Припливні океанічні електростанції і їх екологічні проблеми

[ виправити ] текст може містити помилки, будь ласка перевіряйте перш ніж використовувати.

скачати

Під впливом тяжіння Місяця і Сонця відбуваються періодичні підняття і опускання поверхні морів і океанів - припливи і відливи. Частинки води роблять при цьому і вертикальні й горизонтальні рухи. Найбільші припливи спостерігаються в дні сизигія (молодиків і повень), найменші (квадратурні) збігаються з першої і останньої чверті Місяця. Між сизигія і квадратурами амплітуди припливів можуть змінюватися в 2,7 рази.

Внаслідок зміни відстані між Землею і Місяцем, приливообразующих сила Місяця протягом місяця може змінюватися на 40%, зміна приливообразующих сили Сонця за рік становить лише 10%. Місячні припливи в 2,17 рази перевищують за силою сонячні.

Основний період припливів півдобовий. Припливи з такою періодичністю переважають у Світовому океані. Спостерігаються також припливи добові та змішані. Характеристики змішаних припливів змінюються протягом місяця залежно від схиляння Місяця.

У відкритому морі підйом водної поверхні під час приливу не перевищує 1 м. Значно більшої величини приливи досягають в гирлах річок, протоках і в поступово звужуються затоках зі звивистою береговою лінією. Найбільшої величини приливи досягають в затоці Фанді (Атлантичне узбережжя Канади). У порту Монктон в цій затоці рівень води під час припливу піднімається на 19,6 м. У Англії, в гирлі річки Северн, що впадає в Брістольський затока, найбільша висота припливу складає 16,3 м. На Атлантичному узбережжі Франції, у Гранвіля, приплив досягає висоти 14,7 м, а в районі Сен-Мало до 14 м. У внутрішніх морях припливи незначні. Так, у Фінській затоці, поблизу Ленінграда, величина припливу не перевищує 4 ... 5 см, в Чорному морі, біля Трапезунда, доходить до 8 см.

Підняття і опускання водної поверхні під час припливів і відливів супроводжуються горизонтальними приливо-відпливними течіями. Швидкість цих течій під час сизигія в 2 ... 3 рази більше, ніж під час квадратур. Припливні течії в моменти найбільших швидкостей називають «живою водою».

При відливах на пологих берегах морів може відбуватися оголення дна на відстані в кілька кілометрів по перпендикуляру до берегової лінії. Рибалки Терського узбережжя Білого моря і півострова Нова Шотландія в Канаді використовують цю обставину при лові риби. Перед припливом вони встановлюють на пологому березі мережі, а після спаду води під'їжджають до мереж на возах і збирають потрапила в чих рибу.

Коли час проходження припливної хвилі по затоці збігається з періодом коливань приливообразующих сили, виникає явище резонансу, і амплітуда коливань водної поверхні сильно зростає. Подібне явище спостерігається, наприклад, в Кандалакшском затоці Білого моря.

У гирлах річок приливні хвилі поширюються вгору за течією, зменшують швидкість течії і можуть змінити його напрям на протилежний. На Північній Двіні дію припливу позначається на відстані до 200 км від гирла вгору по річці, на Амазонці - на відстані до 1 400 км. На деяких річках (Северн і Трент в Англії, Сена і Орнана у Франції, Амазонка в Бразилії) приливне протягом створює круту хвилю заввишки 2 ... 5 м, яка поширюється вгору по річці із швидкістю 7 м / сек. За першою хвилею може слідувати кілька хвиль менших розмірів. У міру просування вгору хвилі поступово слабшають, при зустрічі з мілинами і перешкодами вони з шумом дробляться і піняться. Явище це в Англії називається бор, у Франції Маскара, в Бразилії поророка.

У більшості випадків хвилі бору заходять вгору по річці на 70 ... 80 км, на Амазонці ж до 300 км. Спостерігається бор зазвичай під час найбільш високих припливів.

Спад рівня води в річках під час відпливу відбувається повільніше, ніж підйом під час припливу. Тому, коли в гирлі починається відплив, на віддалених від гирла ділянках ще може спостерігатися післядія припливу.

