Приливные станции страны лидеры

Описание крупнейших приливных электростанций в мире

Введение

Уровень моря поднимается и опускается, каждые сутки прилив неизменно подступает и также неизменно уходит назад. Трудно вообразить более предсказуемый источник энергии. И, тем не менее, первые демонстрационные проекты приливных электростанций получили признание отнюдь не сразу. Первые конструкции часто выходили из строя после некоторого времени эксплуатации. Лопасти и ступицы не выдерживали постоянного напора воды.

Также существует мнение, что работа приливных электростанций тормозит вращение Земли, что может привести к негативным экологическим последствиям. Однако ввиду колоссальной массы Земли кинетическая энергия ее вращения (

1029 Дж) настолько велика, что работа приливных станций суммарной мощностью 1000 ГВт будет увеличивать длительность суток лишь на

10−14 секунды в год, что на 9 порядков меньше естественного приливного торможения (

В данном реферате будет рассмотрен принцип действия Приливной электростанции (ПЭС) и описаны некоторые действующие или проектируемые ПЭС.

Определение и принцип работы

Приливная 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 18 метров.

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 гидроаккумулирующая электростанция.

Принцип работы приливной электростанции сходен с работой ветрогенератора, только вместо ветра движителем турбин является подводное течение. Особенность таких установок — высокая предсказуемость режима работы, ведь в отличие от капризного ветра приливы и отливы постоянны. Это очень важно для интеграции в местные сети, испытывающие значительные суточные перепады уровня энергопотребления.

Преимуществами ПЭС являются экологичность и низкая себестоимость производства энергии. Недостатками — высокая стоимость строительства и изменяющаяся в течение суток мощность, из-за чего ПЭС может работать только в составе энергосистемы, располагающей достаточной мощностью электростанций других типов.

Описание крупнейших приливных электростанций в мире

2.1. Приливная электростанция «Ля Ранс»

ПЭС «Ля Ранс» — крупнейшая по выработке приливная электростанция в устье реки Ранс, рядом с г.Сен-Мало в области Бретань Франции.

ПЭС «Ля Ранс» долгое время удерживала мировое лидерство и по мощности, но в августе 2011 уступила южнокорейской Сихвинской ПЭС.

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 с1963 по 1966 годы. По окончании общая сумма затрат составила 620 млн. ₣ или около 150 млн. долл.

Установленная мощность — 240 МВт. Использует 24 турбины, находящиеся в работе в среднем 2 200 часов в год. Объём производства составляет около 600 млн. кВт⋅ч. Себестоимость одного кВт⋅ч ПЭС «Ля Ранс» приблизительно в 1,5 раза ниже обычной стоимости кВт·ч, произведенного на АЭС Франции.

ПЭС «Ля Ранс», имеет протяжённую плотину, её длина составляет 800 м. Плотина также служит мостом, по которому проходит высокоскоростная трасса, соединяющая города Св. Мало и Динард.

Электростанция входит в энергосистему Électricité de France.

Электростанция является одним из туристических центров, которая привлекает до 200000 посетителей в год.

Рис.1 Расположение ПЭС «Ля Ранс» на карте

2.2 Кислогубская приливная электростанция

В СССР (России) c 1968 года действует экспериментальная Кислогубская ПЭС в Кислой губе на побережье Баренцева моря. На 2009 год её мощность составляла 1,7 МВт.

Кислогубская ПЭС — экспериментальная приливная электростанция, расположенная в губе Кислая Баренцева моря, вблизи поселка Ура-Губа Мурманской области. Первая и единственная приливная электростанция России. Состоит на государственном учёте как памятник науки и техники.

Рис. 2 Расположение Кислогубской ПЭС на карте

Мощность станции — 1,7 МВт (первоначально 0,4 МВт).

Станция установлена в узкой части губы Кислая, 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 (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» [1]

Кислогубская ПЭС принадлежит ОАО «РусГидро» в лице его 100% дочернего общества — ОАО «Малая Мезенская ПЭС».

Источник

Приливные электростанции (ПЭС)

В условиях постоянного роста энергопотребления изыскиваются все новые способы получения электричества. Все они относятся к альтернативным источникам и в своей работе используют силы природы – солнце, ветер, подземное тепло и другие. В этом же ряду стоят и приливные электростанции, строительство которых успешно ведется в наиболее удобных прибрежных зонах. ПЭС имеют свои достоинства и недостатки, но тем не менее способны обеспечить электроэнергией целые районы. Данное направление считается достаточно перспективным, поэтому многие страны выделяют значительные средства на проведение исследований в этой области.

Как работает приливная электростанция

Принцип работы приливных электростанций заключается в разнице уровней воды во время приливов и отливов. Для того чтобы система заработала, она должна составлять как минимум 4 метра. В некоторых местах этот показатель достигает 16-18 метров. Чем выше будет перепад высот, тем более высокую мощность сможет развить электростанция.

Выбор места под строительство в первую очередь обусловлен береговым рельефом, представляющим собой своеобразный бассейн в виде закрытой акватории, расположенной в границах суши. Поэтому энергетические объекты чаще всего размещаются в устьях рек или морских заливах.

Выбранный участок акватории отделяется от моря путем возведения плотины. Ее конструкция предусматривает специальные ниши с установленными в них гидротурбинами и генераторами. Все оборудование заключено в капсулу обтекаемой формы. По своей функциональности – это устройства двойного действия. Когда через них проходят водные потоки, они производят электроэнергию. В случае необходимости они переключаются и становятся насосами, перекачивающими воду в «бассейн». Таким образом, создаются водные запасы на период времени между приливом и отливом, и выработка электроэнергии не прекращается.

Режимы действия приливных электростанций:

• Простой цикл, продолжительностью от 1 до 2 часов – от начала и до конца прилива.
• Сложный цикл, продолжающийся 4-5 часов и захватывающий полное время прилива и отлива.

Каждый из этих циклов повторяется четыре раза в течение суток. Во время приливов водохранилище станции наполняется водой. Водяные потоки проходят через узкие ниши плотины и создают высокое давление. Под его влиянием лопасти турбинных агрегатов начинают вращаться и генераторы вырабатывают электрический ток. С началом отлива вода покидает бассейн и вновь проходит через плотину, приводя в движение лопасти турбин.

При одинаковом уровне воды в хранилище и открытом море, происходит закрытие впускных клапанов. Когда возникает хотя-бы минимальный перепад, срабатывает автоматика и они открываются.

Мощность приливной электростанции от силы и цикличности приливов, количества и объемов водохранилищ, а также от численности турбин и генераторов, установленных в плотине. Недорогим и перспективным вариантом считается «приливная мельница», не требующая возведения плотины. Вместо турбин здесь используются лопасти огромных размеров – от 10 до 20 метров, опущенные в воду и вращаемые силой приливов-отливов.

Виды приливных электростанций

Одна из разновидностей установок представлена генераторами приливного потока (рис. 1). Каждый из них выполнен в виде отдельной установки, извлекающей кинетическую энергию воды во время прилива. Иногда они монтируются на опоры мостов, и в этом случае уже не требуется отдельных установочных конструкций, а водные ресурсы используются более рационально. Такие устройства устанавливаются в проливах и других наиболее удобных местах. Выпускаются в вертикальном или горизонтальном исполнении, открытого типа или с обтекателями.

Динамические приливные электростанции ПЭС (рис. 2) одновременно используют в своей работе кинетическую и потенциальную энергию проходящих волн. Однако данный проект требует возведения плотины прямо в открытом море, а ее средняя протяженность должна быть в пределах 35-55 км. Движение воды будет осуществляться в одном направлении через многочисленные турбины низкого давления.

Существуют также приливно-отливные электростанции (рис. 3), использующие в своей работе потенциальную энергию, образованную разной высотой водного потока во время прилива и отлива. Основным элементом конструкции служит плотина, удерживающая массу воды, поступающей в прилив. В дальнейшем, с наступлением отлива, поток возвращается обратно в море, и эта энергия обеспечивает вращение турбин и выработку генераторами электрического тока.

В определенных условиях строятся приливные электростанции по типу лагуны (рис. 4). Они сооружаются в виде круговых плотин с установленными в них турбинами. Получается замкнутый водоем, напоминающий предыдущий вариант. Основным отличием является полностью искусственное происхождение объекта.

Плюсы и минусы приливных установок

Несомненные достоинства этих электростанций дали серьезный толчок к их дальнейшему развитию и совершенствованию. Практически все приливные электростанции отличаются следующими положительными качествами:

• Экологическая чистота, отсутствие каких-либо вредных выбросов.
• Достаточно продолжительный срок эксплуатации.
• Возможность предварительных расчетов по количеству выработанной электроэнергии, независимость объема используемой воды от времени года.
• Более мягкий ледовый режим, отсутствие торосов в водохранилище и предпосылок их появления. Аварийное разрушение плотины не приводит к катастрофе, как это может случиться на обычной ГЭС.
• Энергия приливов и отливов действует постоянно, независимо от времени года.
• Невысокая стоимость получаемой электроэнергии.
• Берега дополнительно защищены от воздействия штормов, турбины расположены на дне и не несут угрозы морскому транспорту. Рыба тоже может свободно передвигаться по установленным маршрутам.
• Меньший объем документации, отсутствует необходимость в отчуждении земель для устройства бассейна.
• Большинство изменений и вмешательств в природу имеют местное значение и не наносят существенного вреда.
• На приливных плотинах при необходимости прокладываются железные или автомобильные дороги.

Минусы которые следует учитывать, когда планируется строительство приливных электростанций:

• Нерегулярное действие, которое связано с цикличностью приливов и отливов, находящихся в активной фазе всего лишь 4-5 часов. Также существует пассивная фаза перед началом прилива и сразу после отлива, продолжительностью 1-2 часа.
• Установки окупаются в течение длительного времени, поскольку они недостаточно эффективны.
• Побережье, занятое приливными электростанциями, оказывается непригодным для отдыха и туризма, которые нередко бывают более выгодными, чем производство электричества. Поэтому такие объекты строятся преимущественно в северных регионах.
• Специфические трудности строительства, поскольку наиболее подходящие места расположены на побережьях с изрезанной береговой линией.

Самые крупные ПЭС в мире

Одной из наиболее известных приливных электростанций считается установка, которая построена во Франции, возле города Сен-Мало в устье реки Ранс (рис. 1). В течение длительного времени она удерживала первенство по всем основным показателям, и лишь сравнительно недавно ее обогнала южнокорейская установка.

Место под строительство было выбрано не случайно. В устье реки приливы очень часто достигали 8 метров, а максимальная отметка составила более 13 метров. Объект строился в 1963-1966 годах, а стоимость работ достигла показателя в 150 млн долларов.

Величина установленной мощности находится в пределах 240 мВт. На станции задействовано 24 турбины, работающие примерно 2200 часов в течение года. Себестоимость электроэнергии, произведенной на этой ПЭС, примерно в 1,5 раза меньше, чем на французских АЭС. Основным конструктивным элементом является плотина протяженностью 800 метров. Кроме того, она выполняет функции моста с проложенной высокоскоростной трассой.

Единственная приливная электростанция в России – Кислогубская (рис. 2). Она расположена на побережье Баренцева моря в наиболее узком месте Кислой Губы, неподалеку от населенного пункта Ура-Губа Мурманской области. Данная установка считается экспериментальной, ее первоначальная мощность составляла 0,4 МВт, в настоящее время – 1,7 МВт. Взята на государственный учет в качестве памятника науки и техники. Конструкция включает две части: старую, построенную в 1968 году и новую, возведенную в 2006 году.

Источник

ПОЭС: кто впереди планеты всей?

Дата публикации: 28 ноября 2013

Приливно-отливные электростанции появились относительно недавно и пока в мире их еще очень немного. Гидроэнергетика как таковая, по большому счету, не является инновационным способом получения электричества. На самом деле, она — весомый и мощный источник восполняемой энергии и известна уже более 2000 лет. Почему восполняемой? Да потому, что пока есть Природа, будут и реки, океаны, моря. А значит, энергия морских приливов дана нам в помощь надолго: пока существует сама Жизнь.

Есть такое понятие как «гидроцикл». Все мы спешим укрыться под зонтом от дождя, убежать от града. Вода с небес в виде капель, льдинок, снежинок постоянно обрушивается за нашу планету. Часть воды испаряется, но большинство поглощается почвой, уходит под землю, или попадает в наземные реки и водоемы, моря и океаны. Тающая вода с ледников так же устремляется на землю, идет непрекращающийся процесс испарения влаги. Потом снова облака, идет дождь, цикл повторяется.

Гравитационное взаимодействие

Гравитация — одно из самых используемых и популярных понятий в фантастических фильмах. Авторы периодически лишают Землю гравитации, и все катится в тар-тара-ры. Гравитация же в реальной жизни приводит к тому, что гигантские массивы воды накатываются на берег. Мы называем это приливом. Но приливная вода через некоторое время откатывается назад. Это — отлив. Солнце и Земля взаимодействуют в общем гравитационном поле, и данный природный феномен был подмечен учеными. Они решили, а почему бы не поставить использование энергии приливов и отливов на службу человеку?

Так появились приливно-отливные электростанции (ПОЭС). Надо сказать, что их доля в гидроэнергетике совсем незначительна, но чем больше будет найдено подходящих мест для их строительства (где разность в уровнях приливной воды и отливной составляет 4 метра и более), тем больше конечных сооружений этого плана мы увидим в будущем. Одно дело ГЭС на реке построить. Рек с достаточно сильным течением масса и возможности мини гидроэнергетики очень велики. Но ПОЭС — другое дело: во время приливной воды заполняются огромные водохранилища, называемые бассейнами, массивные турбины крутятся как во время прилива, так и в момент отлива.

Для гидроэнергетики вода – самое главное. Она должна быть в движении! Приливные электростанции использует кинетическую энергию воды. Но когда поток упираются в лопасти электростанции, кинетическая энергия воды трансформируется уже в энергию механическую. Турбина вращает ротор генератора, и тогда уже механическая энергия становится электрической.

