Припливнi електростанцiї
РЕФЕРАТ
на тему:
«Припливнi електростанцiї»
Пiдготувала
учениця 11-Б класу
Миц Галина
Перевiрив вчитель фiзики
Бучинський В. Н.
Тернопiль 2010
Вступ
Розвиток технiчної цивiлiзацiї на Землi в XX столiттi характеризується стрiмким збiльшенням енергоспоживання. За оцiнками, в 1945-1995 pp. населення планети використало 2/3 всього палива, добутого людством за час свого iснування. Такi бурхливi темпи розвитку енергетики спричинили появу низки гострих проблем. На перший план виходить проблема ресурсозабезпеченостi енергетичного господарства. 3 одного боку, сумарнi запаси паливних ресурсiв досить великi, до того ж щороку стають вiдомими новi поклади викопного палива. Крiм того, сучасна технологiя вiдкриває доступ до використання нетрадицiйних джерел енергiї, це свiдчить на користь того, що абсолютного дефiциту енергетичних ресурсiв на планетi поки що не iснує. З iншого боку, спостерiгається вiдносна ресурсна обмеженiсть, зумовлена можливiстю швидкого вичерпання найбiльш доступних родовищ, перехiд до розробки складнiших, що спричинює подорожчання енергоносiїв i робить використання бiльшої частини паливних ресурсiв нерентабельними.
Але особливо загострилися проблеми, пов'язанi з негативним впливом енергетики на стан навколишнього середовища. Масове використання енергiї завдає збиткiв природi i здоров'ю людини через викиди, що мiстять важкi метали, двоокис сiрки, окис азоту та iншi шкiдливi речовини. Рослини та океан уже не встигають поглинути всю кiлькiсть вуглекислоти, яка утворюється внаслiдок спалювання органiчного палива. Це веде до поступового збiльшення її концентрацiї в атмосферi, що посилює "парниковий ефект" i викликає потеплiння клiмату. Якщо тенденцiя зростання споживання енергiї та викидiв двоокису вуглецю збережеться, то вже до 2025 року на Землi потеплiшає на 2 градуси Цельсiя, що призведе до глобальних катастрофiчних наслiдкiв: змiщення клiматичних зон, зникнення багатьох видiв рослин, скорочення лiсових площ, збiльшення пустель, розтавання льодовикiв тощо. Все це створить небезпеку голоду, хвороб, масових мiграцiй населення iз зон екологiчного лиха.
Ось заходи, що дозволили б переламати негативнi тенденцiї у сферi енергетики:
зменшення шкiдливих викидiв в атмосферу завдяки новим технологiям очищення вiдпрацьованих газiв;
змiна структури паливно-енергетичного балансу через розвиток альтернативної енергетики;
Використання нових видiв енергiї
Для перетворення i використання енергiї океану iснують припливнi електростанцiї (ПЕС), хвильовi електростанцiї (ХвЕС) i електростанцiї морських течiй (ЕСМТ). В усiх цих типах енергоустановок проходить перетворення механiчної енергiї океану на електричну. Окремим напрямом є енергоустановки, використовуючи наявнiсть температурного перепаду мiж верхнiм i нижнiм шарами Свiтового океану. Їх називають гiдротермальними електростанцiями (ГiтЕС). Можливi i гiдротермальнi енергоустановки, в яких використовується температурний перепад мiж водою океану i повiтряними масами у пiвнiчних районах.
Припливнi електростанцiї є новим напрямом енерговиробництва. Потенцiйна енергiя припливiв має значнi ресурси. Передбачається, що тiльки частина енергiї припливiв, яка розсiюється на тертя i вихровий рух мас води, складає бiля 1 млрд. кВт., що вiдповiдає енергетичному потенцiалу майже всiх рiк свiту. Припливна електростанцiя (ПЕС) використовує обидвi фази цього унiкального явища - приплив i вiдплив. Черговiсть припливiв i вiдпливiв передбачає перемiннi напрямки обертання гiдротурбiни ПЕС. В процесi в кожної з двох фаз цього руху змiнюється напiр води перед гiдротурбiною. Отже, компенсувати зниження напору можна збiльшенням витрат води. Це збiльшує вартiсть будiвництва через необхiднiсть збiльшення запасiв води пiд час припливу i вартiсть земляних робiт при утвореннi акумулюючих ємностей ПЕС.
