Приливные электростанции. Пэс в россии примеры

От приливных электростанций к гидроэнергетике будующего

Опубликовано: 22 марта 2016 г. в 08:02, 502

Генерация электроэнергии, основанная на использовании солнца и ветра, отличается непостоянством. Ветер бывает далеко не всегда, а солнце нередко закрывают тучи. Гораздо более стабильным источником энергии является течение воды. Речные гидроэлектростанции известны давно. Однако для их установки требуется определенный рельеф местности, который не всегда возможно найти, особенно на побережье морей и океанов. Но в этих же местах вполне реально использовать энергию приливов и отливов. Приливная энергетика имеет ряд преимуществ, а технические решения, разработанные для таких электростанций, способны вывести и традиционные ГЭС на принципиально новый уровень.

Процессы, происходящие на Земле, находятся под непосредственным влиянием близко расположенных к нашей планете небесных тел, в первую очередь, Солнца и Луны. В частности, под действием сил гравитации по отношению к указанным планетам в озерах, морях и океанах наблюдается такие явления, как приливы и отливы. Эти передвижения водных масс могут быть использованы для выработки электроэнергии.

Приливы и отливы, происходящие под влиянием Солнца, намного менее значительны, чем приливы и отливы, обусловленные действием Луны. Кроме этого, в озерах данные явления дают перепад уровня воды, недостаточный для выработки электроэнергии в промышленных масштабах. Зато значительные перепады наблюдаются в устьях рек, впадающих в моря и океаны. Соответственно, для выработки электричества практически можно использовать приливы и отливы в морях, океанах, а также в устьях, впадающих в них рек. Считается, что перепад уровней воды между приливом и отливом должен быть не менее 4 метров. Предприятия, вырабатывающие энергию таким образом, получили название приливных электростанций (ПЭС).

Мельницы, работающие на энергии приливов и отливов, были известны еще в Римской империи. Первая ПЭС была построена в 1913 году, она располагалась в бухте Ди неподалеку от Ливерпуля (Великобритания). Ее мощность составляла всего 0,635 МВт.

Всерьез воспринимать приливную электроэнергетику стали только в 1966 году, когда в Ля-Ранс (Франция) была запущена крупнейшая по тем временам ПЭС мощностью 240 МВт. На ней установлены 24 турбины. Функционирование такой электростанции оказалось выгодным делом. Если сравнивать, например, с атомными электростанциями, то стоимость выработки киловатт-часа на ПЭС Ля-Ранс оказывается в 1,5 раза дешевле.

После успеха французской ПЭС такие электростанции стали строить по всему миру. Правда, до сих пор ПЭС так и не вышли из области экзотики. Подтверждением тому являются около 200 тыс. туристов, ежегодно приезжающих в Ля-Ранс посмотреть на диковинку.

В СССР первой и единственной электростанцией, работающей на таком принципе, стала Кислогубская ПЭС, запущенная в 1968 году. Она расположена в Мурманской области на берегу Баренцева моря, в губе Кислая. На этой ПЭС были предусмотрены два места под гидроагрегаты. На одном из них при строительстве был установлен гидроагрегат французского производства мощностью 0,4 МВт. Другое место было зарезервировано под установку советского гидроагрегата для ПЭС, когда такой будет создан. К сожалению, проект создания отечественного оборудования для ПЭС в те годы так и не был реализован. В 1994 году, в связи с проблемами в экономике, Кислогубская ПЭС была законсервирована.

К развитию приливной энергетики в России вернулись десять лет спустя, в 2004 году. Кислогубскую ПЭС расконсервировали и установили вместо прежнего импортного отечественный агрегат мощностью 0,2 МВт. А в 2007 году запустили новый энергоблок мощностью 1,5 МВт. Собственником Кислогубской ПЭС сейчас является ОАО «РусГидро». На момент написания статьи в России существовало несколько проектов постройки ПЭС, правда, строительство ни одной из электростанций пока не было реализовано.

Конструкция ПЭС

По своей конструкции ПЭС делятся на плотинные и бесплотинные. Плотинные ПЭС, на первый взгляд, имеют много общего с традиционными ГЭС. Участок моря отгораживается плотиной, в которой есть протоки, где установлены турбины. Другой вариант — перекрытие плотиной устья реки или уже имеющегося залива. В отличие от традиционных ГЭС, гидрогенераторы, как правило, являются обратимыми, т.е. способны вырабатывать электроэнергию как при прямом, так и при обратном движении воды.

ПЭС Ля-Ранс, Кислогубская станция и большинство других ПЭС в мире являются плотинными. При этом плотина нередко выполняет дополнительные функции. Например, через плотину ПЭС Ля-Ранс проходит высокоскоростная автомобильная трасса. Самая большая в мире Сихвинская ПЭС мощностью 254 МВт, расположенная на северо-западном побережье Южной Кореи (запущена в 2011 году), своим возникновением обязана неудавшемуся проекту созданию резервуара пресной воды для орошения, для чего в заливе была построена дамба. Кстати, особенностью Сихвинской ПЭС является работа генераторов исключительно во время прилива, то есть они не являются обратимыми. Связано это не с целью упростить конструкцию, а с необходимостью сделать слив воды более быстрым, чем наполнение по соображениям экологии, чтобы вода не застаивалась.

