Приливные электростанции плюсы и минусы при строительстве в россии и мире

Принцип работы приливной электростанции

Чтобы осуществить преобразование кинетической энергии водной среды в электрическую происходит за счет использования комплекса систем, представляющих собой волновые электростанции. Цикличность добычи электроэнергии обусловлена периодичностью приливных и отливных периодов. Для этих электростанций возводится плотина, которая будет отделять моря и океаны от прибрежной части суши. Благодаря этому образуются бассейны. В конструкцию плотины монтируются турбины, которые преобразовывают кинетическую поступательную энергию приливов во вращательную. Повышение коэффициента обеспечивается при помощи запасных водохранилищ, вырытых заблаговременно. Принцип работы ГЭС основан на прохождении водных потоков через турбину. Благодаря увеличению объема водной среды происходит значительная выработка энергии. Для строительных работ подбираются участки с максимальными перепадами водного массива.

Виды приливных электростанций

Несмотря на то, что действие ПЭС обеспечивается благодаря движению лопастей, находящихся в воде есть различия в работе некоторых станций. Существует 4 разновидности.

Генераторы приливного потока

Установка напоминает по виду ветряные электростанции. Разница состоит в том, что лопасти устанавливаются в воде. Станция небольшого размера устанавливается в мостовые опоры в руслах рек, проливах или вблизи морских заливов. При этом водные ресурсы используются человеком максимально эффективно и рационально. Генераторы извлекают кинетическую энергию в период приливов.

Динамические ПЭС

В работе приливной электростанции применяется кинетическая и потенциальная энергия. Они растягиваются в длину вплоть до 35-55 км, а строительство происходит прямо в море. Внутрь постройки монтируется огромное количество низконапорных гидротурбин, работающих на воде, идущей в одном направлении. Эти турбины преобразуют поступательную энергию от приливов в ток.

Приливные плотины

Во время работы указанный вид ПЭС захватывает большой объем воды, а затем удерживает до момента наступления отлива. Движение воды происходит в обоих направлениях через гидротурбины. Оно способствует образованию кинетической энергии, которая преобразуется в ток после прохождения через генераторы.

Приливные лагуны

Принцип работы подобен плотине. Разница состоит в том, что для функционирования вырываются искусственные водоемы. Эти ПЭС работают за счет разницы водного давления в резервуарах и открытых лагунных водах. Как и в предыдущем случае, проходящая через гидротурбины вода способствует образованию кинетической энергии. Она потом переходит в ток.

Особенности приливных электростанций: плюсы и минусы использования

ПЭС никак не вредит природе и не грозит окружающей среде опасными выбросами. У станций низкая себестоимость, однако само строительство (из-за использования специфического оборудования) стоит дорого. Это обуславливает долгую окупаемость ПЭС с точки зрения вложений. Возобновляемость ресурсов и легкость расчетов периодичности приливов и отливов — стимул для развития отрасли. Предсказуемость работы ПЭС делает ее перспективным направлением альтернативной энергетики.

Главная проблема ПЭС — необходимость поддержания работы станции на период отсутствия движений водных масс. Приливная электростанция не может выступать единственным источником электроэнергии. Ей требуется поддержка в виде ТЭЦ, ГЭС или АЭС, чтобы круглосуточно поддерживать стабильную отдачу тока. Из-за этого ПЭС выступает дополнительным источником электроэнергии, а не основным. А из-за того, что станции занимают значительную площадь прибережной зоны, это делает невозможным использование ландшафта в более продуктивном для экономики ключе. К примеру, большую прибыль от использования прибережной зоны принесет туристический бизнес, чем возведение станции. По этой причине ПЭС строят на севере, где климатические условия препятствуют развитию туризма.

Причины малой распространенности приливных станций

Мировой океан обладает огромным потенциалом, энергией которого можно обеспечить почти 20% от необходимого количества энергопотребления.

Причинами, которыми можно объяснить малое распространение приливных электростанций, можно назвать следующие:

1. При строительстве станций подобного типа приходится осуществлять вывод из общего пользования прибрежных территорий, что обусловлено организацией бассейна станции (строительство резервных бассейнов и охранные мероприятия).
2. Высокая стоимость при малой проектной мощности, что определяет большой срок окупаемости проекта.

