Сведения об приливах и отливах. Описание работы приливных электростанций, их экологические особенности. Технико-экономические обоснования необходимости и экономической эффективности внедрения приливных электростанций, их место в энергетической системе.
| Рубрика | Физика и энергетика |
| Вид | курсовая работа |
| Язык | русский |
| Дата добавления | 01.02.2012 |
| Размер файла | 864,2 K |
Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже
Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
Размещено на http://www.allbest.ru
Размещено на http://www.allbest.ru
Введение
1. Краткие сведения об приливах и отливах
2. Краткое описание работы приливной электростанции
3. Техника — экономические обоснования необходимости внедрения приливных электростанций
Строительство и модернизация шести электростанций на Дальнем Востоке — спецрепортаж России-24
4. Экологические особенности приливных электростанций
5. Расчет экономической эффективности внедрения ПЭС
Введение
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.
Во многих странах мира все чаше и чаше используют электроэнергию за счет природных источников, вод. Этот способ получения электроэнергии представляются более мягким в смысле воздействия на окружающую среду, чем сжигание ископаемого топлива или расщепления ядерного урана. Кроме того этот источник энергии возобновляем, т. е. практически они доступны всегда и везде.
За последнее десятилетие интерес к этому источнику энергии постоянно возрастает, поскольку во многих отношениях он неограничен. По мере того как поставки топлива становятся менее надежными и более дорогостоящими, эти источники становятся все более привлекательными и более экономичными. Повышение цен на нефть и газ послужило главной причиной того, что мы вновь обратили свое внимание на воду. Поэтому люди все чаше создают и совершенствуют, как в технологическом, так и в экономическом плане, различные приливные станции, турбины, мельницы для получения электроэнергии.
1. Краткие сведения о приливах и отливах
Под влиянием притяжения Луны и Солнца происходят периодические поднятия и опускания поверхности морей и океанов — приливы и отливы. Частицы воды совершают при этом и вертикальные и горизонтальные движения.
ОГЭ по географии 2023! Разбор задания 15
Наибольшие приливы наблюдаются в дни сизигий (новолуний и полнолуний), наименьшие (квадратурные) совпадают с первой и последней четвертями Луны. Между сизигиями и квадратурами амплитуды приливов могут изменяться в 2,7 раза.
Вследствие изменения расстояния между Землей и Луной, приливообразующая сила Луны в течение месяца может изменяться на 40%, изменение приливообразующей силы Солнца за год составляет лишь 10%. Лунные приливы в 2,17 раза превышают по силе солнечные.
Основной период приливов полусуточный. Приливы с такой периодичностью преобладают в Мировом океане. Наблюдаются также приливы суточные и смешанные. Характеристики смешанных приливов изменяются в течение месяца в зависимости от склонения Луны.
В открытом море подъем водной поверхности во время прилива не превышает 1 м. Значительно большей величины приливы достигают в устьях рек, проливах и в постепенно суживающихся заливах с извилистой береговой линией. Наибольшей величины приливы достигают в заливе Фанди (Атлантическое побережье Канады). У порта Монктон в этом заливе уровень воды во время прилива поднимается на 19,6м.
В Англии, в устье реки Сёверн, впадающей в Бристольский залив, наибольшая высота прилива составляет 16,3 м. На Атлантическом побережье Франции, у Гранвиля, прилив достигает высоты 14,7 м, а в районе Сен-Мало до 14 м. Во внутренних морях приливы незначительны. Так, в Финском заливе, вблизи Ленинграда, величина прилива не превышает 4. 5 см, в Черном море, у Трапезунда, доходит до 8 см. Поднятия и опускания водной поверхности во время приливов и отливов сопровождаются горизонтальными приливо-отливными течениями. Скорость этих течений во время сизигий в 2. 3 раза больше, чем во время квадратур. Приливные течения в моменты наибольших скоростей называют «живой водой».
При отливах на пологих берегах морей может происходить обнажение дна на расстоянии в несколько километров по перпендикуляру к береговой линии. Рыбаки Терского побережья Белого моря и полуострова Новая Шотландия в Канаде используют это обстоятельство при ловле рыбы.
Перед приливом они устанавливают на пологом берегу сети, а после спада воды подъезжают к сетям на телегах и собирают попавшую в чих рыбу. Когда время прохождения приливной волны по заливу совпадает с периодом колебаний приливообразующей силы, возникает явление резонанса, и амплитуда колебаний водной поверхности сильно возрастает.
Подобное явление наблюдается, например, в Кандалакшском заливе Белого моря. В устьях рек приливные волны распространяются вверх по течению, уменьшают скорость течения и могут изменить его направление на противоположное. На Северной Двине действие прилива сказывается на расстоянии до 200 км от устья вверх по реке, на Амазонке — на расстоянии до 1 400 км.
