Энергия приливов и отливов как альтернативный источник энергии
Перейти к содержимому

Энергия приливов и отливов как альтернативный источник энергии

  • автор:

Энергия приливов и отливов как альтернативный источник энергии

Веками люди размышляли над причиной морских приливов и отливов. Сегодня мы достоверно знаем, что могучее природное явление – ритмичное движение морских вод вызывают силы притяжения Луны и Солнца. Поскольку Солнце находится от Земли в 400 раз дальше, гораздо меньшая масса Луны действует на земные поды вдвое сильнее, чем масса Солнца. Поэтому решающую роль играет прилив, вызванный Луной (лунный прилив). В морских просторах приливы чередуются с отливами теоретически через 6 ч 12 мин 30 с. Если Луна, Солнце и Земля находятся на одной прямой (так называемая сизигия), Солнце своим притяжением усиливает воздействие Луны, и тогда наступает сильный прилив (сизигийный прилив, или большая вода). Когда же Солнце стоит под прямым углом к отрезку Земля-Луна (квадратура), наступает слабый прилив (квадратурный, или малая вода). Сильный и слабый приливы чередуются через семь дней.

Однако истинный ход прилива и отлива весьма сложен. На него влияют особенности движения небесных тел, характер береговой линии, глубина воды, морские течения и ветер.

Самые высокие и сильные приливные волны возникают в мелких и узких заливах или устьях рек, впадающих в моря и океаны. Приливная волна Индийского океана катится против течения Ганга на расстояние 250 км от его устья. Приливная волна Атлантического океана распространяется на 900 км вверх по Амазонке. В закрытых морях, например Черном или Средиземном, возникают малые приливные волны высотой 50-70 см.

Максимально возможная мощность в одном цикле прилив – отлив, т. е. от одного прилива до другого, выражается уравнением

где р – плотность воды, g – ускорение силы тяжести, S – площадь приливного бассейна, R – разность уровней при приливе.

Как видно из (формулы, для использования приливной энергии наиболее подходящими можно считать такие места на морском побережье, где приливы имеют большую амплитуду, а контур и рельеф берега позволяют устроить большие замкнутые «бассейны».

Мощность электростанций в некоторых местах могла бы составить 2–20 МВт.

Первая морская приливная электростанция мощностью 635 кВт была построена в 1913 г. в бухте Ди около Ливерпуля. В 1935 г. приливную электростанцию начали строить в США. Американцы перегородили часть залива Пассамакводи на восточном побережье, истратили 7 млн. долл., но работы пришлось прекратить из-за неудобного для строительства, слишком глубокого и мягкого морского дна, а также из-за того, что построенная неподалеку крупная тепловая электростанция дала более дешевую энергию.

Аргентинские специалисты предлагали использовать очень высокую приливную волну в Магеллановом проливе, по правительство не утвердило дорогостоящий проект.

С 1967 г. в устье реки Ранс во Франции на приливах высотой до 13 метров работает ПЭС мощностью 240 тыс. кВт с годовой отдачей 540 тыс. кВт*ч. Советский инженер Бернштейн разработал удобный способ постройки блоков ПЭС, буксируемых на плаву в нужные места, и рассчитал рентабельную процедуру включения ПЭС в энергосети в часы их максимальной нагрузки потребителями. Его идеи проверены на ПЭС, построенной в 1968 году в Кислой Губе около Мурманска; своей очереди ждет ПЭС на 6 млн. кВт в Мезенском заливе на Баренцевом море.

Что такое альтернативные источники энергии и какое у них будущее

Фото: Pexels

«Зеленую» энергию выбирают страны, города, компании и граждане. Рассказываем, как возобновляемые источники переходят из категории альтернативных в основные, как они развиваются в России и мире и какое будущее их ждет

Что такое альтернативные источники энергии

Альтернативные источники энергии — это возобновляемые энергетические ресурсы, которые получают благодаря использованию гидроэнергии, энергии ветра, солнечной энергии, геотермальной энергии, биомассы и энергии приливов и отливов. В отличие от ископаемых видов топлива — например, нефти, природного газа, угля и урановой руды, эти источники энергии не истощаются, поэтому их называют возобновляемыми. Только за 2019 год по всему миру установлено объектов возобновляемых источников энергии (ВИЭ) общей мощностью 200 ГВт.

