Районная учебно-исследовательская конференция старшеклассников
«Юность Поморья»
Перспективы производства
электрической энергии
в Мезенском районе
,
11 Б класс МОУ «Общеобразовательная
средняя школа г. Мезень»
Научный руководитель
учитель МОУ «Общеобразовательная
средняя школа г. Мезень»
г. Мезень, 2008
СОДЕРЖАНИЕ
1. Введение 2
2. Анализ потребления электроэнергии в Мезенском районе 3
3. Дизельная электростанция 3
3.1. Параметры ДЭС 4
3.2. Экологическая обстановка 4
4. Проект Мезенской приливной электростанции 4
4.1. Параметры ПЭС 4
4.2. Природные условия Мезенского залива 5
4.3. О морских приливах и отливах 5
4.4. Наплавная технология строительства 5
4.5. Защита ото льда 6
4.6. К вопросу о рыбе 6
4.6. Положительные черты приливных электростанций 7
5. Сравнительная характеристика ПЭС и ДЭС 8
6. Заключение 9
7. Ресурсы 10
8. Приложение
Когда мы начали собирать материал к уроку – проекту по физике на тему «Производство, потребление и передача электрической энергии в Мезенском районе», то задумались о производстве электрической энергии ДЭС и перспективах производства электрической энергии приливной электростанцией.
Когда смотришь на реку Мезень с её частыми приливами и отливами, то невольно задаёшь себе вопрос: « А сколько нереализованной энергии потока воды уходит впустую?» (приложение1)
Нельзя ли с помощью этих природных ресурсов начать зарабатывать деньги для района? Сможет ли население и организации сэкономить свой бюджет, потребляя электроэнергию с приливной электростанции? С этими вопросами я обратилась к местным властям, а в частности к руководителю аппарата Администрации МО «Мезенский район» .
Проблема построения приливной электростанции начала волновать ученых (, и др.) в 60-е годы прошлого столетия и до сегодняшнего дня этот вопрос поднимается и муссируется в разных слоях населения не только нашего города, его рассматривают на областном и федеральном уровнях.
Исследовательской базой нашей работы стали:
Ø Дизельная электростанция (ДЭС)
Ø Приливная электростанция.
Цель исследования – сравнительная характеристика дизельной и приливной электростанции, преимущества приливной электростанции и перспективы социального и экономического развития нашего района, связанные с надеждой на строительство ПЭС.
Цель исследования обусловила следующие основные задачи:
1) Проанализировать потребление электроэнергии в Мезенском районе.
2) Проанализировать производство электроэнергии ДЭС
3) Рассмотреть перспективы производства электроэнергии приливной электростанцией
4) Сравнить ДЭС и ПЭС.
Информационной базой исследования стали информационные ресурсы с сайта: http://www. *****/epr/7/99.htm.
Методами исследования является:
· Изучение материалов о приливной электростанции
( института Гидропроект и НИИЭС по заданию РАО «ЕЭС России»)
· Беседа с работниками ДЭС
· Изучение документов о безработице в Мезенском районе
· Встреча с жителем г. Мезени, работавшим в составе рабочей группы по строительству ПЭС в 60-е годы Масловым Сергеем Семеновичем
· Знакомство с бизнес - планом модернизации системы энергоснабжения Мезенского района, разработанным фондом энергосбережения Архангельской области
· Встреча с районными руководителями:
- руководителем аппарата Администрации МО «Мезенский район» ,
- начальником отдела экономики
В настоящее время существует очень незначительный объем информации на данную тему, поэтому основную информацию мы взяли на сайте в Интернете. Так же познакомились с исследованиями нашей местности и проектами приливных электростанций, которые рассматривались в 60-е годы прошлого столетия в книге «Приливные электростанции в современной энергетике»
Электричество – очень удобная и контролируемая форма энергии. Электрическая энергия обладает большими преимуществами по сравнению с другими видами энергии: ее можно передавать с малыми потерями на большие расстояния и легко преобразовывать в другие виды энергии: механическую, внутреннюю, световую.
Основными поставщиками электрической энергии в Мезенском районе являются: (приложение 2)
1. сбытовая компания» - 79% всей вырабатываемой электроэнергии района
2. Государственное Унитарное предприятие «Архоблэнерго» - 20% всей вырабатываемой электроэнергии района
3. СПК РК «Сояна» - 1% всей вырабатываемой электроэнергии района
Самым крупным поставщиком электроэнергии является «Архангельская сбытовая компания». Благодаря этой компании, большая часть населенных пунктов района получает электроэнергию.
ГУП «Архоблэнерго» поставляет электроэнергию в населенные пункты Долгощелье, Ручьи, Дорогорское, Азополье, Совполье, Койду, Сафоново, Мосеево, Каменку в общем объёме 630000 кВтч в год.