На некоторых реках (Северн и Трент в Англии, Сена и Орне во Франции, Амазонка в Бразилии) приливное течение создает крутую волну высотой 2. 5 м, которая распространяется вверх по реке со скоростью 7 м/сек. За первой волной может следовать несколько волн меньших размеров.
По мере продвижения вверх волны постепенно ослабевают, при встрече с отмелями и преградами они с шумом дробятся и пенятся. Явление это в Англии называется бор, во Франции Аскаре, в Бразилии пророка. В большинстве случаев волны бора заходят вверх по реке на 70. 80 км, на Амазонке же до 300 км. Наблюдается бор обычно во время наиболее высоких приливов.
Спад уровня воды в реках при отливе происходит медленнее, чем подъем во время прилива. Поэтому, когда в устье начинается отлив, на удаленных от устья участках еще может наблюдаться последействие прилива. Река Сен-Джонс в Канаде, недалеко от места впадения в залив Фанди, проходит через узкое ущелье. Во время прилива ущелье задерживает движение воды вверх по реке, уровень воды выше ущелья оказывается ниже и поэтому образуется водопад с движением воды против течения реки. При отливе же вода не успевает достаточно быстро проходить через ущелье в обратном направлении, поэтому уровень воды выше ущелья оказывается выше и образуется водопад, через который вода устремляется вниз по течению реки.
Приливо-отливные течения в морях и океанах распространяются на значительно большие глубины, чем течения ветровые. Это способствует лучшему перемешиванию воды и задерживает образование льда на ее свободной поверхности. В северных морях благодаря трению приливной волны о нижнюю поверхность ледяного покрова происходит уменьшение интенсивности приливо-отливных течений. Поэтому зимой в северных широтах приливы имеют меньшую высоту, чем летом.
Поскольку вращение Земли вокруг своей оси опережает по времени движение Луны вокруг Земли, в водной оболочке нашей планеты возникают силы приливного трения, на преодоление которых тратится энергия вращения, и вращение Земли замедляется (примерно на 0,001 сек за 100 лет). По законам небесной механики дальнейшее замедление вращения Земли повлечет за собой уменьшение скорости движения Луны по орбите и увеличение расстояния между Землей и Луной.
В конечном итоге период вращения Земли вокруг своей оси должен сравняться с периодом обращения Луны вокруг Земли Это произойдет, когда период вращения Земли достигнет 55 суток. При этом прекратится суточное вращение Земли, прекратятся и приливо-отливные явления в Мировом океане.
В течение длительного времени происходило торможение вращения Луны за счет возникавшего в ней приливного трения под действием земного притяжения (приливно-отливные явления могут возникать не только в жидкой, но и в твердой оболочке небесного тела). В результате Луна потеряла вращение вокруг своей оси и теперь обращена к Земле одной стороной. Благодаря длительному действию приливообразующих сил Солнца потерял свое вращение и Меркурий. Как и Луна по отношению к Земле, Меркурий обращен к Солнцу толь к одной стороной. В XVI и XVII веках энергия приливов в небольших бухтах и узких проливах широко использовалась для приведения в действие мельниц.
Впоследствии она применялась для приведения в действие насосных установок водопроводов, для транспортировки и монтажа массивных деталей сооружений при гидростроительстве.
2. Краткое описание работы приливной электростанции
Приливная электростанция (ПЭС) — электростанция, преобразующая энергию морских приливов в электрическую. ПЭС использует 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 (> 4 м) создать напор, достаточный для вращения гидротурбин и соединённых с ними гидрогенераторов, размещенных в теле плотины. 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 (такая ПЭС 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 внутри месячные колебания энергии приливов. Для устройства простейшей приливной электростанции (ПЭС) нужен бассейн — перекрытый плотиной залив или устье реки.
В плотине имеются водопропускные отверстия и установлены турбины. 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 соединённые с ними электрогенераторы начинают работать, а вода из бассейна постепенно уходит. Схема ПЭС представлена на рис.1
приливная электростанция энергетический
Считается экономически целесообразным строительство ПЭС в районах с приливными колебаниями уровня моря не менее 4 м. Проектная мощность ПЭС зависит от характера прилива в районе строительства станции, от объема и площади приливного бассейна, от числа турбин, установленных в теле плотины. В некоторых проектах предусмотрены двух- и более бассейновые схемы ПЭС с целью выравнивания выработки электроэнергии. С созданием особых, капсульных турбин, действующих в обоих направлениях, открылись новые возможности повышения эффективности ПЭС при условии их включения в единую энергетическую систему региона или страны. При совпадении времени прилива или отлива с периодом наибольшего потребления энергии ПЭС работает в турбинном режиме, а при совпадении времени прилива или отлива с наименьшим потреблением энергии турбины ПЭС либо отключают, либо они работают в насосном режиме, наполняя бассейн выше уровня прилива или откачивая воду из бассейна.
