Приливные электростанции, принцип работы, особенности, плюсы и минусы

Энергетика

Развитие приливной энергетики началось с применения водяных мельниц ещё в средние века. Примитивные ГЭС этого типа использовали разницу уровня воды. Постепенно прогресс дошел до создания современных приливных электростанций, способных на индустриальное производство энергии.

Принцип работы приливной электростанции

Приливные электростанции, принцип работы, особенности, плюсы и минусы

Принцип работы приливной электростанции (ПЭС) заключается в преобразовании кинетической энергии движущейся воды, вызванной приливами и отливами. Изменение ее уровня у берегов в течение суток может достигать 18 м. Именно этот природный процесс заложены в основу работы ПЭС.

Приливные электростанции оборудованы гидротурбинами и генераторами. При повышении уровня воды вода через шлюзы поступает в специальное водохранилище. Затем, при отливе, происходит ее отток в море. Движение воды через турбины приводит в действие генераторы, которые и вырабатывают электроэнергию.

В большинстве современных ПЭС используются обратимые гидротурбогенераторы. Они могут работать и как насосы, и как генераторы Это позволяет перекачивать воду обратно в водохранилище в период низкого энергопотребления. Повышает эффективность работы станции. Сама ПЭС размещается на плотине в заливе или устье реки, также есть мобильные установки. Их используют на морских судах.

Виды приливных электростанций

Приливные электростанции, принцип работы, особенности, плюсы и минусы

Приливная энергетика — это технология выработки электроэнергии за счёт использования приливов и отливов. Этот метод относится к категории возобновляемых. Он обеспечивает экологически чистое и стабильное производство электричества. Электростанции здесь тоже подразделяют на несколько типов.

Приливно-отливные ПЭС

Приливно-отливные электростанции используют энергию, возникающую в результате разницы уровней воды. Они строятся на участках побережья со значительной амплитудой этих показателей. Такие ПЭС могут включать в себя барражи со шлюзами для сбора и последующего использования воды. Пример – Ранский приливный комплекс во Франции.

Лагунные ПЭС

Лагунные ПЭС создаются путём строительства барражей вокруг прибрежных лагун или частей морского залива. Они позволяют использовать разницу уровней воды внутри и вне обособленного участка водного пространства. Эти станции могут быть как только приливными, так и полного цикла (работающими и на отливе). Пока ни одного работающего прототипа не представлено. Примеры проектов лагунных ПЭС обсуждаются в Великобритании.

Динамические ПЭС

Приливные электростанции, принцип работы, особенности, плюсы и минусы

Динамические или приливные турбины используют в местах, где колебания уровня моря незначительные. Они занимают значительную часть береговой линии, часто десятки километров. При этом мощность каждой отдельной турбины невелика. При изменении уровня воды гидроагрегаты перерабатывают потенциальную энергию в кинетическую, продвигая жидкость в одном направлении. Плотины при этом необходимо строить в открытом море, что усложняет реализацию проектов такого типа. 

ПЭС с генераторами приливного потока

Станции с генераторами приливного потока используют энергию водного потока, создаваемую приливами и отливами, для вращения турбин, установленных на дне моря или реки. Они не требуют строительства барражей, что снижает их воздействие на окружающую среду и стоимость постройки. Эти установки могут быть эффективны в узких проливах с быстрыми приливными потоками. Примером может служить установка в Стронге, Норвегия.

Каждый из этих типов приливных электростанций имеет свои особенности и области применения. На практике сейчас применяют лишь традиционные ПЭС с полным циклом работы. В перспективе выбор их типа будет зависеть от географических, экологических и экономических условий региона.

Преимущества и недостатки приливной энергетики

Приливные электростанции, принцип работы, особенности, плюсы и минусы

Приливная энергетика, как и любой другой источник возобновляемой энергии, имеет свои уникальные преимущества и недостатки. Все они влияют на её популяризацию и развитие.

Преимущества приливной энергетики:

  1. Экологическая чистота. Приливная энергетика не связана с выбросами углекислого газа или других потенциально опасных веществ. Это делает её одним из самых чистых источников энергии.
  2. Предсказуемость. В отличие от ветровой или солнечной энергии, приливы и отливы являются высокопрогнозируемым явлением. Это позволяет точно планировать выработку электричества в необходимых объемах.
  3. Долговечность и надёжность. Приливные электростанции могут служить десятилетиями. Они обеспечивают стабильное производство энергии с минимальными операционными расходами после ввода в эксплуатацию.
  4. Минимальное землепользование. Для строительства приливных станций не требуется большое количество земли, в отличие от ветровых или солнечных ферм.