Доля источников энергии в мировом потреблении

Доля источников энергии в мировом потреблении (Фото: REN21)

Фото:Shutterstock

Виды альтернативных источников энергии

1. Солнечная энергия

Солнце — главный источник энергии на Земле, ведь около 173 ПВт (или 173 млн ГВт) солнечной энергии попадает на нашу планету ежегодно, а это более чем в 10 тыс. раз превышает общемировые потребности в энергии. Фотоэлектрические модули на крыше или на открытых территориях преобразуют солнечный свет в электрическую энергию с помощью полупроводников — в основном, кремния. Солнечные коллекторы вырабатывают тепло для отопления и производства горячей воды, а также для кондиционирования воздуха.

Солнечные панели могут вырабатывать энергию и в пасмурную погоду, и даже в снегопад. Для наибольшей эффективности их стоит устанавливать под определенным углом — чем дальше от экватора, тем больше угол установки панелей.

Фото:Pixabay

2. Энергия ветра

Использование ветра в качестве движущей силы — давняя традиция. Ветряные мельницы использовались для помола муки, лесопильных работ) и в качестве насосной или водоподъемной станции. Современные ветрогенераторы вырабатывают электроэнергию за счет энергии ветра. Сначала они превращают кинетическую энергию ветра в механическую энергию ротора, а затем в электрическую энергию.

Ветроэнергетика является одной из самых быстроразвивающихся технологий возобновляемой энергетики. По последним данным IRENA, за последние два десятилетия мировые мощности по производству энергии ветра на суше и на море выросли почти в 75 раз — с 7,5 ГВт в 1997 году до примерно 564 ГВт к 2018 году.

3. Энергия воды

Еще в древнем Египте и Римской империи энергия воды использовалась для привода рабочих машин, в том числе мельниц. В средние века водяные мельницы применялись в Европе на лесопильных и целлюлозно-бумажных предприятиях. С конца XIX века энергию воды активно используют для получения электроэнергии.

4. Геотермальная энергия

Геотермальная энергия использует тепло Земли для производства электричества. Температура недр позволяет нагревать верхние слои Земли и подземные водоемы. Извлекают геотермальную энергию грунта с помощью мелких скважин — это не требует больших капиталовложений. Особенно эффективна в регионах, где горячие источники расположены недалеко к поверхности земной коры.

5. Биоэнергетика

Биоэнергетика универсальна. Тепло, электричество и топливо могут производиться из твердой, жидкой и газообразной биомассы. При этом в качестве возобновляемого сырья используются отходы растительного и животного происхождения.

Фото:Bloomberg

6. Энергия приливов и отливов

Приливы и волны — еще один способ получения энергии. Они заставляют вращаться генератор, который и отвечает за выработку электричества. Таким образом для получения электроэнергии волновые электростанции используют гидродинамическую энергию, то есть энергию, перепад давления и разницу температур у морских волн. Исследования в этой области еще ведутся, но специалисты уже подсчитали — только побережье Европы может ежегодно генерировать энергии в объеме более 280 ТВт·ч, что составляет половину энергопотребления Германии.

Фото:Orbital Marine Power

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.

Фото:Bloomberg

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.

Что такое альтернативные источники энергии и какое у них будущее

Что такое альтернативные источники энергии и какое у них будущее

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.

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 Великобритания. 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

Национальные цели по доле ВИЭ среди источников энергии (Фото: REN21)

Геотермальная энергия в Рейкьявике и солнечные батареи для Берлина

Отдельные города по всему миру также стремятся стать климатически нейтральными. По данным CDP, из более чем 570 городов мира, по которым ведется статистика, более 100 получают по крайней мере 70% электроэнергии из возобновляемых источников — энергии воды, геотермальной, солнечной и ветровой энергии.

В списке присутствуют такие города, как Окленд, Найроби, Осло, Сиэтл, Ванкувер, Рейкьявик, Порту, Базель, Богота и другие.