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 таким образом аккумулируют энергию до того момента, когда в энергосистеме наступит пик нагрузки (рис. 1). 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.
3. Технико-экономические обоснования необходимости внедрения приливных электростанций
В России обоснования проектов ПЭС осуществляются на специализированной морской научной базе на Баренцевом море, где идут исследования морских материалов, конструкций, оборудования и антикоррозионных технологий.
Создание в России нового эффективного и технологически простого ортогонального гидроагрегата предполагает возможность его массового изготовления и кардинального снижения стоимости ПЭС.
Российские специалисты по приливной энергии в институтах Гидропроект и НИИЭС осуществляют полный комплекс проектных и научно-исследовательских работ по созданию морских энергетических и гидротехнических сооружений на побережье и на шельфе, в том числе в условиях Крайнего Севера, позволяющие в полной мере реализовать все преимущества приливной гидроэнергетики. Экономическое обоснование приливных электростанций. Стоимость энергии на ПЭС самая низкая в энергосистеме по сравнению состоимостью энергии на всех других типах электростанций.
Благоприятные факторы в бассейнах ПЭС: смягчение (выравнивание) климатических условий на примыкающих к бассейну ПЭС территориях; защита берегов от штормовых явлений; расширение возможностей хозяйств море культуры в связи с увеличением почти вдвое биомассы морепродуктов; улучшение транспортной системы района; исключительные возможности расширения туризма.
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).
По оценкам экспертов, они могли бы покрыть около 20 процентов всей потребности европейцев в электроэнергии. Подобная технология особенно выгодна для островных территорий, а также для стран, имеющих протяженную береговую линию.
Из вышеизложенного видно, что уже в настоящее время можно обеспечить человечество альтернативной электроэнергией, если вкладывать в это средства.
Прилиные электростанции еще называют также «подводными мельницами».
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. В России выполнены проекты Тугурской ПЭС мощностью 8,0 ГВт и Пенжинской ПЭС мощностью 87 ГВт на Охотском море, энергия которых может быть передана в энергодефицитные районы Юго-Восточной Азии.
На Белом море проектируется Мезенская ПЭС мощностью 11,4 ГВт, энергию которой предполагается направить в Западную Европу по объединенной энергосистеме «Восток Запад». Наплавная «российская» технология строительства ПЭС позволяет на треть снизить капитальные затраты по сравнению с классическим способом строительства гидротехнических сооружений за перемычками. Ученые, изучая эффективность и экономичность использования приливные электростанции, установили что эти станции являются выгодными во многих аспектах. Например возьмем Тугурскую ПЭС которое является более дешевым и выгодным вложением денежных средств по сравнению с ГЭС. Себестоимость 1кВт электроэнергии составляет примерно 1 руб. при стоимости самой электростанции около 7 миллиардов рублей и мощности 87 ГВт, а себестоимость 1кВт электроэнергии в ГЭС равно 3,4 руб. при стоимости около 8,5 миллиардов рублей.
4. Экологические особенности приливных электростанций
Приливные электростанции не оказывают вредного воздействия на человека:
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.
Подобная технология особенно выгодна для островных территорий, а также для стран, имеющих протяженную береговую линию. Экологическая безопасность:
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 строй базы, 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
Использование великих сил приливов и отливов Мирового океана, даже самих океанских волн — интересная проблема. К решению ее еще только приступают. Тут многое предстоит изучать, изобретать и конструировать. Энергетическая характеристика приливных электростанций: Приливная энергия возобновляема неизменна в месячном (сезонном и многолетнем) периодах на весь срок эксплуатации независима от водности года и наличия топлива используется совместно с электростанциями других типов в энергосистемах как в базе, так и в пике графика нагрузок Экологический эффект (на примере Мезенской ПЭС) заключается в предотвращении выброса 17,7 млн. тонн углекислого газа (СО2) в год, что при стоимости компенсации выброса 1 тонны СО2 в 10 USD (данные Мировой энергетической конференции 1992 г.)
5. Расчет экономической эффективности внедрения ПЭС
1) Зная стоимость деталей и агрегатов ПЭС можно рассчитать капитальные затраты на производство всей электростанции:
· Турбины — 149955 тыс. руб.
· Генераторы — 28805 тыс. руб.
· Гидравлические запоры — 80000 тыс. руб.
· Автоматика -49050тыс. руб.
· Строительно-монтажные работы -395640 тыс. руб.