В бесплотинных ПЭС гидроагрегаты устанавливаются на дне морского пролива, где приливы и отливы создают течения с большой скоростью. Примером такой ПЭС является рядом с островом Рузвельта (США). Преимуществом бесплотинных ПЭС является дешевизна их строительства, недостатками — малая мощность и малое количество мест на Земле, где их можно разместить.

Главной технической проблемой, связанной с реализацией ПЭС, является низкий напор воды. В традиционных ГЭС напор воды, как правило, измеряется десятками метров, минимальное значение — 3 м. В ПЭС напор воды не превышает 13 м, при этом гидроагрегаты должны «уметь» генерировать электроэнергию уже при напоре 1 м.

В XX веке на ПЭС использовались так называемые осевые турбины, в которых поток воды двигается в направлении оси вращения колеса. Осевые турбины, способные работать на ПЭС, стоят в несколько раз дороже турбин для гидроагрегатов той же мощности, используемых на традиционных ГЭС. Это обстоятельство на протяжении многих лет сдерживало развитие приливной энергетики.

В середине 80-х годов XX века в Канаде и Японии было предложено использовать для ПЭС так называемые ортогональные турбины. Особенностью конструкции таких турбин являются лопасти, поворачивающиеся под действием потока воды таким образом, чтобы всегда быть расположенными перпендикулярно потоку. Ортогональные турбины стоят намного дешевле осевых, но недостатком имевшейся тогда конструкции был низкий КПД, не превышавший 40%. Поэтому идею использования ортогональных турбин за рубежом быстро забросили.

В СССР, а потом и в России направление ортогональных турбин продолжили развивать, достигнув в этом значительных успехов. В 1989-2000 гг. Научно-исследовательский институт энергетических сооружений создал конструкцию ортогональной турбины с КПД до 70%. Именно такие турбины отечественного производства установлены на возрожденной Кислогубской ПЭС. И, если изначально наша страна использовала в приливной энергетике французские технологии, то теперь во Франции испытывают турбины российской разработки на предмет их использования у себя.

Экологическая безопасность

Традиционные ГЭС, точно так же, как солнечные и ветряные электростанции, используют возобновляемые источники энергии. Тем не менее, ГЭС не принято относить к объектам альтернативной энергетики, которая, как известно, развивается для сохранения окружающей среды. И дело не только в том, что ГЭС известны уже почти полтора века и являются основой энергетики во многих странах. У экологов есть претензии не только к ТЭС и АЭС, но и к традиционным ГЭС. При строительстве ГЭС зачастую затапливаются большие пространства. При перекрытии рек нарушаются маршруты миграции рыб, в результате чего сокращается биологическое разнообразие. Самый известный пример — сокращение поголовья осетровых рыб в результате перекрытия в 50-60-х годах Волги каскадом ГЭС. Помимо перекрытия маршрутов миграции рыб, также есть проблема гибели мальков в турбинах ГЭС, так как вода проходит через них под большим напором.

Для создания ПЭС можно использовать имеющиеся заливы и устья рек, нет необходимости затапливать большие площади. Из-за малого напора воды значительная часть мальков, попавших в турбины, выживает. Мало того, при необходимости, для решения тех или иных экологических задач можно организовать на постоянной или временной основе работу гидроагрегатов только для одного направления потока воды. При этом даже не придется строить дополнительные шлюзы — в современных ПЭС поток воды через неработающую турбину на 40% больше, чем в моменты, когда вырабатывается электроэнергия. Полвека эксплуатации мощных ПЭС показали, что они не наносят какого-либо заметного ущерба окружающей среде.

В прессе можно встретить «страшилки» про вред, обусловленный распространением ПЭС, который может привести к замедлению вращения Земли в результате отъема энергии от морских приливов. Но строгие научные расчеты показывают, что, даже если всю электроэнергию, потребляемую человечеством, вырабатывать, используя только ПЭС, на скорость вращения Земли это не окажет никакого существенного влияния.

Недостатки ПЭС

Размещение ПЭС возможно только на морском берегу, либо в устье рек в прибрежной зоне. Это само по себе не является недостатком, если позиционировать ПЭС в качестве решения для автономного снабжения электроэнергией удаленных поселений, расположенных на морских берегах. Но в реальности придется все равно тянуть ЛЭП в поселок, где установлена ПЭС. Причина заключается в том, что электроэнергия вырабатывается не круглосуточно, а в определенные промежутки времени.

Цикличность выработки электроэнергии характерна и для многих других видов альтернативной энергетики, например, для солнечной генерации. Мало того, если солнечная электростанция в некоторые, особенно пасмурные дни, может вообще не давать электроэнергию, то приливы и отливы при правильном размещении ПЭС происходят в любую погоду.

