Энергия приливов и отливов

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

Политехнический институт (филиал) федерального государственного автономного образовательного учреждения высшего профессионального образования «Северо-Восточный федеральный университет

имени М. К. Аммосова» в г. Мирном

 

 

Кафедра Горного и нефтегазового дела

 

 

 

Доклад по экологии

на тему: «Энергия приливов и отливов».

 

 

 

 

 

Работу выполнила: студентка гр. ДН-13-5

Захарова О. Д.

Работу проверила: Слепцова Е. В.

 

 

 

 

Мирный, 2014г.

 

 

Оглавление

 

 

Введение.

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 воды  
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.

 

 

 

1. Энергия приливов.

Наиболее очевидным способом использования океанской энергии представляется постройка приливных электростанций (ПЭС).

Приливы обусловлены силами притяжения Луны и Солнца в сочетании с центробежными силами, развивающимися при вращении систем Земля-Луна и Земля-Солнце. Движение этих тел относительно друг друга порождает различные приливные циклы: полусуточный, весенний квадратурный, полугодовой и другие более длительные циклы. Все оказывают влияние на уровень подъема воды, и знание этих колебаний необходимо для правильного проектирования приливных энергетических систем.

Амплитуда приливов может значительно увеличиваться за счет таких факторов, как склоны, воронки, характерное отражение и резонанс. Наиболее часто такие условия наблюдаются в устьях рек.

Теоретически приливные электростанции могли бы производить в целом 635 тыс. ГВт•ч/год электроэнергии, что является энергетическим эквивалентом более чем 1 млрд баррелей нефти. Наиболее перспективными в этом отношении районами являются залив Фанди в Канаде и США, залив Кука на Аляске, Шозе в бухте Мон-Сен-Мишель во Франции, Мезенский залив в России, устье р. Северн в Великобритании, залив Уолкотт в Австралии, Сан-Хосе в Аргентине, залив Асанман в Южной Корее.

С незапамятных времен человек стремился использовать энергию приливов. Первые приливные мельницы появились на побережье Бретани, Андалузии и Англии еще в ХII в. В более поздние времена сотни таких устройств приводили в движение лесопильные и мукомольные машины в британских владениях на территории Новой Англии (США).

В настоящее время действует совсем немного приливных станций. Электростанция Ранс является первым и крупнейшим предприятием такого рода в мире. Она была задумана как прототип более крупных приливных станций на побережье Бретани. Строительство началось в 1961 г. и завершилось в 1968 г.

Система использует двадцать четыре 10-мегаваттных турбины Каплана, обладает проектной мощностью 240 МВт и ежегодно производит около 50 ГВт•ч электроэнергии. Амплитуда прилива в устье реки составляет 14 м. Плотина длиной 750 м ограничивает бассейн площадью 22 км2, который содержит 180 млн м3 полезной воды.

Другая крупная приливная электростанция мощностью 20 МВт расположена в Аннаполис-Ройал, в заливе Фанди (провинция Новая Шотландия, Канада). Она была официально открыта в сентябре 1984 г. Система смонтирована на о. Хогс в устье р. Аннаполис на основе уже существующей дамбы, защищающей плодородные земли от затопления морской водой в период штормов. Амплитуда прилива колеблется от 4,4 до 8,7 м.

Стоимость станции Аннаполис-Ройал составила 53 млн долл., или 2650 долл. за киловатт мощности. Согласно проекту, цена производимого электричества должна была составлять 2,7 цента за киловатт. Удовлетворительные показатели данной станции подтвердили рентабельность низконапорных гидроресурсов, открыли широкие перспективы строительства крупных приливных станций в Канаде и других частях земного шара.

Возможное воздействие приливных электростанций на окружающую среду будет связано с увеличением амплитуды приливов на океанской стороне плотины. Это может приводить к затоплению суши и сооружений при высоких приливах или во время штормов и к вторжению солёной воды в устья рек и подземные водоносные слои. Водные пищевые цепи и сообщества организмов в приливной зоне могут пострадать в результате изменения уровня воды и усилившихся течений как за плотиной, так и перед ней; для водных организмов небезопасно так же прохождение через турбины.

Следует так же упомянуть ещё одну отрицательную черту приливной энергии – то, что её выработка непостоянна. При обычной эксплуатации приливной энергии электричество вырабатывается только в начале прилива (или отлива). Эта циклическая выработка энергии вряд ли будет соответствовать суточным циклам потребности в ней. Пиковая потребность и пиковая выработка могут иногда совпадать, так как часы приливов сдвигаются по мере смены времён года, но чаще такого совпадения не будет. Это означает, что выработка энергии другими, центральными, станциями должна снижаться, когда темп приливной выработки достигает максимума, и возрастать, когда он падает. На электростанции «Ла-Ранс» эту задачу выполняет компьютер.

2. Энергия отливов.

Очень мощным источником энергии являются приливы и отливы. Если верить цифрам, они могут дать человечеству около 70 миллионов миллиардов кВт/ч в год. Если сравнивать, то это примерно столько энергии, сколько можно получить из всех разведанных запасов бурого и каменного угля. В 1977г. вся экономика СССР базировалась на 1150 миллиардах кВт/ч, экономика США - на 200 миллиардах кВт/ч. Так что, в теории, только приливы и отливы могли обеспечить энергетическое процветание 6000 СССР, но это сухие цифры не имеющие ничего общего с реальностью.

