Джеффрі Чосер колись написав прислів’я: «Час і приплив нікого не чекають». Це підкреслює, наскільки надійним і послідовним є приплив. Ніщо не може змінити того факту, що він приходить і йде двічі на день.
Ми використовуємо гідроенергію , або рух води в річках, для роботи електричних генераторів вже понад 140 років. Водні потоки, що утворюються припливами та відпливами, використовуються різними типами припливно-енергетичних систем для того ж самого завдання.
Подібно до вітрових турбін , припливні турбіни живляться потоком води, а не повітря. Ці турбіни живлять генератори, які потім подають електроенергію в систему через підводні кабелі. Аквакультура та дослідження океану – це два приклади океанічних підприємств, які можуть живитися енергією припливів.
У місцях із широким діапазоном припливів — відстанню між припливом і відливом — інженери винайшли методи використання припливного руху для виробництва електроенергії протягом 20 століття. Кожна техніка перетворює енергію припливів на електрику за допомогою спеціальних генераторів.
Виробництво енергії припливів і відливів все ще знаходиться в зародковому стані. Отже, ще не вироблено багато енергії. У світі не так багато діючих приливних енергетичних установок комерційного масштабу.
Перший був у французькому Ла Ранс. Найбільшим об’єктом є приливна електростанція на озері Сіва в Південній Кореї. Найбільший потенціал для використання такого виду енергії мають Росія, Канада, Франція, Англія, Китай.
Види припливної енергії
Скрізь, де є достатньо сильна приливна течія, будь то природна чи створена, системи припливної енергії можуть функціонувати. Вони можуть пересуватися самостійно або групами (масивами), а також можуть плавати або відпочивати на дні океану. Зараз існує лише кілька основних категорій систем, які використовуються для збору енергії припливів.
- Генератор приливного потоку
- Динамічна приливна потужність
- Приливний завал
- Приливна лагуна
1. Генератор приливного потоку
Для більшості генераторів приливної енергії турбіни розташовані в приливних потоках. Швидко рухається водойма, утворена припливами, відома як приливний потік. Турбіна - це пристрій, який використовує потужність потоку рідини. Ця рідина може бути рідкою (вода) або повітрям (вітер).
Енергія припливів і відпливів потужніша за енергію вітру, оскільки вода набагато щільніша за повітря. На відміну від вітру, припливи постійні та передбачувані. Припливні генератори забезпечують постійний, надійний потік електроенергії, де б вони не застосовувалися.
Розміщення турбін є складним завданням, оскільки величезні машини заважають припливу, який вони намагаються використовувати. Залежно від розміру турбіни та розташування припливного потоку вплив на навколишнє середовище може бути серйозним.
Найкращі умови для турбін на мілководді. Завдяки цьому виробляється більше електроенергії, і кораблі можуть подорожувати навколо турбін. Щоб морські істоти не заплуталися в системі, лопаті турбіни припливного генератора також обертаються повільно.
Першу в світі припливну електростанцію збудували в північноірландському затоці Странгфорд Лох у 2007 році. Між затокою Странгфорд Лох та Ірландським морем є невелика протока, де розташовані вітрові турбіни. Приплив протоки може рухатися зі швидкістю 4 метри (13 футів) за секунду.
2. Динамічна припливна потужність
Нова концепція використання енергії припливів, відома як динамічна приливна енергія (або DTP), все ще знаходиться на теоретичних стадіях. Метою цього методу є використання взаємодії між кінетичною та потенційною енергіями приливних потоків.
Він пропонує будувати надзвичайно довгі дамби (скажімо, 30–50 км завдовжки), які простягаються безпосередньо від пляжів до океану або океанів, не обмежуючи околиці.
Оскільки приплив постійно рухався з одного боку дамби на інший, вони могли б постійно захоплювати енергію. Але ніхто ще не перевіряв цю концепцію в реальному світі.
3. Приливний завал
Приливні загородження є найефективнішим способом використання енергії припливів. Штучний приливний басейн створюється шляхом будівництва споруди, подібної до дамби, над входом в океан або припливною річкою. Потік води через турбіни загородження регулюється шлюзами.
Потенційна енергія, що міститься в різниці у висоті (або гідравлічному напорі) між припливами та відливами, використовується приливними загородженнями.
Тимчасове збільшення потужності припливів, спричинене підвищенням рівня моря, що спричиняє початок припливу, спрямовується у величезний басейн за дамбою, який утримує багато потенційної енергії. Потім ця енергія перетворюється назад в енергію з припливом, що відступає.
