Приливная электростанция относится к возобновляемым источникам энергии, так как использует для выработки электрической энергии приливы / отливы, и не использует ископаемого топлива (уголь, газ, мазут и т.д.).
Принцип работы приливной электростанции заключается в том, что во время прилива возникает приток воды из моря в бассейн. Вода проходя через лопасти турбины заставляет их вращаться и приводит в движение вал турбины. На валу турбины расположен ротор генератора, который начинает вращаться вместе с валом турбины. Когда вал вращается в статорной обмотке генератора индуцируется напряжение за счет вращения магнитного поля ротора и при наличии подключенного потребителя электрической энергии в статорной обмотке начинает протекать электрический ток.
Во время отлива водные массы из бассейна устремляются обратно в море. Вода проходя через лопасти турбины заставляет их вращаться и приводит в движение вал турбины. Таким образом, электроэнергия вырабатывается снова. Турбина такого генератора устроена таким образом, что может вращаться в прямом и обратном направлении.
Рис.1. Схема приливной электростанции
Таким образом, приливная электростанция (сокращенное наименование - ПЭС) – электростанция, преобразующая энергию морских приливов в электрическую энергию.
Принцип работы приливной электростанции
Приливные электростанции преобразуют кинетическую энергию приливов и отливов в электрическую энергию. Главное преимущество приливной электростанции — предсказуемость. Рассчитать периодичность приливов куда проще, чем понять динамику энергии ветра или солнца.
Под воздействием гравитационного притяжения или гравитации небесных тел (солнце и луны) возникают периодические вертикальные колебания уровня океана, которые происходят один или два раза в день. Данные колебания уровня океана вызывают формирование приливов и отливов океанов. Таким образом, интенсивность приливов и отливов зависит от взаимного положения Луны и Солнца.
Во время полнолуния, когда Луна и Солнце находятся противоположно друг другу относительно земли, то с двух сторон ближайших к Луне и Солнцу (вдоль большой полуоси) будет наблюдаться прилив. А перпендикулярно большой полуоси, наоборот, находится меньшая ось вдоль которой будет наблюдаться отлив.
Рис.2. Гравитационное притяжение небесных тел (солнце и луны) во время полнолуния
Во время новолуния, когда Луна находится между Землёй и Солнцем на одной прямой с ними наблюдается наикрупнейшая высота прилива.
Рис.3. Гравитационное притяжение небесных тел (солнце и луны) во время новолуния
Кроме этого, приливообразующие силы Луны и Солнца зависят от расстояний до Земли. Когда Луна в перигее, ее расстояние до Земли составляет 57 земных радиусов, а когда она в апогее, 63,7 земных радиусов. Величина приливообразующей силы Луны в перигее примерно на 40% больше, чем в апогее. Когда Солнце находится в перигее (2 января), расстояние его до Земли составляет 22 249 земных радиуса, а в момент апогея (5 июля) — 23 732 земных радиуса. Величина приливообразующих сил, Солнца в перигее на 10% больше, чем в апогее. Таким образом, на интенсивность и величину приливов и отливов влияет много факторов, поэтому предсказание их величины и времени для любого момента и места является сложной, но решаемой задачей.
Следует отметить, что интенсивность приливов и отливов зависит от взаимного положения Луны и Солнца в течении года, но при этом приливообразующая сила Луны в 2,17 раз больше приливообразующей силы Солнца. Поэтому по мере движения Луны вокруг Земли (с периодом обращения 24 часов 50 минут) на берегах океанов за одни сутки возникают два прилива воды и два отлива воды. Таким образом, режим работы приливной электростанции за одни сутки обычно состоит из 8 циклов: 4 цикла электростанция находится в режиме ожидания приливов и отливов, а 4 цикла находится в рабочем состоянии.
П.1.Цикл прилива или отлива. В ходе прилива водой наполняется бассейн приливной электростанции. Движение воды вращает колеса капсульных агрегатов, и электростанция вырабатывает ток. Во время отлива вода, уходя из бассейна в океан, опять вращает рабочие колеса, теперь в обратную сторону. И вновь электростанция снова производит электрический ток, потому что рабочий агрегат обеспечивает одинаково хорошую работу при вращении колеса в любую из сторон.
П.2.Цикл простоя. Данный цикл возникает в промежуток времени между приливом и отливом. Он характеризуется остановкой движения водных масс и отсутствием выработки электроэнергии.
В связи с тем, что график выработки электроэнергии у приливной электростанции не постоянный, поэтому она должна работать совместно с другими станциями (тепловые или атомные электростанции), чтобы не было перебоев с электроснабжением у потребителя.
Виды приливных электростанций
В зависимости от типа исполнения приливные электростанции могут быть нескольких видов:
П.1. Генераторы приливного потока. Первым представителем таких электростанций являются отдельные электроустановки, работающие по извлечению кинетической энергии водных масс при приливах.