Так как ПЭС является новым нетрадиционным источником энергии, работа этой станции полностью автоматизирована. Но за процессом автоматизации и обслуживания данной станции в период ремонтных и профилактических работ ведут наблюдения бригады в составе нескольких специалистов. 2) Расчет себестоимости продукции. Рассчитаем сумму годовой амортизации при условии, что капитальные затраты составляют 703450 тыс. руб., а срок службы 90 лет:
Зная сумму годовой амортизации и мощность ПЭС, которая составляет N=87 ГВт = 87000000 кВт, найдем себестоимость на 1 продукции:
По данным специалистов себестоимость 1 кВт электроэнергии Тугурской ПЭС составляет 1руб., т. к. подъем водной поверхности составляет 5 м, а сумма амортизации на единицу продукции руб. 3) Оценка экономической эффективности инвестиционных вложений определить чистую текущую дисконтированную стоимость, индекс рентабельности и найти срок окупаемости. Зная мощность нашей ПЭС и стоимость 1 кВт электроэнергии найдем доход:
Себестоимость годового выпуска электроэнергии:
При этом Aгод.=, а Ана1=0,8 руб. Найдем прибыль налогообложения — это разница между доходом и себестоимостью годового выпуска:
Из прибыли налогообложения вычитаем 20% и получаем чистую прибыль:
Находим ?, она равна:
Чистая текущая дисконтированная стоимость или интегральный экономический эффект
NPV = [Pк / (1 + r) к ] IС,
где Pк — денежные потоки, генерируемые в течение ряда лет, тыс. руб.;
r — ставка дисконтирования;
к — количество лет;
IC — размер инвестиций, тыс. руб.
NPV>0, проект следует принять.
Индекс рентабельности инвестиций:
Срок окупаемости инвестиций определяется прямым подсчетом числа лет, в течение которых инвестиции будут погашены нарастающим доходом.
Первый год: 703450 -94440 = 609010;
Второй год: 609010-82842 = 526168;
Третий год: 526168 — 72668 = 453500;
Четвертый год: 453500 — 63744 = 389756;
Пятый год: 389756 — 55916 = 333840;
Шестой год: 333840-49049=284791;
Седьмой год: 284791-43026=241765;
Восьмой год: 241765-37742=204023;
Девятый год: 204023-33107=170916;
Десятый год: 170916-29041=141875;
Одиннадцатый год: 141875-25476=116399;
Двенадцатый год: 116399-22346=94053;
Тринадцатый год: 94053-19602=74451;
Четырнадцатый год: 74451-17195=57256;
Пятнадцатый год: 57256-15083=42173;
Шестнадцатый год: 42173-13231=28942;
Семнадцатый год: 28942-11606=17336;
Восемнадцатый год: 17336-10181=7155;
Девятнадцатый год: 7155/8930=0,8
Срок окупаемости составляет 18,8 года.
Финансовый профиль проекта
Заключение
Использование нетрадиционных источников энергии, в особенности использование «богатство» воды позволит человечеству решить много энергетических проблем. На внедрение Тугурской ПЭС требуются огромные денежные вложения, которые составляют 703450 тыс. руб. В результате создания ПЭС себестоимость 1 кВт электроэнергии будет значительно ниже по сравнению с другими электро станций.
Получаемая прибыль позволяет окупить котел утилизатор за 18,8 года. Интегральный экономический эффект составляет 9615 тыс. руб. (NPV>0), а индекс рентабельности равен 1,01 (PI>1), что указывает на целесообразность внедрения проекта.
Список литературы
1. Усачев И.Н. Приливные электростанции. — М.:Энергия, 2002. Усачев И.Н.
Экономическая оценка приливных электростанций с учетом экологического эффекта// Труды XXI Конгресса СИГБ. — Монреаль, Канада, 16-20 июня 2003.
2. Велихов Е.П., Галустов К.З., Усачев И.Н., Кучеров Ю.Н., Бритвин С.О.,
Кузнецов И.В., Семенов И.В., Кондрашов Ю.В. Способ возведения крупноблочного сооружения в прибрежной зоне водоема и плавкомплекс для осуществления способа. — Патент РФ № 2195531, гос. рег. 27.12.2002
3. Усачев И.Н., Прудовский А.М., Историк Б.Л., Шполянский Ю.Б. Применение ортогональной турбины на приливных электростанциях// Гидротехническое строительство. — 1998. — № 12.
Размещено на Allbest.ru
Подобные документы
Приливная энергия, ее использование. Принцип действия приливных электростанций. Основные преимущества использования приливных электростанций. Экологическая характеристика и социальное значение приливных электростанций. ПЭС в энергосистеме Европы.
реферат [225,0 K], добавлен 30.11.2010
Производство электрической энергии. Основные виды электростанций. Влияние тепловых и атомных электростанций на окружающую среду. Устройство современных гидроэлектростанций. Достоинство приливных станций.
