Понятие приливной электростанции, особенности принципов действия. Анализ работы российской приливной электростанции на примере Кислогубской электростанции. Характеристика экологических и экономических эффектов эксплуатации приливных электростанций.
Краткое сожержание материала:

Размещено на

Реферат

"Приливные электростанции"

приливной электростанция экологический

Введение

Сегодня около половины мирового энергобаланса приходится на долю нефти, около трети - на долю газа и атома и около одной пятой - на долю угля. На все остальные источники энергии остается всего несколько процентов. Известно, что запасы энергии в Мировом океане колоссальны, ведь две трети земной поверхности (361 млн. кв. км) занимают моря и океаны. Однако пока что люди умеют использовать лишь ничтожные доли этой энергии, да и то ценой больших и медленно окупающихся капиталовложений, так что такая энергетика до сих пор казалась малоперспективной.

Энергия океана давно привлекает к себе внимание человека. В середине 80-х годов уже действовали первые промышленные установки, а также велись разработки по следующим основным направлениям: использование энергии приливов, прибоя, волн, разности температур воды поверхностных и глубинных слоев океана, течений и т.д.

Приливная Электростанциия (ПЭС)

Прилиивная электростанция (ПЭС) -- особый вид гидроэлектростанции, использующий энергию приливов, а фактически кинетическую энергию вращения Земли. Приливные электростанции строят на берегах морей, где гравитационные силы Луны и Солнца дважды в сутки изменяют уровень воды. Колебания уровня воды у берега могут достигать 13 метров.

Для выработки электроэнергии электростанции такого типа используют энергию прилива. Первая такая электростанция (Паужетская) мощностью 5 МВт была построена на Камчатке. Для устройства простейшей приливной электростанции (ПЭС) нужен бассейн -- перекрытый плотиной залив или устье реки. В плотине имеются водопропускные отверстия и установлены гидротурбины, которые вращают генератор. Гидротурбина это лопаточная машина, приводимая во вращение потоком жидкости, обычно речной воды. По принципу действия гидравлические турбины подразделяют на активные (свободоструйные) и реактивные (напороструйные); по конструкции - на вертикальные и горизонтальные.

В зависимости от расположения оси вращения различают вертикальные и горизонтальные гидрогенераторы; по частоте вращения - тихоходные (до 100 об/мин) и быстроходные (свыше 100 об/мин). Мощность гидрогенераторов от нескольких десятков до нескольких сотен МВт.

Во время прилива вода поступает в бассейн. Когда уровни воды в бассейне и море сравняются, затворы водопропускных отверстий закрываются. С наступлением отлива уровень воды в море понижается, и, когда напор становится достаточным, турбины и соединенные с ним электрогенераторы начинают работать, а вода из бассейна постепенно уходит.

Считается экономически целесообразным строительство приливных электростанций в районах с приливными колебаниями уровня моря не менее 4 м. Проектная мощность приливной электростанции зависит от характера прилива в районе строительства станции, от объема и площади приливного бассейна, от числа турбин, установленных в теле плотины.

Рис.1. Приливная электростанция.

Рис.2. Кислогубская ПЭС на Баренцевом море.

Принцип действия ПЭС

Давайте рассмотрим прицнип действия приливных электростанций. Приливные электростанции преобразуют энергию морских приливов и отливов в электрическую. Такие электростанции используют перепад уровней воды во время прилива и отлива, также разрабатываются электростанции работающие за счет движения воды в океанских течениях.

Вот один из вариантов, реализованый с помощью гидротурбин: Перекрыв плотиной устье (или залив) впадающей в море (или океан) реки (образовав бассейн приливной электростанции), можно при достаточно высокой амплитуде прилива организовать такой напор, который будет вращать гидротурбины и соединённые с ними гидрогенераторы, которые размещаются в теле плотины. При правильном полусуточном цикле приливов, использовав один приливной бассейн, приливная электростанция будет вырабатывать электроэнергию непереставая в течение четырех - пяти часов с небольшими перерывами на один - два часа четыре раза в сутки. Такая приливная электростанция 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. Но и эта мера полностью не исключает пульсации энергии, обусловленной цикличностью приливов в течение полумесячного периода. При совместной работе в одной энергосистеме с мощными тепловыми (в т. ч. и атомными) электростанциями энергия, вырабатываемая ПЭС, может быть использована для участия в покрытии пиков нагрузки энергосистемы, а входящие в эту же систему ГЭС, имеющие водохранилища сезонного регулирования, могут компенсировать внутримесячные колебания энергии приливов.