Но есть существенное отличие. Цикличность работы солнечной электростанции в точности совпадает с ритмом хозяйственной деятельности. Пик генерации приходится примерно на середину дня, как раз тогда работают все промышленные предприятия, и есть большая потребность в электроэнергии. ПЭС работают совсем в другом ритме.

Промежуток времени между максимальным и минимальным уровнями воды в море составляет 6 ч 12,5 мин. Когда уровень воды на минимуме или максимуме, генерации электроэнергии не происходит. В промежутке между ними находятся периоды времени длительностью 4-5 ч, когда электроэнергия вырабатывается.

Приливы и отливы происходят с периодичностью 12 ч 25 мин. В итоге полный цикл работы ПЭС укладывается в так называемые приливные сутки, длительность которых составляет 24 ч 50 мин.

Из-за того, что приливные сутки на 50 мин длиннее солнечных, в общем случае невозможно согласовать периодичность промежутков генерации с периодичностью пиков энергопотребления. Выходом может быть накапливание электроэнергии в аккумуляторах. Но на нынешнем уровне развития технологий накопления электроэнергии это обстоятельство сводит на нет такие преимущества ПЭС, как дешевизна вырабатываемого электричества, а также отсутствие вредных воздействий на природу (производство и утилизация аккумуляторов связаны со значительным загрязнением окружающей среды).

Будущее ПЭС

Тем не менее, ПЭС в обозримом будущем могут занять определенную нишу на рынке электрогенерации, важно лишь научиться использовать цикл работы равный приливным суткам. Здесь могут быть несколько вариантов.

Можно рассматривать ПЭС как резервные источники энергоснабжения, позволяющие восполнить дефицит электроэнергии на время отключения традиционных электростанций для их обслуживания. Тогда график планового отключения объектов электроэнергетики нужно будет привязать к графику приливов и отливов.

Также решением проблемы станет льготный тариф для зарядки электромобилей, который будет привязан к пикам генерации ПЭС. Поскольку электромобили занимают все большую долю в общем энергопотреблении, то тем самым будут сформированы пики энергопотребления в ритме приливных суток.

Но наиболее полно возможности ПЭС будут раскрыты при повсеместном внедрении интеллектуальных систем распределения электроэнергии. Такие системы направляют электроэнергию в реальном масштабе времени туда, куда нужно. В этих условиях ПЭС становятся инструментом уменьшения общей нагрузки на энергосистему и, значит, снижения потерь при передаче электроэнергии. Тем не менее, полностью перевести энергосистему на ПЭС даже в далеком будущем невозможно, такие станции все равно будут выполнять вспомогательную роль.

Низконапорные ГЭС

Хотя ПЭС имеют ограниченное применение, научные исследования, проведенные в рамках работ по их созданию, дали результаты, которые, ни много, ни мало, способны уже в ближайшем будущем изменить облик гидроэлектроэнергетики. Речь идет о гидроагрегатах, способных вырабатывать электроэнергию при малом напоре воды.

Например, сейчас ведутся разработки по созданию волновых ГЭС, то есть электростанций, использующих энергию морских волн, в том числе и на базе ортогональных турбин. Но самым перспективным направлением являются так называемые низконапорные ГЭС, устанавливаемые на реках.

Низконапорная ГЭС позволяет вообще обойтись без плотины (если она установлена на реке с быстрым течением), либо ограничиться установкой небольшой плотины, не приводящей к значительному затоплению окружающих пространств. Так же, как и ПЭС, низконапорные ГЭС отличаются большей выживаемостью мальков рыб. И, самое главное, низконапорные ГЭС можно строить на небольших речках, где возведение традиционных ГЭС невозможно в принципе.

Таким образом, низконапорные ГЭС дают те же самые преимущества, что и использование энергии ветра и солнца: приближение генерации к потребителю, почти полное отсутствие негативного воздействия на окружающую среду, возможность владения электрогенератором частным лицом или небольшой независимой компанией, что создает реальную конкуренцию на рынке электроэнергии. Использования интеллектуальных систем распределения электроэнергии позволяет малым ГЭС точно так же делиться излишками выработанного электричества. Только вот у низконапорной ГЭС генерация электроэнергии куда более стабильная, чем у ветряков и солнечных батарей. Единственная проблема — возможное пересыхание русла небольшой реки, но она возникает летом в солнечную погоду, когда много электроэнергии вырабатывают солнечные электростанции. Интеллектуальные системы позволят в такой ситуации перебросить излишки электроэнергии от солнечных электростанций туда, где в электричестве есть дополнительная потребность.

www.elec.ru

Приливные электростанции

Поиск Лекций

Под влиянием притяжения Луны и Солнца происходят периодические поднятия и опускания поверхности морей и океанов – приливы и отливы. Частицы воды совершают при этом и вертикальные и горизонтальные движения. Наибольшие приливы наблюдаются в дни сизигий (новолуний и полнолуний), наименьшие (квадратурные) совпадают с первой и последней четвертями Луны. Между сизигиями и квадратурами амплитуды приливов могут изменяться в 2,7 раза.