Процентное соотношение видов электростанций.
презентация [11,2 M], добавлен 23.03.2015
Актуальность поиска нетрадиционных способов и источников получения энергии, в особенности возобновляемых. Эксплуатация малых гидроэлектростанций, развитие промышленной ветроэнергетики. Характеристика солнечных, приливных и океанических электростанций.
курсовая работа [487,3 K], добавлен 15.12.2011
Понятие приливной энергии морских и океанских приливов, на которой работают приливные электростанции. Условия возникновения самых высоких и сильных приливных волн. Достоинства приливных электростанций, основные причины их малой распространенности.
презентация [3,0 M], добавлен 28.04.2015
Существующие источники энергии. Типы электростанций. Проблемы развития и существования энергетики. Обзор альтернативных источников энергии. Устройство и принцип работы приливных электростанций.
Расчет энергии. Определение коэффициента полезного действия.
курсовая работа [82,0 K], добавлен 23.04.2016
Описание гидроэлектрических станций (плотинных, русловых, деривационных, волновых, приливных); принцип их работы. Крупнейшие ГЭС России. Функции гидроаккумулирующих электростанций. Кислогубская ПЭС — первая приливная станция — памятник науки и техники.
презентация [579,7 K], добавлен 14.12.2011
Понятие приливной электростанции, особенности принципов действия. Анализ работы российской приливной электростанции на примере Кислогубской электростанции. Характеристика экологических и экономических эффектов эксплуатации приливных электростанций.
Источник: knowledge.allbest.ru
Использование и размещение объектов приливной энергетики Текст научной статьи по специальности «Энергетика и рациональное природопользование»
Аннотация научной статьи по энергетике и рациональному природопользованию, автор научной работы — Шилова Л.А., Соловьев Д.А.
Рассмотрены новые возможности и подходы к использованию ресурсов приливной энергии. Показана важность сочетания инновационных подходов к технологиям переработки энергии ПЭС и грамотного территориального планирования с учетом особенностей природно-экологического каркаса территории. Дана оценка использования водородных технологий, позволяющих интенсифицировать процессы накопления и передачи электроэнергии, вырабатываемой ПЭС.
Похожие темы научных работ по энергетике и рациональному природопользованию , автор научной работы — Шилова Л.А., Соловьев Д.А.
Использование возобновляемых источников энергии для развития дальневосточного региона российской федерации
Перспективы развития мировой энергетики и проблемы сохранения экологического равновесия в биосфере. Часть II. Альтернативная энергетика
Текст научной работы на тему «Использование и размещение объектов приливной энергетики»
Использование и размещение объектов приливной энергетики
Масштаб современного развития мировой энергетики достиг критической черты, за которой ресурсные факторы и проблемы экологии приобретают статус системных ограничений устойчивого развития. Поэтому на первый план выходит вопрос о становлении нового понимания роли нетрадиционных энергетических ресурсов, и в первую очередь ресурсов Мирового океана, который позволил бы строить более гармоничные отношения между людьми и природой. Традиционные энергетические ресурсы на основе ископаемого природного топлива не в состоянии обеспечить энергетическую безопасность современной цивилизации даже в текущем XXI веке, а представления о неисчерпаемости ресурсов Земли, о способности окружающей среды выдерживать любую антропогенную нагрузку, все быстрее уходят в прошлое. Для дальнейшего развиия требуется осуществить эволюционные преобразования энергетики путем перехода от существующих ресурсов и технологий к более эффективным и безопасным, в том числе использующие нетрадиционные возобновляемые источники энергии.
Сочетание инновационных подходов к технологиям эффективной утилизации энергии Мирового океана и грамотного территориального планирования, без сомнения, даст возможность снизить долю углеводородной составляющей в энергетическом балансе. В этой связи приливные электростанции (ПЭС), использующие практически неисчерпаемую кинетическую энергию вращения Земли, могут стать одним из перспективных источников дешевой энергии и чистой пресной воды.
А использование водородных технологий позволит в будущем интенсифицировать процессы накопления и передачи, вырабатываемой ПЭС электроэнергии. Известно, что большинство установок возобновляемой энергетики характеризуется нерегулярной и случайной генерацией энергии.
К числу энергоисточников с наиболее предсказуемыми и цикличными колебаниями выработки энергии относятся приливные электростанции, которые работают в ритме приливов. Поэтому есть основания считать, что их использование поможет решить проблему неравномерности потребления энергии как в течение суток, так и по временам года. Морские приливы несут в себе значительный энергетический потенциал для полезного использования: в мировом масштабе его оценивают в 1000 ГВт, в то время как энергию всех рек Земли — в 850 ГВт. (для справки, один энергоблок АЭС имеет мощность 1 ГВт). Энергетические ресурсы приливов только в Белом и Охотском морях более чем в несколько раз превышают ресурсы наиболее крупных рек России.
