбину 4. Рис. 2. Наиболее часто на АЭС применяются 4 типа реакторов на тепловых ...
6. Атласы ветрового и солнечного климатов России. — СПб: Главная геофизическая обсерватория им. А.И. Воейкова. — 1997.
7. Велихов Е.П., Галустов К.З., Усачев И.Н., Кучеров Ю.Н., Бритвин С.О., Кузнецов И.В., Семенов И.В., Кондрашов Ю.В. Способ возведения крупноблочного сооружения в прибрежной зоне водоема и плавкомплекс для осуществления способа. — Патент РФ № 2195531, гос. рег. 27.12.2002.