Приведенные выше причины постепенно утрачивают свою актуальность, т. к. при использовании новых типов станций с лопастно-редукторными агрегатами, позволяет отказаться от строительства плотин и резервных бассейнов, что значительно снижает стоимость строительства и снижает сроки окупаемости проекта. А разработка новых, более мощных генераторов, позволяет получать большее количество электрической энергии, при тех же исходных параметрах первичной энергии, которой является энергия приливов и отливов.

Крупные приливные станции России

Современный принцип работы приливной электростанции заключается в проходе воды через турбины. Только он происходит исключительно в момент повышения уровня воды. Ни одна река не подойдет для строительства такого здания, ведь для работы требуется морской прилив. Хотя сейчас ученые возводят плотины, дающие схожий эффект, что подтвердили иностранные специалисты. Какие же объекты встречаются в России?

• Кислогубская — 1,7 МВт;
• Северная — 12 МВт;
• Пенжинская — 87 ГВт.

Пенжинская ПЭС — это не отдельный объект, а глобальный проект РАО «ЕЭС» России. В нее входят новые приливно-отливные электростанции, объединенные в цельную сеть. Это даст постоянный поток энергии, способный обеспечить целый регион без материальных затрат.

Интересуясь тем, в каком регионе России построена приливная электростанция, несложно отметить, что строительство осуществляется в северной части страны. Это связано с силой воздействия Луны, которая в этих местах делает перепады максимальными. Полученные данные стали лучшим подтверждением, так что нынешняя работа ориентировано только на определенные регионы.

Развитие приливных электростанций (ПЭС) в России

Приливные электростанции (ПЭС)

Значительным возобновляемым энергоресурсом является приливная энергия. Она позволяет решить вопрос энергообеспечения за счет НВИЭ в особенности в прибрежных районах Северного Ледовитого и Тихого океанов.

В 1968г. в Кислой губе на Кольском полуострове была введена в эксплуатацию впервые в мире экспериментальная Кислогубская приливная электростанция мощностью 450 кВт. На этой ПЭС проводятся исследования по отработке режимов работы электростанции, изучается ее воздействие на окружающую среду, материаловедческие исследования. Предполагается испытать на Кислогубской ПЭС новый тип — ортогональную турбину, разработанную Гидропроектом.

Разработано технико-экономическое обоснование для строительства Тугурской ПЭС в Хабаровском крае мощностью 6,8 млн кВт с выработкой электроэнергии 16,2 млрд кВтч в год и Мезенской ПЭС в Белом море (мощность 18,2 млн кВт, выработка электроэнергии — до 48 млрд кВтч в год).

Начато проектирование Кольской опытно-промышленной ПЭС мощностью 32 кВт.

В последние годы (2000г.) ПЭС получают большое распростран¬ние в Индии, Китае, Корее.

На рис.1 показан пример компоновки ПЭС (вариант Кислогубской ПЭС мощностью 450 кВт).

Рис.1. Здание ПЭС:а — продольный разрез; б — поперечный разрез;I — вид со стороны бассейна; II – вид со стороны моря

Другие статьи по данной теме:

• Возобновляемые источники энергии (ВИЭ)
• Виды и классификация ВИЭ
• Возобновляемые энергетические ресурсы в мире и перспективы их
  использования
• Возобновляемые энергетические ресурсы России и перспективы их
  использования
• Сравнительные технико-экономические показатели для энергетических установок в традиционном исполнении и с использованием ВИЭ
• Факторы, стимулирующие использование ВИЭ
• Состояние и перспективы использования ВИЭ в мире и России
• Принципы и технологические особенности энергетических установок на НВИЭ
• Состояние и перспективы использования ВИЭ по основным видам
• Состояние и перспективы развития нетрадиционной энергетики в России
• Состояние и перспективы развития геотермальной энергетики в России
• Состояние и перспективы развития ветроэнергетики в России
• Состояние и перспективы развития малой гидроэнергетики в России
• Развитие приливных электростанций в России
• Развитие солнечной энергетики (гелиоэнергетики) в России
• Состояние и перспективы развития тепловых насосов в России
• Использование температурного перепада между нижними слоями воды и воздухом
• Автономные микроТЭС с тепловым двигателем внешнего сгорания
• Использование биомассы