Річка Сен-Джонс у Канаді, недалеко від місця впадання в затоку Фанді, проходить через вузьку ущелину. Під час припливу ущелині затримує рух води вгору по річці, рівень води вище ущелини виявляється нижче і тому утворюється водоспад з рухом води проти течії річки. При відливі ж вода не встигає достатньо швидко проходити через ущелину в зворотному напрямку, тому рівень води вище ущелини виявляється вище і утворюється водоспад, через який вода потрапляє вниз за течією річки.

Приливо-відпливні течії в морях і океанах поширюються на значно великі глибини, ніж течії вітрові. Це сприяє кращому перемішуванню води і затримує утворення льоду на її вільній поверхні. У північних морях завдяки тертю припливної хвилі об нижню поверхню крижаного покриву відбувається зменшення інтенсивності приливо-відливних течій. Тому взимку в північних широтах приливи мають меншу висоту, ніж влітку.

Оскільки обертання Землі навколо своєї осі випереджає за часом рух Місяця навколо Землі, у водному оболонці нашої планети виникають сили приливного тертя, на подолання яких витрачається енергія обертання, і обертання Землі сповільнюється (приблизно на 0,001 сек за 100 років). За законами небесної механіки подальше уповільнення обертання Землі потягне за собою зменшення швидкості руху Місяця по орбіті і збільшення відстані між Землею і Місяцем. У кінцевому підсумку період обертання Землі навколо своєї осі повинен зрівнятися з періодом обертання Місяця навколо Землі Це відбудеться, коли період обертання Землі досягне 55 діб. При цьому припиниться добове обертання Землі, припиняться і приливо-відпливні явища у Світовому океані.

Протягом тривалого часу відбувалося гальмування обертання Місяця за рахунок возникавшего в ній приливного тертя під дією земного тяжіння (приливно-відпливні явища можуть виникати не тільки в рідкій, але і у твердій оболонці небесного тіла). У результаті Місяць втратила обертання навколо своєї осі і тепер звернена до Землі однією стороною. Завдяки тривалого дії приливообразующих сил Сонця втратив своє обертання і Меркурій. Як і Місяць по відношенню до Землі, Меркурій звернений до Сонця тільки однією стороною.

У XVI і XVII століттях енергія припливів у невеликих бухтах і вузьких протоках широко використовувалася для приведення в дію млинів. Згодом вона застосовувалася для приведення в дію насосних установок водопроводів, для транспортування і монтажу масивних деталей споруд при гідробудівництва.

У наш час приливна енергія в основному перетворюється в електричну енергію на припливних електростанціях і вливається потім у загальний потік енергії, що виробляється електростанціями всіх типів, На відміну від гідроенергії річок, середня величина припливної енергії мало змінюється від сезону до сезону, що дозволяє приливним електростанціям більш рівномірно забезпечувати енергією промислові підприємства.

У приливних електростанціях використовується перепад рівнів води, що утворюється під час припливу і відливу. Для цього відокремлюють прибережний басейн невисокою греблею, яка затримує приливну воду під час відпливу. Потім воду випускають, і вона обертає гідротурбіни

Припливні електростанції можуть бути цінним енергетичним підмогою місцевого характеру, але на Землі не так багато відповідних місць для їх будівництва, щоб вони могли змінити загальну енергетичну ситуацію.

У Кислої губі поблизу Мурманська з 1968 року почала працювати перша в нашій країні приливна електростанція потужністю в 400 кіловат. Проектується приливна електростанція в гирлі Мезені і Кулоя потужністю 2,2 млн кіловат.

За кордоном розробляються проекти приливних електростанцій у затоці Фанді (Канада) і в гирлі річки Северн (Англія) потужністю відповідно 4 і 10 млн кіловат, вступили в дію приливні електростанції Ранс і Сен-Мало (Франція) потужністю в 240 і 9 тис. кіловат , працюють невеликі приливні електростанції в Китаї.

Поки енергія припливних електростанцій обходиться дорожче енергії теплових електростанцій, але при більш раціональному здійсненні будівництва гідроспоруд цих станцій вартість вироблюваної ними енергії цілком можна знизити до вартості енергії річкових електростанцій. Оскільки запаси припливної енергії планети значно перевершують повну величину гідроенергії річок, можна вважати, що приливна енергія буде відігравати помітну роль у подальшому прогресі людського суспільства.

