Приливная плотина - Tidal barrage

В Приливная электростанция Ранс это приливная плотина во Франции.

А приливная волна представляет собой похожую на плотину структуру, используемую для захвата энергия от масс воды, движущихся в и из залив или же река из-за приливный силы.^[1]^[2]

Вместо того, чтобы забивать воду с одной стороны, как в обычных плотина, приливная плотина позволяет воде течь в залив или реку во время прилив, и выпускает воду во время отлив. Это делается путем измерения приливного потока и контроля шлюзовые ворота в ключевые моменты приливного цикла. На этих шлюзах размещены турбины для улавливания энергии при втекании и выходе воды.^[1]

Приливные заграждения являются одними из самых старых методов приливная сила поколение, с приливные мельницы развивался еще в шестом веке. В 1960-е гг. 1,7 мегаватт Кислая Губинская приливная электростанция в Кислая Губа, Россия был построен.

Методы генерации

Художественное впечатление от приливной плотины, включая насыпи, судовой шлюз и кессоны со шлюзом и двумя турбинами.

Заградительный метод извлечения приливной энергии включает строительство заграждение через залив или реку, подверженную приливным потокам. Турбины, установленные в заградительной стене, вырабатывают электроэнергию, когда вода течет в бассейн устья, залив или реку и выходит из них. Эти системы похожи на гидроплотину, которая создает статический напор или напор (высота напора воды). Когда уровень воды за пределами бассейна или лагуны изменяется относительно уровня воды внутри, турбины могут вырабатывать энергию.

Основные элементы заграждения: кессоны, набережные, шлюзы, турбины, и корабельные замки. Шлюзы, турбины и судовые шлюзы размещаются в кессонах (очень больших бетонных блоках). Набережные закрывают бассейн там, где он не закрыт кессонами. Шлюзовые ворота, применимые к приливной энергии, - это откидные ворота, вертикальные подъемные ворота, радиальные ворота и восходящий сектор.

Таких растений всего несколько. Первый был Приливная электростанция Ранс, на Ранс-Ривер во Франции, которая работает с 1966 года и вырабатывает 240 МВт. Более крупная установка мощностью 254 МВт начала работу в г. Озеро Сихва, Корея, в 2011 году. Более мелкие предприятия включают Королевская генерирующая станция Аннаполиса на Залив Фанди и еще один через крошечный вход в Кислая Губа, Россия. Был рассмотрен ряд предложений по заграждение через Река Северн, из Брин Даун в Англия к Lavernock Point возле Кардифф в Уэльс.

Системы заграждения зависят от высоких затрат на гражданскую инфраструктуру, связанных с тем, что на самом деле является плотиной, размещаемой через эстуарные системы. Поскольку люди стали более осведомлены об экологических проблемах, они выступили против заграждений из-за неблагоприятных последствий, связанных с изменением большой экосистемы, которая является средой обитания для многих разновидностей видов.

Поколение отлива

Бассейн наполняется через шлюзы до прилива. Затем шлюзовые ворота закрываются. (На этом этапе может быть «Прокачка» для дальнейшего повышения уровня). Турбинные ворота закрыты до тех пор, пока уровень моря не упадет, чтобы создать достаточный напор через плотину. Затворы открываются, так что турбины работают до тех пор, пока напор снова не опустится. Затем открываются шлюзы, отключаются турбины и снова наполняется бассейн. Цикл повторяется с приливами. Генерация отливов (также известная как формирование оттока) получила свое название, потому что генерация происходит, когда прилив меняет направление прилива.

Поколение потопа

Бассейн наполняется через турбины, которые генерируют приливные воды. Как правило, это намного менее эффективно, чем создание приливов, потому что объем, содержащийся в верхней половине бассейна (в котором происходит генерация приливов), больше, чем объем нижней половины (заполняемой первой во время наводнения). Следовательно, доступная разница уровней - важная для выработки турбинной энергии - между стороной бассейна и морской стороной плотины уменьшается быстрее, чем при отливе. Реки, впадающие в бассейн, могут еще больше снизить энергетический потенциал, а не увеличивать его, как при отливе. Конечно, это не проблема с моделью «лагуна» без речного притока.

Насос

Турбины могут приводиться в действие реверсом за счет избыточной энергии в сети для повышения уровня воды в бассейне во время прилива (для генерации отливов). Большая часть этой энергии возвращается во время генерации, потому что выходная мощность сильно зависит от напора. Если уровень воды поднимается на 2 фута (61 см) путем перекачивания во время прилива 10 футов (3 м), то во время отлива уровень воды будет увеличен на 12 футов (3,7 м).

Двухбазовые схемы

Другой формой энергетической заграждения является конструкция с двумя бассейнами. В двух бассейнах один заполняется во время прилива, а другой опорожняется во время отлива. Между бассейнами размещены турбины. Схемы с двумя бассейнами имеют преимущества по сравнению с обычными схемами в том, что время генерации можно регулировать с большой гибкостью, а также возможно генерировать почти непрерывно. Однако в обычных устьевых условиях строительство двух бассейновых водоемов очень дорогое из-за затрат на дополнительную длину плотины. Однако есть несколько благоприятных географических регионов, которые хорошо подходят для такой схемы.

