Презентация на тему: Механическая энергия океана

Механическая энергия океана

С давних времен люди стремились овладеть энергией приливов.  Уже в средние века ее начали использовать для практических целей. Первыми сооружениями, механизмы которых приводились в движение приливной энергией,  были мельницы и лесопилки, появившиеся в Х – ХI в.в. на берегах Англии и Франции. Принцип их действия был основан на использовании потенциальной энергии приливов.

Несложна была и конструкция этих устройств. Обычно небольшая бухта на морском побережье перегораживалась дамбой, отделявшей бассейн от моря.  В дамбе располагались отверстия с затворами и приливная мельница. Во время прилива вода через открытое отверстие в дамбе заполняла бассейн. При отливе уровень воды со стороны моря понижался, но в бассейне вода задерживалась, так как отверстия в дамбе закрывались. Уровень воды в бассейне в это время был выше, чем в море, и вода из бассейна, устремляясь в море через отверстие в мельничном колесе, вращала его. Во время прилива затворы в отверстиях дамбы открывались и вода вновь наполняла бассейн. Разность уровней в море и в бассейне исчезала, и мельница переставала работать. С отливом начинался следующий цикл работы мельницы.

Однако он мало приемлем для современного промышленного производства, поэтому энергию приливов попытались использовать для получения более удобной электрической энергии. Но для этого надо было создать  на берегах океанов и морей  приливные электростанции (ПЭС).

Однако создание их сопряжено с большими трудностями. Прежде всего они связаны  с характером приливов  на которые влиять невозможно, так как они  зависят от астрономических причин, от особенностей очертания берегов, рельефа дна и т.п. В одних районах полная  и малая вода наступает один раз в сутки (суточный прилив). В других районах это происходит дважды в сутки (полусуточный прилив).

На одних участках побережья мирового океана уровень воды  во время прилива повышается на 15-18 метров, на других его высота достигает лишь 10-20 см. Цикл приливов определяется лунными сутками, тогда как режим  энергопотребления  связан с производственной деятельностью и бытом людей и зависит от солнечных суток, которые короче лунных на 50 минут. Отсюда максимум  и минимум приливной электроэнергии наступает в разное время, что очень неудобно для ее использования. И наконец, энергетическое значение имеют приливы, в результате которых разность уровней  в полную и малую воду составляет 0,5 метра. Это встречается далеко не везде и не всегда.

    Несмотря на все эти трудности, люди настойчиво пытаются овладеть энергией морских приливов. К настоящему  времени предложено около 300 различных  технических проектов строительства ПЭС.  Наиболее рациональным и экономически эффективным решением специалисты считают применений в ПЭС поворотно - лопастной  (обратимой) турбины

Такие турбины – их называют погруженными или капсульными агрегатами – способны действовать  не только как  турбины на оба направления потока, но и как насосы  для подкачки воды в бассейн. Это позволяет регулировать их эксплуатацию в зависимости от времени суток, высоты и фазы прилива, удаляясь от лунного ритма приливов и приближаясь к периодичности солнечного времени, по которому  живут и работают люди. С помощью этих агрегатов вода подкачивается в бассейн и ночью, когда ПЭС может работать не на полную мощность, так как потребность в энергии  не велика, а вода используется для производства электроэнергии в основном  в часы «пиковых» нагрузок. Тем самым решается один из существенных экономических вопросов эксплуатации ПЭС: окупаются затраты на электроэнергию, питающую насосы.

Далеко не в любом районе земного шара есть условия для строительства гидроэлектростанций с водохранилищами многолетнего регулирования, поэтому с такими ГЭС рентабельно объединять приливные станции только большой мощности. Они должны входить в объединенные энергосистемы крупных районов, стран и даже континентов.

Первая в мире промышленная ПЭС мощностью 240 тыс. кВт построена и введена в действие в 1967 году во Франции. Она расположена на берегу  Ла-Манш, в Британии, в устье реки Ранс, где величина прилива (разность уровней в полную и малую воду) достигает 13,5 метров. Ширина реки здесь  750 метров. Плотина ПЭС пролегает между  мысом Ла-Бреби на левом и мысом Бриантэ на правом берегу с опорой на островок Шалибер. Втеле плотины находится 24 капсульных агрегата мощность по 10000 кВт каждый. Площадь бассейна – 22 км². Во время прилива  в него поступает 184 млн. м³ воды. Почти вся мощность этой ПЭС вырабатывается в часы  «пикового» потребления электроэнергии и достигает 544 млн.кВт в год, но стоимость ее пока еще выше, чем на атомных электростанциях. Вместе с тем энергия в часы «пик» стоит здесь довольно дорого, что послужило одним из аспектов для обоснования  сооружения ПЭС в этом районе Франции.

По определению специалистов, в 23 странах мира имеются подходящие районы для строительства. Однако, несмотря на множества  проектов,  промышленные ПЭС еще не сооружаются.

С давних времен инженерно-техническую мысль человека привлекала идея  практического использования столь колоссальных запасов волновой энергии океана. Однако это очень сложная задача, и в масштабах большой энергетики она еще далека от решения.

Пока удалось добиться определенных успехов в области применения энергии морских волн для производства электроэнергии, питающей  установки малой мощности. В основе конструкции энергетического прибора, предложенного японскими специалистами, лежит сочетание волнового генератора с аккумулятором электроэнергии. С начала  был разработан механических маятниковый    генератор мощность в несколько ватт, преобразующей в электроэнергию качку поплавка. В дальнейшем был создан и внедрен в производство генератор мощностью 40 – 50  Вт, длительное время работающей без обслуживания в море. В нем под воздействием волн периодически перемещается вверх и вниз поплавок, расположенный в вертикальной трубе. Он сжимает в ней воздух,  который вращает турбину, соединенную с электрогенератором. Такие волно - воздушные генераторы работают в море, а их модификация применяется на суше. Предложен вариант, рассчитанный на действие прибоя.

Волноэнергетические установки используются для питания электроэнергией маяков, буев,  сигнальных морских огней, стационарных океанологических приборов, расположенных далеко от берега, и т.п. По сравнению с обычными электроаккумуляторами, батареями и другими источниками тока они дешевле, надежнее и реже нуждаются в обслуживании. Такое использование энергии волн широко практикуется в Японии, где более 300 буев, маяков и другое оборудование получают питание от таких установок. Волновой электрогенератор успешно эксплуатируется  на плавучем маяке Мадрасского порта в Индии.

Работы по созданию  и усовершенствованию подобных энергетических приборов проводятся в различных странах. Перспективы освоения энергии волн  связаны с разработкой совершенных и эффективных устройств большой мощности. В течении последних лет появилось много разных технических проектов. К примеру, спроектированный английскими энергетиками агрегат представляет собой цилиндрический железо-бетонный  корпус длинной в 1 км, внутри которого устанавливается 40 лопастных колес, движущихся под ударами волн. Вращение этих колес  приводит в действие  генератор, вырабатывающий электроэнергию. По мнению проектировщиков, 10 таких агрегатов, установленных на глубине 10 м у западных берегов Великобритании, позволят обеспечить электроэнергией город с населением  300 тыс. человек.

На современном уровне научно-технического  развития, а тем более в перспективе, должное внимание  к проблеме овладения энергией морских волн, несомненно,  позволит сделать  ее важной составляющей энергетического потенциала многих стран.

Для многих использование энергии океана звучит как научная фантастика. И тем не менее, несмотря на то что извлечение энергии океана находятся на стадии экспериментов и процесс ограничен и дорогостоящ, факт остаётся фактом что по мере развития научно – технического прогресса энергия в будущем может в значительной степени добываться из моря.