Например, Берлингтон (штат Вермонт, США) уже получает 100% электроэнергии от ветра, солнца, воды и биомассы. Вся электроэнергия Рейкьявика производится за счет гидроэлектростанций и геотермальных источников. К 2040 году весь общественный и личный транспорт столицы должен стать свободным от ископаемого топлива.

100% энергии из возобновляемых источников для швейцарского Базеля обеспечивает собственная энергоснабжающая компания. Большая часть электроэнергии поступает от гидроэнергетики и 10% — от ветра. В мае 2017 года Швейцария проголосовала за постепенный отказ от атомной энергетики в пользу ВИЭ.

Фото:Shutterstock

Мировые столицы также не остаются в стороне. Например, Сенат Берлина утвердил план мероприятий по развитию солнечной энергетики в столице Германии «Masterplan Solarcity». В соответствии с общей стратегией развития города Берлин должен стать климатически нейтральным к 2050 году. В конце 2018 года в Берлине работали солнечных электростанций, которые покрывали 0,7% потребления электроэнергии, к 2050 году 25% энергопотребления города будут обеспечиваться за счет солнечной энергетики.

«Мы продвигаем расширение возобновляемых источников энергии в Берлине. Сейчас на рассмотрении Сената столицы находятся два законопроекта. Закон о солнечной энергии обязывает владельцев частных домов устанавливать солнечные системы на крышах. Законопроект Администрации по окружающей среде и климату сделает использование солнечной энергии в общественных зданиях обязательным уже в 2023 году. Это радикально сократит выбросы CO2 в Берлине», — рассказала руководитель фракции «Зеленые» в берлинском Сенате Зильке Гебель.

Как бизнес формирует положительный имидж, инвестируя в ВИЭ

Компании по всему миру также создают стратегии и определяют «зеленые» цели, которых они хотят достичь в течение определенного периода времени. Появилось осознание: нужно действовать ответственно и подавать экологичный пример потребителям. Конечно, использование ВИЭ может не только помочь в формировании положительного имиджа для компаний, но и снизить затраты на электроэнергию.

Мировой рынок труда в секторе ВИЭ по источникам энергии

Так, новые серверы Facebook, а также компания General Motors будут получать энергию от солнечной электростанции. Ее строят в штате Кентукки в рамках масштабной программы Green Invest.

IKEA запланировала производить больше электроэнергии на основе возобновляемых источников, чем она потребляет, к 2030 году. В 14 странах на магазинах размещены 920 тыс. солнечных панелей, а также более 530 ветряных турбин. Ingka, материнская компания IKEA, инвестировала около $2,8 млрд в различные проекты ВИЭ и стала владельцем 1,7 ГВт мощностей. Она также продолжит вкладывать средства в строительство ветропарков и солнечных электростанций.

Химический концерн BASF будет постепенно переходить на возобновляемые источники энергии, а также планирует инвестировать в ветропарки.

Компания Intel получает энергию от ветра, солнца, воды и биомассы. С 2012 года Intel инвестировал $185 млн в 2 000 проектов по энергосбережению, а 100% электроэнергии, потребляемой корпорацией в США и ЕС, поступает из ВИЭ.

Фото:Shutterstock

Apple также ставит перед собой цель стать углеродно нейтральной. Она приобрела несколько солнечных ферм, обеспечивая устойчивую энергию для своих центров обработки данных. С 2018 года все розничные магазины, офисы и центры обработки данных Apple работают на 100% возобновляемой энергии.

Microsoft ежегодно использует более 1,3 млрд. кВт·ч «зеленой» энергии при разработке ПО, работы центров обработки данных и производства. Компания обязалась сократить выбросы углекислого газа на 75% к 2030 году.

Энергия приливов и отливов как альтернативный источник энергии

Ваш заявка принята. Ожидайте звонка.

Альтернативные источники энергии — обзор, плюсы и минусы

  • Вы здесь:
  • Главная
  • Новости и статьи
  • Альтернативные источники энергии — обзор, плюсы и минусы

Новое на сайте

Контакты

Альтернативные источники энергии — обзор, плюсы и минусы

Для получения любого вида энергии необходим определенный источник. Как известно, существуют традиционные и нетрадиционные источники энергии. Их обычно называют альтернативными.