В настоящее время технологии, обеспечивающие качественный рост эффективности использования ресурсов приливной энергетики, находятся в стадии активного формирования (для них ожидается быстрое внедрение новых технологических решений), и они приобретают все большую актуальность для будущего развития энергетики.
Среди перспективных инновационных путей использования ресурсов приливной энергетики, прежде всего, можно выделить два направления: применение водородных технологий накопления и передачи энер-
гии; создание эффективных опреснительных установок на базе приливных станций.
Важным элементом их успешной практической реализации является создание энергоустановок, основанных на одновременном, совместном с ПЭС использовании различных технологических решений и других видов ВИЭ. Такой подход по созданию и практическому внедрению и продвижению комплексных энергосистем, в конечном счете будет обеспечивать устойчивый спрос и востребованность возобновляемых источников гидравлической энергии на рынке энергетических услуг.
Интенсивному развитию приливной энергетики должно способствовать энергоэффективное территориальное планирование с учетом интеграции ПЭС в природно-экологический каркас территории. Такой подход может стать основой для устойчивого развития экономически отсталых и малоосвоенных регионов России.
По прогнозу МЭА применение приливных энергетических технологий получит мощный импульс развития к 2030—2035 гг. При этом в ближайшем будущем доля энергии, получаемой за счет ресурсов Мирового океана, будет существенно возрастать, а ее стоимость снижаться.
Например, из прогноза МЭА следует, что стоимость 1 кВт установленной мощности для приливных электростанций в 2030 г. будет ниже по сравнению с нынешним уровнем примерно на 50% и составит величину порядка 1200—1400 долларов США. В конечном счете, проблема заключается не в возможности извлечения из океана энергии в различных формах, а в экономической оправданности этого процесса, с тем чтобы найти пути (технологии) экономически выгодной утилизации получаемой энергии. Поэтому при разработке новых технологий ее преобразования, сегодня основное внимание уделяется экономическим аспектам их применения. На сегодняшний день помимо непосредственного опреснения морской воды существуют уже вполне отработанные технологии утилизации электроэнергии, вырабатываемой приливными электростанциями (рис. 1.). На перерабатывающих объектах, которые возможно разместить, в том числе на морских платформах с выработанными не-
Рис. 1. Схема утилизации электроэнергии, вырабатываемой ПЭС
научно-технический и производственный журнал ф/рЦУГ/^^Ц^^ 34 июнь 2012 Ы ®
фтяными скважинами, можно осуществлять переработку морепродуктов в продукты питания и минерального сырья для технических нужд. Среди задач перспективных с точки зрения использования вырабатываемой электроэнергии особое место занимает возможность организации крупномасштабного производства водорода на основе электролиза морской воды.
Водородные и опреснительные технологии приливной энергетики
Большие перспективы открывает идея использования ПЭС для получения водорода из морской воды, запасы которого в океане практически неисчерпаемы. Полученный водород может накапливаться в подводных резервуарах, а затем транспортироваться по трубам к местам потребления.
Водород решит проблему получения самого эффективного и чистого топлива для стационарных и транспортных энергетических установок, для теплоснабжения городов и других задач. Водород как энергоноситель обладает уникальными физико-химическими свойствами, позволяющими преобразовывать теплоту его сгорания в работу с КПД, существенно превышающим КПД стационарных и транспортных энергоустановок с использованием традиционных то-плив.
Однако непосредственная замена природного топлива водородом в эксплуатируемых в настоящее время энергоустановках в большинстве случаев не может быть достаточно эффективной. Это связано с тем, что такая замена, как правило, не реализует всех преимуществ водорода, а затраты на его получение из воды выше стоимости природного газа и нефти.
Полностью преимущества водорода как энергоносителя удастся реализовать только в случае, если будет разработана новая техника, специально предназначенная для работы на водороде. Водород как искусственный энергоноситель с примерно одинаковой и высокой эффективностью может быть использован в различных отраслях промышленности (энергетике, химии, металлургии, транспорте и т. д.) для вытеснения углеводородных топлив и ядерной энергии. Это уникальное его свойство особенно проявляется при создании энерготехнологических комплексов различных типов. Стоит отметить, что на пути практического использования водорода стоит немало технических преград. Так, например, для хранения и транспортировки водород придется охлаждать до температуры -263оС, для чего потребуется обеспечить сверхэффективную теплоизоляцию.