СПК РК «Сояна» обеспечивает электроэнергией деревню Сояну, а она «дает свет» школе, библиотеке и фельдшерскому акушерскому пункту в общем объеме 37500кВч. в год.
Так как промышленные предприятия в нашем районе практически не функционируют, то основными потребителями электроэнергии являются население и объекты социальной сферы: школы, детские сады, библиотеки, Дома культуры, больницы и ФАПы, магазины, отделения почтовой связи и бюджетные организации.
Количество потребляемой электроэнергии зависит:
§ От занимаемой площади
§ От режима работы.
В настоящее время электроснабжение потребителей осуществляется Дизельной электростанцией, находящейся на территории МО «Мезенский район», общей установленной мощностью 6,7 мВт. (приложение 3)
На ДЭС с помощью генераторов механическую энергию преобразуют в электрическую энергию. Контроль за параметрами нагрузки, ее распределением и запуском (остановом) дизель-генераторов в параллельную работу осуществляется операторами главного электрического распределительного устройства вручную, без перерыва в питании.
Распределительные электрические линии имеют 4 повышающие комплектные трансформаторные подстанции и 500 понижающих трансформаторных подстанций.
Годовая выработка электрической энергии ДЭС в Мезени составила в 2007 году кВт/ч. При этом средняя мощность ДЭС составила 5000 кВт. Максимальная мощность ДЭС составляет 6,7мВт = 6700000кВт, минимальная мощность 600кВт.
Потребление дизельного топлива в 2007 году составило 4500тонн, объем потребления масел – 80 тонн.
Затраты на приобретение и доставку дизельного топлива - рублей и смазочного масла – 2020000рублей, что составило рубля. Тариф на электрическую энергию в 2008 году в ГУП «Архоблэнерго» составит 18,49 руб/кВт. Работает в ГУП «Архоблэнерго» 350 человек.
В связи с ростом цен на дизельное топливо и смазочное масло, затраты на приобретение и транспортировку топлива постоянно увеличиваются и требуют значительных дотаций из областного бюджета.
Широкое применение электроэнергии значительно повышает производительность труда и улучшает условия жизни, но, к сожалению, все крупные электростанции оказывают вредное воздействие на окружающую среду. И вот почему.
ДЭС загрязняет воздух продуктами сгорания топлива. Потому что, в них используются тепловые двигатели огромной мощности, а для работы теплового двигателя, необходим холодильник, в качестве которого используется обычно окружающая среда. Это приводит к «тепловому загрязнению».
Так, ДЭС «выбросила» в 2007 году 261,428 т отходов; из них твердых – 6,238т, жидких и газообразных – 255,19т.
В 21 веке ожидается широкое использование энергии морских приливов, запасы которой могут обеспечить до 12% энергопотребления. На Белом море проектируется Мезенская ПЭС мощностью 11,4 ГВт, ее энергию планируется направить в Западную Европу по объединенной системе «Восток-Запад». (приложение 4)
Наплавная технология строительства ПЭС, апробированная на Кислогубской ПЭС (на севере Кольского полуострова, на побережье Баренцева моря, построенная в 1968 году), мощностью в 400 киловатт, позволит на треть снизить капитальные затраты на строительство. Успешная эксплуатация ПЭС позволила приступить к проектированию более мощной станции в Белом море – Мезенской, которую предполагается возводить в труднодоступном районе. (« Моряк Севера»)
Основные запасы приливной энергии сосредоточены в Мезенском заливе. Залив расположен у выхода из горла Белого моря. (приложение 5) Он представляет собой как бы воронку, широкая часть которой имеет длину 98км, а узкая – 10,75км. Берега залива обрывисты, высотой от 5 до 40м, сложены из песчано-глинистых грунтов и благодаря постоянному воздействию моря (высокий прилив, штормовая волна) непрерывно оползают (приложение 6). Приливная волна, поступающая в Мезенский залив, всей своей массой с громадными скоростями устремляется в устье реки Мезени. Встречая мели и сужение, прилив увеличивает свою высоту до 6,5м (средняя амплитуда). Выше устья Семжи прилив распространяется вверх по Мезени, но амплитуда его уменьшается до 4,85м. Эта картина прилива зимой еще более осложняется ледовыми явлениями, которые в устье Мезени проявляются в виде подвижных льдов ( «Приливные электростанции в современной энергетике»)
Морские приливы и отливы представляют собой периодические колебания уровня моря, вызываемые силами притяжения Луны. В соответствии с теорией И. Ньютона под действием сил притяжения Луны поверхность гидросферы превращается из сферической в эллипсоидальную с большой осью, направленной на Луну. За счет вращения Земли вокруг своей оси приливы имеют периодический характер – за сутки 2 раза происходит прилив и 2 раза отлив (приложение7). Величина приливов различна для различных районов Земли. Например, на побережье Белого моря наибольшая величина прилива составляет 10м. Средняя возможная выработка электроэнергии на реке Мезени – 1370мВт, а в устье Белого моря (где и планируется строительство Мезенской ПЭС) – 14400мВт. (материалы сайта) Она занимает второе место в мире по средней выработке электроэнергии среди регионов, которые планируют выработку электроэнергии методом использования энергии приливов (приложение7, таблица).