Океанськi течiї
Тiльки течiї Гольфстрiм i Куросiо несуть вiдповiдно 83 млн. метрiв кубiчних i 55 млн. метрiв кубiчних води за секунду. Однак для реалiзацiї енергiї океанських течiй потрiбнi турбiни дiаметром у 170 метрiв i довжиною ротора 80 метрiв, виготовленi з алюмiнiєвого сплаву з припустимим строком служби не менше 30 рокiв. Турбiну припускають встановити в районах течiй на якорi i пiднiмати на поверхню з глибини робочого стану тiльки для профiлактичних оглядiв. За оцiнками спецiалiстiв, собiвартiсть вироблюваної електроенергiї на такiй електростанцiї може бути в 1,8 раз нижче, нiж на ТЕС.
Рацiональне використання енергiї
енергiї на одиницю отриманої продукцiї. Чим менше енергiї витрачається на виробництво одиницi продукцiї, тим нижча собiвартiсть продукцiї, i навпаки, у процесi виробництва металiв, фосфору, хлору - це одна з головних статей витрат. Зменшити енергоємнiсть продукцiї можна рiзними шляхами - утилiзацiєю вторинних енергоресурсiв, удосконаленням технологiчного обладнання, замiною енергоємних технологiчних процесiв процесами незначної енергоємностi, кращою пiдготовкою сировини до переробки. Утилiзацiя - це доцiльне застосування вiдходiв у господарствi. Через недосконалiсть технологiчного обладнання велика кiлькiсть енергетичних ресурсiв втрачається
або використовується нерацiонально. У кожному технологiчному процесi iснують рiзнi шляхи вдосконалення технологiчного обладнання та рацiонального використання вторинних енергоресурсiв.
Моря та океани займають 71% поверхнi Землi i мають енергiю таких видiв:
енергiя хвиль та припливiв:
енергiя хiмiчних зв'язкiв газiв, солей, мiнералiв тощо;
прихована енергiя течiй у рiзних частинах морiв та океанiв;
Такi величезнi запаси енергiї та рiзноманiтнiсть її форм - гарантiя того, що в майбутньому людство не буде вiдчувати її браку.
Найбiльш поширеним способом використання енергiї морiв та океанiв є спорудження припливних електростанцiй (ПЕС). З 1967 р. у гирлi рiчки Ране у Францiї працює ПЕС потужнiстю 240 МВт. На черзi спорудження ПЕС у затоцi Фандi в Канадi з рекордним 18-метровим припливом, у гирлi рiчки Северен в Англiї iз 14,5-метровим припливом та в iнших регiонах iз великими припливами води. Великi надiї покладають на використання енергiї морських хвиль. Бакени та маяки, якi використовують цю енергiю, вже покрили прибережнi води Японiї.
Цiкавим напрямком океанської енергетики виявилося вирощування iз плотiв в океанi гiгантських водоростей - келпiв, якi швидко ростуть i легко перероблюються на метан. За зарубiжними оцiнками, для повного забезпечення енергiєю кожної людини-споживача достатньо 1 га плантацiй келпiв.
Перетворення енергiї припливу на механiчну енергiю використовувалося ще на початку XI столiття в припливних млинах, якi будували в гирлах рiчок, що впадали в океан. Для цього перегороджували дамбами рiчки i створювали резервуари, в яких встановлювалися засувнi ворота чи шлюзи.
Коли починався приплив, шлюзи вiдчинялися всередину, й вода заповнювала резервуар. Знижуючи свiй рiвень при вiдпливi, вода сама зачиняла шлюзи. Якщо було необхiдно, вода подавалася крiзь вузькi ворота зливу на лопатi водяних колiс.
У перших припливних млинах використовувалась тiльки потенцiйна енергiя води, зiбраної в резервуар. Пiзнiше, коли були винайденi ефективнi насоси, з'явилася можливiсть використання й другого виду енергiї припливiв - кiнетичної, тобто енергiї води, яка рухається.