Как разные страны мира выполняют планы по энергопереходу

Страны по всему миру поставили себе амбициозные задачи по переходу на возобновляемую энергию. Цели стали частью и Парижского соглашения — к 2030 году решения с нулевым выбросом углерода могут быть конкурентоспособными в секторах, на которые приходится более 70% глобальных выбросов. Сделать это планируется за счет энергетического перехода — процесса замены угольной экономики возобновляемой энергетикой. В 2020 году, несмотря на пандемию и экономическую рецессию, многие города, страны и компании продолжали объявлять или осуществлять планы по декарбонизации.

Как государству продвигать экологическую повестку

Ожидается, что в 2021 году Индия внесет самый большой вклад в развитие возобновляемой энергетики. Здесь планируют запустить ряд ветряных и солнечных проектов.

В Евросоюзе также прогнозируется скачок в приросте мощностей в 2021 году. Здесь даже в условиях пандемии не забывают о Green Deal — крупнейшей в истории ЕС коррекции экономического курса. Цель проекта — сформировать в ЕС углеродно-нейтральное пространство к 2030 году. Для этого планируется сократить на 40% объем выбросов парниковых газов от уровня 1990 года и увеличить долю энергии из возобновляемых источников до 32% в общей структуре энергопотребления. Как посчитала Еврокомиссия, достичь этих задач можно будет с помощью ежегодных инвестиций в размере €260 млрд. Доля ВИЭ в энергосистеме ЕС также постоянно растет. Так, около 40% электроэнергии в первом полугодии 2020 года в ЕС было произведено из возобновляемых источников.

Пока же в лидерах инвестиций в развитие возобновляемой энергетики — Китай, США, Япония и Великобритания. С тех пор, как BloombergNEF начал отслеживать эти данные, глобальные инвестиции в ветровую и солнечную энергетику, биотопливо, биомассу и отходы, малую гидроэлектроэнергетику увеличились почти на порядок. В годовом выражении вложения в чистую энергию выросли с $33 млрд до более чем $300 млрд за 20 лет.

Китай за десять лет стал главным производителем оборудования для возобновляемой энергетики. В первую очередь, речь идет о солнечных панелях. Семь из десяти крупнейших мировых производителей солнечных батарей — это китайские компании. В целом развитие технологий удешевило стоимость строительства новых объектов ВИЭ. Это приближает планы Китая стать углеродно нейтральным к 2060 году.

Ставка на солнце и уголь: два лица энергетики Китая

Серьезных шагов в сторону энергоперехода ожидают и от президента США Джо Байдена. Он не только вернул страну в Парижское соглашение, но и заявил о том, что намерен добиться чистых выбросов парниковых газов и перехода на 100% экологичной энергии к 2050 году.

Также к 2050 году планируют использовать только ВИЭ Япония, Южная Корея, Новая Зеландия и . Прошедший 2020 год уже стал самым экологичным для энергосистемы Великобритании со времен промышленной революции. Страна целых 67 дней смогла обходиться без угля. От традиционных источников энергии Британия планирует отказаться уже к 2025 году.

Активно развиваются ВИЭ в Испании — по прогнозам, сектор только солнечной энергетики в стране будет расти примерно вдвое быстрее, чем в Германии.

В 2020 году Шотландия получила 97% электроэнергии из возобновляемых источников. С помощью произведенной «зеленой» энергии получилось обеспечить электронужды более чем 7 млн домохозяйств. Шотландия планирует стать углеродной нейтральной уже к 2030 году.

Этот же год выбран временем полного отказа от традиционной энергетики для Австрии, а Саудовская Аравия запланировала к 2030 году получать 50% электроэнергии от ВИЭ.

Национальные цели по доле ВИЭ среди источников энергии

(Фото: REN21)

Полная версия отчета Renewables 2020 в формате PDF (см. стр. 57)

Почему приливные электростанции не получили массового распространения

Несмотря на все достоинства, подобные станции не получили распространения в мире. Мировой океан мог бы обеспечить электричеством до 20 % населения Земли. Однако многие страны не спешат отдавать предпочтение такому источнику энергии.

