Таблица 4.   Экономия топлива за счет строительства нетрадиционных станций РАО “ЕЭС России"

* Проектное здание

Как известно, в эти регионы мы вынуждены завозить топливо с большими трудностями, тратить на его доставку огромные средства, крайне неэффективно использовать его и при этом постоянно иметь проблемы с энергоснабжением. Нужда в завозе значительной части топлива в эти районы может отпасть за счет более широкого исполь­зования в этих регионах нетрадиционных энергоустановок (табл. 4).

Поэтому ускоренное развитие нетрадиционной энергетики на базе возобновляемых источников в этих регионах может стать важ­ным не только экономическим, но и социально-политическим, ста­билизирующим фактором.

2. Энергия морей и океанов

Моря и океаны обладают огромным потенциалом, который можно использовать в производстве электроэнергии. Далее рассмотрим некоторые электростанции которые преобразуют различные энергии: приливов, волн, течений, разность температур в электроэнергию.

2.1. Приливные электростанции.

Приливная энергия океана вызвана гравитационным взаимодействием Земли с Луной и Солнцем. Приливообразующая сила Луны в данной точке земной поверхности определяется как разность местного значения силы притяжения Луны и центробежной силы от вращения системы Земля - Луна во­круг общего центра тяжести. В результате действия этой силы на поверхности Земли возникают приливные колебания уровней воды, сопровождаемые наступлением волны прилива на берег.

Приливные колебания уровня чаше всего имеют периодичность равную половине лунных суток, т.е. 12ч 24 мин. (полусуточные приливы), либо целым лунным суткам, т.е. 24 ч 48 мин. (суточные приливы). Чаше они носят смешанный характер.

 Разность уровней колебания волы - это разность уровней между максимальным приливом и минимальным отливом. Наивысших прилив (17.3м) наблюдается в вершине залива Фанли (Канада). В Европе высокие приливы наблюдаются н Англии (устье р. Северн. Бристоль) -14,5 ч, во Франции (устье р. Ране. Сен-Мало) - 14,7 ч. У берегов России высокие приливы наблюдаются в Пенжинском (14,5 м) и Тугурском (10 м) заливах Охотского моря и Мезенском за­ливе (10м) Белого моря. На Мурманском побережье Баренцева моря прилив достигает 7,2 м.

Мировые энергетические ресурсы приливной энергии оценива­ются в 1 трлн кВт ч. Однако, использование этой энергии затрудняется ее пульсирующим прерывистым характером.

Наиболее распространена в настоящее время одно-бассейновая схема приливной электростанции (ПЭС). Мощность ПЭС вследст­вие изменения напора волн возрастает от нуля до некоторого макси­мального значения и затем вновь снижается до нуля.

В современных условиях при работе ПЭС в достаточно мошной энергосистеме прерывистый характер выдачи электроэнергии при­ливной электростанцией не имеет важного значения. Гораздо важ­нее получить от нее мощность в часы наибольшей нагрузки в энер­госистеме, что позволит обеспечить наиболее рациональный режим работы агрегатов ТЭС и АЭС.

Ценное качество приливной энергии заключается в неизменно­сти ее среднемесячного значения в любой сезон и любой по воднос­ти год, что важно при использовании ПЭС в целях экономии топли­ва в системе. Но при работе ПЭС на изолированного потребителя необходимо ее резервирование другим источником энергии. Кроме того, учитывая неравномерность работы ПЭС, для эффективного использования целесообразно ее объединять с ГАЭС или ГЭС, име­ющими водохранилища для аккумулирования энергии ПЭС.

В России использование приливной энергии в прибрежных райо­нах морей бассейнов Северного Ледовитого и Тихого океанов воз­можно, но изначально требует больших капиталовложений и пред­полагает высокую себестоимость электроэнергии.

На сегодня энергия приливов является наиболее освоенным видом энергии морей и океанов. В настоящее время действуют про­мышленная ПЭС Ране но Франции (240 МВт), опытные ПЭС Анна­полис в Канаде (20 МВт) и Кислогубская - в России (0,4 МВт). Построены также три опытных ПЭС и Китае и одна - в Корее. Во многих странах мира ведется проектирование промышленных при­ливных электростанций.

