Використання енергії припливів і відпливів

Багатьом відомий вислів великого російського хіміка Дмитра Івановича Менделєєва: «Спалювати нафту – це все одно, що топити асигнаціями». Необхідно розвиток альтернативних джерел енергії.

Нафта – найцінніший джерело вуглеводнів, основної сировини для отримання полімерів, а полімери – це пластик, углеволокно, пластмаси, синтетичні тканини, органічні рідини. Озирніться навколо, все, що вас оточує, за винятком небагатьох вкраплень дерева, металу і скла, зроблено з нафти і вугілля. Тим не менш, нафта, вугілля і газ продовжують горіти, буквально вилітають в трубу накопичені за мільярди років непоправні запаси вуглеводнів.

e7f8d80a9575c3794c87b3c45a3e7246 Використання енергії припливів і відпливів

Припливні електростанції уздовж берега

Зрозуміло, тривати нескінченно така ситуація не може, простіше сьогодні знайти альтернативні джерела енергії, ніж завтра (коли «смажений півень клюне») шукати альтернативні джерела полімерів. Одним з джерел невичерпної за людськими мірками (доповнюю, дармовий) енергії є енергія приливів і відливів.

Від чого бувають припливи і відливи

Причиною припливів і відливів є сила тяжіння небесних сусідів Землі – Місяця і (меншою мірою) Сонця. Вірніше, не тяжіння саме по собі, а так званий гравітаційний градієнт, різниця в притягання Місяця і Сонця, які відчуває центр Землі і її поверхню. Як відомо, тяжіння убуває пропорційно квадрату відстані, а радіус Землі дорівнює приблизно 6000 км, таким чином, різні по глибині шари землі відчувають тяжіння різної сили. І хоча відмінності сили тяжіння становить малі частки відсотка, коли мова йде про маси в трильйони тонн, що народжуються сили воістину колосальні.

Згідно з однією з теорій, гіпотетична планета Фаетон, чия орбіта перебувала за орбітою Юпітера, була просто розірвана на шматки приливними силами, породжуваними тяжінням гіганта Юпітера. На щастя, наша сусідка Місяць незрівнянно менше глави планетарного Олімпу, а сам Юпітер, як і Сонце, перебувають від нас досить далеко, тому подібні катастрофи Землі не загрожують.

b578a5b9313ab0c9dcb78058764f3112 Використання енергії припливів і відпливів

Вплив Місяця і Сонця на Землю

Слід зауважити, що припливи відчуває не тільки Світовий Океан, але і «земна твердь» — літосфера, і «П’ятий Океан» — газова оболонка Землі. Викликані приливними силами коливання земної поверхні можуть бути помітні тільки збройним точними приладами сейсмологам, зате приливні хвилі повітряного океану досягають висоти в десятки, а іноді і в сотні кілометрів. Так орбіта американської орбітальної станції Skylab була дестабілізована аномальної атмосферної приливної хвилею, що призвело до евакуації астронавтів, скасування запланованих місій і дострокового сходу станції з орбіти.

Але, так як ми знаходимося на самому дні повітряного океану, єдиний помітний для нас і придатний для практичного використання вид приливно-відливної активності – це морські припливи і відливи. Амплітуда морських припливів і відливів залежить від безлічі факторів, у тому числі від породжуваних обертанням Землі коріолісових сил, але істотно впливають факторами є тяжіння Місяця, тяжіння Сонця і рельєф берега. Регулярні циклічні зміни висоти припливів і відливів виникають через зміни взаємного розташування Сонця, Місяця і Землі.

Що впливає на висоту хвиль

Щоб краще зрозуміти механізм цих взаємодій, уявімо собі механізм гігантських годин, де вісь – Земля, одна стрілка – лінія Земля-Місяць, а інша – лінія Земля-Сонце. Коли стрілки накладаються одна на іншу (на годиннику полудень, пів на шосту і т. д.) максимальний приплив, Місяць і Сонце «тягнуть за бороду старого Нептуна» в одну сторону. Такий прилив називають сизигийным.

На перший погляд може здатися, що мінімальний приплив повинен бути, коли стрілки наших уявних годин знаходяться в протифазі (шість годин, пів на першу і т. д.) і світила «працюють» один проти одного, але насправді це не так. Відбуваються одночасно сонячний приплив і місячний відлив (або навпаки) вступають у взаємний резонанс, підсилюючи один одного.

Насправді мінімальні припливи і відливи трапляються, коли космічні стрілки знаходяться під прямим кутом (три години, без чверті шість і т. д.). Такі припливи називаються квадратурними.

81fee6fea736906fb7e4e0e19487931f Використання енергії припливів і відпливів

Принцип виникнення припливів і відпливів

Звичайно така модель спрощена, для повноти картини додамо в модель об’єм: уявімо собі, що стрілки обертаються в різних площинах, причому і площини їх обертання постійно зміщуються одна відносно одної. Коли стрілки лежать на одній лінії, так ще й сходяться на перетині площин, ось тоді і бувають найпомітніші, пікові максимуми приливно-відливної амплітуди, накочують на берег і піднімаються по гирл річок найвищі приливні хвилі, про які мова далі.

Ще одним із згадуваних вище найважливіших факторів впливу на амплітуду припливів і відливів, є рельєф берега. Приливно-відливна амплітуда багаторазово посилюється там, де берег має вигляд зверненої широкою горловиною до моря воронки. В такому випадку, берег служить лінзою концентрує енергію припливу. Якщо вхідна горловина такий воронки-лінзи має ширину в сотні кілометрів, а біля берега вона звужується до десятків, а то і взагалі до кількох кілометрів, та ще й знизу масу приливає води підпирає мілину, то формуються величезні приливні хвилі заввишки 10-20, а подекуди в 30 і більше метрів. Механізм формування приливних хвиль багато в чому схожий з формуванням сейсмічних хвиль цунамі, тому останні також іноді називають приливними хвилями, але це очевидно помилково.

Якщо в «фокусі» приливної лінзи знаходиться гирло річки, а зазвичай подібні воронкоподібні затоки (естуарії) як раз і утворюються в гирлах річок, то приливна хвиля може підніматися на сотні кілометрів вгору проти течії річки. Така хвиля в руслі річки називається «бор». Рекордних висот (до 9 м) бор досягає в руслі китайської річки Фучунцзян, швидкість його руху перевищує 40 км/ч.

Як використовувати енергію припливів і відливів

Думки про використання таких величезних кількостей енергії відвідували людей досить давно. Згадка корисного використання припливів і відливів зустрічаються у творах Жюля Верна, Герберта Уеллса і Олександра Бєляєва. На практиці використання енергії припливів здійснюється за рахунок перетворення кінетичної енергії руху води в електричну енергію за допомогою приливних електростанцій.

Приливна електростанція (або приливна гідроелектростанція) – різновид електростанцій, за конструкцією близька до електростанцій, які встановлюються на річках. Так як сила тяжіння Місяця і Сонця – постійні величини, на вибір місця будівництва електростанції впливають особливості рельєфу берега, що сприяють формуванню найбільшої приливно-відливної амплітуди. При будівництві греблею перегороджують гирлі річки або досить вузький затоку, і встановлюють гідравлічні турбіни, що виробляє електроенергію за рахунок енергії потоку рухомої води.

d269426910a67721d350f8526b4c51e8 Використання енергії припливів і відпливів

Схема роботи приливної електростанції

У СРСР і Росії будівництвом приливних електростанцій серйозно не займалися, основним способом використання дармової енергії руху води були ГЕС на річках. У 1967 році була побудована експериментальна приливна електростанція на березі Баренцева моря потужністю 1,7 МВт. Потужність річкових ГЕС, як правило, на порядок вище, а найбільші річкові ГЕС мають потужність, обчислюється десятками гігават.

Існував ряд проектів будівництва мережі гігантських приливних електростанцій з планованою потужністю вироблення в тисячі МВт, одна з них, Пенжинская приливна електростанція повинна була стати наймогутнішою електростанцією в світі (не тільки серед гідравлічних), її потужність повинна була досягати 90 ГВт. На жаль, криза пізнього СРСР і подальший його розпад перешкодив здійсненню цих проектів.

За кордоном будівництво припливних електростанцій ведеться більш активно. Так найпотужніша в Європі приливна електростанція «Ля Франс» (240 МВт) примітна найдовшою в світі греблею. Довжина греблі ПЕМ «ЛяФранс», що є одночасно мостом, що з’єднує швидкісною магістраллю два береги річки Ранс, складає більше 800 метрів. А найбільша в світі приливна електростанція знаходиться в Південній Кореї в штучному затоці Сихва-Хо (Озеро Сихва). Її потужність становить 253 МВт.

Головний недолік приливних електростанцій — неможливість їх безперервної роботи, що пов’язана з циклічним характером припливів і відливів. Застосування приливних електростанцій розглядається, насамперед, у рамках загальної енергосистеми, в якості акумулюючих або резервних електростанцій, які здійснюють накопичення енергії і викид її в момент піку споживання.

Припливні електростанції – один з найбільш затребуваних способів використання відновлювальні джерела енергії, має широкі перспективи розвитку.

Оцініть статтю
Довідник корисних порад