Традиционными источниками энергии являются нефть, уголь, природный газ. Запасы данных источников энергии исчерпаемы, подлежат длительному восстановлению, а также отрицательно отражаются на экологическом состоянии планеты. Поэтому большинством стран мира в качестве основного направления развития энергетики определено производство энергии с помощью альтернативных источников. Альтернативные источники энергии относятся к возобновляемым ресурсам, они более экологичны и экономичны.

Вид альтернативного источника энергии
Способ применения
Энергия электромагнитного солнечного излучения

Солнечное излучение может использоваться для выработки электро- и тепловой энергии. Прямое преобразование солнечной радиации в электроэнергию производится как путем прямого преобразования на фотоэлектрических панелях, так и косвенно с использованием термодинамических методов (получение пара с высоким давлением).

Получение тепловой энергии из солнечной производится за счет поглощения данной энергии и дальнейшего нагрева поверхности и теплоносителя. Для этого используются специальные коллекторами и приемы «солнечной архитектуры».

Совокупность установок для преобразования энергии Солнца составляет солнечную электростанцию.

Кинетическая энергия ветра

Она служит для преобразования в механическую, тепловую, а также, чаще всего, в электроэнергию. Чтобы получить механическую энергию из кинетической энергии воздушных масс применяют элементарные ветряные мельницы. Однако для дальнейшего преобразования полученной механической энергии необходимо использование ветрогенератора.

Ветрогенератор позволяет преобразовать механическую энергию вращения ротора в электрическую. Существует возможность накопления полученной электроэнергии при помощи аккумуляторных батарей и использования только при необходимости. Такая установка будет называться ветроэнергетической, или ветроустановкой. Совокупность нескольких ветроустановок будет называться ветряной электростанцией.

Использование энергии морских приливов и отливов

Океан — кладовая, где рождаются приливы и отливы, пересекаются течения, и он наполнен энергией. Она поступает из космоса от Солнца. Энергия, заключенная в воде, служит человеку тысячелетия. Первые попытки задействовать мощь приливов предприняли в Англии в XI веке.

Источник альтернативной энергетики

Энергию приливов и отливов используют для вращения турбин. Первая приливная мельница появилась в районе Лондона в 1086 году. Два раза в сутки уровень океана поднимается и опускается. Гравитационные силы Луны и Солнца притягивают воды. У самого берега уровень может достигать 13 метров.

Первую в мире приливную электростанцию построили французы в 1967 году. Это произошло в устье реки Ранс, впадающей в Ла-Манш.

Принцип работы ПЭС:

  1. Строится плотина с гидроагрегатами в устье реки, заливе.
  2. Бассейн, который находится за плотиной, наполняется течением. Вода проходит через турбины, а при отливе уходит в море. При этом турбины вращаются в обратном направлении.

Приливные электростанции зависят от:

  • гравитационных сил Луны и Солнца;
  • рельефа местности;
  • суточных приливов.

Технология получения приливной энергии

Колебания океана возникают вследствие взаимного притяжения между Луной, Землей и Солнцем. Величина прилива под воздействием Луны в 2,2 раза больше солнечного. Амплитуды и формы волн на разных побережьях различаются. ПЭС используют естественно возобновляемую энергию приливов. Она вращает лопасти турбин и преобразуется в энергию электрическую.

Приливную энергию получают с помощью:

  • генератора приливного потока;
  • приливных плотин.

Генератор приливного потока

Турбины, которые устанавливают в направлении потока, раскручивают генераторы. Приливные плотины при отливе пропускают воду через турбину. При этом генератор вырабатывает электроэнергию. У ветрового агрегата такой же принцип действия. Только в этом случае используется энергия перемещающегося воздуха.

Некоторые генераторы не вращаются, а колеблются. В этих конструкциях приливные потоки перемещают турбины вверх, вниз.

  • открытые;
  • с обтеканием лопастей;
  • горизонтальные;
  • вертикальные.