Причин здесь несколько:

• Во время проектирования и строительства станции приходится занимать большой прибрежный участок, что обусловлено технической необходимостью. Такая возможность доступна не везде.
• Относительно высокая стоимость разработки и проектирования. Затраты, вложенные в строительство приливных станций, как правило, окупаются слишком долго из-за дешевой цены на электроэнергию в целом. Многие страны, особенно развивающиеся, отказываются от подобных станций по экономическим соображениям.

Однако прогресс не стоит на месте. Каждый год разрабатываются новые решения, которые удешевляют себестоимость выработки энергии. Так что, возможно, в ближайшие годы такие электростанции станции станут более дешевы и доступны.

Использование приливной энергии в мире

Энергия приливов привлекает ученых. Они знают, что даже небольшие станции смогут обеспечить северные районы электричеством. Использование энергии океана, приливов и отливов распространено и актуально во всем мире.

Приливные ПЭС:

1. ПЭС «Ля Ранс» — находится во Франции в устье реки Ранс. Электрическая мощность — 240 МВт. Тип турбин — поворотно-лопастный. Строительство началось в 1961 году. Была введена в эксплуатацию в 1966 году.
2. Сихвинская ПЭС расположена в Южной Корее в искусственном заливе. Это самая крупная станция в мире. Мощность ее составляет 254 МВт, а в год станция вырабатывает 550 млн кВт-ч. Строительство начато в 2003 году. Введена в эксплуатацию 2011.
3. ПЭС Аннаполис — станция в Канаде, действующая с 1985 года. Находится в заливе Фанди. В год вырабатывает 50 млн КВт-ч. Электрическая мощность составляет 20 МВт.
4. ПЭС Цзянься — построена в Китае. Электрическая мощность — 3, 2 МВт. Станция снабжает электричеством 4 деревни. Она является четвертой по величине ПЭС.

Единственная в Росси ПЭС осталась экспериментальной. Построена она была в заливе Кислая Губа, где приливы действительно мощные. Этот район так и не был освоен. Изначально ПЭС построили на мысе Притыка Баренцева моря в порту.

Позже, в 1968 году, станцию отбуксировали. На основе одной турбины на плавучем кессоне была построена сборная электростанция мощностью 1,7 МВт. И сегодня энергия приливов и отливов в России изучается именно на этой на экспериментальной станции.

Принцип функционирования приливных электростанций

Приливная станция имеет следующий принцип работы: полезная энергия, создаваемая водными массами, перерабатывается в электрическую и затем поступает к потребителям. Процесс работы подобных станций цикличен, так как приливы – периодическое явление. Период покоя – время после завершения отлива, когда приток воды начинается и еще не набрал силу. Это время считается периодом покоя.

Вторая часть цикла – активный период, когда прилив находится в своей активной фазе. Эта часть цикла длится около 4-5 часов. В это время и происходит преобразование механической энергии течения воды в электрическую. Во время отлива сооружение продолжает работать на силе воды, которую успела набрать в резервные хранилища. Этот процесс, как правило, длится 1-3 часа. В течение одного дня оно совершает до 5 циклов.

Движущим элементом любой приливной электростанции (ПЭС) будет генератор. В случае с приливными используются гидротурбины. Для таких сооружений специально выбирается место, где сила прилива имеет большую интенсивность. Затем возводится плотина, отделяющая основные воды от береговой зоны.

В сооруженную плотину встраиваются гидротурбины, основная функция которых – преобразование кинетической энергии водных приливов в полезную энергию. Для повышения КПД всего сооружения строятся специальные водохранилища, которые заполняются излишками воды.

Ключевой показатель любой электростанции – мощность. Она зависит от следующих показателей:

• Периодичности и силы приливов;
• Количества и размера водохранилищ;
• Количества турбин.

Дамба

Как делается приливно-отливная электростанция? В бухте или в устье реки строится дамба, полностью перекрывающая залив. В теле плотины под водой делают специальные отверстия, куда помещаю турбины, которые могут вращаться как в одном (приливном), так и другом (отливном) направлении. Прибывающая волна накатывает на берег, переливает искусственно созданный дамбой бассейн, наполняя его толщами воды. Получается серьезная разница высот «большой» и «малой» воды.

