7.3 Приливные электростанции

Согласно документам, люди начали использовать энергию приливов ещё в XI в. для получения энергии маленькие заливы отгораживались от моря дамбами, в которых были проделаны шлюзовые ворота. Ворота открывались приливным потоком, в то время как прибывающая вода заполняла бассейн, и закрывались во время отлива. Вода, оставшаяся в бассейне, использовалась во время отлива для приведения в движение различных механизмов. В XIX в. подобные установки использовались в Гамбурге для перекачки сточных вод, а в 1824 г. Лондонский Сити снабжался питьевой водой при помощи огромных водяных колес, установленных ещё в 1580 г. Под арками Лондонского моста, где они продолжали работать в течение 250 лет. И в наши дни в штате Новая Англия, США, существуют установки, использующие энергию приливов для приведения в движение лесопильной рамы.

Середина XIX века была отмечена большим количеством предлагаемых проектов и предложений по применению эн7ергии приливов. С развитием электричества приливная энергия стала рассматриваться в качестве ресурса для получения электроэнергии. Основные принципы использования энергии приливов остались прежними, но вырос масштаб установок, произошло существенное усовершенствование оборудования и были разработаны новые идеи и объединения приливных электростанций в единую энергосистему.

Выделяются деньги на постройку различного рода приливных электростанций на больших заливах или устьях рек, где наблюдаются высокие приливы. За этим следует постройка дамбы при входе в залив, для того чтобы отгородить бассейн от моря. В дамбы, которые в некоторых проектах достигают несколько километров в длину, вмонтировано большое количество турбин , так что суммарная мощность приливной электростанции может достигать сотен и даже тысяч мегаватт.

Что касается извлечения энергии, современные приливные электростанции схожи с гидроэлектростанциями. В некоторых случаях турбины приливной электростанции – в отличии от гидроэлектростанции – работают в в двухстороннем режиме: при потоке воды, направленном в одну сторону, когда прилив заполняет бассейн, и когда вода движется в другую сторону при опустошении бассейна. Такой режим работы называется двойным действием, или двойным эффектом.

Приливные электростанции по сравнению с гидроэлектростанциями имеют один серьезный недостаток, а именно – пульсирующий характер приливов, известный как непостоянство приливов. Энергетический потенциал прилива меняется не только с суточным чередованиями прилива и отлива, но также в связи с изменениями его высоты в течении лунного месяца, когда Луна переходит из сигизии в квадратуру. Например, в соответствии с проектными расчетами производительная мощность приливной электростанции в Кводди, США, будет возрастать с 30 до 70 МВт, затем снова снижаться до 30 МВт. Ещё более значительные изменения мощности будут происходить в ходе сигизийных приливов. Совершенно ясно, что такое положение вещей не устраивает потребителей электроэнергии, которые нуждаются в постоянном и не перебойном электроснабжении.

Было множество предложений относительно способов решения этой проблемы. Наиболее простым способом приведения объемов выработки энергии станцией в соответствие с потреблением является разделение бассейна на две или более секции (многоотсековая схема бассейна), накапливать некоторый объем воды, а затем использовать её по мере надобности, таким образом, сглаживая колебания уровня прилива. Это преимущество достигается за счет максимальной мощности станции, которая сокращается прямо пропорционально количеству секций.

Существует ещё один способ рационального использования приливной электростанции, когда она входит в крупномасштабную энергосистему, объединяющую электростанции различного типа: тепловые, гидроэлектростанции, атомные. В этом случае используется одинарный бассейн, и приливная электростанция производит максимальное количество энергии в соответствии с циклом прилива. Если в системе наблюдается избыток мощности, то в этом случае тепловая электростанция может снизить выработку электричества, экономя тем самым запасы ископаемого топлива; в случае аналогичного снижения объемов выработки энергии гидроэлектростанцией используется специальный верхний резервуар, в котором хранится воды.

