Появление и развитие пэс.
В 1966 г. во Франции на реке Ранс построена первая в мире приливная электростанция. Система использует двадцать четыре 10- мегаваттных турбины, обладает проектной мощностью 240 МВт и ежегодно производит около 50 ГВт*ч электроэнергии. Для этой станции разработан приливный капсульный агрегат, позволяющий осуществлять три прямых и три обратных режима работы: как генератор, как насос и как водопропускное отверстие, что обеспечивает эффективную эксплуатацию ПЭС. По оценкам специалистов, ПЭС Ранс экономически оправдана. Годовые издержки эксплуатации ниже, чем на гидроэлектростанциях, и составляют 4% капитальных вложений. Другая крупная приливная электростанция мощностью 20 МВт расположена в Аннаполис-Ройал, в заливе Фанди (провинция Новая Шотландия, Канада). Она была официально открыта в сентябре 1984 г. Система смонтирована на о. Хогс в устье р. Аннаполис на основе уже существующей дамбы, защищающей плодородные земли от затопления морской водой в период штормов. Амплитуда прилива колеблется от 4,4 до 8,7 м.
В 1968 г. на побережье Баренцева моря в Кислой губе сооружена первая в нашей стране опытно-промышленная ПЭС. В здании электростанции размещено 2 гидроагрегата мощностью 400 кВт. Основоположниками этого проекта были советские ученые Лев Бернштейн и Игорь Усачев. Впервые в мировой практике гидротехнического строительства станция была возведена наплавным способом, который потом широко стал использоваться при строительстве подводных туннелей, нефтегазовых платформ, прибрежных ГЭС, ТЭС, АЭС и защитных гидротехнических комплексов.
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.
За рубежом разрабатываются проекты приливных электростанций в заливе Фанди (Канада) и в устье реки Северн (Англия) мощностью соответственно в 4 и 10 млн 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 XXI веке экологически чистой и возобновляемой энергии морских приливов. Ее запасы могут обеспечить до 15 % современного энергопотребления.
Преимущества и недостатки.
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).
- 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.
- 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 энергетика
Приливная энергетика – использование энергии приливов и отливов для выработки электроэнергии. Приливная электростанция (ПЭС) — особый вид гидроэлектростанции, использующий энергию приливов. Приливные электростанции строят на берегах морей, где гравитационные силы Луны и Солнца дважды в сутки изменяют уровень воды. Для получения энергии залив или устье реки перекрывают плотиной, в которой установлены гидроагрегаты, которые могут работать как в режиме генератора, так и в режиме насоса (для перекачки воды в водохранилище для последующей работы в отсутствие приливов и отливов). В последнем случае они называются гидроаккумулирующими электростанциями. 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. Колебания уровня воды у берега могут достигать 18 метров.
Устройство приливной электростанции.
Классическая ПЭС состоит из плотины, отсекающей от моря залив, и здания с гидроагрегатами. Во время прилива вода перемещается в залив через гидроагрегаты ПЭС, в отлив — обратно, при этом происходит выработка электроэнергии. Для сглаживания суточной неравномерности выработки можно разделить залив дамбами на несколько бассейнов, но на практике такая схема не используется из-за высокой стоимости. В здании ПЭС обычно устанавливают горизонтальные капсульные гидроагрегаты относительно небольшой мощности, аналогичные гидроагрегатам, размещаемым на низконапорных ГЭС. В последнее время введено в опытную эксплуатацию несколько приливных электростанций бесплотинной конструкции. Такие ПЭС очень похожи на ветроустановки, погруженные в воду. Состоят они из металлической башни, к которой прикреплен ротор с лопастями.
Преимущества ПЭС
— использует возобновляемый источник энергии;
— устойчиво работает в энергосистемах с гарантированной постоянной месячной выработкой электроэнергии.
— не загрязняет атмосферу вредными выбросами;
— не приводит к затоплению земель в отличие от гидроэлектростанций, т.к. отсутствует необходимость создания водохранилищ;
-капитальные вложения для сооружения ПЭС не превышают затраты на строительство ГЭС благодаря апробированному в России наплавному способу
-относительно дешевая стоимость производимой электроэнергии.