Вследствие изменения расстояния между Землей и Луной, приливообразующая сила Луны в течение месяца может изменяться на 40%, изменение приливообразующей силы Солнца за год составляет лишь 10%. Лунные приливы в 2,17 раза превышают по силе солнечные.

Основной период приливов полусуточный. Приливы с такой периодичностью преобладают в Мировом океане. Наблюдаются также приливы суточные и смешанные. Характеристики смешанных приливов изменяются в течение месяца в зависимости от склонения Луны.

В открытом море подъем водной поверхности во время прилива не превышает 1 м. Значительно большей величины приливы достигают в устьях рек, проливах и в постепенно суживающихся заливах с извилистой береговой линией. Наибольшей величины приливы достигают в заливе Фанди (Атлантическое побережье Канады). У порта Монктон в этом заливе уровень воды во время прилива поднимается на 19,6 м. В Англии, в устье реки Северн, впадающей в Бристольский залив, наибольшая высота прилива составляет 16,3 м. На Атлантическом побережье Франции, у Гранвиля, прилив достигает высоты 14,7 м, а в районе Сен-Мало до 14 м. Во внутренних морях приливы незначительны. Так, в Финском заливе, вблизи Ленинграда, величина прилива не превышает 4...5 см, в Черном море, у Трапезунда, доходит до 8 см.

Поднятия и опускания водной поверхности во время приливов и отливов сопровождаются горизонтальными приливо-отливными течениями. Скорость этих течений во время сизигий в 2...3 раза больше, чем во время квадратур. Приливные течения в моменты наибольших скоростей называют «живой водой».

При отливах на пологих берегах морей может происходить обнажение дна на расстоянии в несколько километров по перпендикуляру к береговой линии. Рыбаки Терского побережья Белого моря и полуострова Новая Шотландия в Канаде используют это обстоятельство при ловле рыбы. Перед приливом они устанавливают на пологом берегу сети, а после спада воды подъезжают к сетям на телегах и собирают попавшую в чих рыбу.

Когда время прохождения приливной волны по заливу совпадает с периодом колебаний приливообразующей силы, возникает явление резонанса, и амплитуда колебаний водной поверхности сильно возрастает. Подобное явление наблюдается, например, в Кандалакшском заливе Белого моря.

В устьях рек приливные волны распространяются вверх по течению, уменьшают скорость течения и могут изменить его направление на противоположное. На Северной Двине действие прилива сказывается на расстоянии до 200 км от устья вверх по реке, на Амазонке – на расстоянии до 1 400 км. На некоторых реках (Северн и Трент в Англии, Сена и Орне во Франции, Амазонка в Бразилии) приливное течение создает крутую волну высотой 2...5 м, которая распространяется вверх по реке со скоростью 7 м/сек. За первой волной может следовать несколько волн меньших размеров. По мере продвижения вверх волны постепенно ослабевают, при встрече с отмелями и преградами они с шумом дробятся и пенятся. Явление это в Англии называется бор, во Франции маскаре, в Бразилии поророка.

В большинстве случаев волны бора заходят вверх по реке на 70...80 км, на Амазонке же до 300 км. Наблюдается бор обычно во время наиболее высоких приливов.

Спад уровня воды в реках при отливе происходит медленнее, чем подъем во время прилива. Поэтому, когда в устье начинается отлив, на удаленных от устья участках еще может наблюдаться последействие прилива.

Река Сен-Джонс в Канаде, недалеко от места впадения в залив Фанди, проходит через узкое ущелье. Во время прилива ущелье задерживает движение воды вверх по реке, уровень воды выше ущелья оказывается ниже и поэтому образуется водопад с движением воды против течения реки. При отливе же вода не успевает достаточно быстро проходить через ущелье в обратном направлении, поэтому уровень воды выше ущелья оказывается выше и образуется водопад, через который вода устремляется вниз по течению реки.

Приливо-отливные течения в морях и океанах распространяются на значительно большие глубины, чем течения ветровые. Это способствует лучшему перемешиванию воды и задерживает образование льда на ее свободной поверхности. В северных морях благодаря трению приливной волны о нижнюю поверхность ледяного покрова происходит уменьшение интенсивности приливо-отливных течений. Поэтому зимой в северных широтах приливы имеют меньшую высоту, чем летом.

Поскольку вращение Земли вокруг своей оси опережает по времени движение Луны вокруг Земли, в водной оболочке нашей планеты возникают силы приливного трения, на преодоление которых тратится энергия вращения, и вращение Земли замедляется (примерно на 0,001 сек за 100 лет). По законам небесной механики дальнейшее замедление вращения Земли повлечет за собой уменьшение скорости движения Луны по орбите и увеличение расстояния между Землей и Луной. В конечном итоге период вращения Земли вокруг своей оси должен сравняться с периодом обращения Луны вокруг Земли. Это произойдет, когда период вращения Земли достигнет 55 суток. При этом прекратится суточное вращение Земли, прекратятся и приливо-отливные явления в Мировом океане.

В течение длительного времени происходило торможение вращения Луны за счет возникавшего в ней приливного трения под действием земного притяжения (приливно-отливные явления могут возникать не только в жидкой, но и в твердой оболочке небесного тела). В результате Луна потеряла вращение вокруг своей оси и теперь обращена к Земле одной стороной. Благодаря длительному действию приливообразующих сил Солнца потерял свое вращение и Меркурий. Как и Луна по отношению к Земле, Меркурий обращен к Солнцу только одной стороной.

В XVI и XVII веках энергия приливов в небольших бухтах и узких проливах широко использовалась для приведения в действие мельниц. Впоследствии она применялась для приведения в действие насосных установок водопроводов, для транспортировки и монтажа массивных деталей сооружений при гидростроительстве.

В наше время приливная энергия в основном превращается в электрическую энергию на приливных электростанциях и вливается затем в общий поток энергии, вырабатываемой электростанциями всех типов, В отличие от гидроэнергии рек, средняя величина приливной энергии мало меняется от сезона к сезону, что позволяет приливным электростанциям более равномерно обеспечивать энергией промышленные предприятия.

В приливных электростанциях используется перепад уровней воды, образующийся во время прилива и отлива. Для этого отделяют прибрежный бассейн невысокой плотиной, которая задерживает приливную воду при отливе. Затем воду выпускают, и она вращает гидротурбины

Приливные электростанции могут быть ценным энергетическим подспорьем местного характера, но на Земле не так много подходящих мест для их строительства, чтобы они могли изменить общую энергетическую ситуацию.

В Кислой губе вблизи Мурманска с 1968 года начала работать первая в нашей стране приливная электростанция мощностью в 400 киловатт. Проектируется приливная электростанция в устье Мезени и Кулоя мощностью 2,2 млн. киловатт.

За рубежом разрабатываются проекты приливных электростанций в заливе Фанди (Канада) и в устье реки Северн (Англия) мощностью соответственно в 4 и 10 млн. киловатт, вступили в строй приливные электростанции Ранс и Сен-Мало (Франция) мощностью в 240 и 9 тыс. киловатт, работают небольшие приливные электростанции в Китае.

Пока энергия приливных электростанций обходится дороже энергии тепловых электростанций, но при более рациональном осуществлении строительства гидросооружений этих станций стоимость вырабатываемой ими энергии вполне можно снизить до стоимости энергии речных электростанций. Поскольку запасы приливной энергии планеты значительно превосходят полную величину гидроэнергии рек, можно полагать, что приливная энергия будет играть заметную роль в дальнейшем прогрессе человеческого общества.

Мировое сообщество предполагает лидирующее использование в ХХI веке экологически чистой и возобновляемой энергии морских приливов. Ее запасы могут обеспечить до 15 % современного энергопотребления.

33-летний опыт эксплуатации первых в мире ПЭС - Ранс во Франции и Кислогубской в России - доказали, что приливные электростанции:

· устойчиво работают в энергосистемах, как в базе, так и в пике графика нагрузок при гарантированной постоянной месячной выработке электроэнергии;

· не загрязняют атмосферу вредными выбросами в отличие от тепловых станций;

· не затапливают земель в отличие от гидроэлектростанций;

· не представляют потенциальной опасности в отличие от атомных станций;

· капитальные вложения на сооружения ПЭС не превышают затрат на ГЭС благодаря апробированному в России наплавному способу строительства (без перемычек) и применению нового технологичного ортогонального гидроагрегата;

· стоимость электроэнергии самая дешевая в энергосистеме (доказано за 35 лет на ПЭС Ранс - Франция).

Экологический эффект (на примере Мезенской ПЭС) заключается в предотвращении выброса 17,7 млн. тонн углекислого газа (СО2) в год, что при стоимости компенсации выброса 1 тонны СО2 в 10 USD (данные Мировой энергетической конференции 1992 г.) может приносить по формуле Киотского протокола ежегодный доход около 1,7 млрд. USD.

Российской школе использования приливной энергии - 60 лет. В России выполнены проекты Тугурской ПЭС мощностью 8,0 ГВт и Пенжинской ПЭС мощностью 87 ГВт на Охотском море, энергия которых может быть передана в энергодефицитные районы Юго-Восточной Азии. На Белом море проектируется Мезенская ПЭС мощностью 11,4 ГВт, энергию которой предполагается направить в Западную Европу по объединенной энергосистеме " Восток-Запад".

Наплавная "российская" технология строительства ПЭС, апробированная на Кислогубской ПЭС и на защитной дамбе С-Петербурга, позволяет на треть снизить капитальные затраты по сравнению с классическим способом строительства гидротехнических сооружений за перемычками.

Природные условия в районе исследований (Заполярье): морская вода океанической солёности 28-35 о/оо и температурой от -2,8 С до +10,5 С температура воздуха в зимний период (9 месяцев) до -43 С влажность воздуха не ниже 80 % количество циклов (в году): замачивания-осушки - до 690, замораживания-оттаивания до 480 обрастание конструкций в морской воде биомассой - до 230 кг/м2 (слои толщиной до 20 см) электрохимическая коррозия металлов до 1 мм в год экологическое состояние района - без загрязнений, морская вода - без нефтепродуктов.

