электростанции приливов

Приливы и отливы как источник энергии

Ирина Бесхлебная Ирина Бесхлебная

Многим известно изречение великого русского химика Дмитрия Ивановича Менделеева: «Сжигать нефть – это все равно, что топить ассигнациями». Необходимо развитие альтернативных источников энергии.

Нефть – ценнейший источник углеводородов, основного сырья для получения полимеров, а полимеры – это пластик, углеволокно, пластмассы, синтетические ткани, органические жидкости. Оглянитесь вокруг, все, что вас окружает, за исключением немногих вкраплений дерева, металла и стекла, сделано из нефти и угля. Тем не менее, нефть, уголь и газ продолжают гореть, буквально вылетают в трубу накопленные за миллиарды лет невосполнимые запасы углеводородов.

Приливные электростанции вдоль берега
Приливные электростанции вдоль берега

Разумеется, продолжаться бесконечно такая ситуация не может, проще сегодня найти альтернативные источники энергии, чем завтра (когда «жареный петух клюнет») искать альтернативные источники полимеров. Одним из источников неисчерпаемой по человеческим меркам (восполняемой, даровой) энергии является энергия приливов и отливов.

От чего бывают приливы и отливы

Причиной приливов и отливов является сила притяжения небесных соседей Земли – Луны и (в меньшей степени) Солнца. Вернее, не притяжение само по себе, а так называемый гравитационный градиент, разница в притяжении Луны и Солнца, которые испытывает центр Земли и ее поверхность. Как известно, притяжение убывает пропорционально квадрату расстояния, а радиус Земли примерно равен 6000 км, таким образом, разные по глубине слои земли испытывают притяжение разной силы. И хотя отличия силы притяжения составляет малые доли процента, когда речь идет о массах в триллионы тонн, рождающиеся силы поистине колоссальны.

В соответствии с одной из теорий, гипотетическая планета Фаэтон, чья орбита находилась за орбитой Юпитера, была попросту разорвана на куски приливными силами, порождаемыми притяжением гиганта-Юпитера. К счастью, наша соседка Луна несоизмеримо меньше главы планетарного Олимпа, а сам Юпитер, как и Солнце, находятся от нас достаточно далеко, поэтому подобные катастрофы Земле не грозят.

Влияние Луны и Солнца на Землю
Влияние Луны и Солнца на Землю

Следует заметить, что приливы испытывает не только Мировой Океан, но и «земная твердь» — литосфера, и «Пятый Океан» — газовая оболочка Земли. Вызванные приливными силами колебания земной поверхности могут быть заметны только вооруженным точными приборами сейсмологам, зато приливные волны воздушного океана достигают высоты в десятки, а иногда и в сотню километров. Так орбита американской орбитальной станции Skylab была дестабилизирована аномальной атмосферной приливной волной, что привело к эвакуации астронавтов, отмене планировавшихся миссий и досрочному сходу станции с орбиты.

Но, так как мы находимся на самом дне воздушного океана, единственный заметный для нас и годный для практического использования вид приливно-отливной активности – это морские приливы и отливы. Амплитуда морских приливов и отливов зависит от множества факторов, в том числе от порождаемых вращением Земли кориолисовых сил, но существенно влияющими факторами является притяжение Луны, притяжения Солнца и рельеф берега. Регулярные циклические изменения высоты приливов и отливов возникают из-за изменений взаимного расположения Солнца, Луны и Земли.

Что влияет на высоту волн

Чтобы лучше понять механизм этих взаимодействий, представим себе механизм гигантских часов, где ось – Земля, одна стрелка – линия Земля-Луна, а другая – линия Земля-Солнце. Когда стрелки накладываются одна на другую (на часах полдень, полшестого и т.д.) прилив максимальный, Луна и Солнце «тянут за бороду старика Нептуна» в одну сторону. Такой прилив называют сизигийным.

На первый взгляд может показаться, что минимальный прилив должен быть, когда стрелки наших воображаемых часов находятся в противофазе (шесть часов, полпервого и т.д.) и светила «работают» друг против друга, но на самом деле это не так. Происходящие одновременно солнечный прилив и лунный отлив (или наоборот) вступают во взаимный резонанс, усиливая друг друга.

На самом деле минимальные приливы и отливы случаются, когда космические стрелки находятся под прямым углом (три часа, без четверти шесть и т.д.). Такие приливы называются квадратурными.

Принцип возникновения приливов и отливов
Принцип возникновения приливов и отливов

Конечно такая модель упрощенная, для полноты картины добавим в модель объем: представим себе, что стрелки вращаются в разных плоскостях, причем и плоскости их вращения постоянно смещаются друг относительно друга. Когда стрелки лежат на одной линии, да еще и сходятся на пересечении плоскостей, вот тогда и бывают самые заметные, пиковые максимумы приливно-отливной амплитуды, накатывают на берег и поднимаются по устьям рек самые высокие приливные волны, о которых речь далее.

Еще одним из упоминавшихся выше важнейших факторов влияния на амплитуду приливов и отливов, является рельеф берега. Приливно-отливная амплитуда многократно усиливается там, где берег имеет вид обращенной широкой горловиной к морю воронки. В таком случае, берег служит линзой концентрирующей энергию прилива. Если входная горловина такой воронки-линзы имеет ширину в сотни километров, а у берега она сужается до десятков, а то и вообще до считанных километров, да еще и снизу массу приливающей воды подпирает отмель, то формируются огромные приливные волны высотой в 10-20, а кое-где в 30 и более метров. Механизм формирования приливных волн во многом схож с формированием сейсмических волн цунами, поэтому последние также иногда называют приливными волнами, но это очевидно ошибочно.

Если в «фокусе» приливной линзы находится устье реки, а обычно подобные воронкообразные заливы (эстуарии) как раз и образуются в устьях рек, то приливная волна может подниматься на сотни километров вверх против течения реки. Такая волна в русле реки называется «бор». Рекордных высот (до 9 м) бор достигает в русле китайской реки Фучунцзян, скорость его движения превышает 40 км/ч.

Как использовать энергию приливов и отливов

Мысли об использовании столь огромных количеств энергии посещали людей достаточно давно. Упоминание полезного использования приливов и отливов встречаются в произведениях Жюля Верна, Герберта Уэллса и Александра Беляева. На практике использование энергии приливов осуществляется за счет преобразования кинетической энергии движения воды в энергию электрическую с помощью приливных электростанций.

Приливная электростанция (или приливная гидроэлектростанция) – разновидность электростанций, по конструкции близкая к электростанциям, устанавливаемым на реках. Так как сила притяжения Луны и Солнца – постоянные величины, на выбор места строительства электростанции влияют особенности рельефа берега, способствующие формированию наибольшей приливно-отливной амплитуды. При строительстве плотиной перегораживают устье реки или достаточно узкий залив, и устанавливают гидравлические турбины, вырабатывающую электроэнергию за счет энергии потока движущейся воды.

Схема работы приливной электростанции
Схема работы приливной электростанции

В СССР и России строительством приливных электростанций всерьез не занимались, основным способом использования даровой энергии движения воды были ГЭС на реках. В 1967 году была построена экспериментальная приливная электростанция на берегу Баренцева моря мощностью всего 1,7 МВт. Мощность речных ГЭС, как правило, выше на порядок, а крупнейшие речные ГЭС имеют мощность, исчисляемую десятками гигаватт.

Существовал ряд проектов строительства сети гигантских приливных электростанций с планируемой мощностью выработки в тысячи МВт, одна из них, Пенжинская приливная электростанция должна была стать мощнейшей электростанцией в мире (не только среди гидравлических), ее мощность должна была достигать 90 ГВт. К сожалению, кризис позднего СССР и последующий его распад помешал осуществлению этих проектов.

За рубежом строительство приливных электростанций ведется более активно. Так мощнейшая в Европе приливная электростанция «Ля Франс» (240 МВт) примечательна самой длинной в мире плотиной. Длина плотины ПЭС «ЛяФранс», являющейся одновременно мостом, соединяющим скоростной магистралью два берега реки Ранс, составляет более 800 метров. А крупнейшая в мире приливная электростанция находится в Южной Корее в искусственном заливе Сихва-Хо (Озеро Сихва). Ее мощность составляет 253 МВт.

Главный недостаток приливных электростанций — невозможность их непрерывной работы, что связано с циклическим характером приливов и отливов. Применение приливных электростанций рассматривается, прежде всего, в рамках общей энергосистемы, в качестве аккумулирующих или резервных электростанций, осуществляющих накопление энергии и выброс ее в момент пика потребления.

Приливные электростанции – один из самых востребованных способов использования восполняемых источников энергии, имеющий широкие перспективы развития.

Похожие статьи
Добавить комментарий