Припливнi електростанцiї мають великий водозбiрний басейн чи резервуар, з'єднаний з морем руслом рiчки чи спецiальним каналом, в якому встановлюють реверсивнi турбiни, що примушують обертатися електрогенератор. Така електростанцiя перетворює енергiю припливiв послiдовно на механiчну, а потiм на електричну як пiд час припливу, так i пiд час вiдпливу.
течiї мiж мiстами Брестом i Сен-Мало часто досягає 90 км/год. У серединi дамби дуже великого накопичувального резервуара мiстяться 24 турбогенератори зi зворотними лопатками ротора турбiни. Кожен з них може функцiонувати i як турбiна, i як насос, який працює i в бiк моря, i в зворотному напрямку. В дамбу вмонтованi навiгацiйнi замки i спускнi шлюзи.
До недолiкiв ПЕС слiд вiднести труднощi, пов'язанi iз захистом дамб та устаткування вiд ударiв льодяних торсiв, особливо у пiвнiчних районах. Поблизу дамб морська флора й фауна дуже потерпає внаслiдок, хоча й незначного, пiдвищення температури та зменшення вмiсту кисню у водi. Крiм того, дамби перешкоджають мiграцiї риб. Основною позитивною рисою енергiї припливiв є те, що вона легко облiковується завдяки постiйностi її фаз. Однак велика тривалiсть останнiх i малий потенцiал енергiї припливiв зумовлюють необхiднiсть створення ємних акумуляторiв цiєї енергiї. Використання енергiї припливiв у мало потужних установках взагалi неекономiчне. Краще використовувати енергiю морських i океанських хвиль. Вiдомим є випадок, коли хвилi викинули камiнь масою 69,5кг на покрiвлю маяка висотою 40 м над рiвнем моря (штат Орегон, США). У Францiї (г. Шербур) хвилi перекинутiй валун масою 2700 кг через дамбу висотою 6м. Максимальна висота хвиль, зареєстрована в Тихому океанi, досягала 35 м. За оцiнками спецiалiстiв, енергiя морських i океанських хвиль становить приблизно 30% всiєї використовуваної у свiтi енергiї.
Припливнi електричнi станцiї (ПЕС)
Енергiя морських припливiв, яку iнколи називають “мiсячна енергiя, вiдома людству з давен, i ще тодi її використовували для приведення в рух рiзних механiзмiв, в основному млинiв, а також для зрошування (в Нiмеччинi), для постачання води за допомогою водопiдйомних машин (в Англiї) i iн.
ПЕС може також працювати з рiчковою ГЕС, що має водосховище. Пiд час сумiсної роботи з ГЕС ця електростанцiя збiльшує потужнiсть при спадi потужностi ПЕС i її зупинцi. Коли ПЕС працює з великою потужнiстю, ГЕС накопичує воду у водосховище. Таким чином можна зменшити як добову, так i сезонну нерiвномiрнiсть роботи ПЕС.
дiї. Електричний генератор i частина деталей турбiни заключенi у водонепроникнiй капсулi, що занурена у воду.
У 70-х роках минулого столiття перетворювачi хвильової енергiї морських хвиль в електричну почали використовувати для освiтлення навiгацiйних буїв. Встановлений на буї турбогенератор служив для пiдзарядки акумуляторiв, вiд яких енергiя надходила до освiтлювального приладу.
На даний час хвильова електростанцiя, яка здатна перетворювати не тiльки потенцiйну енергiю, а й кiнетичну, потужнiстю 2 ГВт, проектується у Великобританiї для Гебридських островiв. Вона простягнеться вздовж берега на десятки кiлометрiв i буде складатися з окремих модулiв потужнiстю по 5 МВт. Корпус модуля висотою 84 м, шириною 15 м i довжиною 84 м виконується з залiзобетону. Будiвництво електростанцiї має також мету – захист узбережжя вiд руйнування.