Вплив загороджувальної системи на навколишнє середовище може бути досить значним. Суша припливного діапазону дестабілізована. Зміна рівня води може завдати шкоди рослинам і тваринам у приливній лагуні. Види, які можуть там мешкати, змінюються, оскільки солоність у приливній лагуні зменшується.
Риба не може увійти або вийти з приливної лагуни, так само, як і з дамбами через річки. Морські тварини можуть заплутатися в лопатях турбін через їх швидкий рух. Птахи можуть переселятися в інші місця, якщо їх запас їжі обмежений.
При виробленні припливної енергії загородження значно дорожче, ніж одна турбіна. Загородження вимагають більших будівель і більше техніки, навіть якщо немає витрат на паливо. Загородження потребують регулярного нагляду для регулювання вихідної потужності, на відміну від окремих турбін.
4. Приливна лагуна
Значна площа морської води, оточена підпірною стінкою, називається приливною лагуною. Вода, що тече в лагуну та витікає з неї, виробляє електроенергію, яка вловлюється турбінами. Хоча кілька споруджено, наразі немає приливних лагун.
Будівництво круглих підпірних стін із встановленими в них турбінами для збирання потенційної енергії припливів і відпливів є новим варіантом проектування припливної енергії. Штучно сформовані водосховища подібні до тих, що створені приливними загородженнями, але їм бракує існуючого середовища.
Лопаті вражають рибу, яка намагається увійти в лагуну, шум турбіни та зміни процесу осадження часто є ризиками, пов’язаними з приливними лагунами.
Приливні лагуни не мають особливого впливу на екосистему. Гірська порода є природним будівельним матеріалом, який можна використовувати для створення лагун. Під час відпливу вони нагадували б низький хвилеріз (морську стіну), а під час припливу вони були б занурені.
Менші види можуть плавати всередині конструкції, а більші можуть плавати навколо неї. Імовірно, менша риба буде процвітати, оскільки лагуна буде непроникною для великих хижаків, таких як акули. Ймовірно, там збиралося б багато птахів.
Однак кількість енергії, виробленої генераторами, що використовують приливні лагуни, ймовірно, невелика. Наразі робочих прикладів немає. Біля свого кордону з Північною Кореєю Китай будує приливну електростанцію в лагуні на річці Ялу. У Свонсі-Бей, Уельс, приватне підприємство також планує побудувати невелику електростанцію в приливній лагуні.
Висновок
Системи, що використовують енергію припливів, можуть бути досить ефективними. Припливні турбіни, за даними інженерної фірми N-Sci, перетворюють 80% енергії припливів на електроенергію.
Це значно ефективніше, ніж вугілля , нафта чи природний газ , а також сучасні системи вітрової чи сонячної енергії . Електростанції вивільняють лише від 30% до 45% енергії, що міститься в цьому викопному паливі , згідно з даними Управління енергетичної інформації.
Виробництво енергії припливів і відливів поки що нова технологія. В даний час існує небагато припливних електростанцій, і в Сполучених Штатах немає жодної. Електростанція Sihwa Lake потужністю 254 МВт у Південній Кореї на даний момент є найбільшою припливною електростанцією.
Оскільки енергетика припливів є надійною, відновлюваною та чистою , вона має великий потенціал. Але все ще існує кілька суттєвих перешкод, які необхідно вирішити, особливо з точки зору вартості.
Малоймовірно, що енергія припливів коли-небудь стане значним джерелом енергії в Сполучених Штатах. У нашій країні небагато місць, де ми могли б доступно використовувати енергію припливів. Інші країни, такі як Канада, Китай, Франція, Росія та Сполучене Королівство, мають кращі можливості для використання потенціалу припливної енергії.
Насправді вони вже почалися. Приливні лагуни на річці Ялу в Китаї, затока Суонсі в Уельсі та масив приливних потоків потужністю 398 МВт у Шотландії входять до числа проектів, які зараз будуються. Якщо ці заводи покажуть свою економічність, можна буде вжити більше ініціатив.
Який найпоширеніший вид енергії припливів і відпливів?
Масиви приливних потоків
Одна або кілька турбін занурені в приливний потік у найпростішій і найбільш типовій приливній системі. Приливні потоки, як і протоки або океанські затоки, є швидкоплинними водоймами, утвореними припливним потоком. На жаль, таких місць небагато.