Дальнейшее усовершенствование этой системы может быть достигнуто при использовании приливной электростанции в качестве запасника воды в перерыве между приливами. В такой схеме излишек производимой энергии тратится на перекачивание воды из моря в бассейн станции. В это время генераторы электростанции используются в качестве электромоторов, а её турбины работают в режиме насосов. Когда системе потребуется достижение пиковой нагрузки, накопленная вода будет выпущена через турбины электростанции, что позволит выработать необходимую дополнительную энергию. Достижение оптимального контроля над работой такой схемы – достаточно сложная задача, требующая учета реальных характеристик системы и особенностей приливной электростанции.

Сегодня по всему миру уже действует несколько приливных электростанций. Первой коммерческой проливной электростанцией является 240 МВт в Рансе (Франция), которая была ведена в эксплуатацию в 1967 году и до сих пор функционирует. За ней последовала пробная станция «Кислая Губа» в России, построенная в 1965-1968 гг. приливная электростанция в Анаполисе мощность 20 МВт была сооружена в Канаде в 984 году в качестве пробного проекта для будущей мощной электростанции. В течение 1960-х гг. в Китае был установлен ряд более мощных установок. Сейчас действуют 7 приливных электростанций суммарной мощностью в 10 МВт. Электростанция Цзянся мощность 3,2 МВт была сделана в Китае в 1986 г. Кроме этих действующих электростанций существуют ещё ряд проектов, для которых ведется поиск мест установки с подходящими условиями. Однако их сооружение обычно откладывается, главным образом по причине высоких капитальных расходов, которые делают цены на электричество, производимое приливными электростанциями, не конкурентно способными по сравнению с ценами на энергию, произведенную другими типами станций, особенно если принять во внимание низкие в последнее время цены на нефть.

Тем не менее конструкторские работы в этом направлении продолжаются, проявляются новые проекты, предлагающие новые более дешевые способы возведения приливных электростанций, и с развитием оборудования наблюдается тенденция к снижению затрат на их строительство и эксплуатацию. Они оказываются ещё более привлекательными, если принять во внимание то, что они являются экологически безопасными источниками энергии. Многие исследования также подтверждают, что сооружение приливных электростанций может оказаться выгодно с социальной точки зрения. Всё это говорит о том, что в ближайшем будущем мы станем свидетелями строительства новых мощных приливных электростанций во многих странах мира.

Заключение

Потенциал возобновляющихся энергоресурсов, питающихся энергией солнца и возникающих вследствие взаимодействия Земли, Луны и Солнца, огромен. Были разработаны различные технологии по извлечению и использованию их энергии, которые непрестанно совершенствуются, что повышает конкурентоспособность возобновляемых источников энергии по сравнению с традиционными. Большинство возобновляемых источников энергии являются экологически чистыми, что сегодня является явным преимуществом. Биомасса и энергия ветра уже сейчас играет немало важную роль в энергетическом балансе некоторых стран. Проекты по использованию энергии волн и преобразовании термальной энергии океана большей частью находятся на стадии разработки, и их использование ограничено несколькими экспериментальными установками. Энергия приливов уже сейчас используется на коммерческом уровне и обещает серьезное развитие.

Будущее возобновляемых источников энергии, обсуждаемых здесь, зависит от ряда факторов: рост энергопотребления, рост численности населения, цены на ископаемое топливо, общественное мнение по поводу развития атомной энергетики, экологические вопросы и множество других.

Литература

1. Лятхер, В.М. Развитие ветроэнергетики / В.М. Лятхер //Журнал «Малая энергетика». - 2006. - № 1-2 (4-5).

2. Шпильрайн Э.Э. Проблемы и перспективы возобновляемой энергии в России

3. Щелкунов Г. Солнечная энергетика. Глобальные проекты // Электроника. НТБ. 2002. № 6.

4. Производство и использование биомассы // Энергосбережение. 2007. № 5.

5. Твайделл Дж., Уэйр А. Возобновляемые источники энергии: Пер. с англ. - М. Энергоатомиздат. 1990. - 392 с.

6. Энциклопедия систем жизнеобеспечения. Знания об устойчивом развитии. 2005г Том 2 ред. Е.Е. Демидова, А.М Лильчук и т.д.

7. Вестник Российских наук: научный общественно-политический журнал. Том 76 №5. Статья Н. П. Лаверов «Топливо-энергетические ресурсы».

39