Рис.4. Генераторы приливного потока
Данные установки бывают горизонтального и вертикального исполнения. Также они выполняются в открытом виде либо в обтекателе. Из-за относительно компактных размеров такие станции нередко монтируются в мостовые опоры. Их ставят преимущественно в реках, иногда встречаются и в морских заливах.
П.2. Динамическая приливная электростанция. Электростанция, в виде плотины, которая возведена на пути приливной или отливной волны, создает перепад уровней, который и используется для вращения турбин. Динамические приливные электростанции не требуют создания изолированного бассейна, что снижает нагрузку на окружающую среду и не влечет социальных последствий.
Данные станции строятся прямо в море. Для своей работы они используют сразу два вида энергии: кинетическую и поступательную (от приливов). Электричество вырабатывается с помощью большого количества низконапорных гидротурбин, преобразующих поступательную энергию в ток. Внушительная протяженность динамических приливных электростанций заставляет водную массу двигаться в нужном направлении, чтобы сделать получение энергии максимально эффективным.
Рис.5. Динамическая приливная электростанция
П.3. Приливные плотины. Электростанция в виде плотины, который перекрывает залив или устье впадающей в море (океан) реки, тем самым образует замкнутый бассейн приливной электростанции. В водопропускных отверстиях плотины, которые выполняют также функции клапана (затвора), размещаются гидротурбины с генераторами, как правило, обратимые капсульные гидроагрегаты, способные вырабатывать электрическую энергию при движении воды из моря в бассейн и обратно. Генератор и турбина заключены в обтекаемую капсулу, которая очень удобна в использовании. Главным достоинством таких капсульных агрегатов является их универсальность. Они способны не только вырабатывать электрическую энергию при движении через них морской воды, но и выполнять функции насосов. При этом производство электроэнергии происходит как в период прилива, так и в период отлива.
Для своей работы они используют сразу два вида энергии: кинетическую и поступательную (от приливов). Электричество вырабатывается с помощью большого количества низконапорных гидротурбин, преобразующих поступательную энергию в ток. Внушительная протяженность динамических приливных электростанций заставляет водную массу двигаться в нужном направлении, чтобы сделать получение энергии максимально эффективным.
Рис.6. Приливные плотины
Хорошим местом для постройки приливной электростанции является узкий морской залив, который отсекается плотиной от океана.
П.4. Приливные лагуны. Электростанция, которая представляет собой круговую плотину, которая создаёт искусственный замкнутый бассейн приливной электростанции (искусственный водоем, никак не связанные с экосистемой океана). В водопропускных отверстиях плотины, которые выполняют также функции клапана (затвора), размещаются гидротурбины с генераторами, как правило, обратимые капсульные гидроагрегаты, способные вырабатывать электрическую энергию при движении воды из моря в бассейн и обратно.
Для своей работы они используют сразу два вида энергии: кинетическую и поступательную (от приливов). Электричество вырабатывается с помощью большого количества низконапорных гидротурбин, преобразующих поступательную энергию в ток.
Отличие данного типа станции от Приливной плотины только в том, что данный вид электростанций представляет искусственно созданный водоем.
Рис.7. Приливные лагуны
Преимущества приливных электростанций
П.1. Приливы и отливы являются возобновляемым источником энергии, надежным и предсказуемым.
П.2. Приливные электростанции являются углеродно-нейтральными, так как не производят угарного газа (СО), углекислоты (С02) и окислов азота и серы, пылевых загрязнителей и других вредных отходов, не загрязняют почву. Небольшое количество тепла, образующегося из-за трения движущихся частей турбины, передается в океан, но оно незначительно.
П.3. Строительство приливной электростанции практически не изменяет окружающего ландшафта и исключает риск подтопления прилегающих земель. Ущерб, наносимый приливной электростанции окружающей среде значительно ниже чем гидроэлектростанции.
П.4. Приливную плотину можно использовать для строительства железной или автомобильной дороги через залив или лиман.
Недостатки приливных электростанций
П.1. Строительство приливной плотины требует значительных начальных инвестиций. Срок окупаемости существенно больше чем от традиционных электростанций на ископаемом топливе.
Сооружение донных турбин осложняется тем, что наилучшие места для их установки (районы приливно-отливных течений) находятся в ненадежных водах, у сильно изрезанных берегов.
П.2. Приливные электростанции могут оказывать негативное влияние на морскую флору и фауну. Крупная рыба, черепахи и морские животные могут погибнуть, попав под лопасти турбины, а особо крупный «улов» такого рода может повредить турбину. Особенную опасность для морских обитателей представляют приливные ГЭС с плотинами.
П.3. Ошибки при строительстве и эксплуатации приливной ГЭС могут вызвать локальное наводнение.
П.4. График выработки электроэнергии у приливной электростанции не постоянный, поэтому она должна работать совместно с другими станциями (тепловые или атомные электростанции), чтобы не было перебоев с электроснабжением у потребителя.
