Характеристика енергії приливів

Висота, хід і періодичність приливів в більшості прибережних районів добре описані і проаналізовані завдяки потребам навігації і океанографії. Поведінка приливів може бути передбачена досить точно, з погрішністю менше 4%. Таким чином, приливна енергія виявляється вельми надійною формою поновлюваної енергії.

При її перетворенні виникають і певні незручності:

1) неспівпадання основних періодів виникнення приливів (12 годин 25 хв. і 24 години 50 хв.), пов'язаних з рухом Луни, із звичним для людини періодом сонячної доби (24 години), у зв'язку з чим оптимум приливної генерації знаходиться не у фазі з потребами в енергії;

2) зміна висоти приливу і потужності приливної течії з періодом в два тижні, що приводить до коливань вироблення енергії;

3) необхідність створення потоків води з великою витратою при порівняно малому перепаді висот, що змушує використовувати велике число турбін, що працюють паралельно;

4) дуже високі капітальні витрати на спорудження більшості передбачуваних ПЕС;

5) потенційні екологічні порушення і зміна режимів естуаріїв і морських районів.

Для оптимізації вироблення електроенергії турбіни ПЕС повинні використовуватися в декількох режимах, вибір яких залежить від необхідної в даний момент потужності, потреб і можливостей інших виробників електроенергії. Існує багато варіантів режимів, але використовуються головним чином наступні.

1. Якщо ПЕС побудована для забезпечення місцевих потреб в енергії, то необхідні страхуючі енергоустановки, що підключаються в період згасання приливів.

2. Якщо ПЕС включена в крупну енергомережу і є порівняно невеликим джерелом в масштабах мережі, то заздалегідь визначені варіації приливної енергії можуть бути пристосовані до потреб енергомережі.

3. Якщо вимоги в приливній енергії не пов'язані жорстко з сонячним періодом, то приливну енергію можна використовувати в природному режимі. Наприклад, якщо електроенергія, що виробляється, ПЕС йде на потреби транспорту — зарядку акумуляторів або виробництво водню, то вона виявляється розв'язаною від інших джерел електроенергії.

Остаточний критерій комерційного успіху ПЕС — витрати на 1 кВт∙год. електроенергії, що виробляється нею. Вони можуть бути понижені:

1) якщо станція вирішуватиме декілька комплексних завдань;

2) якщо відсотки на капітал, вкладений у фінансування будівництва при високих капітальних витратах, не високі;

3) якщо електроенергія, що виробляється, використовується для зниження вжитку дорогого дизельного палива.

При поєднанні таких економічних показників найкращими виявляються великомасштабні ПЕС (потужністю порядка 1000 МВт), Але і менш крупні станції, призначені для постачання віддалених районів, також можуть виявитися економічно вигідними.

Особливості використання.На практиці в системі, що використовує спрацьовування запасу води із заповнюваного в прилив басейну, не дивлячись на досить високу ефективність перетворення, отримати максимальну потенційну потужність не можна. Цьому перешкоджають наступні обставини.

1) Генерування електроенергії не може бути забезпечене аж до умов малої води, таким чином, частина потенційної енергії приливу не може бути перетворена.

2) Турбіни ПЕС повинні працювати при низькому тиску і при великих швидкостях потоків — умови незвичайні для наявної звичайної гідроенергетичної практики. Турбіни виявляються менш ефективними при зниженні тиску. Найбільший досвід у виробництві подібних турбін має Франція, де вперше були застосовані високошвидкісні капсульні агрегати для рівнинних ГЕС на ПЕС Ранс.

3) Необхідно більш-менш рівномірно забезпечувати споживачів електроенергією, а в разі ПЕС це неможливо із-за зміни рівня води в басейнах.

Ефективність ПЕС можна збільшити, якщо всі її агрегати при повній воді використовувати в насосному режимі для піднімання рівня в басейні. Припустимо, ми маємо систему, в якій висота приливу 5 м. Підйом рівня навіть на 1 м по відношенню до вищої точки приливу дозволяє забезпечити генерацію при малій воді з перепадом вже 6 м. Навіть якщо насосний режим і режим генерації мають ефективність 50%, виграш від вироблення електроенергії буде порядка 200%.

ПЕС принципово може працювати як при спустошенні басейну, так і при його наповненні. Оптимальна станція, що використовує гідроагрегати, що реверсують, які, крім того, можна ще використовувати і в насосному режимі для підвищення рівня в басейні, може переробляти до 90% потенційної енергії приливу.

Енергія хвиль

З точки зору енергетики морські хвилі є концентрованою формою вітрової енергії. Вітри, що дмуть над океаном, розводять хвилювання, сила якого залежить від швидкості вітру і довжини пробігу. До берегів Чукотки доходять хвилі, що зародилися біля берегів Антарктиди. У хвилях частки води здійснюють кругові рухи. Висота хвилі дорівнює діаметру кругової орбіти частки на поверхні (рис. 1.9). З глибиною діаметри орбіт швидко убувають. Накочувавшись на мілководді, хвиля зростає по висоті і зменшується по довжині (відстані між гребенями). Біля дна частки рухаються зворотно-поступально. Хвилі в морі мають різну довжину і швидкість, висоти окремих хвиль при накладенні підсумовуються.

Величезні кількості енергії можна отримати від морських хвиль. Потужність, переносима хвилями на глибокій воді, пропорційна квадрату їх амплітуди і періоду. Тому найбільший інтерес представляють довгоперіодні (Т~10 с) хвилі великої амплітуди (а~2 м), що дозволяють знімати з одиниці довжини гребеня в середньому від 50 до 70 кВт/м.

Механічна енергія хвилі пропорційна довжині і квадрату висоти. Енергія хвилі шестиметрової висоти перевищує 100 кВт на 1 погонний метр фронту хвилі. Середня для океанських хвиль енергія оцінюється в 50 кВт/м. Фахівці підрахували, що з врахуванням неминучих втрат використання хвилевої енергії біля берегів Англії дало б 120 ГВт - це більше, ніж сумарна потужність електростанцій країни. Сумарна хвилева потужність Світового океану оцінюється в 2700 ГВт. У Росії можливе освоєння енергії морських хвиль на побережжі тихоокеанських морів і Баренцева моря.

Можливість перетворення енергії хвиль в електроенергію доведена вже давно. Існує безліч технічних рішень, що дозволяють реалізувати цю можливість. Останніми роками інтерес до хвилевої енергетики різко посилився, особливо в Японії, Великобританії, країнах Скандинавії, внаслідок чого експерименти переросли в стадію реалізації проектів. Сучасна тенденція розробки таких установок, як і взагалі установок на поновлюваних видах енергії, орієнтується на одиничні модулі помірної потужності (близько 1 МВт) розміром порядка 50 м уздовж фронту хвилі. Подібні пристрої вже зараз можуть принести певні економічні вигоди в разі заміни дизельних генераторів, що забезпечують енергією віддалені селища, особливо на островах.