Недостатки ПЭС
—дороговизна строительства
-можно строить только на берегах морей, океанов
-неравномерность вырабатывания электроэнергии
Экологическая безопасность
Плотины ПЭС биологически проницаемы, что позволяет рыбе беспрепятственно проходить через ПЭС. Ущерб, наносимый ПЭС окружающей среде значительно ниже чем ГЭС. Исследования Полярного института рыбного хозяйства и океанологии подтверждают, что в районе опытно-промышленной Кислогубской ПЭС не было обнаружено погибшей или поврежденной рыбы. К тому же при эксплуатации ПЭС гибнет около 5-10 % планктона — основной кормовой базы рыб, в то время как при работе 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. К тому же в бассейне исчезают торосы и предпосылки к их образованию, не наблюдается нажимного действия льда на сооружение.
Размыв дна и движение наносов при строительстве ПЭС полностью стабилизируются в течение первых двух лет эксплуатации. Наплавной способ строительства дает возможность не возводить в створах ПЭС временные строительные базы и не сооружать перемычки, что способствует сохранению окружающей среды в районе ПЭС.
При эксплуатации ПЭС исключен выброс вредных газов, золы, радиоактивных и тепловых отходов. ПЭС не угрожает здоровью человека, а изменения в районе ее эксплуатации имеют минимальный локальный характер.
Приливная энергетика в мире.
Всего в мире существует не более 10 приливных электростанций. Самая крупная из них – французская Ля Ранс, ее установленная мощность составляет 240 МВт. ПЭС находится в устье реки Ранс в области Бретань и сооружена в 1966 году. Перепад высот прилива и отлива там составляет от 12 до 18 метров. На ней работают 24 турбины. На сегодняшний момент наблюдается повышенный интерес к потенциальным возможностям ПЭС. Так, норвежские компании проводят испытания новых революционных подводных (до 20 метров под водой) технологий строительства ПЭС, позволяющих использовать различный уровень перепада высот приливов и отливов (от 3-х до 20 метров), свойственных для водного ландшафта прибрежной Норвегии. В 2003 году компанией Hammerfest Strøm был введен в действие проект в Хаммерфесте. Построенная ПЭС представляет собой систему придонных мельниц и снабжает электричеством 15-20 домов в ближайших прибрежных районах. В планах компании расширить объем производства и поставлять электричество для всего города Хаммерфест.
Другая норвежская фирма Statkraft проводит испытание концепта, основанного на плавающей подводной якорной металлической конструкции. Четыре турбины которой с диаметром роторов в 22 метра проводятся в действие силой прилива. На испытательный срок в два года она будет помещена в близи побережья Квалсюндет. Конструкция имеет ряд положительных черт: легка в обслуживании, при необходимости может легко транспортироваться к береговым терминалам
Приливная электростанция Shihwa частично начала функционировать в начале августа 2011 – тогда были запущены шесть из десяти ее генераторов. Остальные генераторы, как ожидается, начнут работать в декабре этого года. После полного запуска в эксплуатацию мощность сеульской электростанции составит 254 МВт. Электроэнергии, которую она будет вырабатывать, будет достаточно для обеспечения города с населением в 500 тыс. человек.
Приливная энергетика в России.
В 1968 г. на побережье Баренцева моря в Кислой губе сооружена первая в России опытно-промышленная ПЭС с мощностью 1,7МВт.
Перспективы развития приливной энергетики.
Общий потенциал приливной энергии мирового океана оценивается в 800 ГВт. Такое количество энергии может обеспечить до 15% мирового энергопотребления.В России есть большие возможности для строительства приливных станций. В Европейской части и на Дальнем Востоке нашей страны от энергии прилива может быть получено более 120 ГВт мощности.
В России разработаны следующие проекты ПЭС: Тугурская ПЭС мощностью 8 ГВт и Пенжинская ПЭС мощностью 22 ГВт на Охотском море. Эти станции смогут обеспечивать электроэнергией Дальневосточный регион России. На Белом море проектируется Мезенская ПЭС мощностью 8 ГВт. Она будет обеспечивать электроэнергией потребителей Европейской части РФ.