В нашiй країнi роботи зi створення хвильових електростанцiй вiдновилися теж у 70-х роках у Київському полiтехнiчному унiверситетi. На Чорному морi проводились випробування установки, в якiй електроенергiя виробляється при перемiщеннi (або гойданнi) постiйного магнiту вiдносно електричної обмотки. Корисна потужнiсть установки при двобальних хвилях складала бiля 4 кВт.
Пiд впливом тяжiння Мiсяця i Сонця вiдбуваються перiодичнi пiдняття i опускання поверхнi морiв i океанiв – приливи i вiдливи. Частинки води здiйснюють при цьому i вертикальнi i горизонтальнi рухи. Найбiльшi приливи спостерiгаються в днi сизигий (молодих i повних мiсяцiв), найменшi (квадратура) спiвпадають з першою i останньою чвертями Мiсяця. Мiж сизигиями i квадратурою амплiтуди приливiв можуть змiнюватися в 2,7 раз.
Унаслiдок змiни вiдстанi мiж Землею i Мiсяцем, припливоутворююча сила Мiсяця протягом мiсяця може змiнюватися на 40%, змiна припливоутворюючої силскладає лише 10%. Мiсячнi приливи в 2,17 раз перевищують сонячнi.
Основний перiод приливiв пiвдобовий. Приливи з такою перiодичнiстю переважають в Свiтовому океанi. Спостерiгаються також приливи добовi i змiшанi. Характеристики змiшаних приливiв змiнюються протягом мiсяця залежно вiд вiдмiни Мiсяця.
У вiдкритому морi пiдйом водної поверхнi пiд час приливу не перевищує 1 м. Значно бiльшої величини приливи досягають в гирлах рiчок, протоках i в затоках, що поступово звужуються, iз звивистою береговою лiнiєю. Найбiльшої величини приливи досягають в затоцi Фандi (Атлантичне побережжя Канади). У порту Монктон в цiй затоцi рiвень води пiд час приливу пiднiмається на 19,6 м. У Англiї, в гирлi рiчки Северн, що впадає в затоку Брiстольський, найбiльша висота приливу складає 16,3 м. На Атлантичному побережжi Францiї, у Гранвiля, прилив досягає висоти 14,7 м, а в районi Сен-мало до 14 м. У внутрiшнiх морях приливи незначнi. Так, у Фiнськiй затоцi, поблизу Ленiнграда, величина приливу не перевищує 4... 5 см, в Чорному морi, у Трапезунда, доходить до 8 см.
Коли час проходження приливної хвилi по затоцi спiвпадає з перiодом коливань припливоутворюючої сили, виникає явище резонансу, i амплiтуда коливань водної поверхнi сильно зростає.
вiд гирла вгору по рiчцi, на Амазонцi – на вiдстанi до 1 400 км. На деяких рiчках (Северн i Трент в Англiї, Сiно i Орне у Францiї, Амазонка в Бразилiї) приливна течiя створює круту хвилю заввишки 2-5 м, яка розповсюджується вгору по рiчцi iз швидкiстю 7 м/сек. За першою хвилею може слiдувати декiлька хвиль менших розмiрiв. У мiру просування вверх хвилi поступово слабшають, при зустрiчi з мiлинами i перешкодами вони Сонця за рiк з шумом дробляться i пiняться. Явище це в Англiї називається бор, у Францiї маскаре, в Бразилiї поророка.
В бiльшостi випадкiв хвилi бору заходять вгору по рiчцi на 70-80 км., на Амазонцi ж до 300 км. Спостерiгається бор зазвичай пiд час найбiльш високих приливiв.
У наш час приливна енергiя в основному перетворюється на електричну енергiю на приливних електростанцiях i вливається потiм в загальний потiк енергiї, що виробляється електростанцiями всiх типiв. На вiдмiну вiд гiдроенергiї рiчок, середня величина приливної енергiї мало мiняється вiд сезону до сезону, що дозволяє приливним електростанцiям бiльш рiвномiрно забезпечувати енергiєю промисловi пiдприємства.