Світове співтовариство передбачає лідіруещее використання в ХХI столітті екологічно чистої та відновлюваної енергії морських припливів. Її запаси можуть забезпечити до 15% сучасного енергоспоживання.

33-річний досвід експлуатації перших у світі ПЕМ - Ранс у Франції і Кислогубской в Росії - довели, що припливні електростанції:

  • стійко працюють в енергосистемах як в базі так і в піке графіка навантажень при гарантованій постійної місячної виробленні електроенергії

  • не забруднюють атмосферу шкідливими викидами на відміну від теплових станцій

  • не затоплювало земель на відміну від гідроелектростанцій

  • не представляють потенційної небезпеки на відміну від атомних станцій

  • капітальні вкладення на споруди ПЕС не перевищують витрат на ГЕС завдяки апробованим в Росії наплавному способу будівництва (без перемичок) і застосування нового технологічного ортогонального гідроагрегату

  • вартість електроенергії найдешевша в енергосистемі (доведено за 35 років на ПЕС Ранс - Франція).

Екологічний ефект (на прикладі Мезенской ПЕМ) полягає в запобіганні викиду 17,7 млн тонн вуглекислого газу (СО2) на рік, що при вартості компенсації викиду 1 тонни СО2 в 10 USD (дані Світової енергетичної конференції 1992 р.) може приносити за формулою Кіотського протоколу щорічний дохід близько 1,7 млрд USD.

Російській школі використання припливної енергії - 60 років. У Росії виконані проекти Тугурской ПЕМ потужністю 8,0 ГВт і Пенжинской ПЕМ потужністю 87 ГВт на Охотському морі, енергія яких може бути передана в енергодефіцитні райони Південно-Східної Азії. На Білому морі проектується Мезенська ПЕС потужністю 11,4 ГВт, енергію якої передбачається направити в Західну Європу по об'єднаній енергосистемі "Схід-Захід".

Наплавний "російська" технологія будівництва ПЕМ, апробована на Кислогубской ПЕМ і на захисній дамбі С-Петербурга, дозволяє на третину знизити капітальні витрати в порівнянні з класичним способом будівництва гідротехнічних споруд за перемичками.

Природні умови в районі досліджень (Заполяр'я):

морська вода океанічної солоності 28-35 о / оо і температурою від -2,8 З до +10,5 З

температура повітря в зимовий період (9 місяців) до -43 С

вологість повітря не нижче 80%

кількість циклів (у році): замочування-осушки - до 690, заморожування-відтавання до 480

обростання конструкцій в морській воді біомасою - до 230 кг / м 2 (шари товщиною до 20 см)

електрохімічна корозія металів до 1 мм на рік

екологічний стан району - без забруднень, морська вода - без нафтопродуктів.

У Росії обгрунтування проектів ПЕМ здійснюються на спеціалізованій морської наукової базі на Баренцевому морі, де йдуть дослідження морських матеріалів, конструкцій, обладнання та антикорозійних технологій.

Створення в Росії нового ефективного і технологічно простого ортогонального гідроагрегату передбачає можливість його масового виготовлення й кардинального зниження вартості ПЕС. Результати російських робіт по ПЕМ опубліковані в капітальній монографії Л. Б. Бернштейна, І. М. Усачова та ін "Припливні електростанції", виданій у 1996 р. російською, китайською та англійською мовами.

Російські фахівці з припливної енергії в інститутах Гідропроект і НІІЕС здійснюють повний комплекс проектних і науково-дослідних робіт зі створення морських енергетичних і гідротехнічних споруд на узбережжі і на шельфі, в тому числі в умовах Крайньої Півночі, що дозволяють повною мірою реалізувати всі переваги приливної гідроенергетики.