Технология гидроэлектростанций, основанных на приливах и отливах, досконально проработаны в инженерном плане, многие варианты уже опробованы в некоторых странах, даже в Кольском полуострове. Выдвинута даже оптимальная стратегия использования такой энергии: во время приливов накапливать воду в водохранилищах, а во время максимальной нагрузки на энерго-добывающую сеть, разгружать ее, используя энергию, накопленную при приливе.

В наше время приливные электростанции, конечно же, значительно уступают тепловой энергетике, ведь легче получить коротко-срочную прибыль, закупив дешевую нефть в странах третьего мира. Однако приливная энергия обладает всеми качествами, которые помогут ей в будущем стать одной из самых важных составляющих мировой энергетики.

 

3. Энергия приливов и отливов

Несоизмеримо более мощным источником водных потоков являются приливы и отливы. Подсчитано, что потенциально приливы и отливы могут дать человечеству примерно 70 млн. миллиардов киловатт-часов в год. Для сравнения: это примерно столько же, сколько способны дать разведанные запасы каменного и бурого угля, вместе взятые; вся экономика США 1977 г. базировалась на производстве 200 млрд. киловатт-часов, вся экономика СССР того же года – на 1150 млрд., хрущевский “коммунизм” к 1980 г. должен был быть построен на 3000 млрд. киловатт-часов. Образно говоря, одни только приливы могли бы обеспечить процветание на Земле тридцати тысяч современных “Америк” при максимально эффективном использовании приливов и отливов, но до этого пока далеко.

 Проекты приливных  гидроэлектростанций детально разработаны  в инженерном отношении, экспериментально  опробованы в нескольких странах, в том числе и у нас, на  Кольском полуострове. Продумана  даже стратегия оптимальной эксплуатации  ПЭС: накапливать воду в водохранилище  за плотиной во время приливов  и расходовать ее на производство  электроэнергии, когда наступает  “пик потребления” в единых  энергосистемах, ослабляя тем самым  нагрузку на другие электростанции.

Сегодня ПЭС не конкурентоспособна по сравнению с тепловой энергетикой: кто будет вкладывать миллиарды долларов в сооружение ПЭС, когда есть нефть, газ, уголь, продаваемые развивающимися странами за бесценок странам более развитым? Завтра же она станет такой же важной составляющей мировой энергетики, какой сегодня является, к примеру, природный газ. Практически на сооружение ПЭС в наиболее благоприятных для этого точках морского побережья, где перепад уровней воды колеблется от 1-2 до 10-16 метров, потребуются десятилетия, может быть, даже столетия. Но процент за процентом в мировой энергобаланс ПЭС могут и должны начать давать уже на протяжении этого столетия.

Первая приливная электростанция мощностью 240 МВт была пущена в 1966 г. во Франции в устье реки Ранс, впадающей в пролив Ла-Манш, где средняя амплитуда приливов составляет 8.4 м. Открывая станцию, президент Франции Шарль де Голль назвал ее выдающимся сооружением века. Несмотря на высокую стоимость строительства, которая почти в 2.5 раза превосходит расходы на возведение речной ГЭС такой же мощности, первый опыт эксплуатации приливной ГЭС оказался экономически оправданным. ПЭС на реке Ранс входит в энергосистему Франции и эффективно используется.

Существуют проекты крупных ПЭС мощностью 320 МВт (Кольская) и 4000 МВт (Мезенская) на Белом море, где амплитуда приливов составляет 7-10 м. Планируется использовать также огромный энергетический потенциал Охотского моря, где местами, например в Пенжинской губе, высота приливов достигает 12.9 м, а в Гижигинской губе - 12-14 м. Благоприятные предпосылки для более широкого использования энергии морских приливов связаны с возможностью применения геликоидной турбины Горлова, которая позволяет сооружать ПЭС без плотин, сокращая расходы на строительство.

 

Заключение.

Под влиянием приливообразующих сил Луны и Солнца в океанах и морях возбуждаются приливы. Они проявляются в периодических колебаниях уровня воды и в ее горизонтальном перемещении (приливные течения). В соответствии с этим энергия приливов складывается из потенциальной энергии воды, выведенной из положения равновесия, и из кинетической энергии движущейся воды. Величины потенциальной и кинетической энергии имеют примерно один и тот же порядок и равны около 5*25*1024 эрг.

При расчетах энергетических ресурсов Мирового океана для их использования в конкретных целях, например для производства электроэнергии, вся энергия приливов оценивается в 1 млрд. кВт, тогда как суммарная энергия всех рек земного шара равна 850 млн. кВт. Колоссальные энергетические мощности океанов и морей представляют собой очень большую природную ценность для человека.

 

 

 

Список использованной литературы.

1. Аугуста Голдин. Океаны энергии. – Пер. с англ. – М.: Знание, 1983.
2. Вершинский Н. В. Энергия океана. – М.: Наука, 1986.
3. Ревелль П., Ревелль Ч. Среда нашего обитания: в 4-х книгах. – М.: Мир, 1994.
4. Воронков В.А. Экология общая, социальная, прикладная: Учебник для вузов.
5. М.: Агар: Рандеву-АМ, 1994.
6. Экологически чистая энергетика (в помощь лектору) / Авт.-сост. А.А. Каюмов. Горький: Горьковский областной совет ВООП и областной молодежный
7. Экологический центр “Дронт”, 1990. 76 с.
8. Источники энергии. Факты, проблемы, решения. – М.: Наука и техника, 1997.