Это основные преимущества. Но есть и минусы, которые наглядно демонстрируют сложность с реализацией ПЭС проектов.

Недостатки приливной энергетики:

  1. Высокие начальные затраты. Строительство приливных электростанций требует значительных капитальных вложений. Это является серьезным препятствием для развития и популяризации таких проектов.
  2. Географические ограничения. Эффективность приливной энергетики зависит от самого объекта.  Для строительства приливных электростанций необходимы места с высокой амплитудой приливов и отливов.
  3. Нарушение естественного биоразнообразия. Строительство приливных барражей и станций может оказывать негативное влияние на морскую флору и фауну. Ведь оно изменяет естественные потоки воды и среду обитания животных и микроорганизмов, водорослей.

Окупаемость установок приливного типа оценивается ниже, чем у аналогов. Это напрямую связано с тем, что они производят меньше энергии, дольше находятся в простое в течение дня.

Крупнейшие приливные электростанции мира и России

Приливные электростанции, принцип работы, особенности, плюсы и минусы

Приливная энергетика, хотя и не так широко распространена как другие виды возобновляемых источников энергии, имеет в своём арсенале несколько значительных и эффективных проектов по всему миру. Действующих на данный момент ПЭС 4. 

Приливные электростанции в мире:

  1. СихваХо ПЭС (Южная Корея). Самая крупная приливная электростанция в мире с мощностью 254 МВт. Запущена в 2011 году в заливе Сихва. Она использует приливную энергию за счёт большого барража, способна обеспечивать тысячи домохозяйств.
  2. Ля Ранс (Франция). первая в мире крупномасштабная приливная станция, запущенная в 1966 году. С мощностью около 240 МВт, она продолжает быть одним из самых значительных проектов в области приливной энергетики.
  3. Цзянься (Китай). Пилотный проект по добыче приливной энергии в КНР. Здесь используют комбинированную систему вода + солнце. Но годовая мощность станции пока не превышает 6,5 ГВт/ч энергии в год. Этого хватает, чтобы обеспечивать только окрестные деревни.
В перспективе к Сихвинской ПЭС в Южной Корее добавится еще 3 приливные электрострации на 500, 700 и 1329 МВт.

Анаполисская ПЭС в Канаде больше не действует. Станция с мощностью 20 МВт, построенная в 1984 г., являлась одной из первых в мире, была крупнейшей в Северной Америке. С 2019 года ПЭС, использующая потенциал залива Фанди закрыта по причине нанесения глобального экологического ущерба местной фауне. Кроме того, на станции вышел из строя генератор, необходимый для ее работы. 

Приливные электростанции, принцип работы, особенности, плюсы и минусы

Приливные электростанции в России:

  1. Кислогубская ПЭС. Единственный в России и СССР реализованный проект приливной электростанции, расположенный на побережье Баренцева моря в Мурманской области. Несмотря на свою относительно скромную мощность в 1,7 МВт, Кислогубская ПЭС является значимым объектом, демонстрирующим потенциал приливной энергетики в стране. Станция эксплуатируется с 1968 года, первый ток дала в 1969 г. В 2007 г на ней запустили второй гидроагрегат.
  2. Пенжинская ПЭС. Пока находится на стадии разработки проекта. Ее планируют разместить в Пенжинской губе Охотского моря.  
  3. Мезенская ПЭС. Проектируемая станция с заявленной мощностью в 8 ГВт. Размещение планируют в Белом море, на территории Мезенской губы. Разработана и испытана Малая Мезенская ПЭС мобильного типа (блочная), с диаметром рабочего колеса 5 м и мощностью 1,5 МВт.

Анализ работы Кислогубской ПЭС показывает, что приливная энергетика может стать надёжным источником электроэнергии для регионов с подходящими природными условиями. Важным аспектом является ее минимальное воздействие на окружающую среду. А также возможность получения стабильной и прогнозируемой выработки тока. Проекты строительства новых ПЭС могут послужить отправной точкой для развития приливной энергетики в России.

Перспективы развития приливной энергетики

Приливные электростанции, принцип работы, особенности, плюсы и минусы

Приливная энергетика находится на пороге значительных инноваций и технологических прорывов, которые могут радикально изменить её роль в глобальной системе. Эти изменения направлены на снижение стоимости электричества. Уменьшение воздействия на окружающую среду и увеличение эффективности выработки энергии.

