РОЗДІЛ 3. Енергія припливів і відливів

Природне явище - періодичний рух морських вод, який називається припливами й відливами, обумовлене силами притяжіння Місяця. Період повторення припливів і відливів чергуються через 6 годин 12 хв. 30 с. Якщо Місяць, Сонце й Земля перебувають на одній прямій, Сонце своїм притяганням підсилює вплив Місяця, і тоді наступає сильний приплив (більша вода). Коли ж Сонце стоїть під прямим кутом до відрізка Земля-Місяць наступає слабкий приплив (мала вода). Сильний і слабкий припливи чергуються через сім днів. Найвищі й сильні приливні хвилі виникають у дрібних і вузьких затоках або устях рік, що впадають у моря й океани. Приливна хвиля Індійського океану котиться проти течії Гангу на відстань 2S0 км від його устя. Приливна хвиля Атлантичного океану поширюється на 900 км нагору по Амазонці. У закритих морях, наприклад Чорному або Середземному, виникають малі приливні хвилі висотою 50-70 см. Максимально можлива потужність в одному циклі приплив - відпив, тобто від одного припливу до іншого, виражається наступним співвідношенням:

W=pgsr2

Де: р - щільність води, g - прискорення сили ваги, S - площа приливного басейну, R -різниця рівнів води при припливі й при відливі.

Як видно з наведеного співвідношення, для використання приливної енергії найбільш підходящими є такі місця на морському узбережжі, де припливи мають більшу амплітуду, а контур і рельєф берега дозволяють улаштувати більші замкнені приливні басейни. Або іншими словами побудувати приливну гідроелектростанцію. Приливна електростанція - гідроелектростанція, що використовує енергію приливів. Теоретична потужність приливних електростанцій у таких місцях становить 2-20 Мвт. Електростанції, що працюють на енергії припливу, працюють по схожому принципу з гідроелектростанціями, відмінність у тому, що водяні маси не течуть униз, але рухаються туди й назад із припливами й відливами. На відміну від інших форм морської енергії, енергія припливу вже використовується протягом досить тривалого часу.

Перша морська приливна електростанція потужністю 635 кВт була побудована в 1913 р. у бухті Ди близько Ліверпуля. З 1967 р. в устя ріки Ране у Франції на припливах висотою до 13 метрів працює приливна електростанція ПЕС потужністю 240 тис. кВт із річною віддачею 540 тис. кВтгод.

У Росії с 1968 року діє експериментальна ПЕС у Кислій губі на узбережжя Баренцево моря. На 2009 рік її потужність становить 1,7 Мвт.

Рис. 3.1. Найбільша у світі припливна електростанція Ля Ранс, Франція.

Приливна електростанція, побудована в устя ріки Ране (Північна Бретань) має саму більшу у світі греблю, її довжина становить 800 м. Слід зазначити, що на сьогоднішній день, енергія приливних електростанцій обходиться дорожче енергії теплових електростанцій, але вартість вироблюваної ними енергії цілком може бути знижена до вартості енергії річкових електростанцій. Оскільки запаси приливної енергії планети значно перевершують повну величину гідроенергії рік, можна вважатися, що приливна енергія буде відігравати помітну роль надалі прогресі людського суспільства. Досвід експлуатації перших у світі приливних електростанцій (на ріці Ране у Франції й Кислогубскої у Росії) - показав, що приливні електростанції: стійко працюють в енергосистемах, як у базі, так і в піку графіка навантажень при гарантованому постійному місячному виробітку електроенергії; не забруднюють атмосферу шкідливими викидами на відміну від теплових станцій; не затоплюють земель, на відміну від гідроелектростанцій; не представляють потенційної небезпеки на відміну від атомних станцій; вартість електроенергії, вироблювана такими станціями – найдешевша в енергосистемі (доведене за 35 років на ПЕС Ране - Франція). Екологічний ефект (на прикладі Мезенской ПЕС) полягає в запобіганні викиду 17,7 млн. тони вуглекислого газу (С02) у рік, що при вартості компенсації викиду 1 тонни С02 в 10 USD (дані Світової енергетичної конференції 1992 р.) може приносити, по розрахунках Кіотського протоколу, щорічний дохід близько 1,7 млрд. У більш сучасних приливних електростанціях двосторонньої дії турбіни працюють при русі води з моря в басейн і назад. Приливні електростанції двосторонньої дії здатні виробляти електроенергію безупинно протягом 4-5 годин з перервами в 1-2 години чотири рази в на добу. Для збільшення часу роботи турбін існують більш складні схеми - із двома, трьома й більшою кількістю басейнів, однак вартість таких проектів досить висока. Однак, не дивлячись на високу вартість приливних електростанцій, їх будівництвом займаються багато країн миру. Недавно Президент Республіки Корея офіційно запустив приливну електростанцію в Сеулі, яка стане найбільшим у світі спорудженням по виробництві електрики з енергії хвиль. Приливна електростанція на море Shihwa частково почала функціонувати на початку серпня 2011 р. Цього року були запущено шість із десяти її генераторів. Інші генератори, як очікується, почнуть працювати в грудні цього ж року. Після повного запуску в експлуатацію потужність Сеульскої електростанції складе 254 Мвт. Електроенергії, яку вона буде виробляти, буде досить для забезпечення міста з населенням в 500 тис. чоловік. За допомогою приливної електростанції Південна Корея буде заощаджувати щороку більш 860 тис. барелів нафти й тим самим зможе знизити викиди вуглекислого газу на 3,2 млн. т у рік. В 2014 р. Республіка Корея планує відкрити ПЕС потужністю 812 мегаватів. На півдні Великобританії на річці Северн планується побудувати більшу приливну електростанцію. Ріка Северн має саму більшу приливну потужність у світі. Вода в ній може підніматися до 15-18 м, устя наповнюється водою 2 рази в день. Така різниця між припливом і відливом є тільки на ріці Северн і в затоці Фанди в Канаді. Для приливної станції буде споруджений 16-кілометровий бар'єр, що розділяє протоку між південною Англією й південним Уельсом. 10 турбін діаметром 9 м будуть виробляти 8,6 ГВт електроенергії. Очікувана потужність цієї станції буде еквівалента потужності 8 АЕС. Недолік приливних електростанції в тому, що вони будуються тільки на березі морів і океанів, до того ж вони розбудовують не дуже більшу потужність, та й припливи бувають усього лише два рази в на добу. І навіть вони екологічно небезпечні. Вони порушують нормальний обмін солоної й прісної води й тим самим - умови життя морської флори й фауни. Приливні електростанції можуть вплинути й на клімат, оскільки міняють енергетичний потенціал морських вод, їх швидкість і територію переміщення. До недоліків приливних електростанцій ставиться так само висока вартість будівництва й мінлива протягом доби потужність, через що приливна електростанція може працювати тільки в складі енергосистеми, привабливої достатньою потужністю електростанцій інших типів.