Приливные и гидроаккумулирующие электростанции. Конструкция и принцип работы. Влияние на экологию.

Возможности использования водной энергии:

1. Приливные гидростанции (ПЭС);

2. Гидроаккумулирующие станции (ГАЭС).

Энергия морских приливов (лунная энергия) известна давно. Существует огромное количество остроумных проектов приливных технических сооружений. В некоторых районах мирового океана наблюдается очень большая амплитуда приливной волны. Разность между верхней и нижней отметками прилива достигает более 10 м, например, возле Огненной Земли она составляет 18 м и 28 м - на побережье США. Если открыть шлюз в то время как приливная волна набирает высоту, и затем в высшей точке прилива шлюз закрыть, то накопленную воду можно во время отлива пропустить через турбины и таким образом выработать электрическую энергию. Если установить реверсивные турбины, то добавится выработка электроэнергии при заполнении водохранилища. Значение суммарного энергетического потенциала приливов составляет около 13 ГВт, что намного меньше по сравнению с потенциалом рек. Но ПЭС выгодно отличаются от ГЭС тем, что их работа определяется космическими явлениями и не зависит, как у речных, от погодных условий. Однако ПЭС имеют три существенных недостатка:

1. стоимость 1 кВт ч на 30 - 100% выше, чем на ТЭС и ГЭС;

2. неравномерность работы в течение суток;

3. нарушение на реках судоходства.

Неравномерность приливной энергии в течение лунных суток и лунного месяца, отличающихся от солнечных, не позволяет систематически использовать её в периоды максимальных нагрузок. Можно компенсировать неравномерность работы ПЭС, совместив её с ГАЭС или ГЭС. Однако наряду с недостатками есть и преимущества. Энергия приливов не образует вредных отходов, не растрачивает невосполнимых минеральных ресурсов и наносимый ущерб невелик. Важным в освоении этой энергии является благоприятное сочетание топографического и энергетического факторов (рис. 7.1). Экономически целесообразное использование энергии приливов и отливов наступает лишь при разности уровней воды не менее 5 м. С 1966 года во Франции на реке Ранс действует ПЭС мощностью 240 МВт. Выработка электроэнергии в течении года на этой станции составляет 507 000 МВт ч, что примерно соответствует 2100 часов работы с полной нагрузкой. Разработка и создание гидравлических турбин с диаметром 7,5 м и мощностью 60 МВт позволили снизить стоимость вырабатываемой электроэнергии.

Рис. 7.1. Схема электростанции на приливном течении

Неравномерность графика нагрузки потребителей в часы максимума нагрузки покрывать пиковые набросы активной и реактивной мощности. Эту задачу хорошо решают гидроаккумулирующие станции (ГАЭС). В интервалы времени, когда нагрузка в энергосистеме минимальна, ГАЭС перекачивает воду из нижнего водохранилища в верхнее и потребляет при этом электроэнергию из системы. В режиме непродолжительных пиков нагрузки ГАЭС работает в генераторном режиме и расходует запасённую в верхнем водохранилище воду (рис. 7.2).

Рис. 7.2. Гидроаккумулирующая станция

1 - верхний бассейн; 2 - водовод; 3 - здание ГАЭС; 4 - нижний бассейн;

В европейской части России возможно сооружение до 150 ГАЭС. Однако районы с благоприятным для сооружения ГАЭС рельефом местности, позволяющим получать перепады порядка 1000 м, значительно удалены от центров потребления маневренной мощности. Сооружение линий электропередач (ЛЭП) в этих случаях может привести к затратам, превышающим затраты на строительство ГАЭС. В СССР первая экспериментальная ГАЭС была построена под Киевом с напором 70 м и мощностью 225 МВт. Под Сергиевым Посадом сооружена ГАЭС мощностью 1200 МВт с обратимыми агрегатами. Станция 4 часа в сутки работает в генераторном режиме и около 5 часов в двигательном, а остальное время - в режиме синхронного компенсатора. К наиболее крупным ГАЭС относятся станции: Лорх на Рейне (Германия) - 2400 МВт, Корнуэлл (США) - 2000 МВт, Лох - Ламонд (Англия) - 1200 МВт.

Мощность ГАЭС зависит от расхода воды и напора. При ограниченном объёме верхнего бассейна увеличение мощности может быть получено за счёт большого напора. С этой точки зрения горные районы наиболее удобны для сооружения ГАЭС. Самый большой напор имеет ГАЭС Рейссек в Австрии, который составляет около 1800 м. Стоимость ГАЭС резко уменьшается, если в качестве верхнего бассейна используется естественный водоём. ГАЭС стали особенно эффективными с появлением обратимых гидротурбин, выполняющих функции и турбин и насосов. Перспективы развития ГАЭС зависят от их коэффициента полезного действия (КПД), который равен отношению количества выработанной электроэнергии к израсходованной. Первые ГАЭС имели КПД=40%, а у современных он составляет порядка 70 - 75%.