Британская компания Neptune Renewable Energy (NREL) не так давно объявила о новой разработке генератора приливной энергии, получившей название Proteus. 150-тонный генератор стоимостью 1 миллион фунтов стерлингов называют настоящим прорывом в приливной энергетике.
Сконструированный с применением новейших технологий генератор имеет стальной корпус, турбину и плавучие камеры. Такая конструкция позволяет с одинаковой эффективностью функционировать и во время приливов, и во время отливов. Устройство представляет собой вертикальную турбину с поперечным течением, установленную внутри симметричного распылителя , который с большим коэффициентом полезности преобразовывает приливную энергию в электрическую. Устанавливать генератор лучше в устьях рек, где течение наиболее сильное. Для первой проверки системы Proteus было выбрано устье реки Хамбер, поскольку с учетом глубины и потока воды во время прилива, оно считается одним из лучших мест на Британских островах для производства энергии. Как ожидается, первый Neptune Proteus будет генерировать, по меньшей мере, 1 ГВт электроэнергии.
Prospects for development of tidal energy.
The total potential energy of tidal ocean is estimated at 800 GW. This amount of energy can provide 15% of world energy consumption.
There are great opportunities for the construction of the tidal stations in Russia. More than 120 GW of power may be obtained from the energy of the tide in the European and Far East of our country.
The following projects of tidal power station were developed in Russia: Tugursky TPS with a capacity 8 GW and Penzhinskaya TPS with a capacity 22 GW on the Sea of Okhotsk. This stations will provide electricity for the Far East region of Russia. Mesen TPS with a capacity 8 GW are projected on the White Sea. It will provide electricity to consumers of the European part of Russia.
The British company Neptune Renewable Energy (NREL) has recently announced a new development of tidal energy generator, which called Proteus. The generator is called a real breakthrough in tidal energy. It is worth 1 million pounds and weighs 150 tons.
Designed with the latest technology generator has a steel hull, turbine and floating chamber. Such construction allows to operate with equal efficiency at high tide and at low tide. The device is a vertical cross-flow turbine, installed in a symmetrical spray, which has high coefficient of utility converts tidal energy into electricity. It is better to set generator in the estuaries, where stream is strongest. Estuary of the Humber River were chosen for the first testing of Proteus system, because it is considered one of the best place in the British Isles for energy production with taking into account the depth and the flow of water at high tide. They expect that the first Neptune Proteus will generate at least 1 GW of electric power.
Приливные электростанции: особенности, плюсы и минусы
Приливные электростанции считаются особым источником электроэнергии, так для её получения здесь используются отливы и приливы. ПЭС возводятся на морских побережьях. В России их можно встретить в северных частях страны, где перепады уровня воды под действием Луны самые большие.
Описание и принцип работы
Приливная станция представляет собой комплекс инженерных сооружений, который позволяет преобразить энергию движения воды (кинетическую энергию) в электроэнергию.
ПЭС отличается своей цикличностью, которая обуславливается периодичностью приливов и отливов. Когда турбина находится в спокойном состоянии (это происходит после отлива сразу после начала прилива), кинетической энергии воды становится недостаточно. Длится это, как правило, не более 2-ух часов. Активный же период обычно длится до 4-х часов – в это время энергия воды и преобразуется в электроэнергию.
Основным элементом любой станции, который позволяет получить электричество, является генератор. Однако механизм, приводящий генератор в движение, у каждой электростанции разный. Здесь им является гидротурбина.
Производительность приливной электростанции зависит от следующих факторов:
- Характер и мощность приливов и отливов.
- Количество и объём резервных водоёмов.
- Количество и мощность турбин.
Раньше электростанции такого рода пользовались малой популярностью и считались ненадёжными, однако сегодня, с развитием новых технологий, они стали отличным источником электричества. Теперь они оснащаются большими современными турбинами, которые по своей конструкции напоминают ветряки. Только здесь лопасти приводятся в движение при помощи воды, а у ветряков – при помощи ветра.
