Схемы использования энергии приливов

Периодические повышения и понижения уровня моря при прили­вах и отливах определяются силами притяжения Земля — Луна — Солнце и центробежными силами. Приливы обычно происходят два раза в сутки, чередование максимума и минимума приливов происходит через 6 часов 12 минут. Время прилива каждые сутки смещается на 50 минут. Продолжительность полного цикла составляет 29,53 суток. Наибольшая величина прилива т. е. разность максимального уровня при приливе и минимального уровня при отливе в открытом океане составляет 2 м и значительно увеличивается у побережья, в проливах и узких заливах. Наибольшая в мире величина прилива (19,0 м) на­блюдается в заливе Фанди на Канадском побережье Атлантического океана. В СССР на побережье Охотского моря величина прилива в различных пунктах побережья составляет от 2 до 14,0 м, на побережье Кольского полуострова от 4 до 10 м.

Простейшей является однобассейная схема использования энергии приливов (рис 2-13). При наличии удобного естественного залива или фиорда который может быть отделен от моря плотиной и зданием ПЭС, он используется в качестве бассейна, наполняемого в часы прилива и oпорожняемого в часы отлива. На ПЭС предусматривают холостой водосброс. Например часть плотины делается водосливной или для холостого сброса воды используется здание ПЭС. Тогда здание выполняется или водосливного типа с переливом воды через крышу здания или совмещенного типа с водосбросными отверстиями внутри здания.

В часы прилива уровень воды в море выше, чем в бассейне и при достаточном напоре ПЭС может вырабатывать электрическую энер­гию, пропуская через турбины воду из моря в бассейн. В часы отлива создается перепад уровней между бассейном и морем. При достаточ­ных напорах ПЭС вырабатывает электрическую энергию, пропуская через турбину воду из бассейна в море. При малых напорах ПЭС про­стаивает, обычно четыре раза в сутки. Часы работы ПЭС определя­ются временем наступления приливов и отливов и каждый день соот­ветственно смещаются на 50 минут.

На ПЭС устанавливаются обратимые агрегаты двустороннего дей­ствия, которые могут работать в турбинном и насосном режимах при движении воды из моря в бассейн и из бассейна на море. На ПЭС устанавливаются агрегаты капсульного типа (см гл 8) с горизонтальном валом.| На другом его конце располагается обратимая гидравлическая машина, которая может работать попеременно как турбина и как насос. На другом конце вала в металлической капсуле, обмываемой водой, размещается обратимая электрическая машина, которая может быть использована попеременно как генератор и как двигатель.

За время одного цикла отлива - прилива, т. е. в течение примерно половины суток можно выделить шесть периодов четыре рабочих и два простоя.

1. Агрегаты ПЭС включаются в работу в турбинном режиме при достаточно высоком экономически обоснованном напоре Вода прохо­дит через турбины из бассейна в море и ПЭС вырабатывает электри­ческую энергию и отдает ее в сеть. ПЭС работает до тех пор, пока напор не понизится до напора Н холостого хода.

2. Для быстрейшего опорожнения бассейна производится холо­стой сброс воды через водосливную плотину или через водосбросные отверстия здания ПЭС. Посредством перекачки воды насосами уро­вень воды в бассейне понижают ниже уровня воды в море. При работе насосов ПЭС потребляет электрическую энергию.

3 Период ожидания, в течение которого происходит процесс по­вышения уровня воды в море Агрегаты ПЭС простаивают до тех пор, пока не будет достигнут экономически обоснованный напор, при кото­ром выгодно включать турбины

Четвертый, пятый и шестой периоды отличаются от предыдущих тем, что вода будет проходить через турбины, затем через водослив и перекачивается насосами из моря в бассейны. Перекачка воды насо­сами происходит при низких напорах, а используется она при более высоких напорах. Такое насосное аккумулирование энергии оказыва­ется весьма выгодным. Выработка электроэнергии на перекачиваемой воде превышает потребление энергии из сети для работы насосов. В результате за счет насосного аккумулирования отдача энергии ПЭС увеличивается на 5—8 %

Потребление электроэнергии в электрических системах обычно характеризуется наличием двух регулярных пиков нагрузки — утреннего и вечернего, и двух снижений – ночью и в часы дневного обеденного периода.

Для приспособления отдачи энергии к режиму электропотребления наряду с сооружением ПЭС надо построить ГАЭС или ГЭС с водохранилищем.

Возможны и другие схемы использования энергии приливов. Если, например, использовать два соседних фиорда или разделить залив плотиной на два бассейна, то получим двухбассейную схему. Здание ПЭС с оборудованием размещается между бассейнами. Один бассейн можно соединить с морем при приливе, а второй при отливе. При этом между бассейнами будет разность уровней и ПЭС большую часть суток сможет иметь напор, достаточный для работы турбин. Такая схема менее экономична, чем однобассейновая.

ПЭС Ранс и Кислогубская ПЭС построены по однобассепповой схеме. План ПЭС Ранс показан на рис 2-14. На ПЭС установлено 24 капсульных агрегата. ПЭС работает при амплитудах прилива 3,3— 13,5 м, при среднем значении 8,4 м. В составе сооружений ПЭС Ране имеется судоходный шлюз.

На рис. 2-15 представлен поперечный разрез здания Кислогубской ПЭС. При строительстве ПЭС был применен прогрессивный наплавной метод. В 100 км от Кислой Губы был изготовлен наплавной док — блок для размещения в нем агрегата. Блок был доставлен на понтонах в Кислую Губу и установлен на подготовленное основание без устройства перемычек

В СССР проведена предварительная проектная работа по Лумбовской ПЭС на Кольском полуострове мощностью 320 МВт и годовой выработкой электроэнергии около 800 млн. кВт-ч. Изучаются возмож­ности строительства на побережье Белого моря Мезенской ПЭС мощ­ностью 6 млн. кВт, и на побережье Охотского моря Тугурской ПЭС — 9 млн. кВт и Пенжинской ПЭС — 35 млн. кВт.