Приливная плотина

Плотины строят для удержания воды при приливе. Она забирает и задерживает воду, которая проходит через турбины, а затем — возвращает ее назад. Существуют динамичные приливные плоты, которые строят далеко в море. При этом вода прилива и отлива перемещается в одном направлении. Приливная лагуна — разновидность динамичной конструкции.

Плюсы применения

Запасы нефти и газа истощаются, а их использование связано с загрязнением окружающей среды. Энергии приливов и отливов относятся к неисчерпаемым ресурсам.

  • неиссякаемость источника;
  • отсутствие необходимости в добыче топлива;
  • доступность;
  • безопасность;
  • экологическая чистота производства;
  • надежность;
  • отсутствие зависимости от сезонности;
  • стабильность работы ПЭС;
  • высокий КПД;
  • зоны затопления не создаются;
  • естественный бассейн.

Затраты на строительство ПЭС меньше, чем на сооружение электростанции. Способ возведения объекта — наплавной, что сохраняет окружающую среду. При всех достоинствах сооружения имеют недостатки.

Проблемы использования энергии приливов и отливов

Принципы работы ПЭС тщательно продуманы и прописаны. Существуют условия, которые человек может выполнить не всегда. Приливная энергия подчиняется лунным суткам. Для мощной энергии воды необходимы специальные условия. Есть местности, где вода во время приливов поднимается на достаточно высокий уровень. Такие рельефы можно найти в Англии, Канаде, Норвегии, Росси, Китае, Франции.

Приливные станции целесообразно возводить, если рядом есть крупные предприятия. В противном случае использование энергии приливов будет экономически нерентабельно. Если станция находится далеко от места использования придется тянуть линии электропередач. ПЭС можно строить только на берегах морей, океанов. Они не развивают высокую мощность.

Исследователи пришли к выводу, что строительство обходится дорого. Отношение получаемой энергии может быть выше, чем у атомных и тепловых станций.

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.

  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.

Перспективы развития приливной энергетики

Энергия морских приливов может играть большую роль в прогрессе человечества. Эффективность преобразования в электроэнергию — 80%. КПД ветра — 30%, а солнечных батарей составляет 5 —15%.

Страны, в которых разрабатывают проекты:

  • Великобритания;
  • Канада;
  • США;
  • Норвегия;
  • Япония;
  • Китай;
  • Россия (Мезенская и Северная ПЭС);
  • Индия.

В 2017 году компания по развитию технологий NEDO провела в Японии эксперимент. Она протестировала устройство, генерирующее энергию из океана. Турбину установили на 20—50 метров под воду. Полученная мощность в результате эксперимента — 30 кВт.

Энергией океана можно обеспечить весь мир, но нет экономически выгодного способа ее извлечения. Компания Carbon Trust утверждает, что уже к 2050 году возникнет рынок приливной энергетики. К этому времени ожидается вырабатывание 300 ГВт.

В 2010 году компания Mey Gen начала разработку проекта мощностью 398 МВт. Находится объект между шельфом северной Шотландии и островом Строма. Первая фаза включает установку четырех турбин на опорных конструкциях. Каждая турбина весит от 250 до 350 тонн. Вес шести балластных блоков составляет 1200 тонн.

У каждой турбины предусмотрен подводный кабель, проложенный на морском дне. Кабели будут выведены на берег через буровую скважину. Установка турбин начата в 2016 году. В настоящее время мощность системы — 252 МВт. После завершения работ мощность ПЭС должна составить 398 МВт. Компания утверждает, что данный проект – вполне жизнеспособный и осуществимый.

Без тепловой и атомной энергетики пока не обойтись. Следует внедрять альтернативные источники энергии — рано или поздно переход неизбежен. Извлечение энергии пока еще находится на стадии исследований и проектирования. По мере развития прогресса в будущем ее можно будет добывать из моря.

Комментарии
Надежда Ответить

У нас много морей, есть огромные озера, почему бы не добывать энергию из приливов и отливов? Это гораздо проще, как мне кажется, чем строить опасные и дорогостоящие атомные станции.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *