Приливные электростанции (ПЭС) – особый вид гидроэлектростанций, работающих за счет энергии, возникающей при приливах. Возникновение энергии основано на глобальных естественных процессах, связанных со сменой гравитационного воздействия Луны и Солнца. Такой способ получения электроэнергии мало распространен в мире и до недавнего времени рассматривался как экспериментальный. В последние годы произошел небольшой скачек, связанный с открытием нескольких приливных электростанций.
Места строительства ПЭС
При возникновении прилива уровень воды повышается на несколько метров, максимальное повышение на Земле – 18 метров. Приливные электростанции строятся в местах самого высокого повышения уровня моря. Большинство действующих ПЭС построено в местах, где вода поднимается не менее чем на 10 метров. Таких мест на Земле несколько:
- Бухта Фанди (Канада) – самые высокие приливы на Земле (15-18 метров);
- Побережье Бретани у города Сан-Мело (Франция) – самые высокие приливы Европы (до 14 метров);
- Пенжинская губа (Россия) – самые высокие приливы на тихоокеанском побережье (до 13 метров);
- Побережье Баренцева моря (Россия и Норвегия) – до 10 метров.
Виды приливных электростанций
ПЭС отличаются друг от друга по типу устройства и выработки энергии, несмотря на общее небольшое число таких станций в мире. В зависимости от типа станции она располагается прямо в бухте или вдоль береговой линии. В бухтах или на открытой воде устанавливаются мощные турбины. При расположении вдоль берега используются турбины с малой мощностью. На основании этих характеристик выделяется 4 типа электростанций:
- приливно-отливные;
- лагунные;
- динамические;
- генераторы приливного потока.
Приливно-отливные
При подъеме уровня воды образуется потенциальная энергия, которая удерживается с помощью заградительных ворот до отлива. При снижении уровня воды под напором происходит вращение турбин, что приводит к преобразованию потенциальной энергии в кинетическую и выработке электрического тока. ПЭС такого типа наиболее похожи на обычные гидроэлектростанции, где выработка энергии происходит от вращающихся турбин под напором водяного потока. Единственная в России ПЭС работает по приливно-отливному принципу, это старейший способ выработки энергии от приливов.
По типу лагуны
Похожи по принципу работы электростанции по типу лагуны. Для них подготавливается искусственное водохранилище, в которое должна поступать вода при отливе. Такие электростанции способны решить проблему по поиску места для размещения гидроагрегатов путем искусственного создания подходящих условий. В остальном принцип выработки электроэнергии такой же, как у приливно-отливных электростанций: вода накапливается, а затем при снижении уровня вращает турбины и производит энергию. Ни одной такой ПЭС в мире построено не было: в Уэльсе отменили строительство единственной запланированной.
Динамические
В местах с небольшими колебаниями уровня моря во время приливов и отливов строятся динамические электростанции. Это вытянутые на десятки километров вдоль береговой линии конструкции, в которых равномерно размещаются турбины малой мощности. Протяженность таких электростанций составляет более 10 километров. В остальном принцип выработки энергии такой же, как у приливно-отливных станций: преобразование потенциальной энергии в кинетическую при снижении уровня воды.
Генераторы приливного потока
Конструкция генераторов приливного потока похожа на ветрогенераторы, а принцип работы – на работу гидроэлектростанций. Это лопасти, устанавливаемые в воде, которые вращаются и вырабатывают энергию при изменении ее уровня. Такие генераторы могут устанавливаться в местах приливного потока, а также там, где поток регулярный: в реках, каналах. Распространенные места для размещения: опоры мостов и других гидросооружений. Величина выработки энергии у таких генераторов в несколько раз выше, чем у аналогичных ветряных.
Устройство и принцип работы
Большинство ПЭС состоят из двух основных частей:
- турбины, вырабатывающие энергию;
- водохранилище, где накапливается масса воды.
У генераторов приливного тока отсутствует накопительная часть, поэтому величина выработки в среднем на одну турбину ниже.
Природа образования приливов и отливов основана на взаимодействии Земли и Луны. При взаимном вращении изменяется уровень гравитации, что приводит к движению водных масс. Работа приливных электростанций основана на создании напора воды из накопленной массы воды. Вода формирует в водохранилище потенциальную энергию, а с помощью удержания затворами она накапливается. При отливе уровень снижается и поток начинает двигаться, образуя кинетическую энергию и вращая турбины. Работа состоит из 4 циклов: по приливу и отливу в течение 12 часов, а также время простоя.
Существующие приливные электростанции
В строительстве приливных электростанций выделяется несколько периодов:
- Появление первых двух ПЭС в 1960-х.
- Дополнение еще двумя ПЭС в 1980-х.
- Массовое (относительно предыдущих периодов) строительство, начиная с конца 2000-х.
В 80-х по станции построили в Канаде и Китае, с конца 2000-х список стран значительно расширился. К действующему списку добавились: Норвегия, Республика Корея, Нидерланды, Великобритания. В планах или в стадии строительства находятся 12 приливных электростанций, из новых стран – Индия.
В России
В 1968 году в СССР была введена в эксплуатацию Кислогубская приливная электростанция. С тех пор она единственная среди действующих ПЭС в России. Расположена она на Кислой губе в Мурманской области на берегу Баренцева моря. Вырабатываемая мощность Кислогубской ПЭС составляет всего 1,7 МВт, что в десятки раз ниже обычной тепловой электростанции. Это связано с низкой высотой приливов, которая составляет примерно 5 метров. С момента открытия станция используется в качестве экспериментальной базы по исследованиям в сфере извлечения энергии из приливной силы.
На основании опыта эксплуатации и действующих разработок в России запланированы новые приливные электростанции. Некоторые проекты разработали еще в советское время, другие – недавно в российское.
Список запланированных ПЭС в России:
- Северная (Мурманская область, недалеко от Кислогубской), мощность 12 МВт;
- Мезенская (Архангельская область), 8-24 ГВт;
- Пенжинская (Магаданская область, Камчатский край), 87-120 ГВт;
- Тугурская (Хабаровский край), 3,6 ГВт.
В мире
Современными лидерами в открытии и строительстве новых приливных электростанций являются две страны: Великобритания и Республика Корея. До 2011 года первая в мире построенная ПЭС была одновременно и самой мощной – это французская «Ля Ранс». Ее мощность составляет 240 МВт, но в 2011 году в Корее открыли станцию мощностью 254 МВт – Сихвинскую ПЭС. Это динамическая приливная электростанция, растянувшаяся более чем на 12 километров вдоль берега. На стадии строительства в Корее еще 2 более мощные станции: на 800-1300 МВт, 520 МВт. В Великобритании планируется открытие 2 станций: на 400 МВт и 8,6 ГВт.
).
Плюсы и минусы данных электростанций
Приливные электростанции дороже в эксплуатации, чем обычные ГЭС. К этому прибавляется то, что ПЭС строятся в труднодоступных и удаленных местах, что еще сильнее влияет на экономический фактор. Низкий уровень выработки электроэнергии: например, самая мощная в мире ПЭС производит эквивалентную мощность, как и обычная ТЭЦ. Дополнительный отрицательный фактор, который невозможно устранить – цикличность работы, связанная с природой приливов и отливов.
Приливные станции внедряются с минимальным ущербом для природы, не приводят к изменениям жизнедеятельности морских организмов. Приливная энергия – возобновляемый источник, что спровоцировало небольшой рост в использовании этого вида выработки электроэнергии.
