Приливные Электростанции
Санкт-Петербургский Технический Университет |
На тему : Приливные Электростанции
Петров
Артем Романович Лебедев
Дмитрий Владимирович |
Оглавление
Введение 2
Приливные электростанции. Устройство 2
Действующие приливные электростанции 4
Экспериментальная Кислогубская ПЭС им. Л. Берштейна 5
Sihwa Lake Tidal Power Station (Сихвинская ПЭС), Южная Корея. 6
Перспективы развития приливной энергетики в России 8
Проекты приливных электростанций России 9
Приливные электростанции и экология 14
Заключение. 15
Термины, использованные в реферате 16
Список использованной литературы 16
Введение
Развитие мировой энергетики
в XXI веке предполагает активное использование
возобновляемых источников и экологически
безопасных видов энергии, в числе
которых рассматривается и
Теоретический энергетический потенциал прилива оценивается различными авторами в 2500—4000 ГВт, что сопоставимо с технически возможным речным энергетическим потенциалом (4000 ГВт). Реализация приливной энергии в настоящее время намечается в 139 створах побережья Мирового океана с ожидаемой выработкой 2037 ТВт-ч/год, что составляет около 12% современного энергопотребления мира.
Приливные электростанции. Устройство
ПЭС генерирует в электроэнергию энергию морских волн, используя перепад уровней «полной» и «малой» воды во время прилива и отлива.
Перекрыв плотиной, залив или устье впадающей с море (океан) реки (образовав водоём, называют бассейном ПЭС), можно при достаточно высокой амплитуде прилива (свыше 4 м) создать напор, достаточный для вращения гидротурбин и соединённых с ними гидрогенераторов, размещенных в теле плотины. В плотине канал, по которому поступает вода, равномерно сужается с двух сторон по мере продвижения к турбине с целью создания большего напора воды.
Бассейн ПЭС.
При одном бассейне и правильном полусуточном цикле приливов ПЭС может вырабатывать электроэнергию непрерывно в течение 4—5 ч с перерывами соответственно 2—1 ч четырежды за сутки.
Для устранения
Гидроагрегаты.
Сердце приливной
бульбовый гидроагрегат, - состоит из осевой поворотно-лопастной турбины и сочленённого с ней гидрогенератора, заключённого в капсулу (буль-бу)
Капсульные гидроагрегаты могут быть использованы с относительно высоким кпд в генераторном (прямом и обратном) и насосном (прямом и обратном) режимах. 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 таким образом 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. Таким образом, ПЭС может использоваться в энергосистеме как пиковая электростанция.
Ортогональный Гидроагрегат
Главным недостатком конструкции бульбового гидроагрегата в том, что его производство очень дорого стоит, и затрачивается на его изготовление несколько лет, причем в мире есть только 20 турбинных заводов способных его сделать. И настоящим прорывом в гидроэнергетике является изобретение русских ученых Низконапорной Ортогональной Турбины. (патент RU 2391554 C1. Авторы Историк Борис Львович, Шполянский Юлий Борисович)
Отличие от бульбовой:
- Вертикальная ориентация турбины (поток поперечно-струйный)
- Масса (а, следовательно, и стоимость) ортогональных машин в 2- раза меньше идентичных по диаметру рабочих колёс осевых машин.
- По сравнению с осевыми машинами ортогональные в холостом режиме обладают в 2 раза большей пропускной способностью, что позволяет значительно сократить водосливной фронт гидроузла.
- ортогональный гидроагрегат может быть изготовлен не на специализированных турбиностроительных заводах, а большими сериями на любом механическом заводе или в мастерских.
- применение ортогональных машин ведёт к сокращению (на 30%) объёма здания ПЭС.
КПД ортогональных машин (0,75) пока меньше КПД осевых. Однако, за счёт указанных выше преимуществ, затраты на оборудование ПЭС (при равнозначных мощностях и выработке) при применении ортогональных машин снижаются на 50%, а общие капзатраты на ПЭС — на 18%.