Екологічна характеристика приливних електростанцій

Екологічна безпека:

  • греблі ПЕМ біологічно проникні

  • пропуск риби через ПЕМ відбувається практично безперешкодно

  • натурні випробування на Кислогубской ПЕС не виявили загиблої риби або її ушкоджень (дослідження Полярного інституту рибного господарства і океанології)

  • основна кормова база рибного стада - планктон: на ПЕМ гине 5-10% планктону, а на ГЕС - 83-99%

  • зниження солоності води в басейні ПЕМ, що визначає екологічний стан морської фауни і льоду складає 0,05-0,07%, тобто практично невідчутно

  • льодовий режим у басейні ПЕМ пом'якшується

  • в басейні зникають тороси і передумови до їх утворення

  • не спостерігається натискного дії льоду на спорудження

  • розмив дна і рух наносів повністю стабілізуються протягом перших двох років експлуатації

  • наплавний спосіб будівництва дає можливість не зводити в створах ПЕМ тимчасові великі будбази, споруджувати перемички та інше, що сприяє збереженню навколишнього середовища в районі ПЕМ

  • виключений викид шкідливих газів, золи, радіоактивних і теплових відходів, видобуток, транспортування, переробка, спалення та поховання палива, запобігання спалювання кисню повітря, затоплення територій, загроза хвилі прориву

  • ПЕМ не загрожує людині, а зміни в районі її експлуатації мають лише локальний характер, причому, в основному, в позитивному напрямку.

  • Енергетична характеристика приливних електростанцій

Приливна енергія

  • поновлювані

  • незмінна в місячному (сезонному і багаторічному) періодах на весь термін експлуатації

  • незалежна від водності року та наявності палива

  • використовується спільно з електростанціями інших типів в енергосистемах як у базі, так і в піке графіка навантажень

  • Економічне обгрунтування приливних електростанцій

Вартість енергії на ПЕС найнижча в енергосистемі в порівнянні з вартістю енергії на всіх інших типах електростанцій, що доведено за 33-річну експлуатацію промислової ПЕМ Ранс у Франції - в енергосистемі Electricite de France в центрі Європи.

За 1995 р. вартість 1кВт.ч електроенергії (в сантимах) на:

ПЕМ -18,5

ГЕС -22,61

ТЕС -34,2

АЕС -26,15

Собівартість кВт * год електроенергії (у цінах 1996 р.) в ТЕО Тугурской ПЕМ - 2,4 коп., В проекті Амгуеньской АЕС - 8,7 коп.
ТЕО Тугурской (1996 р.) та матеріали до ТЕО Мезенской ПЕМ (1999 р.) завдяки застосуванню ефективних технологій і нового устаткування вперше обгрунтували рівнозначність капітальних витрат і термінів будівництва великих ПЕМ і нових ГЕС в ідентичних умовах.

Соціальне значення приливних електростанцій

Припливні електростанції не роблять шкідливого впливу на людину:

  • немає шкідливих викидів (на відміну від ТЕС)

  • немає затоплення земель і небезпеки хвилі прориву в нижній б'єф (на відміну від ГЕС)

  • немає радіаційної небезпеки (на відміну від АЕС)

  • вплив на ПЕС катастрофічних природних і соціальних явищ (землетруси, повені, військові дії) не загрожують населенню в прилеглих до ПЕС районах.

Сприятливі фактори в басейнах ПЕМ:

  • пом'якшення (вирівнювання) кліматичних умов на прилеглих до басейну ПЕМ територіях

  • захист берегів від штормових явищ

  • розширення можливостей господарств марикультури в зв'язку зі збільшенням майже вдвічі біомаси морепродуктів

  • поліпшення транспортної системи району

  • виняткові можливості розширення туризму.

ПЕМ в енергосистемі Європи

Варіант використання ПЕМ в енергосистемі Європи - - -

За оцінками експертів, вони могли б покрити близько 20 відсотків всієї потреби європейців в електроенергії. Подібна технологія особливо вигідна для острівних територій, а також для країн, що мають протяжну берегову лінію. ------------- ----- ------ ------- - ------ ---