35-летний опыт эксплуатации первой в мире промышленной приливной электростанции Ране во Франции и 33-летний опыт ра­боты Кислогубской ПЭС в России доказали, что приливные элект­ростанции устойчиво работают в энергосистемах как в базовой, так и к пиконом частях графика нагрузок.

а)

б)

Здание Кислогубской ПЭС: а – продольный разрез (I – вид со стороны бассейна; II – вид со стороны моря); б - поперечный разрез.

На рис. показана экспериментальная Кислогубская ПЭС мощностью 450 кВт. На электростанции длительное время прово­дятся исследования по отработке режимов работы станции, изуче­нию ее воздействия на окружающую среду, материаловедческие исследования.

Гидропроектом разработан новый тип так называемой ортогона­льной гидротурбины, которую предполагается испытать на Кисло­губской ПЭС. Создание этого эффективного и технологически про­стого гидроагрегата позволит значительно снизить стоимость строи­тельства ПЭС.

В России в настоящее время разработано технико-экономиче­ское обоснование Тугурской ПЭС мощностью 8 МВт и Пенжинской ПЭС мощностью 87 М Вт на Охотском море и Мезенской ПЭС мощностью 11,4 МВт на Белом море. Начато проектирование Кольской опытно-промышленной ПЭС мощностью 32 МВт.

Наплавная российская технология строительства ПЭС, апроби­рованная на Кислогубской ПЭС и на защитной дамбе от наводне­ния С.-Петербурга, позволяет на 1/3 снизить капитальные затраты по сравнению с классическим способом строительства гидротехни­ческих сооружений за перемычками.

Обоснования проектов ПЭС в России осуществляются на базе исследований НИИЭС на Кислогубской ПЭС, где испытываются морские материалы, конструкции, оборудование и антикоррозион­ные технологии.

Комплекс проектных и научно-исследовательских работ по со­зданию морских энергетических и гидротехнических сооружений на побережье и на шельфе, проводимых в условиях Крайнего Севера, позволяет в полной мере реализовать все преимущества приливной гидроэнергетики.

Однако следует констатировать, что из-за отсутствия финансовых средств все эти работы, как и работы по другим направлениям малой энергетики, в нашей стране фактически сворачиваются.

2.2. Энергия волн морей и океанов.

Мощность ветровых волн Мирово­го океана оценивается примерно в 10 - 90 млрд кВт, однако мощ­ность, которая может быть реально использована, значительно ниже — всего 2,7 млрд кВт.

Пока же достигнутый технический уровень позволяет исполь­зовать энергию волн лишь в прибрежных зонах, где она превыша­ет 80 кВт/м. В омывающих Россию морях мощности еще ниже и составляют для Черного моря 6 — 8 кВт/м, Каспийского -7-11 кВт/м, Баренцева 22 - 29 кВт/м, Охотского 12- 20кВт/м.

Что касается удельной плотности волновой энергии, т.е. мощно­сти, приходящейся на единицу поверхности, то она примерно в 10 раз больше плотности ветровой энергии и значительно превышает плотность солнечной энергии.

Важной особенностью морского волнения является его неравно­мерность во времени, максимальное значение в 5 — 11 раз выше средних значений. Удельная мощность волн, образующихся на бо­льших глубинах при значительной удаленности от побережья на по­рядок выше, чем в прибрежной зоне.

В волновых установках энергия волн может или непосредственно преобразовываться в энергию вращения вала генератора, или служит основой привода турбины, на одном валу с которой (или через редуктор) находится генератор. Все известные волновые установки состоят из четырех основных частей: рабочего органа, рабочего тела, силового преобразователя и системы креплений.

Волновые установки, располагаемые в береговой зоне морей, в результате отбора ими энергии волн снижают их размывающую спо­собность и тем самым делают ненужными громоздкие и дорогостоя­щие берегозащитные сооружения.

Процесс преобразования волновой энергии в электрическую не связан с отрицательным экологическим воздействием на природу. Однако при расположении волновых энергетических установок некоторых типов в открытом море есть опасность, что в результате преобразования энергии волн может произойти отрицательное воздействие на жизнь моря, поскольку волны способствуют обогащению поверхностного слоя воды кислородом и питательными веществами.

Использование энергии волн пока не вышло из стадии создания экспериментальных установок. Предложено много различных конструкций — "Утка Солтера", различные поплавковые конструкции и т.п. Подобные установки испытывались в США, Англии, Дании и Японии. В середине 90-х годов установка мощностью З кВт испыты­валась Дагестанским филиалом ЭНИНа на Каспийском море близ Махачкалы.

2.3. Тепловая энергия морей и океанов.

Как известно. Солнце нагревает лишь верхний слой воды морей и океанов, причем нагретая вода не опускается вниз, поскольку плотность ее меньше холодной. В тропических морях верхний слой воды, толщина которого не превы­шает нескольких метров, нагревается всего до 25 – 30 °С. В то же время, температура воды на глубине 1 км не превышает 5 ˚С.

Получающийся тепловой градиент создает запасы тепловой энергии, равные 3,4 - I0²⁴ Дж/год или 95 - 10'- кВт - ч/год. Разность температур слоев морской воды в энергетических целях можно ис­пользовать в схеме двухконтурной электростанции. Теплая морская (океанская) вода из верхних слоев используется для испарения жил-кости, точка кипения которой не превышает 25 — 30 °С (фреона, пропана, аммиака). Пар этой жидкости срабатывается в турбогене­раторе. Отработавший пар после выхода из турбины охлаждается бо­лее холодной водой, поступающей из глубинных слоев, конденсиру­ется и вновь используется в цикле.

Проведенные расчеты и опытные работы показывают, что себе­стоимость электроэнергии на океанических ТЭС (ОТЭС) примерно соответствует этому показателю на современных ТЭС и АЭС. Одна­ко развитию создания ОТЭС препятствует нерешенность некото­рых технических проблем, среди которых — отсутствие достаточно эффективных и экономически приемлемых средств борьбы с корро­зией и биологическим обрастай нем оборудования и трубопроводов. В экологическом отношении ОТЭС безвредны. Но если в конту­ре, по которому циркулирует рабочая жидкость, возникает утечка, то это может нанести вред морской флоре и фауне.

2.4. Энергия океанических течений.

В океанических течениях (поверх­ностных и глубинных) сосредоточены огромные запасы кинетиче­ской энергии (около 7,2 - 10¹² кВт ч/год), которую можно преоб­разовать в электрическую. Всю акваторию Мирового океана пере­секают течения, имеющие различные направления и скорости.

Некоторые из них описывают огромные окружности. Под поверх­ностными течениями есть и другие – глубинные.

В США с 1973 г. разрабатывается "Программа Кориолиса", которая предусматривает установку во Флоридском проливе 242 подводных установок суммарной мощностью 20000 МВт.

Рассматривается также возможность использования в качестве первичного двигателя таких установок прямоточной турбины диа­метром 168 ч с частотой вращения 1 об/мин. Расстояние между лопастями турбины будет таково, что обеспечит безопасный проход самых крупных рыб. Вся установка будет погружена на 30 м под уровень океана с тем, чтобы не препятствовать судоходству.

В Японии исследуется возможность использования энергии теплого течения Куросиво, в котором расход воды оценивается 55- 10⁶ м³/с, а скорость у восточного побережья страны 1.5 м/с. Ис­пользуемые для этого трехлопастные гидротурбины будут иметь диаметр рабочего колеса 53 м.

Разработан схематический проект использования течения в Гибралтарском проливе, в котором расход воды (20 – 40)· 10³ м³/с может  обеспечить   получение   электроэнергии   в   количестве 150 млрд кВт·ч/год.

Анализ экономических показателей морских и океанических электростанций показывает, что по мере совершенствования схем преобразования энергии, конструкций и технологии сооружения этих энергоустановок, их материало- и капиталоемкость будет снижаться.

Список литературы:

1.         “Малая энергетика России. Проблемы и перспективы” Москва. НТФ ”Энергопрогресс”, 2003г. [приложение к журналу “Энергетик”]

2.         “Энергетика за рубежом” Москва. НТФ ”Энергопрогресс”, 2000г. [приложение к журналу “Энергетик”]