Затем идет отлив, но вернуться в родной океан или в море воде мешает дамба. Внизу в ней есть отверстия: огромный наклонный желоб и упирается он в лопасти встроенных турбин, которые начинают вращаться, снабжая людей электричеством.

Все электричество, что произведено гидроэлектростанцией, попадает сначала через трансформаторы в линии электропередач. Трансформаторы повышают вольтаж энергии для передачи ее по проводам на дальние расстояния. Когда она приходит на местные подстанции, высокий вольтаж дробят на маленькие величины, чтобы рядовые потребители, как мы с вами, к примеру, могли пользоваться тем же утюгом. Это если говорить упрощенно о схеме работы.

Энергетические системы (ОЭС)

Вся энергосистема России состоит из единой энергетической системы (ЕЭС) и территориально изолированных энергосистем.

ЕЭС включает 71 региональную энергосистему, которые образуют 7 объединенных энергетических систем (ОЭС):

• Востока;
• Урала;
• Сибири;
• Юга;
• Средней Волги;
• Северо-Запада;
• Центра.

Все системы соединяются высоковольтными линиями передачи электроэнергии с напряжением 220-750 кВ и более. Они функционируют в синхронном режиме. По данным на 2020 год мощность всех электростанций страны составила 246 342, 45 МВт.

Преимущества единой энергетической системы России:

• снижение суммарного максимума нагрузки ЕЭС Российской Федерации на 5 ГВт;
• применение высокоэффективного крупноблочного оборудования;
• уменьшение потребности электрических станций в мощности на 10-12 ГВт;
• оптимизация распределения нагрузки между электростанциями, что позволило сократить расход топлива.

Управление энергетической системой осуществляется филиалами АО «СО ЕЭС».Вместе с ЕЭС нашей страны функционируют энергосистемы Белоруссии, Казахстана, Украины, Азербайджана, Литвы, Грузии, Латвии, Эстонии, Монголии. Через казахскую энергосистему параллельно с российской ЕЭС работают системы Киргизии и Узбекистана. А через украинскую энергосистему осуществляется связь с системой Молдавии.

К числу основных технологически территориальных изолированных энергетических систем относят:

• Камчатский край;
• Магаданскую область;
• Северную часть республики Саха (Якутию);
• Сахалинскую область;
• Чукотский автономный округ;
• Таймырский автономный округ.

Дороговизна и выгода

Дело в том, что они очень дорого обходятся. Каждая ПЭС стоит на целых 150 % больше, чем ГЭС такой же мощности. Стоимость загубленной рыбы и экологического ущерба никто не считает. Можно по-разному относиться к организации Greenpeace и не во всем поддерживать ее деятельность, но прислушаться к мнению ее членов, возможно, стоит. И кое-кто это уже сделал.

Доля энергии, которую дают в настоящее время все приливные электростанции в мире, ничтожна, но она имеет тенденцию к устойчивому росту. Сейчас их действует немногим более десятка, они обладают разной мощностью, а объединяет их только принцип действия.

Вот их список с указанием характеристики, страны и года сдачи в эксплуатацию:

Еще пять действующих китайских станций не вошли в список по причине малой мощности.

При этом общий потенциал гидроприливной энергетики специалисты оценивают в миллион мегаватт, получаемых без сжигания органического топлив или ядерных реакций.

Приливные электростанции: плюсы и минусы

Приливные электростанции плюсы и минусы имеют различные. Их невозможно сравнить с традиционными источниками, основанными на твердом и жидком топливе. Только в последние годы специалисты продолжают ориентироваться на данное направление, стараясь восстановить окружающую среду.

Преимущества приливных электростанций

Переходя к преимуществам, можно долго рассуждать. Специалисты отмечают полную экологическую чистоту их работы. Их принцип исключает вредные выбросы. Из-за чего проекты продолжают расширяться, постепенно заменяя устаревшие ТЭЦ.