Інший спосіб отримання альтернативної електроенергії - використовувати різницю в температурах між морською водою і холодним повітрям арктичних (антарктичних) районів земної кулі. У ряді районів Північного Льодовитого океану, особливо в гирлах великих річок, таких як Єнісей, Лена, Об, в зимову пору року є особливо сприятливі умови для роботи арктичних ОТЕС. Середня багаторічна зимова (листопад-березень) температура повітря не перевищує тут -26 С. Більш теплий, і прісний стік річок прогріває морську воду під льодом до 30 С. Арктичні океанічні теплові електростанції можуть працювати за звичайною схемою ОТЕС, заснованої на закритому циклі з низкокипящей робочою рідиною. У ОТЕС входять: парогенератор для отримання пари робочої речовини за рахунок теплообміну з морською водою, турбіна для приводу електрогенератора, пристрої для конденсації відпрацьованої в турбіні пара, а також насоси для подачі морської води і холодного повітря. Більш перспективна схема арктичної ОТЕС з проміжним теплоносієм, охолоджувані повітрям в зрошувальному режимі »(Див. Б. М. Берковський, В. А. Кузьмінов« Поновлювані джерела енергії на службі людини », Москва, Наука, 1987 р., стор 63 - 65.) Така установка може бути виготовлена ​​вже в даний час. У ній можуть бути використані: а) для випарника - кожухопластінчатий теплообмінник APV, тепловою потужністю 7000 кВт. б) для конденсатора - кожухопластінчатий теплообмінник APV, тепловою потужністю 6600 кВт або будь-який інший конденсаційний теплообмінник, такої ж потужності. в) турбогенератор - турбіна Юнгстрем на 400 кВт і два вбудованих генератора з дисковими роторами, на постійних магнітах, загальною потужністю 400 кВт. г) насоси - будь-які, продуктивністю для теплоносія - 2000 м3 / ч, для робочої речовини - 65 м3 / год, для охолоджувача - 850 м3 / ч. д) градирня - збірно-розбірна 5-6 метрів заввишки, діаметром 8-10 м. Установка може бути зібрана в 20 футовому контейнері і перекидатися в будь-яке необхідне місце, де є річка з потоком води більше 2500 м3 / ч, з температурою води не менше +30 С або велике озеро, з якого можна брати таку кількість води, і холодне повітря температурою нижче-300С. На збірку градирні буде потрібно всього кілька годин, після чого, якщо забезпечена подача води, установка буде працювати і видавати для корисного використання більше 325кВт електроенергії, без будь - якого палива. З вищевикладеного видно, що вже в даний час можна забезпечити людство альтернативної електроенергією, якщо вкладати в це кошти.

Є ще один спосіб отримання енергії з океану - електростанції, що використовують енергію морських течій. Їх називають також «підводними млинами».

Література

Усачов І.М. Припливні електростанції. - М.: Енергія, 2002. Усачов І.М. Економічна оцінка приливних електростанцій з урахуванням екологічного ефекту / / Праці XXI Конгресу Сігбі. - Монреаль, Канада, 16-20 червня 2003.

Веліхов Є.П., Галустов К.З., Усачов І.М., Кучеров Ю.М., Бритвін С.О., Кузнєцов І.В., Семенов І.В., Кондрашов Ю.В. Спосіб зведення крупноблочного споруди в прибережній зоні водоймища і плавкомплекс для здійснення способу. - Патент РФ № 2195531, держ. рег. 27.12.2002

Усачов І.М., Прудівський А.М., Історик Б.Л., Шполянський Ю.Б. Застосування ортогональної турбіни на припливних електростанціях / / Гідротехнічне будівництво. - 1998. - № 12.

Раві Р., Бьеррегорд Х., Мілаж К. Проект досягнення вироблення 10% світового електрики за допомогою енергії вітру до 2020 р. / / Праці форуму FED, 1999.

Атласи вітрового і сонячного клімату Росії. - СПб: Головна геофізична обсерваторія ім. А.І. Воєйкова, 1997.

Додати в блог або на сайт

Цей текст може містити помилки.

Географія | Реферат
49.5кб. | скачати


Схожі роботи:
Припливні електростанції
Припливні електростанції 2
Припливні електростанції
Екологічні проблеми 9
Екологічні проблеми народонаселення
Екологічні проблеми Кузбасу
Екологічні проблеми людства
Глобальні екологічні проблеми
Екологічні проблеми Росії
© Усі права захищені
написати до нас