Цикличная приливная энергия может быть эффективно использована и с помощью потребителя — регулятора, в качестве которого наиболее целесообразно применять водород. Либо необходим подбор соответствующих производств, способных экономично работать в прерывистом режиме и производственный процесс которых легко поддается автоматизации. Требования к таким производствам с небольшим числом часов использования — низкая трудоемкость, минимальная капиталоемкость и возможность складирования продукции. Для снижения затрат при передаче электроэнергии целесообразно размещение такого потребителя поблизости от малообжитых участков побережья с высокими приливами, где имеется значительная концентрация приливной энергии, которая может сочетаться с энергоемким потребителем-регулятором, например, Пенжинский и Тугурский заливы на Охотском побережье России, Мезенский залив в Белом море, а так же губа Долгая-Восточная на Кольском полуострове в Мурманской области.
При проработке проектов создания ПЭС на первый план выходят экономические вопросы, связанные с энергозатратами на сжижение, а также со стоимостью производства водорода. По оценке американской национальной технической академии, текущая оптовая цена сжатого водорода при крупномасштабном производстве
ПЭС ГЭС ТЭС АЭС
Рис. 2. Средняя стоимость производства 1 м3 пресной воды (дистилля-ционный метод) и 1 кг водорода (метод конверсии природного газа) для различных источников генерации электроэнергии: 1 — вода; 2 — водород
и транспортировке по трубопроводам 2 USD/кг, перспективная — на 40 центов ниже. Энергетически кг водорода эквивалентен галлону бензина (3,8 л), текущая средняя оптовая цена которого 1 USD/л.
На автозаправках США розничная стоимость водорода, полученного преобразованием природного газа, 3,5 USD/кг и 6,30 USD/ кг для электролитического метода (себестоимость процесса 6—7 USD за килограмм водорода при использовании электричества из промышленной сети; 7—11 USD за килограмм водорода при использовании электричества, получаемого энергоустановками на базе ВИЭ). Перспективная розничная цена водорода составляет 2,3 USD и 3,9 USD/кг соответственно.
В настоящее время средняя оптовая стоимость водорода, произведенного методом конверсии природного газа, составляет около 1,5—2 USD/кг. В промышленных условиях удельные расходы при электролизе воды на 1 кг водорода составляют: электроэнергии — 55—60 кВт.ч; воды — 9 кг; кислорода — 8 кг; выбросов CO2 — 41 кг. Для производства 100 норм. м3/ч водорода методом электролиза необходимо чтобы мощность питания электроэнергией от электростанции составляла величину 400 кВт, при этом расход воды будет 78 л/ч. В то же время затраты энергии на сжижение водорода и кислорода превышают затраты энергии на его производство приблизительно в 4,5—5 раз и могут составить величину до 25% от количества энергии, содержащегося в самом сжиженном газе.
Другое важнейшее направление использования ресурсного потенциала ПЭС — это получение пресной воды. В настоящее время пресную воду получают в основном из морской воды, при этом для широкомасштабного производства используются эффекты дистилляции и мембраны. К мембранным методам относятся: электродиализ и обратный осмос.
К дистилляционным методам относятся: многоступенчатые дистилляцион-ные системы, системы многократного вскипания и механической декомпрессии. При этом опреснение морской воды является достаточно дорогим способом получения пресной воды, стоимость которого по меньшей мере в три раза выше, чем затраты на производство воды традиционными способами. В зависимости от используемого метода энергозатраты на 1 м3 составляют от 0,7 кВт.ч до 40 кВт.ч [1], таким образом, цена 1 м3 пресной воды на крупных установках для дистилляционно-го метода составляет в зависимости от мощности установки 0,5—2 USD/м3, для электродиализа и обратного осмоса — 0,2—0,3 USD/м3 при солености 2—4 г/л.
Оправданность использования электроэнергии, получаемой на ПЭС для таких энергоемких процессов, как производство водорода и опреснения морской воды в первую очередь связана с тем, что стоимость электроэнергии ПЭС в энергосистеме самая низкая (рис. 2). Это доказывается эксплуатацией ПЭС Ранс в энергосистеме Франции, где стоимость электроэнергии ПЭС в
rj научно-технический и производственный журнал
М ® июнь 2012 35
С ГКНИЦИИ оценки их рсри
е entire фу мциатро намни амйцлйщи« аымшккаетгй
среднем за последние годы составила 0,03 USD/кВт-ч при стоимости в том же году энергии на ГЭС — 0,035, ТЭС — 0,054 и АЭС — 0,042 USD /кВт-ч. Причем тенденция разрыва стоимости в пользу ПЭС со временем будет только увеличиваться.
Природно-экологические аспекты размещения приливных электростанций
Успешное решение проблем по переработке электроэнергии, получаемой на ПЭС, неразрывно связано с обеспечением устойчивого развития территории, где она функционирует. Очевидно, что без учета природно-экологических территориальных систем в процессе планирования развития территории невозможно достичь формирования комфортной и благоприятной среды для жизни людей. Поэтому принятие экономически целесообразных, экологически допустимых и социально обоснованных решений по использованию того или иного источника энергообеспечения территории невозможно без разработки природно-экологического каркаса (ПЭК) [2].
Природно-экологический каркас представляет собой сложную соподчиненную систему взаимоувязанных природных компонентов, дающих систематизированную аналитическую информацию о качестве и значимости природных территориальных комплексов. Проект ПЭК представляет собой инструмент принятия решений при территориальном планировании.
Основные элементы ПЭК с учетом строительства ПЭС, представленью на рис. 3, включают три типа: базовые, ключевые и транзитные.
Базовые элементы представляют собой средообразующие территории, которые выполняют водорегулирующие, водо- и почвозащитные функции и обеспечивают поддержание экологического баланса за счет сохранения необходимых качественных параметров региональных природно-территориальных комплексов (ПТК). Ключевые элементы — это территории, сохранившие уникальные экологические сообщества, являющиеся точками экологической активности.
Они выполняют функции охраны и воспроизводства ПТК и поддерживают биоразнообразие на уровне района. Ключевые территории могут быть как частями базовых элементов, так и самостоятельными образованиями. Транзитные элементы — это территории, обеспечивающие взаимосвязь базовых и ключевых элементов ПЭК. Они способствуют функционированию потоковых систем, миграции животных, распространению растительных формаций, развитию и обогащению базовых и ключевых ПТК.
С целью повышения эффективности использования приливной энергии при разработке ПЭК и схем территориального планирования необходимо учитывать особенности функционирования энергосистемы с учетом работы ПЭС. Оценка размещения ПЭС в ПЭК представляет собой систему, дающую аналитическую информацию о
качестве и значимости проектных решений в природных и природоподобных комплексах и являет собой инструмент принятия решений при комплексном территориальном планировании. Для возможности использования результатов оценки размещения ПЭС в практике территориального планирования ПЭК территории и акватории должен включать энергетический объект как неотъемлемый элемент своей структуры, в связи с чем предложения по размещению инфраструктуры ПЭС должны учитывать следующие основные принципы [2]:
1. Принцип территориальной целостности (неразрывности) элементов природно-экологического каркаса территории и акватории.
2. Принцип геоэкологической и акваэкологической репрезентативности, ландшафтного и биологического разнообразия.
3. Принцип иерархической соподчиненности элементов природно-экологического каркаса и ПЭС.
Важно отметить, что комплексное представление о структуре и функционировании природных экосистем на прибрежной территории и акватории при размещении ПЭС дает оценку значимости элементов природной среды, и природно-энергетического потенциала при планировании стратегического развития территориального образования, а главное, позволяет эффективно использовать ресурсный потенциал доступной энергии приливов.
В России сейчас функционирует единственная ПЭС — Кислогубская мощностью 400 кВт. После модернизации в 2009 г. ее мощность доведена до 1,7 МВт. По оценкам специалистов, за счет использования энергии приливов в России можно получать ежегодно около 270 млрд. кВт.ч электроэнергии.
К 2020 г. планируется создание трех мощных ПЭС: в Белом море (Мезенская ПЭС, 8 МВт), в Охотском море (Тугурская ПЭС, 8 МВт) , а так же в губе Долгая-Восточная на Кольском полуострове (Северная ПЭС, 12 МВт). В Генеральной схеме размещения объектов электроэнергетики до 2020 года, которая одобрена распоряжением Правительства РФ от 22 февраля 2008 г. №215-р, отмечено, что «в период до 2020 г. в соответствии с основными направлениями развития энергетики переход к крупным энергообъектам, использующим возобновляемые энергоисточники, возможен путем строительства крупных приливных электростанций». В настоящее время разрабатывается нормативно-техническая документация по реализации Генеральной схемы размещения объектов электроэнергетики до 2020 г. года. В рамках реализации этой схемы ведутся работы по предпроектной подготовке документации для строительства новых ПЭС, где представляется крайне важным предусмотреть не только будущую эффективную утилизацию, получаемой электроэнергии, но и взять на вооружение рассмотренный в настоящей работе новый подход к проектированию природно-экологического каркаса территории. Это, без сомнения, даст возможность многократно повысить экономическую эффективность ПЭС и использования других возобновляемых источников энергии при территориальном планировании.
Ключевые слова: энергия приливов, ВИЭ, строительство ПЭС, природно-экологический каркас.
1. Исаева В.Н., Булекова С.Н. Опреснение воды: электрические и комбинированные системы// Сантехника. 2007. № 2.
2. Гриднев Д.З. Проектирование природно-экологи-ческого каркаса в составе градостроительной документации // Проблемы региональной экологии 2009. № 6. С. 18-25.
Источник: cyberleninka.ru