В настоящее время, в эксплуатации находится несколько ортогональных гидроагрегатов: на ПЭС Сенеж (диаметр рабочего колеса 0,25 и 0,86 м), на Кислогубской ПЭС (2,5м) и на малой Мзенеской ПЭС (5,0 м).
Действующие приливные электростанции
На сегодняшний день только 4 ПЭС в мире регулярно вырабатывают электроэнергию. Это ПЭС «ЛА-РАНС» в эстуарии р. Ранс (Франция, Северная Бретань), южнокорейская — ПЭС Сихва (мощность 254 МВт.), канадская — ПЭС Аннаполис и российская Кислогубская ПЭС
ПЭС «ЛА-РАНС»
В 1966 г. во Франции на реке Ранс построена первая в мире приливная электростанция.
Основные характеристики |
|
Годовая выработка электричества, млн кВт·ч |
600 |
Электрическая мощность |
240 |
Характеристики оборудования: |
|
Тип турбин |
Поворотно-лопастные |
Кол-во турбин |
24 |
Мощность гидроагрегатов, МВт |
10 |
Сооружения: |
|
Тип плотины |
Бетонная водосбросная |
Длинна |
800 м. |
Система использует двадцать четыре 10-мегаваттных турбины, обладает проектной мощностью 240 МВт и ежегодно производит около 60 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. Себестоимость одного кВт·ч ПЭС «Ля Ранс» приблизительно в 1,5 раза ниже обычной стоимости кВт·ч, произведенного на АЭС Франции. Годовые издержки эксплуатации ниже, чем на гидроэлектростанциях, и составляют 4% капитальных вложений.
ПЭС Анаполис
Построена в 1985 году. В Канаде. Мощность – 20 МВт.
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.
Экспериментальная Кислогубская ПЭС им. Л. Берштейна
Кислогубская ПЭС | |
Основные Характеристики | |
Мощность |
1,5 МВт |
Характеристики Оборудования | |
Тип турбин |
Ортогональные |
Количество и марка турбин |
2x ОГА (СЕВМАШ) |
Количество и марка генераторов |
2x Русэлпром |
Мощность генераторов, МВт |
1×0,2; 1×1,5 |
КПД |
72% |
Основные сооружения | |
Шлюз |
Нет |
Распределительное устройство (ОРУ) |
35 Кв |
Прочая информация | |
Странна |
Россия |
Река |
Кислая Губа |
Собственник |
РусГидро |
Годы ввода агрегатов |
1968-2006 |
Общие сведения
Кислогубская ПЭС – первая сооруженная в России приливная электростанция. Построена в 1968 году.
Станция установлена в узкой части губы Кислая, высота приливов в которой достигает максимум 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 (диаметр рабочего колеса 2,5 м, находится в старом здании) и один ОГА-5,0 м мощностью 1,5 МВт (диаметр рабочего колеса 5 м, находится в новом здании). Гидротурбины изготовлены ФГУП «ПО Севмаш», генераторы — ООО «Русэлпром». Были установлены в 2006 году, заменив капсульные гидроагрегаты.
Кислогубская ПЭС принадлежит ОАО «РусГидро» в лице его 100 % дочернего общества — ОАО «Малая Мезенская ПЭС».
Устройство
Все генерирующее, гидромеханическое и вспомогательное оборудование смонтировано в прямоугольном железобетонном блоке, изготовленном на судостроительном заводе. Блок был отбуксирован по морю к створу ПЭС и установлен на морское дно. Слева и справа от блока из камня отсыпали небольшие плотины – и губа Кислая была перекрыта. В прилив вода поднимается, проходит в верхний бассейн и крутит турбину; в отлив вода идет назад и опять-таки работает в турбине.
При разнице большой и малой воды в 1 м. создается напор необходимый для вращения турбин.
В настоящее время станция состоит из двух частей – новой и старой. Старая часть образует напорный фронт, на ней расположен кран, поднимающий затворы, а также пульт управления всей станцией.
В новом здании ортогональная
турбина установлена
Мощность зависит от напора и расхода воды и от частоты вращения агрегата. Расход воды регулируется генераторами частоты. На схеме выдачи мощности генератор разгружают, регулируя частоту.