Приливные электростанции имеют значительно меньшее воздействие на морскую среду по сравнению с другими видами гидроэнергетики. Они работают с минимальным ущербом для морского планктона и других обитателей​.

Инновации и будущие технологии:

  1. Усовершенствование турбин. Разработка более эффективных и долговечных турбин, способных работать в сложных морских условиях снизит операционные расходы и увеличит производительность гидроагрегатов.
  2. Модульные и мобильные ПЭС. Внедрение мобильных приливных станций, которые можно легко транспортировать и устанавливать в различных локациях, предлагает гибкое и масштабируемое решение для разных регионов.
  3. Гибридные системы. Интеграция приливной энергетики с другими видами возобновляемых источников не за горами. Электростанции, использующие приливы вместе с потоками ветра или лучами солнца нужны для повышения стабильности и мощности выработки энергоресурсов. 
  4. Использование искусственного интеллекта и больших данных. Применение передовых технологий для оптимизации работы ПЭС необходимо. Оно позволит упростить процессы управления потоками энергии, повысит их эффективность и сократит затраты.

Все это дело будущего. А пока многие проекты и инновации так и остаются на уровне испытаний и планов.

Почему необходимо использовать приливную энергетику

Развитие приливной энергетики имеет значительный экономический и экологический потенциал. Оно способно оказать значительное влияние на устойчивое развитие многих стран мира. 

По сравнению с ветровой и солнечной энергией, приливная обладает:

  • более высокой предсказуемостью; 
  • стабильностью выработки;
  • круглогодичной доступностью.

Однако начальные затраты и географические ограничения делают её менее доступной для широкого использования. В то же время, в отличие от гидроэнергетики, приливные электростанции оказывают меньшее воздействие на окружающую среду и не требуют создания больших водохранилищ.

Приливные электростанции, принцип работы, особенности, плюсы и минусы

Таким образом, приливная энергетика имеет значительный потенциал в качестве дополнения к другим источникам возобновляемой энергии, особенно в регионах с благоприятными условиями для её использования.

На глобальном уровне это дает:

  1. Диверсификацию источников энергии. Интеграция приливной энергии в увеличивает независимость стран в этой сфере. Сокращает зависимость от ископаемого топлива и других энергоресурсов..
  2. Сокращение выбросов углекислого газа. Как чистый и возобновляемый источник, приливная энергетика способствует борьбе с изменением климата. Сокращает выбросов парниковых газов.
  3. Создание рабочих мест. Развитие приливной энергетики стимулирует экономический рост. Позволяет создавть новые рабочие места в области строительства, обслуживания и исследований гидросооружений и агрегатов.
Мировой океан обладает огромным потенциалом приливной энергии. Он способен обеспечить покрытие до 20% мирового энергопотребления.  Это подчеркивает важность дальнейшего развития и исследования данного направления.

Вклад приливной энергетики в достижение глобальных энергетических и экологических целей неоценим. Строительство ПЭС способствует реализации Парижского соглашения по климату, направленного на сокращение выбросов парниковых газов и ограничение глобального потепления. Приливная энергетика также вносит вклад в достижение Целей устойчивого развития. Они установлены ООН как принцип обеспечения доступа к надёжной, устойчивой и дешевой энергии для всех.

Развитие приливной энергетики требует инвестиций в исследования и разработку новых технологий. А также создание благоприятных регуляторных и экономических условий для реализации таких проектов. Несмотря на начальные затраты и технические сложности, перспективы и потенциал приливной энергетики огромны. Она вполне может обеспечить переход к более устойчивым и чистым источникам энергии. Но пока используется лишь в ограниченных регионах планеты.

Приливная энергетика имеет ключевую роль в современной зелёной повестке. Ее рассматривают как альтернативу солнечной и ветряной. Как вклад в достижении устойчивого энергетического будущего. Но, сложности в реализации таких проектов вряд ли сделают строительство ПЭС массовым.

Команда нашего сайта
Артём Соколов

Артём Соколов

Автор проекта

Аркадий Семёнов

Аркадий Семёнов

Автор статей

Айгюль Соколова

Айгюль Соколова

Контент-менеджер

Всё о чистой энергии, экологии, энергетике, электрике, электронике и электротранспорте - GreenEnergia.ru
Добавить комментарий