Преимущества ПЭС
К преимуществам приливных электростанций относят следующие пункты:
- Приливы, которые используются для получения электроэнергии, являются возобновляемыми, надёжными и предсказуемыми источниками.
- Водоёмы, где большая разница между точками прилива и отлива, можно использовать для получения постоянного источника электричества.
- При работе ПЭС не выделяется углекислый газ, углекислота и окислы азота. Имеются лишь небольшие выбросы от работы турбин, однако, они незначительные.
- Приливные электростанции являются экзотикой для некоторых государств, что положительно влияет на развитие в них туризма.
- Приливная плотина, являющаяся основным элементом ПЭС, может использоваться в качестве автомобильной или железной дороги через залив.
- ПЭС имеют простоту в обслуживании. Используемые турбины обладают сроком службы от 30 лет.
- Турбины располагаются под водой на большой глубине. Это исключает возможность создания угрозы для морского транспорта.
- Не требуется участок земли для постройки электростанции.
- Водность года (количество воды, которое переносится рекой с бассейна) не влияет на количество получаемой энергии.
- Постоянное получение энергии, вне зависимости от погодных условий и сезона года.
- Приливная плотина дополнительно защищает берег и прилегающие к нему сооружения от шторма и волн.
Также стоит отметить экологичность приливных электростанций. К слову, в бассейне ГЭС погибает примерно 83-99% планктона. У ПЭС же этот показатель редко превышает 10%. Наплавной способ строительства таких электростанций позволяет избежать сооружения дополнительных перемычек и стройбаз, которые оказывают негативное влияние на окружающую среду.
Недостатки
Несмотря на большое количество преимуществ, приливные электростанции имеют и свои недостатки. Основными из них являются следующие:
- Строительство ПЭС требует больших затрат. Несмотря на это эксплуатация и содержание такой электростанции довольно недорогое.
- Лучшими местами для размещения турбин являются районы с приливно-отливным течением. Как правило, такие районы имеют ненадёжное изрезанное каменистое дно.
- Черепахи и другие водные обитатели могут запросто погибнуть, если попадут под работающую турбину. К тому же, слишком крупные особи способны вывести устройство из строя.
- Плотина становится причиной создания водного резервуара вне естественных границ залива, что делает близлежащие воды мутными.
- Неправильно возведённая приливная электростанция может стать причиной наводнения.
- Активный период имеет продолжительность всего в 4-5 часов. В течение дня может быть всего 4 цикла, каждый из которых занимает 1-1,5 часа.
- ПЭС очень медленно окупается, так как работает не очень эффективно.
- Приливная электростанция занимает часть берега, которая могла бы использоваться для более выгодного туристического бизнеса. Именно поэтому такие электростанции чаще всего возводятся в северных регионах.
Самым главным недостатком всё же является нерегулярность работы приливных электростанций. Несмотря на то что приливы и отливы являются предсказуемыми явлениями, происходят они относительно редко.
Причины малой распространённости приливных электростанций
Для начала стоит сказать, что мировой океан имеет огромный потенциал, энергии которого бы хватило на обеспечение почти 20% мирового энергопотребления.
Причинами, по которым приливные электростанции мало распространены, являются следующие:
- При строительстве ПЭС приходится изменять прибрежные территории, заменяя их резервуарным бассейном и охранными сооружениями.
- Такие электростанции имеют большую стоимость возведения и малую продуктивность, что объясняет долгий срок окупаемости таких сооружений.
Однако вышеперечисленные пункты постепенно начинают утрачивать свою актуальность. Дело в том, что современные ПЭС оснащаются лопастно-редукторными агрегатами, которые не требуют возведения резервуарного бассейна, что уменьшает стоимость постройки станции и срок её окупаемости. А благодаря тому, что сегодня активно разрабатываются и используются новые, более мощные генераторы, ПЭС позволяет получить довольно значимое количество электроэнергии.
Преимущества и недостатки ПЭС
Приливные электростанции по сравнению с другими источниками энергии обладают как преимуществами, так и недостатками.
К числу преимущест в можно отнести следующие:
1. Энергетические:
– неизменная выработка энергии в месячном (сезонном и многолетнем) периодах за весь срок эксплуатации;
– устойчивая работа в энергосистемах как в базовом режиме, так и в пике графика нагрузок;
– нет зависимости от уровня выпадаемых в году осадков;
– стоимость энергии самая низкая по сравнению со всеми другими типами электростанций, что доказано 33-летней эксплуатацией промышленной ПЭС «Ранс» в центре Европы в энергосистеме Electricite de France. Так, по данным Electricite de France за 2005 год стоимость 1 кВт*ч электроэнергии (в сантимах) составляла: ПЭС – 18,5; ГЭС – 22,61; ТЭС – 34,2 и АЭС – 26,15. По российским данным, полученным в тот же период, стоимость одного кВт*ч Тугурской ПЭС (Охотское море) составила 2,4 коп., в то время как у проектируемой Амгуенской АЭС (Чукотка) она равнялась 8,7 коп.
2. Экологические:
– отсутствует выброс вредных газов, в том числе и создающих парниковый эффект в атмосфере, а также золы, радиоактивных и тепловых отходов;
– отсутствуют проблемы, связанные с добычей, транспортированием, переработкой, сжиганием и складированием топлива, отрицательно влияющие на окружающую среду;
– натуральные испытания на Кислогубской ПЭС не обнаружили погибшей рыбы или её повреждений;
– на ПЭС гибнет всего 5 – 10 % планктона (на ГЭС 83 – 99 %), являющегося основной кормовой базой рыбного стада;
– снижение солености воды в бассейне ПЭС, определяющее экологическое состояние морской фауны, составляет 0,05 – 0,07 %, т.е. практически неощутимо;
– ледовый режим в бассейне ПЭС смягчается, исчезают торосы и предпосылки к их образованию, отсутствует силовое воздействие льда на сооружение;
– размыв дна и движение наносов полностью останавливаются в течение первых двух лет эксплуатации;
– прогрессивный наплавной способ строительства даёт возможность не возводить в створах ПЭС временные крупные строительные базы и сооружать перемычки, что способствует сохранению окружающей среды в районе ПЭС;
– климатические условия на примыкающих к ПЭС территориях, как правило, улучшаются;
– побережье защищается от отрицательных воздействий штормов.
3. Социальные:
– нет опасности затопления земель и волны прорыва в нижний бьеф (в отличие от ГЭС);
– влияние на ПЭС катастрофических природных и социальных явлений (землетрясения, наводнения, военные действия, терроризм) не угрожают населению в примыкающих к ПЭС районах;
– улучшение транспортной системы района, включая возможность строительства дороги на дамбе;
– возможности расширения туризма.
Наряду с перечисленными преимуществами ПЭС имеют и ряд недостатков, в том числе:
– несовпадение основных периодов возникновения приливов (12 ч 25 мин и 24 ч 50 мин) с привычным для человека периодом солнечных суток (24 ч); в связи с чем возникает сдвиг по фазе между оптимальными генерацией и потреблением энергии;
– изменение высоты прилива с периодом две недели, что приводит к колебаниям мощности ПЭС;
– большие расходы воды при относительно низких напорах приводят к необходимости использования большого количества турбин, работающих при относительно низком КПД.
Оптимальные режимы работы ПЭС зависят от условий её использования.
Если станция предназначена для удовлетворения местных потребностей, то необходимы вспомогательные источники энергии, используемые при уменьшении мощности ПЭС.
Если станция является относительно небольшим элементом, питающим энергией внешнюю электросеть, то заранее известные вариации мощности ПЭС могут быть согласованы с этой сетью.
Наконец, могут быть варианты, когда выработка энергии на ПЭС не связана с временем суток (зарядка аккумуляторов, получение водорода и т. п.).
Экономически наиболее выгодными являются крупномасштабные ПЭС (мощность порядка 1000 МВт), однако для снабжения энергией удаленных районов может оказаться оправданным и создание более мелких станций.
Понравилась статья? Добавь ее в закладку (CTRL+D) и не забудь поделиться с друзьями: