- Від чого бувають припливи і відливи
- Що впливає на висоту хвиль
- Як використовувати енергію припливів і відливів
Багатьом відомий вислів великого російського хіміка Дмитра Івановича Менделєєва: «Спалювати нафту - це все одно, що топити асигнаціями». необхідно розвиток альтернативних джерел енергії .
Нафта - найцінніше джерело вуглеводнів, основної сировини для отримання соєвого молока, а полімери - це пластик, вуглеволокно, пластмаси, синтетичні тканини, органічні рідини. Озирніться навколо, все, що вас оточує, за винятком небагатьох вкраплень дерева, металу і скла, зроблено з нафти і вугілля. Проте, нафта, вугілля і газ продовжують горіти, буквально вилітають в трубу накопичені за мільярди років непоправні запаси вуглеводнів.
Приливні 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 (заповнювати, дармовий) енергії є енергія припливів 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 тяжінні Місяця і Сонця, які відчуває центр Землі і її поверхню. Як відомо, тяжіння зменшується пропорційно квадрату відстані, а радіус Землі приблизно дорівнює 6000 км, таким чином, різні за глибиною 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.
Відповідно до однієї з теорій, гіпотетична планета Фаетон, чия орбіта перебувала за орбітою Юпітера, була просто розірвана на шматки приливними силами, породжуються тяжінням гіганта-Юпітера. На щастя, наша сусідка Місяць незрівнянно менше глави планетарного Олімпу, а сам Юпітер, як і Сонце, знаходяться від нас досить далеко, тому подібні катастрофи Землі не загрожують.
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 сотню кілометрів. Так орбіта американської орбітальної станції Skylab була дестабілізована аномальної атмосферної приливної хвилею, що привело до евакуації астронавтів, скасування запланованих місій і дострокового відразу 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.) приплив максимальний, Місяць і Сонце «тягнуть за бороду старого Нептуна» в одну сторону. Такий приплив називають сізігійний.
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, посилюючи 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.
Принцип виникнення припливів і відливів
Звичайно така модель спрощена, для повноти картини додамо в модель об'єм: уявімо собі, що стрілки обертаються в різних площинах, причому і площині їх обертання постійно зміщуються один щодо одного. Коли стрілки лежать на одній лінії, та ще й сходяться на перетині площин, ось тоді і бувають найпомітніші, пікові максимуми приливно-відливної амплітуди, накочуються на берег і піднімаються по усть рік найвищі приливні хвилі, про які мова далі.
Ще одним з згадуваних вище найважливіших факторів впливу на амплітуду припливів і відливів, є рельєф берега. Приливно-відпливна амплітуда багаторазово посилюється там, де берег має вигляд зверненої широкою горловиною до моря воронки. В такому випадку, берег служить лінзою концентрує енергію припливу. Якщо вхідні горловина такої воронки-лінзи має ширину в сотні кілометрів, а біля берега вона звужується до десятків, а то і взагалі до лічених кілометрів, та ще й знизу масу приливає води підпирає мілину, то формуються величезні приливні хвилі заввишки в 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) якраз 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 / год.
Як використовувати енергію припливів і відливів
Думки про використання таких величезних кількостей енергії відвідували людей досить давно. Згадка корисного використання припливів і відливів зустрічаються в творах Жюля Верна, Герберта Уеллса і Олександра Бєляєва. На практиці використання енергії припливів здійснюється за рахунок перетворення кінетичної енергії руху води в енергію електричну за допомогою припливних електростанцій.
Приливна електростанція (або припливна гідроелектростанція) - різновид електростанцій, по конструкції близька до електростанцій, які встановлюються за 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 води, що рухається.
В СРСР і Росії будівництвом приливних електростанцій всерйоз 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 всього 1,7 МВт. Потужність річкових ГЕС, як правило, вище на порядок, а найбільші річкові ГЕС мають потужність, що обчислюється десятками гігават.
Існував ряд проектів будівництва мережі гігантських приливних електростанцій з планованою потужністю вироблення в тисячі МВт, одна з них, Пенжинской приливна електростанція повинна була стати найпотужнішою електростанцією в світі (не тільки серед гідравлічних), її потужність повинна була досягати 90 ГВт. На жаль, криза пізнього СРСР і подальший його розпад завадив здійсненню цих проектів.
За кордоном будівництво приливних електростанцій ведеться більш активно. Так найпотужніша в Європі приливна електростанція «Ля Франс» (240 МВт) примітна найдовшою в світі греблею. Довжина греблі ПЕС «ЛяФранс», що є одночасно мостом, що з'єднує швидкісною магістраллю два береги річки Ранс, становить понад 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'язано з циклічним характером припливів і відливів. Застосування приливних електростанцій розглядається, перш за все, в рамках загальної енергосистеми, як акумулюють або резервних електростанцій, які здійснюють накопичення енергії і викид її в момент піку споживання.
Приливні електростанції - один з найбільш затребуваних способів використання заповнюваних джерел енергії, що має широкі перспективи розвитку.