Сила приливной лагуны

Приливные бассейны^[3] это независимые ограждающие заграждения, построенные на высоком уровне приливной эстуарной земли, которые задерживают половодье и высвобождают его для выработки электроэнергии, единственный бассейн, около 3,3 Вт / м². Две лагуны, работающие в разные промежутки времени, могут гарантировать постоянную выходную мощность около 4,5 Вт / м.².Усиленное гидроаккумулирование^[4] приливная серия лагун поднимает уровень воды выше, чем прилив, и использует прерывистые возобновляемые источники энергии для перекачки, около 7,5 Вт / м². т.е. 10 × 10 км² обеспечивает постоянную мощность 750 МВт 24 часа в сутки 7 дней в неделю. Эти независимые заграждения не перекрывают течение реки.

Воздействие на окружающую среду

Постройка плотины в эстуарии оказывает значительное влияние на воду внутри бассейна и на экосистему. В последнее время многие правительства неохотно дают разрешение на строительство приливных заграждений. Благодаря исследованиям, проведенным на приливных установках, было обнаружено, что приливные заграждения, сооруженные в устьях устьев рек, представляют угрозу для окружающей среды, аналогичную крупным плотинам. Строительство крупных приливных растений изменяет поток соленой воды в устьях и из устьев, что изменяет гидрологию и соленость и может нанести вред морским млекопитающим, которые используют устья в качестве среды обитания.^[5]Завод в Ла-Рансе, расположенный у побережья Бретани на севере Франции, был первым и крупнейшим заводом по сооружению приливных заграждений в мире. Это также единственный объект, на котором была проведена полномасштабная оценка воздействия на окружающую среду системы приливной энергетики, работающей в течение 20 лет.^[6]

Однако французские исследователи обнаружили, что изоляция эстуария на этапе строительства приливной плотины наносила ущерб флоре и фауне; через десять лет произошла «переменная степень биологической адаптации к новым условиям окружающей среды»^[6]

Некоторые виды потеряли среду обитания из-за строительства Ла Ранса, но другие виды колонизировали заброшенное пространство, что привело к изменению разнообразия. Также в результате строительства исчезли песчаные отмели, сильно пострадал пляж Св. Сервана и возникли высокоскоростные течения возле шлюзов, которые представляют собой водные каналы, контролируемые воротами.^[7]

Мутность

Мутность (количество взвешенных в воде веществ) уменьшается в результате обмена меньшим объемом воды между бассейном и морем. Это позволяет солнечному свету проникать в воду дальше, улучшая условия для фитопланктон. Изменения распространяются вверх пищевая цепочка, вызывая общее изменение экосистема.

Приливные ограждения и турбины

Приливные заборы и турбины, если они построены должным образом, представляют меньшую угрозу для окружающей среды, чем приливные заграждения. Приливные заборы и турбины, как генераторы приливных потоков, полностью полагаться на кинетическое движение приливных течений и не использовать плотины или заграждения для блокировки каналов или эстуарий рты. В отличие от заграждений, приливные ограждения не прерывают миграция рыб или изменить гидрология, таким образом, эти варианты предлагают мощности по выработке энергии без серьезного воздействия на окружающую среду. Приливные заборы и турбины могут оказывать различное воздействие на окружающую среду в зависимости от того, построены ли заборы и турбины с учетом окружающей среды. Основное воздействие турбин на окружающую среду - это их воздействие на рыбу. Если турбины движутся достаточно медленно, например, на малых скоростях 25-50 об / мин, убивать рыбу минимизирован и ил и другие питательные вещества могут проходить через структуры. Например, прототип приливной турбины мощностью 20 кВт, построенный на морском пути Святого Лаврентия в 1983 году, не сообщил о гибели рыбы. Приливные ограждения блокируют каналы, что затрудняет миграцию рыб и диких животных по этим каналам. Чтобы уменьшить гибель рыбы, можно спроектировать заборы так, чтобы промежутки между стенкой кессона и фольгой ротора были достаточно большими, чтобы рыба могла проходить через них. Более крупные морские млекопитающие, такие как тюлени или дельфины, могут быть защищены от турбин ограждением или системой автоматического торможения гидролокатора, которая автоматически отключает турбины при обнаружении морских млекопитающих.^[5]

Соленость

В результате меньшего водообмена с морем средняя соленость внутри бассейна снижается, что также влияет на экосистему.^{[нужна цитата ]} «Приливные лагуны» этой проблемой не страдают.^{[нужна цитата ]}

Движение осадка

Эстуарии часто имеют большое количество наносов, перемещающихся через них от рек к морю. Введение плотины в эстуарий может привести к накоплению наносов внутри плотины, что повлияет на экосистему, а также на работу плотины.