Потiм воду випускають, i вона обертає гiдротурбiни
Поки енергiя приливних електростанцiй обходиться дорожчим за енергiю теплових електростанцiй, але при рацiональнiшому здiйсненнi будiвництва гiдроспоруд цих станцiй вартiсть енергiї, що виробляється ними, цiлком можна понизити до вартостi енергiї рiчкових електростанцiй. Оскiльки запаси приливної енергiї планети значно перевершують повну величину гiдроенергiї рiчок, можна вважати, що приливна енергiя гратиме помiтну роль в подальшому прогресi людського суспiльства.
Свiтову спiльноту припускає лiдируючi використання в ХХI столiттi екологiчно чистiй i поновлюванiй енергiї морських приливiв. Її запаси можуть забезпечити до 15 % сучасного енергоспоживання.
33-рiчний досвiд експлуатацiї перших в свiтi ПЕС - Ранс у Францiї i Кислогубськой в Росiї - довели, що приливнi електростанцiї:
стiйко працюють в енергосистемах як в базi так i в пiк графiка навантажень при гарантованому постiйному мiсячному виробленнi електроенергiї
не представляють потенцiйної небезпеки на вiдмiну вiд атомних станцiй
капiтальнi вкладення на споруди ПЕС не перевищують витрат на ГЕС
вартiсть електроенергiї найдешевша в енергосистемi (доведено за 35 рокiв на ПЕС Ранс - Францiя).
Екологiчна характеристика приливних електростанцiй
Екологiчна безпека:
дамби ПЕС бiологiчно проникнi
пропуск риби через ПЕС вiдбувається практично безперешкодноосновна кормова база рибного стада – планктон( на ПЕС гине 5-10 % планктону, а на ГЕС - 83-99 %)
не спостерiгається нажимного дiї льоду на споруду
розмив дна i рух наносiв повнiстю стабiлiзуються протягом перших двох рокiв експлуатацiї
наплавний спосiб будiвництва дає можливiсть не зводити в створах ПЕС тимчасовi крупнi бази буд, споруджувати перемички i iнше, що сприяє збереженню навколишнього середовища в районi ПЕС
прориву
ПЕС не загрожує людинi, а змiни в районi її експлуатацiї мають лише локальний характер, причому, в основному, в позитивному напрямi.
Соцiальне значення приливних електростанцiй
Приливнi електростанцiї не надають шкiдливої дiї на людину:
немає шкiдливих викидiв (на вiдмiну вiд ТЕС)
немає радiацiйної небезпеки (на вiдмiну вiд АЕС)
вплив на ПЕС катастрофiчних природних i соцiальних явищ (землетруси, повенi, вiйськовi дiї) не загрожують населенню в тих, що примикають до ПЕС районах.
Сприятливi чинники в басейнах ПЕС:
пом'якшення (вирiвнювання) клiматичних умов на тих, що примикають до басейну ПЕС територiях
захист берегiв вiд штормових явищ
полiпшення транспортної системи району
винятковi можливостi розширення туризму.
Висновки
Припливнi електростанцiї є новим напрямом енерговиробництва. Потенцiйна енергiя припливiв має значнi ресурси.
її в системi. Компенсацiя нерiвномiрностi роботи ПЕС можлива шляхом сумiсної роботи її з ГАЕС. В той час, коли надлишкова потужнiсть виробляється ПЕС, ГАЕС працює у насосному режимi, споживаючи цю потужнiсть i перекачуючи воду у верхнiй басейн. Пiд час спадiв у роботi ПЕС, ГАЕС працює у генераторному режимi i вiддає електроенергiю у систему. Технiчно такий проект дуже добрий, але вартiсть його велика за рахунок великої вартостi потужних електричних машин, що необхiдно встановлювати.
Отже, велика вартiсть припливних станцiй i труднощi, що пов'язанi з нерiвномiрнiстю їх роботи (пульсуючий характер видачi потужностi), не дозволяють поки що вважати припливнi станцiї достатньо ефективними, в зв'язку з чим їх розвиток iде повiльно.
Усачев И. Н. Приливные электростанции. - М.:Энергия, 2002.
Усачев И. Н. Экономическая оценка приливных электростанций с учетом экологического эффекта.
Труды XXI Конгресса СИГБ. - Монреаль, Канада, 16-20 июня 2003.
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.
| 