На ПЭС устанавливают капсульные гидроагрегаты, которые могут использоваться с относительно высоким кпд в генераторном (прямом и обратном) и насосном (прямом и обратном) режимах, а также в качестве водопропускного отверстия. В часы, когда малая нагрузка энергосистемы совпадает по времени с "малой" или "полной" водой в море, гидроагрегаты ПЭС либо отключены, либо работают в насосном режиме -- подкачивают воду в бассейн выше уровня прилива (или откачивают ниже уровня отлива) и т. о. аккумулируют энергию до того момента, когда в энергосистеме наступит пик нагрузки. В случае, если прилив или отлив совпадает по времени с максимумом нагрузки энергосистемы, ПЭС работает в генераторном режиме. Т. о., ПЭС может использоваться в энергосистеме как пиковая электростанция. Так, например, работает ПЭС на 240 Мвт, построенная в 1966 в эстуарии р. Ране во Франции.

Рис.3. однобассейновая ПЭС двустороннего типа

Рис.4. приливная турбина Neptune

ПЭС в России и зарубежом

Интерес к технологии преобразования энергии морских приливов в электрическую впервые появился в середине прошлого века. Сразу в нескольких странах началось строительство опытных приливных электростанций.

В России c 1968 года действует экспериментальная ПЭС в Кислой губе на побережье Баренцева моря (Рис.2.). На 2009 год её мощность составляет 1,7 МВт. На этапе проектирования находится Северная ПЭС мощностью 12 МВт. В советское время были разработаны проекты строительства ПЭС в Мезенской губе (мощность 11 000 МВт) на Белом море, Пенжинской губе и Тугурском заливе (мощностью 8000 МВт) на Охотском море, в настоящее время статус этих проектов неизвестен, за исключением Мезенской ПЭС, включённой в инвестпроект РАО «ЕЭС». Пенжинская ПЭС могла бы стать самой мощной электростанцией в мире -- проектная мощность 87 ГВт.

Существуют ПЭС и за рубежом -- во Франции, Великобритании, Канаде, Китае, Индии, США и других странах. ПЭС «Ля Ранс» (Рис.5.), построенная в эстуарии р. Ранс (Северная Бретань) имеет самую большую в мире плотину, ее длина составляет 800 м. Плотина также служит мостом, по которому проходит высокоскоростная трасса, соединяющая города Св. Мало и Динард. Мощность станции составляет 240 МВт[2].

Другие известные станции: южнокорейская -- Shihwa (мощность 254 МВт.[3]), канадская -- ПЭС Аннаполис и норвежская -- ПЭС Хаммерфест.

Рис.5. ПЭС «Ля Ранс»

Российские ПЭС. Кислогубская ПЭС

40 лет назад в губе Кислой Баренцева моря на Кольском полуострове была введена в эксплуатацию пионерная в России приливная электростанция -- экспериментальная Кислогубская ПЭС (Рис.2. Рис.6.).

Здание Кислогубской ПЭС, по предложению главного инженера проекта и строительства Л.Б. Бернштейна, было впервые в мировой практике гидроэнергетического строительства сооружено наплавным способом (без перемычек), что позволило на треть сократить стоимость ПЭС. На Кислогубской ПЭС в одном из двух её водоводов был установлен приобретенный во Франции капсульный гидроагрегат с диаметром рабочего колеса 3,3 м (на ПЭС Ранс в 1967 г. установлено 24 капсульных машины диаметром 5,3 м). Второй водовод был предназначен для установки в нем нового отечественного гидроагрегата для ПЭС. За время работы станции выработано около 9 млн кВт·ч электроэнергии.

В декабре 2004 г. на Кислогубской ПЭС смонтирован первый отечественный ортогональный гидроагрегат с рабочим колесом диаметром 2,5 метра на горизонтальном валу, который имеет повышенный коэффициент полезного действия и не изменяет направление вращения при приливах и отливах. Установленная мощность гидроагрегата составляет 200 кВт.

В 2006 году в соответствии с Инвестиционной программой ОАО РАО «ЕЭС России» по заказу ОАО «ГидроОГК» на ФГУП «ПО «Севмаш» в г. Северодвинске был изготовлен экспериментальный металлический наплавной энергоблок «Малой Мезенской ПЭС» с ортогональным гидроагрегатом с диаметром рабочего колеса 5 метров на вертикальном валу и проектной мощностью 1500 кВт.

После вывода модуль-блока со стапеля завода, он был отбуксирован по морю и установлен в проектное положение в створе Кислогубской ПЭС. В настоящее время на энергоблоке ведутся работы по программе комплексных натурных испытаний ортогональных гидроагрегатов и вспомогательного оборудования.Впоследствии технологии и конструкции, отра...