В России обоснования проектов ПЭС осуществляются на специализированной морской научной базе на Баренцевом море, где идут исследования морских материалов, конструкций, оборудования и антикоррозионных технологий.

Создание в России нового эффективного и технологически простого ортогонального гидроагрегата предполагает возможность его массового изготовления и кардинального снижения стоимости ПЭС. Результаты российских работ по ПЭС опубликованы в капитальной монографии Л.Б. Бернштейна, И.Н. Усачева и др. "Приливные электростанции", изданной в 1996 г. на русском, китайском и английском языках.

Российские специалисты по приливной энергии в институтах Гидропроект и НИИЭС осуществляют полный комплекс проектных и научно-исследовательских работ по созданию морских энергетических и гидротехнических сооружений на побережье и на шельфе, в том числе в условиях Крайнего Севера, позволяющие в полной мере реализовать все преимущества приливной гидроэнергетики.

Экологическая характеристика приливных электростанций

Экологическая безопасность:

· плотины ПЭС биологически проницаемы

· пропуск рыбы через ПЭС происходит практически беспрепятственно

· натурные испытания на Кислогубской ПЭС не обнаружили погибшей рыбы или ее повреждений (исследования Полярного института рыбного хозяйства и океанологии)

· основная кормовая база рыбного стада - планктон: на ПЭС гибнет 5-10 % планктона, а на ГЭС - 83-99 %

· снижение солености воды в бассейне ПЭС, определяющее экологическое состояние морской фауны и льда составляет 0,05-0,07 %, т.е. практически неощутимо

· ледовый режим в бассейне ПЭС смягчается

· в бассейне исчезают торосы и предпосылки к их образованию

· не наблюдается нажимного действия льда на сооружение

· размыв дна и движение наносов полностью стабилизируются в течение первых двух лет эксплуатации

· наплавной способ строительства дает возможность не возводить в створах ПЭС временные крупные стройбазы, сооружать перемычки и прочее, что способствует сохранению окружающей среды в районе ПЭС

· исключен выброс вредных газов, золы, радиоактивных и тепловых отходов, добыча, транспортировка, переработка, сжигание и захоронение топлива, предотвращение сжигания кислорода воздуха, затопление территорий, угроза волны прорыва

· ПЭС не угрожает человеку, а изменения в районе ее эксплуатации имеют лишь локальный характер, причем, в основном, в положительном направлении.

· Энергетическая характеристика приливных электростанций

· Приливная энергия

· возобновляема

· неизменна в месячном (сезонном и многолетнем) периодах на весь срок эксплуатации

· независима от водности года и наличия топлива.

· используется совместно с электростанциями других типов в энергосистемах как в базе, так и в пике графика нагрузок.

· Экономическое обоснование приливных электростанций.

· Стоимость энергии на ПЭС самая низкая в энергосистеме по сравнению со стоимостью энергии на всех других типах электростанций, что доказано за 33-летнюю эксплуатацию промышленной ПЭС Ранс во Франции - в энергосистеме Electricite de France в центре Европы.

За 1995 г. стоимость 1кВт.ч электроэнергии ( в сантимах) на:

ПЭС -18,5

ГЭС -22,61

ТЭС -34,2

АЭС -26,15

Себестоимость кВт*ч электроэнергии (в ценах 1996 г.) в ТЭО Тугурской ПЭС - 2,4 коп., в проекте Амгуеньской АЭС - 8,7 коп. ТЭО Тугурской (1996 г.) и материалы к ТЭО Мезенской ПЭС (1999 г.) благодаря применению эффективных технологий и нового оборудования впервые обосновали равнозначность капитальных затрат и сроков строительства крупных ПЭС и новых ГЭС в идентичных условиях.

Социальное значение приливных электростанций

Приливные электростанции не оказывают вредного воздействия на человека:

· нет вредных выбросов (в отличие от ТЭС)

· нет затопления земель и опасности волны прорыва в нижний бьеф (в отличие от ГЭС)

· нет радиационной опасности (в отличие от АЭС)

· влияние на ПЭС катастрофических природных и социальных явлений (землетрясения, наводнения, военные действия) не угрожают населению в примыкающих к ПЭС районах.

Благоприятные факторы в бассейнах ПЭС:

· смягчение (выравнивание) климатических условий на примыкающих к бассейну ПЭС территориях

· защита берегов от штормовых явлений

· расширение возможностей хозяйств марикультуры в связи с увеличением почти вдвое биомассы морепродуктов

· улучшение транспортной системы района

· исключительные возможности расширения туризма.

ПЭС в энергосистеме Европы

Рис. 1 - Вариант использования ПЭС в энергосистеме Европы

По оценкам экспертов, они могли бы покрыть около 20 процентов всей потребности европейцев в электроэнергии. Подобная технология особенно выгодна для островных территорий, а также для стран, имеющих протяженную береговую линию (рис. 1).

Другой способ получения альтернативной электроэнергии – использовать разницу в температурах между морской водой и холодным воздухом арктических (антарктических) районов земного шара. В ряде районов Северного Ледовитого океана, особенно в устьях больших рек, таких как Енисей, Лена, Обь, в зимнее время года имеются особо благоприятные условия для работы арктических ОТЭС. Средняя многолетняя зимняя (ноябрь-март) температура воздуха не превышает здесь -26 С. Более теплый, и пресный сток рек прогревает морскую воду подо льдом до 30 С. Арктические океанические тепловые электростанции могут работать по обычной схеме ОТЭС, основанной на закрытом цикле с низкокипящей рабочей жидкостью. В ОТЭС входят: парогенератор для получения пара рабочего вещества за счёт теплообмена с морской водой, турбина для привода электрогенератора, устройства для конденсации отработавшего в турбине пара, а также насосы для подачи морской воды и холодного воздуха. Более перспективна схема арктической ОТЭС с промежуточным теплоносителем, охлаждаемым воздухом в оросительном режиме» (См. Б.М. Берковский, В.А. Кузьминов «Возобновляемые источники энергии на службе человека», Москва, Наука, 1987 г., стр. 63-65.) Такая установка может быть изготовлена уже в настоящее время. В ней могут быть использованы: а) для испарителя – кожухопластинчатый теплообменник APV, тепловой мощностью 7000 кВт. б) для конденсатора – кожухопластинчатый теплообменник APV, тепловой мощностью 6600 кВт или любой другой конденсационный теплообменник, такой же мощности. в) турбогенератор – турбина Юнгстрем на 400 кВт и два встроенных генератора с дисковыми роторами, на постоянных магнитах, общей мощностью 400 кВт. г) насосы – любые, производительностью для теплоносителя – 2000 м3/ч, для рабочего вещества - 65 м3/ч, для охладителя – 850 м3/ч. д) градирня – сборно-разборная 5-6 метров высотой, диаметром 8-10 м. Установка может быть собрана в 20 футовом контейнере и перебрасываться в любое необходимое место, где имеется река с потоком воды более 2500 м3/ч, с температурой воды не менее +30С или большое озеро, из которого можно брать такое количество воды, и холодный воздух температурой ниже –300С. На сборку градирни потребуется всего несколько часов, после чего, если обеспечена подача воды, установка будет работать и выдавать для полезного использования более 325кВт электроэнергии, без какого - либо топлива. Из вышеизложенного видно, что уже в настоящее время можно обеспечить человечество альтернативной электроэнергией, если вкладывать в это средства.

Есть еще один способ получения энергии из океана - электростанции, использующие энергию морских течений. Их называют также «подводными мельницами».

Сегодня, в новом тысячелетии, началось промышленное использование волновой энергии. В мире уже около 400 маяков и навигационных буев получают питание от волновых установок. В Индии от волновой энергии работает плавучий маяк порта Мадрас. В Норвегии с 1985 г. действует первая в мире промышленная волновая станция мощностью 850 кВт.

Создание волновых электростанций определяется оптимальным выбором акватории океана с устойчивым запасом волновой энергии, эффективной конструкцией станции, в которую встроены устройства сглаживания неравномерного режима волнения. Считается, что эффективно волновые станции могут работать при использовании мощности около 80 кВт/м. Опыт эксплуатации существующих установок показал, что вырабатываемая ими электроэнергия пока остается в 2 ÷ 3 раза дороже традиционной, но в ближайшей перспективе ожидается значительное снижение ее стоимости.

В волновых установках с пневматическим преобразователями под действием волн воздушный поток периодически изменяет свое направление на обратное. Для этих условий и разработана турбина Уэллса, ротор которой обладает выпрямляющим действием, сохраняя неизменным направление своего вращения при смене направления воздушного потока, следовательно, поддерживается неизменным и направление вращения генератора. Турбина нашла широкое применение в различных волноэнергетических установках.

Волновая энергетическая установка «Каймей» (Морской свет) – самая мощная действующая энергетическая установка с пневматическим преобразователями – построена в Японии. В своей работе она использует волны высотой до 6 ÷ 10 м. На барже длиной 80 м, шириной 12 м и водоизмещением 500 т установлены 22 воздушные камеры, открытые снизу. Каждая пара камер работает на одну турбину Уэллса. Общая мощность установки 1000 кВт. Энергия передается на берег по подводному кабелю длиной около 3 км.

В СССР модель волнового плота испытывалась в 70-х годах на Черном море. Она имела длину 12 м, ширину поплавков 0,4 м. На волнах высотой 0,5 м и длиной 10 ÷ 15 м установка развивала мощность 150 кВт.

Следует отметить, что использование источников альтернативных, возобновляемых видов энергии может достаточно эффективно снизить процент выбросов в атмосферу вредных веществ, то есть в какой-то степени решить одну из важных экологических проблем. Энергия моря может с полным основанием быть причисленной к таким источникам.

Высота морских приливов в открытом океане в среднем составляет 1,2 м. Вблизи суши величина прилива может быть гораздо больше. А в некоторых местах их высота достигает 12 метров. Но к сожалению, таких мест на земном шаре совсем мало. Поэтому приливные электростанции до сих пор не могут занять сколько-нибудь заметного места в энергетике.

poisk-ru.ru

Презентация на тему: Приливные

электростанции

Приливная электростанция (ПЭС) – электростанция, преобразующая энергию морских приливов в электрическую. ПЭС использует перепад уровней «полной» и «малой» воды во время прилива и отлива. Перекрыв плотиной, залив или устье впадающей в море (океан) реки (образовав водоём, называют бассейном ПЭС), можно при достаточно высокой амплитуде прилива (> 4 м ) создать напор, достаточный для

вращения гидротурбин и соединённых с ними гидрогенераторов.

Первая в мире ПЭС построена в 1966 году во Франции на реке Ранс. Выбор места строительства электростанции был обусловлен значительными приливами в устье реки, высота которых здесь может достигать 13,5 м, а их обычная высота — 8 м. Строительство велось с 1963 по 1966 годы. По окончании общая сумма затрат составила около 150 млн. долл. Установленная мощность — 240 МВт.

В 1968 г. на побережье Баренцева моря в Кислой губе сооружена первая в нашей стране опытно-промышленнаяПЭС. В здании электростанции размещено 2 гидроагрегата мощностью 400 кВт.

Основоположниками этого проекта были

Принцип работы ПЭС

Режим работы приливной электростанции обычно состоит из нескольких циклов. Четыре цикла, это простой, по 1-2часа, периоды начала прилива и его окончания. Затем четыре рабочих цикла продолжительностью по4-5часов, периоды прилива или отлива, действующих в полную силу. В ходе прилива водой наполняется бассейн приливной электростанции. Движение воды вращает колеса капсульных агрегатов, и электростанция вырабатывает ток. Во время отлива вода, уходя из бассейна в океан, опять вращает рабочие колеса, теперь в обратную сторону. И вновь электростанция снова производит электрический ток, потому что рабочий агрегат обеспечивает одинаково хорошую работу при вращении колеса в любую из сторон. В промежутках между приливом и отливом движение колес останавливается. Чтобы не было перебоев, энергетики связывают приливную электростанцию с другими станциями. Это могут быть, например, тепловые или атомные электростанции. Получившееся энергетическое кольцо помогает во время пауз переложить нагрузку на соседей по кольцу.

Хорошим местом для постройки приливной электростанции является узкий морской залив, который отсекается плотиной от океана. В отверстиях плотины размещаются гидротурбины с генераторами. Генератор и турбина заключены в обтекаемую капсулу, которая очень удобна в использовании. Главным достоинством таких капсульных агрегатов является их универсальность. Они способны не только вырабатывать электрическую энергию при движении через них морской воды, но и выполнять функции насосов. При этом производство электроэнергии происходит как в период прилива, так и в период отлива.

При одном бассейне и правильном полусуточном цикле приливов ПЭС может вырабатывать электроэнергию непрерывно в течение 4 — 5 ч с перерывами соответственно 2 —1ч четырежды за сутки (такая ПЭС называется однобассейновой двустороннего действия). Для устранения неравномерности выработки электроэнергии бассейн ПЭС можно разделить плотиной на два или три меньших бассейна, в одном из которых поддерживается уровень «малой», а в другом — «полной» воды; третий бассейн — резервный; гидроагрегаты устанавливаются в теле разделительной плотины.

Однобассейновая ПЭС двухстороннего действия:

а) – схема ПЭС; б) – график изменения напора; в) – график выдаваемой мощности.

Схема ПЭС.

Основными типами турбин для ПЭС являются капсульные гидротурбины, которые способны работать как в турбинном, так и в насосном режимах.

Капсульный агрегат приливной

электростанции.

Расчет энергии для плотинных приливных электростанций

Формулы для расчета энергии E= ηmgR/2= η(ρAR)gR/2 , отсюда за приливной циклE=1397* η*(R^2)A(kWh) гдеR — размер (высота) прилива, м.

A — площадь приливого бассейна, м2 m — масса воды, кг

g — гравитационная постоянная, равная 9,81 м/с2

η — коэффициент использования, приблизительно равен 0,40, т. е.20–40%ρ — плотность морской воды, равна 1025 кг/м3Если

предположить, что в году бывает около 706 приливовых циклов (12 часов и 24 мин в цикле), то формула примет следующий вид: E=0.997*(10^6)* η *(R^2)*A

В 1968 г. на побережье Баренцева моря в Кислой губе сооружена первая в нашей стране опытнопромышленная ПЭС. В здании электростанции размещено 2 гидроагрегата мощностью 400 кВт. Основоположниками этого проекта были советские ученые Лев Бернштейн и Игорь Усачев. Мощность станции — 1,7 МВт.

Станция установлена в узкой части Кислой Губы, высота приливов в которой достигает 5 метров. Конструктивно станция состоит из двух частей — старой, постройки 1968 года, и новой, постройки 2006 года. Новая часть присоединена к одному из двух водоводов старой части. В здании ПЭС размещено два ортогональных гидроагрегата — один мощностью 0,2 МВт и другой мощностью 1,5 МВт.

studfiles.net