Турбина расположена вертикально, а генератор – горизонтально, для изменения плоскости вращения используется редуктор, значительно увеличивающий скорость вращения генератора.
КПД станции 72% (отношение
мощности с генератора к
Sihwa Lake Tidal Power Station (Сихвинская ПЭС), Южная Корея.
Основные характеристики |
|
Годовая выработка, ГВт*ч |
550 |
Электрическая мощность, МВт |
254 |
Характеристики оборудования |
|
Тип турбин |
Поворотно-лопастная |
Количество тубин |
10x |
Общие сведения
Сихвинская ПЭС — крупнейшая в мире на настоящий момент Приливная электростанция, расположенная в искусственном заливе Сихва-Хо на северо-западном побережье Южной Кореи. Электростанция обладает установленной мощностью 254 МВт и была запущена в августе 2011 года.
Технические данные
Водохранилище/-Дамба
- Длина дамбы: 12,7 км
- Объём водохранилища 324 миллионов. м³
- Площадь поверхности водохранилища: 56,5 км²
- Пропускные сооружения: 8 заслонок, 15,3 м × 12 м (открываются при отливе)
- Расход морской воды: приблизительно 160 миллионов м³/день (соответствует приблизительно 50 % объёмов водохранилища)
- Высота прилива: 7,5 м
Электростанция
- Годовая выработка 550 ГВт-ч (ориентировочно соответствует потребности города в полмиллиона человек)
- Высота падения воды: 5,82 м
- Количество турбин: 10 штук
- Количество лопастей на турбине: 3 лопасти
- Мощность 25,4 МВт х 10 турбин = 254 МВт
- Емкость 482 м ³ / с на турбину
- Диаметр рабочего колеса: 7,5 м
- Скорость вращения: 64,3 оборота в минуту
Генераторы:
- Напряжение 10,2 кВ
- Мощность: 26,76 МВА
- Частота: 60 Гц
На сегодняшний день это самая мощная приливная электростанция, но поскольку данная отрасль энергетики, можно сказать, начинает своё развитие, то следует ожидать от других стран больших мощностей, в особенности следует обратить внимание на Россию.
Перспективы развития приливной энергетики в России
Энергопотенциал
В России в результате 70-летних изысканий, определена целесообразность строительства в XXI веке семи ПЭС в створах Баренцева, Белого и Охотского морей
ПЭС |
Море, макс. прилив, м |
Стадия, год |
Мощность, ГВТ |
Кислогубская |
Баренцево, 3,95 |
Работает с 1968 |
0,04 |
Северная |
Баренцево, 3,87 |
ТЭД, 2006 |
12,0 |
Мезенская |
Белое, 10,3 |
Материалы к ТЭД, 2006 |
8,0 |
Пенжинская (южный створ) |
Охотское, 11,0 |
Проектные материалы, 1972— 1996 |
87,9 |
Пенжинская (северный створ) |
Охотское, 13,4 |
Проектные материалы, 1983— 1996 |
21,4 |
Тугурская |
Охотское, 9,0 |
ТЭО, 1996 |
6,8—7,98 |
Малая Мезенская |
Баренцево |
Работает с 2007 г. |
0,15 |
Если сопоставить возможный
энергопотенциал ПЭС с
Технологии
Оценка эксплуатируемых ПЭС и современных проектах ПЭС показывает, что в техническом аспекте проблема их строительства практически полностью решена. Так, в России по проектам института «Гидропроект» при сооружении ПЭС, ЛЭП и морских гидротехнических комплексов успешно апробирован наплавной способ строительства (без перемычек), ускоряющий в 1,5—2 раза сроки возведения объектов и удешевляющий их стоимость на 33—42% .
Особое значение имеет
опыт наплавного способа
Большим прорывом являются упомянутые выше ортогональные гидроагрегаты.
Исключительное значение для долговечности ПЭС имеют разработанные в России технологии создания практически водонепроницаемых (W>14) и особо высокой морозостойкости (F>1000) бетонов. За 40 лет службы в зоне прилива в здании Кислогубской ПЭС в Заполярье в тонкостенной (15 см) конструкции эти бетоны не имеют разрушений, а их прочность повсеместно выше 70 МПа (при проектной 40 МПа).
Также уникальное значение имеет 40-летний опыт полной защиты арматуры и оборудования Кислогубской ПЭС от электрохимической коррозии с помощью катодной системы
Уникальна и апробированная в течение 30 лет на Кислогубской ПЭС электролизная установка, полностью обеспечившая защиту турбинных водоводов ПЭС от биологического обрастания. В то же время на ПЭС Ранс каждый из 24 агрегатов раз в два года выводится из эксплуатации для очистки поверхностей отсасывающей трубы от обрастателей.
Проекты приливных электростанций России
Тугурская ПЭС
Местоположение электростанции (Тугурская ПЭС): Россия, Тугурский залив в южной части Охотского моря, район города Николаевска-на-Амуре, 600 км до Хабаровска, 940 км до Японии.
Природные условия:
• средняя величина прилива на входе в залив - 4,74 м;
• залив защищен грядой Шантарских островов от сильных ветров и тяжелых льдов Охотского моря;
• площадь бассейна (при расположении ПЭС на входе в залив) - 1800 м, ширина залив на входе - 37 км (что позволяет разместить там около 1000 гидроагрегатов мощностью по 7-9 МВт).
Цели проекта:
• сокращение добычи, транспортировки и сжигания топлива для тепловых электростанций на 7 млн.т условного заменяемого топлива;
• уменьшение загрязнения атмосферы Дальнего Востока на 17 млн.т выбросов в год;
• обеспечение дешёвой и возобновляемой энергией морских приливов потребителей всего региона, в том числе Южной Кореи, Японии и Китая.
Технические показатели: установленная мощность ПЭС - 7980 МВт, годовая выработка электроэнергии - 20 млрд. кВт.
Планируемый срок строительства
Тугурской ПЭС - 11 лет, ввод первых агрегатов
- на 7 году. Строительство будет
Удельные капитальные вложения на ПЭС (даже без учёта экологического эффекта) - 1055 долл. США в ценах 1999 г. на 1 кВт установленной мощности (в этом же районе для новой Средне-Угурской ГЭС этот показатель планируется на уровне 1185 долл. США).
Стоимость энергии на Тугурской
ПЭС - меньше, чем на ГЭС, ТЭС и
АЭС (доказано за 30 лет эксплуатации
первой промышленной ПЭС Ранс во Франции).
Срок окупаемости капитальных
Мезенская приливная станция
Мезенская ПЭС проектируется
на побережье Белого моря в Мезенском
заливе, где сосредоточены основные
запасы приливной энергии Европейской
части России и величина прилива
достигает 10,3 м. Было рассмотрено 8 вариантов
расположения ПЭС. За базисный был принят
наиболее выдвинутый в море створ, позволяющий
разместить здание ПЭС и водосливную
плотину на естественных глубинах.
Площадь отсекаемого будущей
плотиной бассейна - 2640 кв. км. Возможная
мощность ПЭС была определена в 19,7 млн.
кВт с выработкой 49,1 млрд. кВт-ч
электроэнергии. Расчеты энергоэкономической
эффективности ПЭС в первой четверти
нового века определили ее мощность в
11,4 млн. кВт с выработкой 38,9 млрд.
кВт-ч при 3400 часах годового использования.
Энергию планируется
Сооружения
Здание ПЭС запроектировано в виде 150 наплавных блоков тонкостенной ячеистой конструкции. Водопропускная плотина выполняется из 172 наплавных блоков с 4-мя донными водоводами в каждом. Левобережная и правобережная плотины общей протяженностью 53,2 км, на глубине до 10 метров, выполняются с креплением откосов наплавными железобетонными плитами. В плотине также размещаются шлюз для судов и рыбопропускные сооружения. Обоснование надежности и прочности наплавных блоков ПЭС, работающих под воздействием сочетания нагрузок, было произведено на основе расчетов их напряженно-деформированного состояния, с учетом 30-летнего опыта эксплуатации наплавного здания Кислогубской ПЭС и опыта создания защитной дамбы Санкт-Петербурга.
