Гідроенергетика та її характеристика

Величезні кількості енергії можна отримати від морських хвиль. Потужність, яка переноситься хвилями по глибокій воді, пропорц­ійна квадрату їх амплітуди і періоду, тому найбільший інтерес ста­новлять довгоперіодні (Т ~ 10 сек) хвилі великої амплітуди (а - 2 м), котрі дозволяють знімати з одиниці довжшш гребеня в середньому 50-70 кВт/м.

Можли вість перетворювати енергію хвиль в електроенергію доведено вже давно. В останні роки зацікавленість до хвильової енер­гетики різко зросла в Японії, Англії, країнах Скандинавії.

Переваги хвильової енергетики в тому, що вона достатньо сильно сконцентрвана, доступна для перетво­рення і на будь-який проміжок часу може прогнозуватись в залежності від погодних умов. Утворюючись під дією вітру, хвилі добре зберігають свій енергетичний потенціал, розповсюджуючись на значні відстані.

Припливні коливання рівня у велетенських океанах планети можна прогнозувати. Основні періоди цих коливань - добові (24 го­дини) та напівдобові(12 годин 25 хвилин). Різниця рівнів між послідов­ними найвищими та найнижчими рівнями води - висота припливу. Діапазон зміни цієї величини складає 0,5-10 м. Під час припливів і відпливів рух водних мас утворює припливні течії, швидкість яких у прибережних протоках і між островами більше 5 м/с.

Підняту на максимальну висоту під час припливу воду можна відділити від моря дамбою чи греблею в басейні. Потім, під час відпли­ву, пропустивши цю масу води через турбіни, можна отримати ко­рисну потужність.

Перетворення енергії припливів використовується для створен­ня малопотужних припливних електростанцій (ПЕС). Найбільш відомі великомасштабнії ПЕС: Ране потужністю 240 МВт, що розташована в естуарії річки Ла Ранс, яка впадає в затоку Сен Мало (Бретань, Франція); та дослідна станція потужністю 400 КВт в Кислій Губі на узбережжі Баренцевого моря (Росія).

Висота, хід і періодичність припливів у більшості прибережних районів добре описані та проаналізовані. Поведінка припливів може бути попереджена з похибкою менше 4%. Таким чином, припливна енергія здається дуже надійною формою відновлюваної енергії.

Енергія хвиль та припливів і відпливів знайшла використання в припливних електростанціях деяких країн:

• Канада: Камберленд - потужність 1,4 ГВт, Кобекуїд потужність 4,5 ГВт.

• Англія: Северн потужність 8,45 ГВг, Мерсей потужність 0,7 ГВт.

• Росія: Тугур - потужність 6,8 ГВт.

• Корея: Гаролім - потужність 0,8 ГВт.

Уся потужність океанських припливів на планеті оцінюється в 3000 ГВт. З них приблизно 1000 ГВт розсіюються в мілководних при­бережних районах, де принципово можливе зведення інженерних спо­руд. Загальна кількість припливної енергії в свїтовому океані 10¹⁴ кДж.

Згідно з проектами американських припливних електростанцій зараз виглядають не дуже ефективнними океанські електростанції; ті, що працюють на різниці температур поверхневих та глибинннх шарів води. На Гавайях роз­початі випробування змонтованої на судні такої установки потуж­ністю 50 кВт.

Припливна електростанція являє собою гідроенергетичний комплекс, що застосовується для перетворення енергії і пов'язаний з роботою окремих галузей народного господарства. Концентрація на­пору на станції досягається за рахунок спорудження в заданому створі греблі, що розділяє всю акваторію на внутрішню, чи відсічену (басейн ПЕС), та зовнішню (море) частини. З тілом греблі сполучені споруда ПЕС, гідроагрегати та водопропускні споруди. Виникаю­чий на греблі напір залежить від коливання рівня по обидва боки від неї; при цьому коливання в зовнішньому басейні визначаються ло­кальним припливом, а коливання у внутрішньому - витратами, про­пущеними крізь агрегат і водопропускні отвори в ході роботи ПЕС.

З початку 20-х років в Україні нараховувалося 84 гідроелектростанції загальною потужністю 4000 кВт, а наприкінці 1929 року - вже 150 станцій загальною потужністю 8400 кВт, серед них Вознесенська (840 кВт), Бузька (570 кВт), Сутиська (1000 кВт).1934 року введено в експлуатацію Корсунь-Шевченківську ГЕС (2650 кВт), яка за своїми технічними показниками була однією з найкращих станцій того часу.

Однак через розвиток централізованого електропостачання та стійку тенденцію до концентратів виробництва електроенергії на потужних тепло- та гідростанціях будівництво малих ГЕС було зупинено. Почалась їх консервація, демонтаж, сотні малих ГЕС було зруйновано. Сьогодні в Україні збереглося всього 48 малих гідроелектростанцій, більшість яких потребує реконструкції. Напрямок розвитку малої гідроенергетики України:

оновлення та реконструкція наявних і діючих міні-ГЕС; будівництво нових міні-ГЕС в районах децентралізованого енергопостачання; будівництво міні-ГЕС в регіонах централізованого енергопостачання на наявних перепадах водосховищ та водотоків; нове будівництво з концентрацією напору.

Ефективність роботи ПЕС може бути підвищена шляхом встановлення на ній системи потужних насосів, періодичною роботою яких можна досягти прискорення заповнення чи спустошення внутрішнього ба­сейну, а також додаткового підйому його рівня при заповненні на припливі.

Якщо ПЕС побудована для забезпечення локальних потреб в енергії, то необхідні страхувальні енергопристрої, що підключають­ся в період згасання припливів.

Недоліки при перетворенні енергії на ПЕС: - неспівпадання основних періодів виникнення приплив, пов'язаних з рухом Місяця, із звичайними для людини періодом сонячної доби; зміна висоти припливу та потужності припливної течії з періодом у 2 тижні, що призводить до коливання виробітку енергії; необхідність створен­ня потоків води з великою витратою при порівняно малому пере­паді висот, і змушує використовувати велику кількість турбін, які працюють паралельно; великі капітальні витрати на спорудження ПЕС; потенційні екологічні порушення і зміни режимів есту­аріїв та морських районів.

Перетворення теплової енергії океану.

Світовий океан величезний природний колектор сонячного випромінювання. В ньому між теплими поверхневими водами, які поглинають сонячне випромінювання, та більш холодними придон­ними, різниця температур становить до 20-25°С. Це забезпечує запас теплової енергії, що безперервно поповнюється і яка принципово може бути перетворена в інші види. Термін перетворення теплової енергії океану ОТЕС означає пе­ретворення деякої частини цієї теплової енергії в роботу і далі в електричну енергію. Теплова ма­шина, що приводиться в дію різницею температур між холодною водою, що піднята з глибини, і гарячою водою зібраною з поверхні. Робоча рідина (робоче тіло), цирку­люючи по замкненій схемі, відбирає тепло від гарячої води в тепло­обміннику,приводить у дію турбіну, пов'язану з генератором а потім конденсується в конденсаторі. На цьому цикл завер­шується.

Перевага: • стабільність і незалежність від примх природи; ство­рення економічно виправданих споруд потребує лише деякої доробки таких широко відомих пристроїв, як теплообмінники та турбіни. Недоліки: вартість та масштаби установок.

Енергія океану включає енергію течій на всій акваторії світово­го океану, енергію припливів, хвиль, змішування прісної і солоної морської води, енергію градієнтів (різниць) температур між поверхне­вими і глибинними шарами води в тропічних районах океану тощо.

Потужність, яку можна отримати від відновлювальних енер­гетичних джерел (ВЕД) в океані (на основі різниці температур, солоностей, енергії припливів, хвиль, течій, вітру над океаном), скла­дає більше 10 млрд. кВт. Основні відмінності в підходах до створен­ня енергетичних установок такого роду обумовлені різним харак­тером використовуваних видів енергії (теплової, хімічної, гідроди­намічної) і рівною густиною вилученої енергії (теплова, різниця со­лоності, припливів, вітер, течії) Це і визначає різні техніко-економічні характеристики установок.

Вплив ОТЕС на навколишнє середовище зводиться до гідро­динамічного і теплового навантаження прилеглих районів океану. Можливе виділення СО₂ з холодних глибинних вод, що підіймають­ся на поверхню, внаслідок зменшення їх тиску і збільшення темпе­ратури. Найбільш потужним первинним впливом станції на океан є вплив великої кількості холодної води більше 10 тис. м3/рік на кожний мегават потужності. За оцінкою кліматологів, підвищення середньої глобальної температури, обумовлене викидами антропо­генного тепла, в перспективі складає 0,7-0,9°С, а в подальшому - 1,5-І,8°С. Застосування ОТЕС впливає па температуру нижніх шарів атмосфери в протилежний бік. Для електростанції будь-якого виду вартість виробленої за весь термін служби електроенергії по­винна перевищувати затрати енергії на її спорудження - коефіцієнт енерговіддачі.

Висновок: використання енергії океану для отримання елект­роенергії за допомогою припливних, хвильових та інших станцій навряд чи зможе справити помітний негативний вплив на режим вод і берегової смуги, окрім того, вони дадуть позитивний, хоча й локальний ефект зниження механічного (ударного) впливу океану на берегову смугу, а також ослаблять тенденцію до підвищення тем­ператури в приземному шарі атмосфери.

Різноманітність форм життя в морі створює проблему біообростання. Це ж підказує можливість розведення риби на фермах при ОТЕС. Морська вода з глибин багата на нітрати, що можна розпо­ділити навколо станції. Це дозволить інтенсифікувати ріст водорос­тей, що, в свою чергу, привертало б інших морських мешканців з більш високих за рівнем харчових ланцюжків. За рахунок цього можна створити основу для комерційного розведення риби. Однак, біологічний ефект від підйому величезних кількостей холодної, зба­гаченої біогенами води в теплі, ще не досить, вивчений.

Поиск по сайту: