Гидроэнергетика

Приливные электростанции

Приливная электростанция (ПЭС) строится на побережье морей и океанов со значительными приливно-отливными колебаниями уровня воды. Для этого естественный залив отделяется от моря плотиной и зданием ПЭС. При приливе уровень моря будет выше уровня воды в отделенном от него заливе, а при отливе, наоборот, ниже уровня воды в заливе. Перепады этих уровней создают напор, который используется при работе гидротурбин ПЭС.

Причиной приливных колебаний уровня воды и приливных течений является гравитационное взаимодействие Земли с Луной и Солнцем. Величина приливов различна в разных местах. В Бристольском заливе (Англия) высота приливных волн достигает 14 м, в Охотском море в Пенжинском заливе — около 13 м, в Тугурском заливе — около 7 м, в Белом море в Мезенском заливе — около 9 м. Наибольшие приливы наблюдаются в заливе Фанди (Канада), и они достигают 19,6 м.

Для эффективной работы ПЭС необходима определенная разность уровней воды при приливе и отливе (не менее 4 м), поэтому в мире не так много мест, где такие станции могут быть сооружены.

В начале 21 века в мире действовало всего 10 ПЭС общей мощностью около 270 МВт. Самая крупная ПЭС мощностью 240 МВт построена в 1967 г. во Франции в устье реки Ранс (рисунки 6.4 и 6.5). Она вырабатывает 540 млн кВт · ч электроэнергии в год. Стоимость сооружения в 2,5 раза выше стоимости обычной ГЭС той же мощности. ПЭС Аннаполис в Канаде имеет мощность 20 МВт.

Приливная электростанция в устье реки Ранс (Франция)
Рис. 6.4. Приливная электростанция в устье реки Ранс (Франция)

В 1968 г. в России была построена и эксплуатируется Кислогубская ПЭС мощностью 0,4 МВт в губе Кислой на побережье Кольского полуострова в 60 км западнее Мурманска. Эта ПЭС возводилась как опытная для отработки технологий создания наплавных конструкций, которые изготавливались в строительном доке, а затем с помощью буксиров перемещались в места установки в створе ПЭС.

Гидроагрегат приливной электростанции на реке Ранс
Рис. 6.5. Гидроагрегат приливной электростанции на реке Ранс: 1 — шахта сообщения; 2 — растяжки для крепления кожуха к бетону водовода; 3 — металлический кожух, подводящий воду к турбине; 4 — статор турбины; 5 — поворотный направляющий аппарат; 6 — обтекатель-охладитель; 7 — вентилятор; 8, 10 — подшипники; 9 — генератор; 11 — вал; 12 — переходный конус кожуха турбины и подшипник; 13 — рабочее колесо

Остальные 7 ПЭС созданы в Китае. Первая опытная ПЭС была введена в эксплуатацию в Китае в 1959 г. на побережье Южно-Китайского моря мощностью 40 кВт, которая впоследствии была увеличена до 200 кВт. Вторая ПЭС мощностью 165 кВт с тремя агрегатами по 55 кВт вступила в строй в 1970 г. В 1983 г. на побережье Восточно-Китайского моря была сдана в эксплуатацию однобассейновая ПЭС Цзянси двустороннего действия с одним гидроагрегатом в 500 кВт. Суммарная мощность ПЭС Китая составляет 10МВт.

ПЭС мощностью 5МВт возводится в Индии в порту Анкор. Ее особенностью является использование воздушных турбин: в прилив воздух сжимается водой в специальных резервуарах, в отлив имеет место обратное движение воздуха через турбину и заполнение им освободившегося объема резервуаров.

Целесообразность создания волновых электростанций определяется региональными особенностями и прежде всего плотностью приходящей энергии — ее величиной на единицу длины волнового фронта.

Гидродинамическая мощность приливов определяется по формуле:

формула

где ρ — плотность воды, кг/м3; g — ускорение силы тяжести, м/с2; A — высота приливной волны, м; L — характерный горизонтальный размер залива, м; H — глубина в районе прилива, м.

Технические ресурсы приливной энергии России оцениваются в 200–250 млрд кВт · ч в год и в основном сосредоточены у побережья Охотского, Берингова и Белого морей. Представляет интерес перспектива строительства ПЭС в Тугурском и Пенжинском заливах на Дальнем Востоке России.

Энергетический потенциал ПЭС в Тугурском заливе оценивается величиной около 19 ТВт · /год, что соответствует мощности более 2 ГВт. Приливы в Пенжинском заливе существенно больше, чем в Тугурском заливе. Энергетический потенциал ПЭС Пенжинской губы оценивается величиной около 70 ТВт · ч/год, что соответствует мощности более 20 ГВт.

Крупномасштабному строительству ПЭС препятствуют в основном экономические причины, так как их сооружение требует значительных капитальных вложений.