Дамба

Изначально именно вода и разность в ее уровнях является основой приливно-отливной гидроэнергетики. Здесь требуется строительство масштабной и дорогостоящей дамбы. Чем выше высшая точка дамбы по сравнению с местом внизу, где установлена турбина, тем мощнее будет поток воды. ПОЭС и призваны «поймать» этот самый желанный поток, чтобы дать людям свет.

Как делается приливно-отливная электростанция? В бухте или в устье реки строится дамба, полностью перекрывающая залив. В теле плотины под водой делают специальные отверстия, куда помещаю турбины, которые могут вращаться как в одном (приливном), так и другом (отливном) направлении. Прибывающая волна накатывает на берег, переливает искусственно созданный дамбой бассейн, наполняя его толщами воды. Получается серьезная разница высот «большой» и «малой» воды.

Затем идет отлив, но вернуться в родной океан или в море воде мешает дамба. Внизу в ней есть отверстия: огромный наклонный желоб и упирается он в лопасти встроенных турбин, которые начинают вращаться, снабжая людей электричеством.

Все электричество, что произведено гидроэлектростанцией, попадает сначала через трансформаторы в линии электропередач. Трансформаторы повышают вольтаж энергии для передачи ее по проводам на дальние расстояния. Когда она приходит на местные подстанции, высокий вольтаж дробят на маленькие величины, чтобы рядовые потребители, как мы с вами, к примеру, могли пользоваться тем же утюгом. Это если говорить упрощенно о схеме работы.

Кто лидер в гидроэнергетике?

На современном этапе развития считается, что солнечная энергия является наиболее перспективной и неисчерпаемой. Но как утилизировать все эти солнечные батареи? Что делать странам, где солнце редкий гость? Да и сами батареи недешевы. Так что пока именно гидроэнергетика выступает в качестве способа получения дешевого электричества. Современные приливные электростанции способны показывать КПД до 90% в плане преобразования энергии движения воды в электроэнергию, в то время как станции, работающие на угле, нефти, газе едва ли дотянут до 45%. Цена гидро КВ/ч примерно в шесть раз ниже, чем КВ\ч станции, работающей на газе, например.

Гидроэнергетика используется очень широко, особенно в развивающихся странах. Есть и развитые страны, которые просто не могут без нее обойтись. Например, по некоторым данным, чуть ли не 98% всей электроэнергии в Норвегии производится за счет ГЭС. В Бразилии 85% . А безоговорочным лидером в мире по объему производимой гидроэлектроэнергии является Китай. В Канаде развиваются приливные электростанции. Возвращаясь в наши пенаты, в РФ, по данным на 2010 год примерно 18% всей электроэнергии у нас произведено различными ГЭС.

Приливно-отливные электростанции. Преимущества и проблемы

Особенностью приливно-отливных гидроэлектростанций является их неоднозначная экологичность. Если на мини ГЭС животный мир реки можно обезопасить от лопастей турбин устанавливая защитные экраны, возводить ограждения по периметру, то в случае приливно-отливной станции заливы с их устойчивой экосистемой режутся телом плотины на части. Обмен воды уже не может происходить так же естественно, как и раньше, и от этого условия обитания живых существ в данном месте меняется не в лучшую сторону.

Другая точка зрения гласит, что приливные электростанции не столь опасны в экологическом плане и приводят в пример 30-ти летний опыт работы ГЭС на реке Ране, Франция. Достоверных данных пока мало.

Еще к минусам приливно-отливной гидроэнергетики можно отнести высочайшую стоимость строительства на начальном этапе из-за необходимости перекрывания дамбой целых заливов.

Но и плюсов у приливных-отливных станций немало. Получаемое здесь электричество чуть ли не самое дешевое в мире. Такие станции не требуют никакого топлива: ни газа, ни нефти, ни угля. Станции на углеводородах коптят небо небывалым количеством углекислого газа, а приливно-отливная ГЭС–нет. Приливы и отливы тысячи лет не меняются, а значит, можно точно знать, сколько электроэнергии будет получено и когда. Прогнозируемость — важная составляющая экономической эффективности.

Монстры приливно-отливной гидроэнергетики

На данном этапе наиболее мощно развивается приливно-отливная электроэнергетика в Китае, Южной Кореи, Шотландии. Самая крупная приливно-отливная гидроэлектростанция на данный момент построена в Жёлтом море в Южной Корее в городке Ансан. Назвали ее романтично: «Сихва», она уже действует с 2011-го года. «Сихва» способна дать электроэнергию целому городу в полмиллиона человек! На этом корейцы не собираются останавливаться и запланировали строительство еще 4-х подобных приливно-отличных гидроэлектростанций.

Что касается России, то у нас перспективны в плане развития приливно-отливной энергетики побережье Белого Моря, Кунгурский залив Японского моря.

Ирландская приливная электростанция SeaGen :

Источник