Використання енергії припливів і відливів

Під впливом приливообразующих сил Місяця і Сонця в океанах і морях збуджуються приливи. Вони проявляються в періодичних коливаннях рівня води і в її горизонтальному переміщенні (приливні течії). Відповідно до цього енергія приливів складається з потенціальної енергії води, виведеної з положення рівноваги, і з кінетичної енергії рухомої води. Величини потенційної і кінетичної енергії мають приблизно один і той же порядок і рівні близько 5 * 25 * 1024 ерг. При розрахунках енергетичних ресурсів Світового океану для їх використання в конкретних цілях, наприклад для виробництва електроенергії, вся енергія припливів оцінюється в 1 млрд. кВт, тоді як сумарна енергія всіх річок земної кулі дорівнює 850 млн. кВт. Колосальні енергетичні потужності океанів і морів являють собою дуже велику природну цінність для людини.

З давніх часів люду прагнули опанувати енергією припливів. Вже в середні століття її почали використовувати для практичних цілей. Першими спорудами, механізми яких приводилися в рух припливної енергією, були млини і лісопилки, що з’явилися в X-XI ст. на берегах Англії та Франції. Принцип їх дії був заснований на використанні потенційної енергії припливів. Нескладна була і конструкція цих пристроїв. Зазвичай невелика бухта на морському узбережжі перегороджують греблею, що відділяла басейн від моря. У дамбі розташовувалися отвори з затворами і приливна млин. Під час припливу вода через відкриті отвори в дамбі заповнювала басейн. При відливі рівень води з боку моря знижувався, але в басейні вода затримувалася, так як отвори в дамбі закривалися. Рівень води в басейні в цей час був вище, ніж у морі, і вода з басейну, прямуючи в море через отвори в млинове колесо, обертала його. Під час припливу затвори в отворах дамби відкривалися і вода знову наповнювала басейн. Різниця рівнів в морі і в басейні зникала, і млин переставала працювати. З відливом починався наступний цикл роботи млина. Такий переривчастий ритм роботи був припустимо для примітивних споруд далекого минулого, які виконували прості, але корисні для свого часу функції.
Однак він малоприемлем для сучасного промислового виробництва, тому енергію припливів спробували використовувати для отримання більш зручною електричної енергії. Але для цього треба було створити на берегах океанів і морів припливні електростанції (ПЕС).

Однак створення їх пов’язане з великими труднощами. Насамперед вони пов’язані з характером припливів, на які впливати неможливо, гак як вони залежать від астрономічних причин, від особливостей обрисів берегів, рельєфу дна і т.п. В одних районах повна і мала вода наступає один раз на добу (добовий приплив). В інших районах це відбувається двічі на добу (півдобовий прилив). Є райони, де терміни настання повної і малої води зміщуються (змішаний прилив). Крім того, протягом семи днів, коли Місяць, Сонце і Земля знаходяться на одній прямій, створюється найбільший (сізігійний) прилив, а коли прямі, що з’єднують Землю з Місяцем і Сонцем, утворюють прямий кут, настає найменший (квадратура) приплив. На одних ділянках узбережжя Світового океану рівень води під час припливу підвищується на 15-18 м, на інших його висота досягає лише 10-20 см. Цикл припливів визначається місячними добами, тоді як режим енергоспоживання пов’язаний з виробничою діяльністю та побутом людей і залежить від сонячних доби, які коротше місячних на 50 хвилин. Звідси максимум і мінімум приливної електроенергії настає в різний час, що дуже незручно для її використання. І нарешті, енергетичне значення мають припливи, в результаті яких різниця рівнів в повну і малу воду становить 0,5 м. Це зустрічається далеко не скрізь і не завжди.

Незважаючи на всі ці труднощі, люди наполегливо намагаються опанувати енергією морських припливів. До теперішнього часу запропоновано близько 300 різних технічних проектів будівництва ПЕС. Найбільш раціональним і економічно ефективним рішенням фахівці вважають застосування в ПЕС поворотно-лопатевої (оборотної) турбіни, ідея якої вперше була запропонована ще радянськими вченими.

Такі турбіни – їх називають зануреними або капсульними агрегатами – здатні діяти не тільки як турбіни на обидва напрямки потоку, але і як насоси для підкачки води в басейн. Це дозволяє регулювати їх експлуатацію в залежності від часу доби, висоти і фази припливу, віддаляючись від місячного ритму припливів і наближаючись до періодичності сонячного часу, за яким живуть і працюють люди. За допомогою цих агрегатів вода підкачується в басейн і вночі, коли ПЕМ може працювати не на повну потужність, так як потреба в енергії невелика, а вода використовується для виробництва електроенергії в основному в години «пікових» навантажень. Тим самим вирішується один з істотних економічних питань експлуатації ПЕС: окупаються витрати на електроенергію, що живить насоси.
Однак оборотні турбіни не компенсують зменшення сили припливу від сизигії до квадратурі, що викликає періодичне зміна потужності ПЕС і ускладнює її експлуатацію. Дійсно, чималі складнощі виникнуть у роботі територіальної енергосистеми, якщо в неї включена електростанція, потужність якої змінюється 3-4 рази протягом двох тижнів. Особливо несприятливі такі пульсації для електростанцій великих потужностей.