Рыбы

Рыба может безопасно проходить через шлюзы, но когда они закрыты, рыба будет искать турбины и пытаться проплыть через них. Кроме того, некоторые рыбы не смогут избежать скорости воды возле турбины, и их засосет насквозь. Даже при наиболее благоприятной для рыб конструкции турбине смертность рыбы за проход составляет примерно 15%.^{[нужна цитата ]} (от перепада давления, контакта с лопастями, кавитация, так далее.). Альтернативные технологии проезда (рыбные лестницы, подъемники для рыбы, эскалаторы для рыбы и т. д.) до сих пор не смогли решить эту проблему для приливных заграждений, предлагая либо чрезвычайно дорогие решения, либо те, которые используются только небольшой частью рыбы. Исследования в области звукового наведения на рыбу продолжаются.^{[нужна цитата ]}Турбина с открытым центром уменьшает эту проблему, позволяя рыбе проходить через открытый центр турбины.

Недавно во Франции был разработан ряд турбин речного типа. Это очень большой медленно вращающийся Турбина типа Каплана установлен на угол. Тестирование на смертность рыбы показало, что показатели смертности рыбы составляют менее 5%. Эта концепция также кажется очень подходящей для адаптации к морским течениям / приливным турбинам.^[8]

Расчеты энергии

Энергия, доступная от плотины, зависит от объема воды. В потенциальная энергия в объеме воды содержится:^[9]

{ Displaystyle E , = , { tfrac {1} {2}} , A , rho , g , h ^ {2}}

куда:

час это вертикаль приливный диапазон,
А горизонтальная площадь плотины,
ρ это плотность воды = 1025 кг на кубический метр (морская вода колеблется от 1021 до 1030 кг на кубический метр) и
грамм ускорение за счет Земное притяжение = 9,81 метра на секунду в квадрате.

Половина коэффициента обусловлена тем фактом, что по мере того, как резервуар проходит через турбины пустым, гидравлическая головка над плотиной уменьшается. Максимальный напор доступен только в момент низкого уровня воды, при условии, что высокий уровень воды все еще присутствует в бассейне.

Пример расчета приливной энергии

Предположения:

Диапазон приливов и отливов в определенном месте составляет 32 фута = 10 м (приблизительно).
Площадь завода по использованию приливной энергии составляет 9 км² (3 км × 3 км) = 3000 м × 3000 м = 9 × 10⁶ м²
Плотность морской воды = 1025,18 кг / м³

Масса морской воды = объем морской воды × плотность морской воды

= (площадь × приливный диапазон) воды × массовая плотность

= (9 × 10⁶ м² × 10 м) × 1025,18 кг / м³

= 92 × 10⁹ кг (приблизительно)

Потенциальное энергосодержание воды в бассейне во время прилива = ½ × площадь × плотность × гравитационное ускорение × квадрат приливной дальности

= ½ × 9 × 10⁶ м² × 1025 кг / м³ × 9,81 м / с² × (10 м)²

=4.5 × 10¹² J (приблизительно)

Теперь у нас 2 прилива и 2 отлива каждый день. Во время отлива потенциальная энергия равна нулю.
Следовательно, общий энергетический потенциал за день = Энергия для одного прилива × 2.

= 4.5 × 10¹² J × 2

= 9 × 10¹² J

Следовательно, средний потенциал выработки электроэнергии = потенциал выработки энергии / время в 1 день.

= 9 × 10¹² Дж / 86400 с

= 104 МВт

Предполагая, что эффективность преобразования энергии составляет 30%: среднесуточная выработанная мощность = 104 МВт * 30%.

= 31 МВт (приблизительно)

Поскольку доступная мощность изменяется в зависимости от квадрата диапазона приливов и отливов, заграждение лучше всего размещать в местах с приливами очень большой амплитуды. Подходящие локации находятся в России, США, Канаде, Австралии, Корее, Великобритании. Амплитуда до 17 м (56 футов) встречается, например, в Залив Фанди, куда приливный резонанс усиливает приливный диапазон.

Экономика

Энергетические схемы приливных заграждений имеют высокие капитальные затраты и очень низкие эксплуатационные расходы. В результате схема приливной энергетики может не приносить прибыли в течение многих лет, и инвесторы могут неохотно участвовать в таких проектах.

Правительства могут иметь возможность финансировать приливные заграждения, но многие не желают этого делать также из-за времени задержки до возврата инвестиций и высокой необратимой приверженности. Например, энергетическая политика Соединенного Королевства^[10] признает роль приливной энергии и выражает необходимость того, чтобы местные советы понимали более широкие национальные цели возобновляемой энергии при утверждении приливных проектов. Само правительство Великобритании ценит техническую жизнеспособность и доступные варианты размещения, но не смогло предоставить значимых стимулов для достижения этих целей.

Смотрите также

Список приливных заграждений
Морская энергия
В Тетис База данных направлена на сбор, систематизацию и предоставление информации о потенциальных экологических последствиях развития морской и гидрокинетической (MHK) и морской ветроэнергетики.^[11]
FILM Конец сильному наводнению - раскрыта новая технология, защищающая добывающий Северн, самофинансирование и охрану экологии.