Энергия прилива



В статье исследованы современные проблемы в сфере энергосбережения. Проанализированы направления энергосбережения, которые осуществляются путём внедрения новых технологий и оборудования, позволяющих сокращать потери энергоресурсов, в частности, использование энергии приливов путём установления и эксплуатации приливных электростанций. Акцентировано внимание на том, что в последние годы в отечественной энергетике накопилось немало сложных проблем, требующих эффективного и быстрого решения. Среди них первоочерёдными являются проблемы надёжного и качественного энергообеспечения, повышение энергетической безопасности, разработки и внедрения энергосберегающих технологий, поиск новых источников энергии, развития возобновляемой энергетики, совершенствование структуры энергетики, интеграция энергетики страны с Европейской энергетической системой, повышение безопасности эксплуатации энергетических объектов.

В работе сделан вывод о том, что обострение энергетических и экологических проблем современности обусловливает принципиально новое отношение к альтернативной энергетике и обусловливает поиск перспективных направлений в достижении первоочерёдных жизненно важных задач человечества. В настоящее время следует рассматривать потенциал всевозможных источников энергии. Это касается и энергии приливов и отливов, которая в будущем, вероятно, станет экологически чистым и легко возобновляемым источником энергии.

Ключевые слова:энергосбережение, приливы, технологии, притяжение, экология, энергетика, энергия.

По причине ограниченности ресурсов общество всегда стоит перед проблемой: как распределить их таким образом, чтобы достичь наилучшего результата. Вопрос исчерпаемости ресурсов касается и энергетики. Несмотря на то, что львиную долю в общем объёме производства энергии занимают традиционные источники, удельный вес альтернативной энергетики с каждым годом увеличивается. Ещё во II половине XIX в. В. Джевонс отметил, что повышение энергоэффективности приводит к повышению спроса на используемый источник энергии. Итак, сегодня остро стоит вопрос не только о повышении эффективности использования традиционных источников энергии и их безотходное использование, а о поисках новых видов энергии. По нашему мнению, решить эту проблему можно с помощью развития альтернативной энергетики. На мировом рынке спрос на альтернативную энергию имеет устойчивую тенденцию к росту, это связано с ограниченностью ресурсов для получения энергии из традиционных источников, постоянным подорожанием топливно-энергетических ресурсов, необходимостью охраны окружающей среды, наличием доступа к дешёвым источникам производства энергии. Необходимо отметить, что развитие экономики Российской Федерации в значительной степени зависит от решения задачи обеспечения энергоносителями. В условиях сокращения мировых запасов углеводородов и роста на них цен, решение энергетических проблем приобретает всё более актуальный характер [1, c. 14].

Сегодня мир пытается решать проблему энергоносителей на основе новых подходов, в основе которых являются: во-первых, улучшение технологического процесса с точки зрения энергоёмкости производства; во-вторых, развитие энергосбережения; в-третьих, расширение производства энергии за счёт восстанавливающих источников. В экономически развитых странах доля энергии, производимой на восстанавливающих источниках, растёт.

Эффективное использование энергии — один из интегральных показателей развития экономики, науки и социокультурного развития нации. По этому показателю Россия находится в числе государств, где стагнация существующего положения может спровоцировать серьёзный экономический кризис со следующими масштабными социальными потрясениями. Существенное повышение энергоэффективности национальной экономики Российской Федерации является одним из основных путей обеспечения национальной безопасности, наполнения бюджета, повышение конкурентоспособности отечественной продукции как на внутреннем, так и на внешнем рынках, решения социальных вопросов. Таким образом, внедрение энергосберегающих технологий может нивелировать политическое давление на нашу страну.

Необходимо особое внимание уделить дальнейшему развитию нетрадиционных и возобновляемых источников энергии. Их безоговорочным преимуществом является неисчерпаемость и экологическая чистота. Неслучайно страны Европейского Союза постепенно переходят на использование энергии биомассы, ветра, солнца и воды. В энергетическом балансе некоторых стран удельный вес нетрадиционных источников достигает 40 %. Страны ЕС в целом достигли примерно 12 % взноса возобновляемых источников энергии уже к 2010 году. Доля возобновляемых источников энергии в некоторых странах мира, достигнута еще в 2001, составляла: Норвегия — 45 %, Швеция — 29,1 %, Новая Зеландия — 25,8 %, Финляндия — 23 %, Австрия — 21,5 %, Канада — 15,6 %, Дания — 10,4 %. Практически все страны мира имеют целью значительный рост использования возобновляемых источников энергии на ближайшие десятилетия [7].

Социально-экономическая необходимость обеспечения России энергоносителями остро ставит проблему поиска альтернативных видов топлива. Как известно, к альтернативным источникам энергии относят энергию солнца, ветра, морей и океанов, тепла земли, биомассы, малых рек и вторичных ресурсов, которые существуют постоянно или периодически возникают в окружающей среде. Несомненным преимуществом возобновляемых источников энергии является тот факт, что их потенциал постоянно восстанавливается, а, следовательно, срок использования не ограничен. До недавнего времени энергия морей и океанов была практически незадействованной, но сегодня считается, что производство экологически безопасной энергии морей и океанов внесёт значительную долю в удовлетворение энергетических потребностей человека.

Интерес к исследованиям, посвящённым проблемам разработки и внедрения энергосберегающих технологий, в последние годы стремительно возрастает в ведущих мировых научных центрах. Множество исследований по разработке и внедрению технологий, позволяющих использовать энергию приливов, было проведено в исследовательских центрах стран Великобритании, Франции, США и т. д.

Целью данной работы является изучение перспектив использования энергии прилива.

Энергия приливов и отливов является одной из древнейших форм энергии, используемых человеком. Действительно, использование приливов для получения энергии на испанских, французских и английских берегах датируются ещё 787 годом н. э. [4, c. 20]

Одними из главных условий получения энергии от гидроэнергетики является наличие приливов с увеличенной амплитудой, наличие энергии волн, достаточной для использования и освоения наиболее мощных течений. Энергия приливов вырабатывается всплеском океанских вод во время подъёма и падения приливов и отливов. Приливная энергия является возобновляемым источником энергии. Приливы появляются вследствие действия силы притяжения Луны и Солнца. В силу своей близости к Земле, Луна играет доминирующую роль в контроле приливов и диктует свои циклы каждый день. Электростанций, использующих энергию приливов, не так и много. Первая мощная электростанция такого типа была построена во Франции, мощность её составляет 240 МВт.

Традиционно для использования энергии приливов через устье реки строятся плотины, которые блокируют входящий и исходящий поток. Идеальным вариантом для использования мощности океана с использованием недавно разработанных подводных турбин подходят воды у Тихоокеанского Северо-Запада. Берега Аляски, Британской Колумбии и Вашингтона, в частности, имеют исключительный энергопроизводящий потенциал. На Атлантическом побережье отличным местом для производства приливной энергии является остров Мэн. Следует учитывать, что подводная среда враждебна, поэтому машины должны обладать высокой надёжностью и отлаженностью.

Приливные электростанции (ПЭС) являются экологически чистыми, надёжными и, в отличие от ветра и волн, приливно-отливные течения являются вполне предсказуемыми. Хотя изменения землепользования в районе станций, флоры и фауны акватории, поверхностные выбросы загрязнённых вод относят к неблагоприятным экологическим последствиям работы приливных электростанций. Как показала эксплуатация ПЭС «Ля Ранс» (Франция), этого можно избежать, если применить в проекте однобассейную схему двухстороннего действия (максимально сохраняется естественный цикл колебаний бассейна и гарантируется тем самым экологическая безопасность приливной энергии).

В настоящее время, хотя и имеются надёжные технологии для использования энергии приливов, приливные электростанции стоят очень дорого, поэтому функционирует лишь одна основная электрическая станция, которая использует для производства электроэнергии энергию приливов. Это станция, которая находится в устье реки Ранс на северном побережье Франции и вырабатывает электроэнергии в 240 мегаватт (1 МВт = 1 МВт = 1 млн ватт) (атомная электростанция производит около 1000 МВт электроэнергии). Станция находится в эксплуатации с 1966 года и является очень надёжным источником электроэнергии для Франции. Предполагалось, что Ля Ранс должна была быть одной из многих приливных электростанций во Франции, но в конце 1960-х годов ядерная программа Франции была значительно расширена и потребность в строительство ПЭС отпала. ПЭС «Ля Ранс» долгое время удерживала мировое лидерство и по мощности, но в августе 2011 года уступила южнокорейской Сихвинской ПЭС. Эта приливная электростанция мощностью 254 МВт, способна обеспечить электрической энергией город, число жителей которого составляет 500 тысяч человек. С её помощью Южная Корея сможет экономить более 860 тыс. баррелей нефти в год. Однако намерения Южной Кореи идут дальше, и она не собирается останавливаться на достигнутом [6].

В королевстве Аннаполис в Новой Шотландии функционирует экспериментальная установка, вырабатывающая 20 МВт электроэнергии. Власти Шотландии приняли проект строительства первой очереди приливной электростанции (ПЭС) Pentland Firth, этот проект станет крупнейшим в Европе среди электростанций такого типа. Проект шотландской ПЭС сможет генерировать энергию мощностью в 400 МВт. Первая очередь станции будет завершена в 2020 году [3].

В российском Мурманске работает ПЭС с мощностью 0,4 МВт. Уже много лет ведётся проектирование Северной ПЭС на Кольском полуострове мощностью 12 МВт, но сроки ввода её в эксплуатацию неизвестны. Существует также проект строительства гигантской Мезенской ПЭС мощностью до 8 ГВт. [5] Теоретический потенциал приливной энергетики в России оценивается более чем в 100 ГВт по мощности и более 250 млрд кВт∙ч по среднегодовой выработке. Подавляющая часть этого потенциала сконцентрирована в трёх створах — Мезенском (Белое море), Тугурском и Пенжинском (Охотское море) [2]. На стадии реализации проходит внедрение проектов по установке ПЭС в Великобритания.

Были проведены исследования с целью изучения возможностей размещения приливных электростанций по всему миру, в ходе которых было подсчитано, что заграждение через реку Северн в западной части Великобритании может обеспечить целых 10 % потребностей страны в электроэнергии (12 ГВт). Британские власти отмечают, что использование энергии приливов даст возможность обеспечивать электроэнергией 15 миллионов домохозяйств, сохранит 70 миллионов тонн угля и создаст 16 тыс. рабочих мест. Следует отметит, что власти Великобритании серьёзно намерены получить мировое лидерство в использовании энергии приливов [6].

В заливе Фанди, Кука на Аляске, и Белого моря в России были обнаружены несколько участков, которые обладают потенциалом для выработки большого количества электроэнергии с использованием энергии прилива.

Основными преимуществами применения ПЭС является стабильность и независимость от условий природы. Недостатком же — стоимость и значительные площади построения таких установок. Энергия приливов является возобновляемым источником электроэнергии, которая не приводит к выбросам газов, способствующим глобальному потеплению или выпадению кислотных дождей, которые сопровождают выработку электроэнергии из ископаемого топлива. Использование приливной энергии может также снизить потребность в ядерной энергии и связанные с ней радиационные риски. Однако, изменение приливных потоков посредством запруживания заливов или устьев рек может привести к негативным последствиям для водных экосистем и береговых линий, а также для навигации и отдыха.

Несколько исследований, которые были проведены до настоящего времени для определения воздействия на окружающую среду приливной схемы питания определили, что каждая конкретная зона отличается и воздействие на экосистему в значительной степени зависит от местной географии. Местные приливы изменились лишь незначительно из-за заграждения Ла Ранс, и воздействие на окружающую среду было незначительным, но это не значит, что такая же ситуация будет наблюдаться на всех остальных зонах. Было подсчитано, что в заливе Фанди сооружение приливных электростанций может привести к снижению местных приливов на 15 см. Такая ситуация является неприемлемой, если учесть, что природные явления, такие как ветры, могут изменить уровень приливов и отливов на несколько метров.

Спрос на электроэнергию из электрической сети изменяется в зависимости от времени суток. Подача электричества от приливной электростанции никогда не будет соответствовать потребности в системе. Но учитывая то, что приливные течения, в силу Лунного цикла и гравитации, надёжны и предсказуемы, их использование может иметь ценный вклад в электрическую систему. Использование энергии приливов может быть использовано в качестве альтернативы выработки электроэнергии из невозобновляемых источников (уголь, нефть, природный газ), тем самым снижая выбросы парниковых газов и выпадение кислотных дождей, а также сберегая ресурсы нашей планеты.

Использование морских течений является одной из самых захватывающих новых форм использования возобновляемых источников энергии. Морские течения, в отличие от многих других видов возобновляемых источников энергии, являются последовательным источником кинетической энергии, вызванной регулярными приливными циклами под влиянием фаз Луны. Перемежаемость является проблемой ветра, волн и солнечной энергии, так как солнце не всегда светит, а ветер не всегда дует. Эти источники возобновляемой энергии часто требуют «подстраховки» со стороны традиционных форм производства энергии. Присущая предсказуемость энергии приливов является весьма привлекательной для энергетической системы, так как устраняет необходимость в резервных установках, работающих на ископаемом топливе.

В последние годы приливная энергетика получила дальнейшее развитие. Она пополняется принципиально новыми типами приливных электростанций. Главным их отличием является отсутствие дорогой плотины. Перспективные для строительства ПЭС участки есть в России, Великобритании, Франции, Норвегии, Южной Корее, Китае, Аргентине, США. К недостаткам традиционных приливных электростанций можно отнести их высокую стоимость, однако к преимуществам ПЭС можно отнести её экологичность и низкую себестоимость производства энергии.

Литература:

1. Возобновляемые источники энергии и смягчение воздействий на изменение климата / Специальный доклад межправительственной группы экспертов по изменению климата. — 247 с.
2. Приливные электростанции. Экологическая карта России // Вокруг Света [Электронный ресурс]. Режим доступа: http://map.vokrugsveta.ru/tidal-power/
3. Самая большая приливная электростанция Европы будет построена в Шотландии // Электровести [Электронный ресурс]. Режим доступа: http://elektrovesti.net/27891_samaya-bolshaya-prilivnaya-elektrostantsiya-evropy-budet-postroena-v-shotlandii
4. Сибикин Ю. Д. Нетрадиционные и возобновляемые источники энергии. / Ю. Д. Сибикин, М. Ю. Сибикин. — М.: Кнорус, 2010. — 228 с.
5. Tidal and wave energy development in Russia on the basis of free-floating mode of construction and new orthogonal turbine application // Ocean energy: technologies, market motivations, strategy of development. — № 18, 2014. — P. 46.
6. Tidal energy // Ocean Energy Council [Electronic source]. Access mode: http://www.oceanenergycouncil.com/ocean-energy/tidal-energy/
7. World Energy Outlook Special Report 2015: Energy and Climate Change — Executive Summary — Russian version. — [Электронныйресурс]. Режим доступа: http://www.iea.org/publications/freepublications/publication/weo-2015-special-report-energy-climate-change---executive-summary---russian-version.html