Радянські енергетики показали, що ці труднощі можна подолати, якщо поєднати роботу приливних і річкових електростанцій, мають водосховища багаторічного регулювання. Адже енергія припливів непостійна протягом доби і від доби до доби, але у середньомісячних величинах вона постійна для будь-якого місяця і року. Енергія річок коливається по сезонах і з року в рік. При спареної роботі ПЕС і ГЕС енергія моря прийде на допомогу ГЕС в маловодні сезони і роки, а енергія річок заповнить міждобова провали в роботі ПЕС.

Далеко не в будь-якому районі земної кулі є умови для будівництва гідроелектростанцій з водосховищами багаторічного регулювання, тому з такими ГЕС рентабельно об’єднувати приливні станції тільки великої потужності. Вони повинні входити в об’єднані енергосистеми великих районів, країн і навіть континентів. Використання в єдиному комплексі приливних, річкових, теплових і атомних електростанцій не тільки дозволить збільшити вироблення електроенергії, а й забезпечить можливість найбільш ефективної роботи станцій останніх двох видів. Це в свою чергу служить певним економічним обгрунтуванням більш високої вартості споруди ПЕМ порівняно з ГЕС. Дослідження показали, що передача припливної електроенергії з прибережної зони в центральні частини материків буде виправданою для деяких районів Західної Європи, США, Канади, Південної Америки. У цих районах ПЕС можна об’єднати з ГЕС, що вже мають великі водосховища, або створити ГЕС. У такому комплексному інженерному (капсульні агрегати) і природно-кліматичному (об’єднані енергосистеми) підході лежить ключ до вирішення проблеми використання приливної енергії. В даний час почалося практичне освоєння енергії припливів, чому неабиякою мірою сприяли зусилля ще радянських учених, що дозволили реалізувати ідею перетворення припливної енергії в електричну в промисловому масштабі.

Перша в світі промислова ПЕС потужністю 240 тис. кВт побудована і введена в дію в 1967 р. у Франції. Вона розташована на березі Ла-Маншу, в Бретані, в гирлі річки Рані, де величина, припливу (різниця рівнів в повну і малу воду) досягає 13,5 м. Ширина річки тут 750 м. Гребля ПЕС пролягає між мисом Ла-Бребен на лівому і мисом Бріанге на правому березі з опорою на острівець Шалібер. У тілі греблі знаходяться 24 капсульних агрегати потужністю по 10000 кВт кожен. Площа басейну – 22 км2. Під час припливу в нього надходить 184 млн. м3 води. Майже вся потужність цієї ПЕС виробляється в години «пікового» споживання електроенергії і досягає 544 млн. кВт-год на рік, але вартість її поки ще вище, ніж на атомних електростанціях. Разом з тим енергія в години «пік» коштує тут досить дорого, що послужило одним з аспектів для обгрунтування спорудження ПЕС в цьому районі Франції.
Багаторічна експлуатація первістка приливної енергетики довела реальність споруди, виявила переваги і недоліки (зокрема, відносно невелика потужність) таких станцій. У зв’язку з цим у багатьох країнах створені і продовжують розроблятися нові проекти потужних і надпотужних промислових ПЕС. За визначенням фахівців, в 23 країнах світу є відповідні райони для їх будівництва. Однак, незважаючи на безліч проектів, промислові ПЕС ще споруджуються.

Широкий розвиток приливної енергетики в даний час крім природних труднощів стримують серйозні економічні та соціально-політичні причини. Будівництво ПЕС вимагає великих початкових капіталовкладень, що не завжди можливо здійснити. Рентабельні приливні станції потужністю 3-15 млн. кВт і вище у поєднанні з електростанціями інших типів, для чого потрібні великі енергоспоживаючі підприємства. Далеко не всі країни мають високорозвиненим енергоємним виробництвом і достатньо потужними електростанціями, здатними бути партнерами для ПЕС. Тому в рамках міжнародного або міждержавного співробітництва робляться спроби створити на правах пайової участі об’єднані енергосистеми з включенням до них ПЕС і спільно використовувати їх електроенергію. Однак суперечності між капіталістичними країнами ускладнюють реалізацію цих проектів. При всіх перевагах ПЕС (для них не потрібно створення водосховищ і затоплення корисних територій суші, їх робота не забруднює навколишнє середовище і т. п.) їх частка практично невідчутна в сучасному енергетичному балансі. Однак прогрес в освоєнні приливної енергії вже чітко виражений і в перспективі стане більш значним.

ПОДІЛИТИСЯ: