Приливные электростанции

Энергия морских приливов. Периодические измене­ния уровня воды в морях и океанах, называемые приливами и отливами, происходят под действием сил притяжения в космической системе Земля — Луна — Солнце. Смена приливов и отливов наблюдается на большинстве морских побережий 4 раза в сутки. При этом амплитуда колебаний уровня моря достигает максимума (сизигия) при расположении Земли, Луны и Солнца на одной прямой, а минимума (квадратуры) — при их расположении в вершинах треугольника, образуемого этими космическими телами.

Наибольшая амплитуда колебаний этих уровней, т. е. разность их максимального значения при приливах и минимального при отливах, составляет в открытом океане около 2 м. У побережий, в узких проливах, заливах и устьях рек эта амплитуда возрастает, достигая наибольшего значения до 19, 6 м в заливе Фанди на атлантическом побережье Канады. В России максимальные амплитуды приливов наблюдаются на побережье Охотского моря до 11 м, в Мезенском заливе — 10 м и на Кольском побережье — до 7, 4 м.

Рис. 13 Мареограмма (кривая приливов) за один месяц

Графики изменения рассматриваемых уровней воды, называемые мареограммами, для суток имеют синусоидальный характер. Чередование максимальных и минимальных уровней моря происходит через каждые 6 ч 12 мин. Амплитуда суточных колебаний уровня моря не остается постоянной, а изменяется по дням, как это показано на рис. 13, а также существенно зависит от времени года. Лунный месяц составляет 29, 53 сут., что соответствует продолжительности времени между двумя полнолуниями или новолуниями.

Рассматриваемый подъем и спад уровней сопровождаются изменениями течения и расхода воды от моря к побережью и обратно, что определяет гидравлическую энергию приливов и отливов.

Преобразование энергии отливов и приливов в электрическую возможно путем строительства приливных электростанций (ПЭС), схема которых заключается в следующем. Суженный створ пролива или устья реки перегораживается путем сооружения здания станции, воспринимающего напор, и плотины. При этом образуется бассейн, куда во время прилива вода поступает из моря, а при отливе — обратно. Разность уровней воды в море и бассейне обеспечивает работу гидротурбин. При выравнивании уровней воды в бассейне и море и сокращении напора ниже минимально необходимого для работы турбин значения они останавливаются до следующего восстановления напора во время прилива или отлива.

Для определения потенциальной мощности N_n, кВт, и годовой выработки энергии Э_п, кВт-ч, отдельных створов, в которых возможно сооружение ПЭС, рекомендуются следующие формулы:

N_n=225A²F. - (1.5)
Э_п=1, 97 х 10⁶A²F (1.6)

где А — среднегодовая амплитуда прилива, м; F — площадь бассейна, км².

Технический потенциал ПЭС оценивается в 33% потенциальной энергии, так как значительная ее часть не может быть использована вследствие снижения напора и других потерь энергии.

Благоприятные условия для строительства ПЭС, характеризующиеся большой площадью бассейна при малой длине створа сооружений и значительной амплитудой колебания уровней, встречаются.довольно редко. Но в ряде стран, в том числе Англии, Франции, Канаде и др., разработаны проекты ПЭС мощностью более 7000 МВт (Северен, Англия) и даже 12000 МВт (Шозе, Франция).

Крупнейшая в мире на настоящий момент приливная электростанция Сихвинская ПЭС, расположенная в искусственном заливе Сихва-Хо (кор. 시 화 호)[2] на северо-западном побережье Южной Кореи. Электростанция обладает установленной мощностью 254 МВт и была запущена в августе 2011 года и стала крупнейшей приливной станцией мира оттеснив на второе место долговременного лидера — французскую приливную электростанцию ПЭС «Ля Ранс»(240 МВт).

Рис. 14 Масштабная модель поперечного сечения машинного зала ПЭС «Ля Ранс»

Установленная мощность действующей в России Кислогубской ПЭС сегодня 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».

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

Рис. 15 Масштабная модель поперечного сечения

машинного зала Кислогубской ПЭС

Рис. 16 Кислогубская ПЭС