Мезенская ПЭС будет построена
с помощью наплавной технологии
строительства без перемычек. Общий
срок строительства ПЭС
Представляют интерес
и разработанные в НИИЭС новые
эффективные технологии: применение
для железобетонных конструкций
армоопалубочных панелей, а также
апробированный на Кислогубской ПЭС
раздельный способ сезонного бетонирования,
исключающий укладку бетона в
доке в зимний период. Унифицированные
ребристые армоопалубочные
Защита ото льда
Ледовая обстановка Мезенского залива исключительно тяжелая. Зимой со стороны моря лед у плотины ПЭС может тороситься до величины 7 м, а наледи на вертикальные бетонные стенки в зоне прилива - достигать толщины 2,5 м. Многолетние исследования Мезенского залива и моделирование ледового режима ПЭС в лаборатории ледотермики ВНИИГ позволили разработать систему защиты от воздействия льда: раздельное размещение турбинных и водосливных отверстий, применение ледостойкого бетона, выполнение вертикальных напорных граней толщиной не менее 4 метров и применение на них антиобледенительных покрытий, удаление входа в турбинные водоводы от напорной грани и др.
Гидроагрегаты
При выборе для Мезенской
ПЭС гидроагрегата были рассмотрены
все существующие в настоящее
время для ПЭС прямоточные
агрегаты: капсульные гидроагрегаты
фирмы «Нейрпик» двустороннего
действия, работающие на ПЭС Ранс во
Франции и на Кислогубской ПЭС; гидроагрегат
«Страфло» одностороннего действия,
находящийся в опытной
Экологическая безопасность
Энергия Мезенской ПЭС
является возобновляемой и экологически
безопасной. Воздействие ПЭС на окружающую
среду имеет сугубо локальный, а
не глобальный характер, и несопоставимо
с экологическими последствиями
от воздействия тепловых, атомных
и гидравлических станций. Сооружение
ПЭС приведет к сокращению величины
естественного водообмена с заливом
(до 50 %) и изменению гидродинамических
характеристик приливных и
Эксплуатация Мезенской ПЭС в энергосистеме Европы
Из проведенного институтом Энергосетьпроект анализа следует, что при проектном обосновании установленной мощности вновь вводимых в энергосистеме Европейской части России пиковых энергоустановок (ГЭС, ГАЭС, ГТУ), необходимо учитывать возможность сооружения Мезенской ПЭС. Электроэнергия станции может обеспечить до 6,5 % современного энергопотребления Европейской части России. Общая мощность энергопередачи постоянного тока из России в Западную Европу планируется в 9 млн. кВт, из которых 4 млн. кВт может дать Мезенская ПЭС. Результаты исследований показали, что не существует технических препятствий по использованию прерывистой генерации Мезенской ПЭС в объединенной энергосистеме Европы. Управление рабочей мощностью ПЭС в соответствии с требованиями энергосистемы позволяет обеспечить эквивалентную в режимном отношении работу энергосистемы с ПЭС и без ПЭС.
Стоимость ПЭС
При использовании энергии
Мезенской ПЭС в энергосистеме
России и ОЭС «Восток-Запад» оказывается
целесообразным (расчет на уровень 2015
г.) использовать на станции мощность
11,4 млн. кВт. Капитальные затраты
на сооружение ПЭС при постановке
новых ортогональных
Пенжинская ПЭС
Пенжинская приливная
электростанция — проектируемая
приливная электростанция в Пенжинской
губе, располагающейся в северо-

- Приливные электростанции (2)
- Приливы и отливы
- Приложение Microsoft Access
- Приложение определенного интеграла в экономике
- Приложение определенного интеграла в экономике
- Приложение рядов
- Приложения Microsoft Office
- Приключенческий туризм
- Прикордонне співробітництво в Україні
- Прилади для механізації кухонних робіт
- Прилежащая зона
- Приливные электростанции
- Приливные электростанции
- Приливные электростанции