Что такое пэс в энергетике

Что такое приливная электростанция и принципы ее работы?

Современный мир нуждается в возобновляемых источниках энергии для получения электричества. Альтернативный источник энергии человеку предоставила сама природа. Сложно придумать вариант получения электроэнергии более простой и мощный, чем применение приливно-отливных электростанций. Сила приливов и отливов вод зависит от движения светил вокруг биосферы планеты. Регулярность происходящих явлений позволила человеку применить его и приспособить к собственной выгоде.

Принцип работы приливной электростанции

Чтобы осуществить преобразование кинетической энергии водной среды в электрическую происходит за счет использования комплекса систем, представляющих собой волновые электростанции. Цикличность добычи электроэнергии обусловлена периодичностью приливных и отливных периодов. Для этих электростанций возводится плотина, которая будет отделять моря и океаны от прибрежной части суши. Благодаря этому образуются бассейны. В конструкцию плотины монтируются турбины, которые преобразовывают кинетическую поступательную энергию приливов во вращательную. Повышение коэффициента обеспечивается при помощи запасных водохранилищ, вырытых заблаговременно. Принцип работы ГЭС основан на прохождении водных потоков через турбину. Благодаря увеличению объема водной среды происходит значительная выработка энергии. Для строительных работ подбираются участки с максимальными перепадами водного массива.

Виды и конструкционные отличия

Среди построенных ПЭС выделяют эти виды приливных электростанций:

• Генераторы проливного потока;
• Динамические;
• Плотины или лагуны приливного типа.

Монтаж первого варианта конструкционно выглядит как ветряные станции для добычи электричества. Лопасти ПЭС монтируются в воде, а несущие элементы мостового сооружения, поддерживающие пролетные строения, устанавливаются в речных руслах или морских заливах. Это позволяет использовать ресурсы воды разумно и эффективно. При помощи генераторов энергия будет извлекаться из водной среды.

В работе динамической приливной электростанции используется 2 вида энергии. Здесь задействовано потенциальную и кинетическую энергию. Строительство таких объектов производится прямо в морской пучине. Конструкции могут быть длиной до 55 км. Главной особенностью таких строений будет наличие большого количества низконапорных турбин, позволяющих преобразовывать поступательную энергию воды в ток.

Как работает волновая электростанция, построенная как проливная плотина, разобраться довольно просто. Ее задачей является захват большого объема воды и удерживание его до наступления отлива. При этом движение водных масс осуществляется в обоих направлениях через турбины.

При использовании приливных лагун необходимо создание искусственного водоема. Такие волновые электростанции работают за счет разницы давления воды в резервуарах. Кинетическая энергия путем поступления и переработки турбинами и генератором преобразуется в ток.

Достоинства и недостатки

Приливные электростанции ПЭС предоставляют массу преимуществ, но и отличаются некоторыми недостатками. Исходя из учета разницы между этими параметрами, определяется целесообразность возведения и эксплуатации такого оборудования. К преимуществам приливных электростанций относят:

• Продолжительность эксплуатационного срока;
• Экологичность;
• Защищенность берегов от штормовых факторов;
• Отсутствие необходимости выстраивать ограждения земель под хранилище водоема;
• Возможность произведения предварительных расчетов по количеству вырабатываемой энергии;
• Отсутствие влияния на судоходство;
• Нет вредных выбросов;
• Быстрое восстановление флоры и фауны;
• Себестоимость получаемой энергии;
• Отсутствует радиационная опасность;
• Возможность построения на плотине автомобильных и железнодорожных сообщений;
• Объем затрат на содержание;
• Повышение бюджетной и инвестиционной привлекательности территории;
• Биологическую проницаемость;
• Независимость от водности года;
• Отсутствие вероятности появления ледяных торосов.

Недостатков у таких сооружений много. Они включают в себя такие пункты:

• Нерегулярность работы;
• Длительность окупаемости строительства;
• Сложность возведения сооружения;
• Площадь, занятую под станцию, нельзя использовать для туристического бизнеса, который приносит больше дохода.

Приливные электростанции в России

Такие сооружения пользуются огромной популярностью в большинстве стран. Первая приливная электростанция на просторах России была построена в 2014 году на Дальнем Востоке. Она расположена на полуострове Гамова. Она способна преобразовывать энергию направленного водного массива, энергию приливов и отливов.

Кислогубская ПЭС

Эта электростанция находится в губе Кислая Баренцева моря. Сооружение отличается мощностью в 1,7 МВт. Его оснастили 2-мя комплектами гидротурбин. На электростанции имеется 2 генератора. Сооружение было установлено в 1968 году. В 1992 году его законсервировали. В 2004 году началась ее реконструкция, но в штатном режиме электростанция начала работу только с 2007 года. Ее польза для страны огромна.

Малая Мезенская ПЭС

В Архангельской области, возле залива в Белом море в 2007 году началось строительство приливной электростанции. В нынешнее время она оборудована одним комплектом ортогональной турбины и одним генератором. Энергетическая мощность оборудования составляет 1,5 МВт. Сейчас ведутся работы по техническому усовершенствованию Мезенской электростанции и увеличению ее показателей мощности.

Северная ПЭС

В Мурманской области расположена ПЭС, мощность которой составляет 12 МВт. Она вырабатывает электроэнергию несколько десятков млн. кВт/ч в год.

Пенжинская ПЭС

Мощность, которую обеспечивает крупнейшая приливная электростанция в заливе Шелихова Охотского моря, составляет 21,4 ГВт. Она производит электричества более 50 млрд. кВт/ч.

Тугурская ПЭС

Тугурский залив, находящийся в Охотском море, имеет свою ПЭС, показатели мощности которой равны 8 ГВт. Залив защищает гряда Шантарских островов от сильных ветров и волн. Низкий водный напор заставляет задуматься об дополнительной установке свыше 1000 агрегатов. За год станция производит десятки млрд. кВт/ч.

Использование приливных электростанций за рубежом

Просторы мирового океана обладают значительным потенциалом и предоставляют для человечества массу возможностей. Альтернативная волновая энергетика способна обеспечить 5-ю часть требуемого количества энергопотребления. Использование природной приливной энергетики нашло широкое распространение во многих странах мира. Для использования таких приливных объектов необходимо наличие технического оборудования и близлежащих побережий. Работающие ПЭС имеются в таких странах:

• Англия;
• Канада;
• Америка;
• Южная Корея;
• Норвегия;
• Франция.

Повсеместно такой способ получения электроэнергии распространение не получил. Этому способствует отсутствие требуемых, описанных характеристик и условий. Высокая стоимость возведения конструкций при малой проектной мощности делает проект окупаемости долгосрочным. Добыча электричества при помощи волн требует вывода из общего пользования прибрежных территорий. Не все страны готовы пойти на такой шаг, считая, что такое решение негативно скажется на экономике государства.

Приливные электростанции ПЭС: виды, принцип действия

Альтернативная энергетика

Приливная энергия – достаточно перспективная отрасль альтернативной энергетики. Данная энергия вырабатывается в результате гравитационных сил взаимодействия планеты Земля с ее естественным спутником – Луной, а также с Солнцем. И чтобы использовать энергию приливов полезно, человечество разработало приливные электростанции. Движение приливов и отливов содержит большую кинетическую энергию и дает более высокую мощность, чем гидроэнергетика. Производство электроэнергии является лишь одним из применений энергии приливов и отливов. Существуют и другие виды применения, и многие другие приложения находятся на рассмотрении, потому что эта энергия все еще находится на стадии разработки с использованием современных технологий.

Что такое приливная электростанция?

Приливная электростанция или ПЭС – это гидроэлектростанция, которая использует приливы и отливы для выработки электроэнергии. При вращении земли образуются огромные приливы в океанах мира, и человечество может использовать эту энергию для производства электроэнергии.

Принцип работы ПЭС

В основном ПЭС работает, используя повышение и понижение уровня морей и океанов. Процесс тот же, что и при производстве гидроэнергии, но в данном случае используется естественное движение вместо создания искусственных водохранилищ за плотинами.

Типы приливных электростанций

По технологии получения энергии ПЭС подразделяют на четыре типа:

Генераторы приливного потока

Генераторы приливного тока работают так же, как и горизонтальные ветряные электростанции, однако лопасти приливных генераторов устанавливаются в воде, чтобы путем сопротивления энергии прилива генерировать энергию.

Динамические ПЭС

Они используют сразу два вида энергии:

• Кинетическую – скорость волны
• Потенциальную – определяется высотой волн.

Для создания таких электростанций нужно возводить плотины непосредственно в море. Электричество вырабатывается с помощью большого количества низконапорных гидротурбин, преобразующих поступательную энергию в ток.

Приливные плотины

Принцип действия данного типа заключается в захвате водной массы во время приливов и дальнейшего их удержания до момента отлива.

Приливные лагуны

Они по своему принципу похожи на предыдущий тип, но представляют собой искусственные водоемы, не связанные с экосистемой океана.

Достоинства и недостатки приливных электростанций

Для начала рассмотрим преимущества приливной энергии:

• Энергия приливов является возобновляемойи устойчивой
• ПЭС не выделяет в окружающую среду выбросы и парниковые газы, потому что для производства электроэнергии используется только вода
• ПЭС недорогая в эксплуатации и обслуживании
• Низкий уровень шума, поскольку он поглощается водой, ведь турбины установлены под водой
• Приливная сила предсказуема
• ПЭС не ставит под угрозу движение судов
• Государство частосубсидирует проекты в области приливной энергетики

Но существуют и недостатки энергии приливов и отливов:

• энергия зависит от силы приливов, которая также зависит от гравитационного воздействия солнца и Луны наЗемлю
• Энергия поступает с перебоями.ПЭСактивна только около 10 часов в день.
• Высокиекапитальные затраты на установку приливной электростанции
• Данные установки могут повлиять на морских жителей. Если они попадут под работающую турбину, то вероятность погибнуть высока. К тому же, слишком крупные особи способны вывести устройство из строя.
• Техническое обслуживание является трудоемким, поскольку турбины установлены под морской водой
• Для передачи электроэнергии в сеть требуются очень длинные кабели
• Инфраструктура может быть повреждена сильными течениями
• Стоимость установки приливной электростанции делает невозможным использование энергии отдельными домохозяйствами
• Неправильно возведённая приливная электростанция может стать причиной наводнения.

Сравнение приливной энергии с другими альтернативными источниками энергии

Эффективность преобразования потенциальной энергии приливов и отливов в электроэнергию составляет 80%, и она превосходит другие возобновляемые источники, такие как геотермальная, солнечная и ветровая энергия.

В отличие от других традиционных источников энергии, энергия приливов и отливов не оказывает воздействия на окружающую среду. Это чистая энергия, не способствующая выбросам парниковых газов и глобальному потеплению. Многие страны могут отказаться от энергии ископаемого топлива и ядерной энергетики, чтобы перейти на производство электроэнергии приливной энергии. Также отличием является огромный энергетический потенциал приливов.

Экономические вопросы и окупаемость ПЭС

Сдерживающим фактором для использования энергии приливов и отливов является непомерная стоимость инфраструктуры. Транспортировка энергии с помощью длинных кабелей из-под моря также является дорогостоящей. Многим слаборазвитым странам может быть трудно инвестировать в эту инфраструктуру до тех пор, пока сохраняется ископаемое топливо.

Стоимость энергии на ПЭС – меньше, чем на ГЭС, ТЭС и АЭС (доказано за 30 лет эксплуатации первой промышленной ПЭС Ранс во Франции). Срок окупаемости капитальных вложений – 7,5 лет. Научное обоснование выполнено ОАО «Научно-​исследовательский институт энергетических сооружений».

Турбина приливной электростанции

Потенциал производства энергии приливов и отливов

Во всем мире существует огромный потенциал приливной энергетики. Эксперты прогнозируют мощность, которая может составить более 120 ГВт. Это может принести новый импульс возобновляемым источникам энергии в попытке минимизировать углеродный след с его негативными последствиями для глобального потепления.

Во всем мире потенциал выработки приливной энергии составляет 450 миллиардов кВт.

Энергия приливов в России

В России началась работа над проектированием сразу трех ПЭС гигаваттных мощностей:

• Мезенская ПЭС мощностью от 8 до 19,7 гигаватта в Белом море с плотиной протяжённостью 50 километров.
• Тугурская ПЭС — 8–12 гигаватт.
• Пенжинская ПЭС – более 100 гигаватт.

Планируемая суммарная мощность этих приливных электростанций составляет более 40% общей установленной силы электростанций единой энергосистемы страны.

Над строительством Пенжинской ПЭС задумывались еще в советские времена, а в 80-е годы в районе Охотского моря уже велись исследования будущего проекта. Однако разработки ученых тогда столкнулись с очень большой ценой строительства

Кислогубская ПЭС

Кислогубская ПЭС- единственная приливная электростанция в России. Она построена на берегу залива Кислая губа и введена в работу в 1968 году.

Эта станция является экспериментальным объектом для изучения и продвижения отрасли приливной энергии в России.

Гарантированная мощность этой приливной электростанции по проекту 400 кВт, по факту – 1,7 кВТ.

На сегодняшний день Кислогубская ПЭС не обеспечивает электричеством даже саму себя.

Заключение

Энергия приливов обладает огромным потенциалом для выработки электроэнергии во многих прибрежных городах. Концепция использования в производстве электроэнергии является относительно новой, и поэтому все еще актуальны новые разработки, позволяющие понять, как этот процесс можно оптимизировать.

Хорошая сторона приливной энергетики заключается в том, что эксплуатационные расходы минимальны.

Энергия ПЭС является возобновляемой и экологически безопасной. Воздействие ПЭС на окружающую среду имеет сугубо локальный, а не глобальный характер.

Стимулом для развития отрасли остается легкость расчета периодичности приливов и отливов. Как раз предсказуемость работы ПЭС делает их одним из самых перспективных источников альтернативной энергии.

Свободно плавающая приливная электростанция. Как устроена самая мощная ПЭС

Споры о том, как эффективно использовать приливные силы, нужно ли возводить дамбы и перекрывать заливы — не утихают, ведь, чем больше залив — тем больше в нём воды и тем больше аккумулируется энергии.

Приливная турбина электростанции работает за счет предсказуемого источника возобновляемой энергии. И это очень важный момент! Большинство «зеленых» электростанций ненадежны в силу непостоянства погодных условий, а также смены дня и ночи. Ветер не всегда дует с нужной силой, а Солнце не светит круглосуточно. В случае приливных электростанции график приливов и отливов хорошо прогнозируем. В итоге мир получает новую технологию — плавающую приливную электростанцию (ПЭС) с нулевым выбросом углерода.

На днях в водах Шотландии компания Orbital Marine Power запустила мощную (2 МВт) приливную турбину — Orbital O2.

Плавучая конструкция Orbital O2 удерживается с помощью четырехточечной системы швартовки, где каждая швартовная цепь способна поднять более 50 двухэтажных автобусов. O2 был спроектирован таким образом, чтобы установка турбины и всех связанных с ней причалов могла осуществляться недорогими рабочими судами, а обслуживание могло выполняться небольшими судами, что сведет к минимуму время простоя и сокращает строительные и эксплуатационные расходы. Электроэнергия передается от турбины через динамический кабель и статический кабель вдоль морского дна к местной береговой электросети.

После ввода в эксплуатацию и подключения к Европейскому морскому энергетическому центру на Оркнейских островах Orbital O2 станет самой мощной действующей приливной турбиной в мире.

Строительство турбины массой 680 тонн началось ещё в 2019 году. Турбина O2 имеет структуру корпуса длиной 74 метра с двумя гондолами мощностью 1 МВт на концах выдвижных опор, длина лопастей — 10 метров, площадь охвата лопастей (для захвата текущей приливной энергии) — более 600 м 2 .

В конструкции турбины применены инновационные решения: эффективность преобразования энергии волн в электрическую на 50% больше, чем у подобных генераторов прошлых поколений. Это обеспечивается увеличенными роторами, работающими на меньшей скорости, и более совершенными лопастями и швартовочными демперами.

Мощности турбины хватит для обеспечения электроэнергией около 2000 домохозяйств Великобритании и компенсации около 2200 тонн углекислого газа в год.

Что такое пэс в энергетике

Ключевой показатель любой электростанции – мощность. Она зависит от следующих показателей:

• Периодичности и силы приливов;
• Количества и размера водохранилищ;
• Количества турбин.

Виды приливных электростанций

Хоть и принцип работы всех станций схож: течение воды заставляет лопасти двигаться, они все же подразделяются на несколько видов:

• Генераторы приливного тока. Такие сооружения схожи с мельницами. Единственное различие – лопасти двигаются не за счет ветра, а за счет потока воды.
• Динамическая приливная электростанция. Длина таких строений достигает 50 метров. В них встраиваются несколько турбин, которые работают за счет течения воды. Выработка электроэнергии достигается за счет преобразования силы течения потока.
• Приливные плотины. Они стараются захватить наибольшее количество воды в периоды приливов. Таким образом движение воды осуществляется в двух направлениях.
• Приливные лагуны. Принцип работы похож на функционирование плотин. Разница заключается в том, что в этом случае используются искусственные озера.

Приливные электростанции на территории России

Подобные сооружения достаточно востребованы в нашей стране. Это объясняется низкой себестоимостью в условиях нашей страны и возможностью обеспечения электроэнергией крупные населенные пункты без загрязнения экологии. К тому же, значительная часть границы России – это побережья, где легко возвести подобные сооружения. Сегодня функционируют и обеспечивают электричеством крупные города и поселения, следующие:

Кислогубская станция

Электростанция находится в Баренцевом море в Мурманской области в губе Кислая. Работа станции началась еще в 1968 году и непрерывно продолжалась до 1992 года. Затем станция была законсервирована.

Спустя 12 лет начались работы по реконструкции, направленные на модернизацию всего сооружения и ее соответствие современным стандартам. Возобновилась работа в 2007 году. С тех пор приливная станция работает без перебоев.

Малая мезенская

Находится на побережье Белого моря в Архангельской области. Успешно функционирует с 2007 года.

Северная

Находится в Мурманской области в губе Долгая-Восточная Баренцева моря.

Пенжинская

Находится в Охотском море.

Тугурская

Находится в Охотском море в Хабаровском Крае.

Использование приливных станций в других странах

Использование таких источников энергии получило распространение и во многих других странах. Приливные электростанции функционируют во всех частях света. Большим преимуществом приливных станций являются их экологичность и относительно невысокая стоимость.

Великобритания

Первая появилась в стране в 1913 году вблизи города Ливерпуль. Тогда ее мощность была 0,6 МВт. Сегодня британские инженеры разрабатывают проект станции, мощность которой составит более 8 ГВт.

Первая приливная станция появилась здесь в 30-е годы XX века. С тех пор они распространились по всем штатам.

Республика Корея

Первая приливная станция под названием Shihwa появилась в стране в 2003 году. Тогда ее мощность составила 250 Мвт. Спустя семь лет станция прошла глобальную модернизацию. Годовая выработка электроэнергии составляет более 500 млн КВт/ч

Норвегия

Первая электростанция в стране также появилась в 2003 году. Она получила название Хаммерфест, мощность составила 300 кВт.

Канада

Первая электростанция в Канаде мощностью 20 млн Вт появилась в заливе Фанди в 1985 году.

Франция

Самая мощная электростанция в стране расположена в Северной Бретани. Ее мощность составляет 240 МВт.

Почему приливные электростанции не получили массового распространения

Несмотря на все достоинства, подобные станции не получили распространения в мире. Мировой океан мог бы обеспечить электричеством до 20 % населения Земли. Однако многие страны не спешат отдавать предпочтение такому источнику энергии.

Причин здесь несколько:

• Во время проектирования и строительства станции приходится занимать большой прибрежный участок, что обусловлено технической необходимостью. Такая возможность доступна не везде.
• Относительно высокая стоимость разработки и проектирования. Затраты, вложенные в строительство приливных станций, как правило, окупаются слишком долго из-за дешевой цены на электроэнергию в целом. Многие страны, особенно развивающиеся, отказываются от подобных станций по экономическим соображениям.

Однако прогресс не стоит на месте. Каждый год разрабатываются новые решения, которые удешевляют себестоимость выработки энергии. Так что, возможно, в ближайшие годы такие электростанции станции станут более дешевы и доступны.