Также плюсом является низкая себестоимость энергии, которая обеспечить человечество доступным природным ресурсом. Ведутся разговоры об отсутствии интереса со стороны властей, кому выгодно традиционное топливо, но это ошибка. Правительства различных государств активно вкладывают средства, стараясь повысить возможности ученых.

Недостатки приливных электростанций

Обратив внимание на то, как работает приливная электростанция, можно сразу выделить первый недостаток — непостоянство подачи энергии. Это главная проблема, с которой борются конструкторы

Вторым же остается небольшая мощность, но оба минуса быстро устраняются. Последние разработки позволили использовать плотины, что повысило все показатели.

Сейчас построить приливную электростанцию в России берутся немногие компании. Причиной этого является колоссальная стоимость подобных проектов. Это еще один минус, сохраняющийся десятилетиями. Пока невозможно уменьшение суммарных затрат, поэтому говорить о расширении возможностей не удается.

Приливные электростанции на фото чем-то напоминают традиционные ГЭС. Если же изучить их принцип работы и горизонты, открытые учеными, придется изменить собственное мнение. В будущем полностью восстановится экология, главной причиной чего станет активное использование альтернативных источников энергии.

Использование приливных станций в других странах

Использование таких источников энергии получило распространение и во многих других странах. Приливные электростанции функционируют во всех частях света. Большим преимуществом приливных станций являются их экологичность и относительно невысокая стоимость.

Великобритания

Первая появилась в стране в 1913 году вблизи города Ливерпуль. Тогда ее мощность была 0,6 МВт. Сегодня британские инженеры разрабатывают проект станции, мощность которой составит более 8 ГВт.

Республика Корея

Первая приливная станция под названием Shihwa появилась в стране в 2003 году. Тогда ее мощность составила 250 Мвт. Спустя семь лет станция прошла глобальную модернизацию. Годовая выработка электроэнергии составляет более 500 млн КВт/ч

Норвегия

Первая электростанция в стране также появилась в 2003 году. Она получила название Хаммерфест, мощность составила 300 кВт.

Зачем нужны альтернативные источники энергии

Когда исчерпаемые источники энергии (ископаемые топлива) закончатся, человечеству придется перейти на АИЭ (альтернативные источники энергии). По данным на 2020 год 35% вырабатываемой в России электроэнергии добыты безуглеродным способом — на АЭС и ГЭС.

Использовать традиционные источники энергии проблематично по следующим причинам:

• ТЭС использует топливо, которое закончится в ближайшем будущем. По худшим оценкам это произойдет через 30 лет;
• Стоимость ископаемого топлива растет, поэтому поднимается цена на электроэнергию;
• Продукты производства электроэнергии загрязняют окружающую среду;
• Тепло, выделяемое на станциях, вызывает глобальное потепление.

У человечества один путь — переход на АИЭ.

Вывод

Учитывая мировой океан как источник энергии, его потенциал может выдавать более 20% электроэнергии используемой во всем мире. Рассматривая преимущества и недостатки приливных электростанций, хочется отметить их малый уровень распространенности. Причины малой распространённости ПЭС заключаются в том, что:

1. для строительства электрической станции основанной на работе приливов и отливов, необходимо выполнять изменение прибрежной полосы. Подготавливать специальный резервуарный бассейн, обеспечивать возведение охранных сооружений и прочее;
2. стоимость строительства высокая при низкой продуктивности. Вследствие чего длительная окупаемость.

Но эти факторы отходят на второй план и не являются основными. Ученые разработали новый вид турбинно-лопастных агрегатов, для которых подготовка бассейного резервуара не требуется. А значит, стоимость возведения будет ниже, а срок окупаемости меньше на радость инвесторам. Также в строительстве используются новые виды генераторов, которые обладая высокой мощностью, вырабатывают большее количество электроэнергии. А установка новых типов накопителей, позволяет аккумулировать полученную электроэнергию в больших объемах. Приливная электростанция является отличным видом альтернативной энергии в будущем.

Похожие записи:

Как выставить зажигание с помощью стробоскопа? Сигнализация действия защиты и автоматики Подключение потолочного светильника со светодиодами Книги по ардуино Правильная пайка проводов паяльником Птф солярис