Енергія хвиль та припливів

Енергія хвиль

Рисунок 6.10 Енергія хвиль

Світовий технічний потенціал енергії хвиль оцінюється на рівні 11 400 терраватт-год на рік. Його відновлюваних потенціал на 1700 терраватт-годин на рік становить приблизно 10% світових потреб в електроенергії. Існують різні концепції генерації електрики з енергії хвиль, більшість з яких можуть бути класифіковані в три основні типи:

Принцип «осціллірующімі водяного стовпа» - дія хвилі змушує воду рухатися вгору і вниз в заповненій повітрям камері. Повітря витісняється через турбіну, яка генерує електрику. Перші пілотні хвильові електростанції такого типу були встановлені нещодавно в Португалії, Шотландії та Японії.

Принцип «коливного тіла» – хвильові електростанції цього типу використовують рух океанських хвиль для генерації електрики. У них використовуються полуогружние генератори, на яких буйок рухається вгору-вниз або з боку в бік. Інші системи такого типу складаються з рухомих компонентів, що рухаються відносно один одного, створюючи гідравлічний тиск в маслі. Олія, у свою чергу, приводить в рух турбіну. Система 'Pelamis', перша в світі хвильова електростанція, була встановлена в 2008 році поблизу узбережжя Португалії і з'єднана з електролінії підводним кабелем. Подібні станції плануються до будівництва в Іспанії та Португалії.

Принцип «переливу» - як в дамбі, такі пристрої оснащені резервуаром, який заповнюється набігають хвилями до рівня вище рівня моря. Енергія падаючої води назад в океан використовується, щоб приводити в рух турбіну. Прототипи і плавучих, і стоячих систем такого типу вже були встановлені в Данії і Норвегії.

Дещо більшім від ресурсів гідроенергії є Світовий ресурс енергії морських хвиль та пріплівів.

Енергія припливу

Рисунок 6.11 Енергія припливів

Електростанції, що працюють на енергії приливу, працюють за схожим принципом з гідроелектростанціями, відмінність в тому, що водяні маси не течуть вниз, але рухаються туди і назад з приливами і відливами. На відміну від інших форм морської енергії, енергія припливу вже використовується в комерційних цілях протягом деякого часу. Електростанція La Rance почала працювати в 1966 в Сент Мало на Атлантичному узбережжя північної Франції, де річка LaRance впадає в море. При припливі вода спрямовується через великі турбіни електростанції, а при відливі тече назад. Електростанція, розрахована на 240 мегават, має потужність, схожу з газової електростанцією. За останні 20 років схожі станції були встановлені в Канаді, Китаї, Росії, хоча і значно меншого розміру. У Великобританії планується будівництво великої електростанції на енергії приливу на річці Северн між Англією і Уельсом. Така станція може забезпечити до 7% потреб усієї Великобританії в електроенергії. Однако критики опасаются, что строительство таких дамб может разрушить природные ресурсы и среду обитания. Экологический вред может быть очень значительным. По этой причине сейчас обсуждаются альтернативные концепции и районы размещения.

Найбільш поширеним способом використання енергії морів та океанів є спорудження припливних електростанцій (ПЕС). З 1967 р. у гирлі річки Ране у Франції працює ПЕС потужністю 240 МВт. На черзі спорудження ПЕС у затоці Фанді в Канаді з рекордним 18-метровим припливом, у гирлі річки Северен в Англії із 14,5-метровим припливом та в інших регіонах із великими припливами води.

Перша у світі та найбільша на сьогодні ПЕС міститься у Франції на березі Ла-Маншу в гиолі річки Ране. Приплив у цьому місці переміщує 189 тис. м3 води за секунду. Різниця рівнів становить 13 м, а швидкість течії між містами Брестом і Сен-Мало часто досягає 90 км/год. У середині дамби дуже великого накопичувального резервуара містяться 24 турбо-альтернатори-турбогенератори зі зворотними лопатками ротора турбіни. Кожен з них може функціонувати і як турбіна, і як насос, який працює і в бік моря, і в зворотному напрямку.

Але для України промис­лове використання цих ресурсів є проблематичним через за­мерзання Азовського і Чорного морів і відсутність територій для побудови ГЕС. А стосовно припливів— ще й через вкрай низький потенціал: припливна хвиля на Чорному морі не пе­ревищує 10 см, а необхідна висота становить, як мінімум, 5 м.

Найбільша частка загальної енергії, що надходить у берегову зону, пов’язана з вітровими поверхневими хвилями. Енергія хвилі складається із двох видів – кінетичної (гідродинамічної) і потенціальної (гідростатичної). Кінетична (гідростатична) енергія хвиль складається з енергії частинок, що рухаються по орбітах (по колу). Потенціальна (гідростатична) – енергія маси води, піднятої над рівнем моря (океану), що залежить від перевищення гребеня хвилі над середнім рівнем моря. Теорія засвідчує, що ці два види енергії рівні, а разом пропорційні квадрату висоти і довжини хвилі, тобто приблизно кубу її лінійних розмірів. Формула складається із числового коефіцієнта, питомої ваги води і прискорення сили тяжіння.

Хвиля висотою 3 м переносить приблизно 100 кВт енергії на 1 м лінії гребеня. Розрахунки загального потоку хвильової енергії до берегів Світового океану, виконані В.П. Зенковичем (1980), засвідчують, що мінімальна його величина становить близька 3,1 109 кВт. За обчисленнями Г.О. Саф’янова (1996) ця величина становить 4,7109 кВт. Другим за значенням джерелом енергії для гідродинамічних процесів, а також для переміщення наносів є припливні хвилі. Розсіювання їхньої енергії відбувається здебільшого в межах мілководдя. Розрахунки потоків припливної енергії біля океанічних берегів дають величину 2,7109 кВт. Постійні океанічні течії розсіюють на мілководді близько 0,2 109 кВт енергії. Інші джерела енергії виконують порівняно незначну роль у прибережних водах. Навіть найефективніші хвилі цунамі малозначимі, оскільки потужні цунамі з енергією в 5 1015 Дж трапляються 5 разів упродовж століття. Значно очевиднішою останніми роками стала роль краєвих та інфрагравітаційних хвиль, хоча можливість їхньої оцінки відсутня. Загальна оцінка розсіювання механічної енергії на мілководдя океану, на думку Г.О. Саф’янова (1996), становить 6109 кВт. Наведені наближені цифри яскраво засвідчують великі енергетичні ресурси берегової зони, яку сьогодні майже не використовують.

Перша у світі припливна турбіна комерційного масштабу SeaGen потужністю 1,2 МВт, що належить компанії Marine Current Turbines, розташована у Північній Ірландії. Припливна електростанція SeaGen нещодавно перетнула рубіж 2 мільйонів КВт-год електроенергії, які вона виробила та поставила до енергомережі Великобританії.

Припливна електростанція генерує стільки ж електроенергії як і морська вітрова турбіна із вдвічі більшою потужністю, однак виробництво електроенергії припливною електростанцією можна в повній мірі передбачити.