Разработаны четыре метода использования энергии приливов, но наиболее практичным из них является создание системы приливных бассейнов.
Базовой для Мезенской ПЭС рассмотрена разработанная в НИИЭС новая поперечно-струйная турбина, получившая название ортогональной. Она будет построена с помощью наплавной технологии без перемычек. Общий срок строительства проектируется на 11 лет с пуском первоочередных агрегатов на 8 году.
Технология строительства предусматривает сооружение в виде 150 наплавных блоков тонкостенной ячеистой конструкции. Водопропускная плотина будет выполнена из 172 наплавных блоков с 4-мя донными водоводами в каждом.
Плотина будет задерживать воды высокого прилива.(приложение 8) Когда приливные воды будут отступать, задержанная плотиной вода выйдет в море через грушевидные турбины под плотиной и произведется электроэнергия. Однако можно вырабатывать электроэнергию как при отливе, так и при приливе.
Приливная волна задерживается позади плотины в результате открытия ряда донных затворов, что позволяет ей двигаться вверх по реке в направлении истока. Затворы закрывают тогда, когда прилив достигает наивысшего уровня, а затем, по мере отлива, воде, запертой за плотиной, позволяют стекать к морю через турбины (приложение). При низком уровне воды, т. е. при отливе, большая часть этой воды спускается. Когда приливные воды снова наступают, они оказываются перед закрытыми затворами, и уровень воды со стороны моря превышает ее уровень на стороне плотины, обращенной к суше. После того как будет достигнут достаточный напор, воде позволяют течь вверх по реке, проходя через турбины, и снова вырабатывать электричество. Таким образом, энергия вырабатывается за счет отлива, и за счет прилива.(материалы с сайта)
А как же будет функционировать ПЭС между приливами и отливами? Когда в последней фазе прилива разница в уровнях воды в резервуаре за плотиной и в море может составлять каких-нибудь два метра.
В это время электроэнергия из какого-либо другого источника может быть использована для перекачивания морской воды (с помощью турбин) в приливной бассейн. Вода накачивается на высоту лишь нескольких десятков сантиметров, поэтому не требуется много энергии. Когда приливная волна отступила, эта дополнительная вода падает с высоты 6 – 10 м, вырабатывая гораздо больше электроэнергии, чем ее было затрачено. Та же идея реализуется при отливе, но только в этом случае вода откачивается из приливного бассейна в море. При этом уровень воды в бассейне падает ниже уровня воды в море и поступающая приливная вода проходит большую дистанцию.
А продумана ли защита ото льда? Продолжительность ледовых явлений в устье реки Мезень определяется за 20-летний период в среднем 120 дней (максимально 182 дня). Участок подвижных льдов представляет нагромождение громадных льдин, которые с большими скоростями проносятся по реке в прилив и в отлив оседают на осушные площадки. (Бернштейн электростанции в современной энергетике. М.: Государственное энергетическое издательство, 1961. (с. 240-248) )
Зимой со стороны моря лед у плотины ПЭС может тороситься до величины 7м, а наледи на вертикальные бетонные стенки в зоне прилива - достигать 2,5 м. Многолетние исследования Мезенского залива и моделирование ледового режима ПЭС, в лаборатории ледотермики ВНИИГ, позволили разработать систему защиты от воздействия льда: раздельное размещение турбинных и водосливных отверстий, применение ледостойкого бетона, выполнение вертикальных напорных граней толщиной не менее 4 метров и применение на них антиобледенелых покрытий.
Что произойдет с рыбой? Ведь Мезень-река является еще и нашей кормилицей. В ней нерестятся ценные породы рыб, например семги. 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 %. Так же произойдет расширение и увеличение возможностей рыбного хозяйства, так как биомасса морепродуктов возрастет почти в два раза.
Положительные черты приливных электростанций:
· ПЭС устойчиво работают как самостоятельно, так и в энергосистеме с другими электростанциями (ДЭС) как в нормальном режиме, так и в пике графика нагрузок при гарантированной постоянной месячной выработке электроэнергии
· не загрязняют атмосферу вредными выбросами в отличие от дизельных электростанций
· не затапливают земель в отличие от гидроэлектростанций
· капитальные вложения на сооружения ПЭС не превышают затрат на ГЭС благодаря апробированному в России наплавному способу строительства и применению нового технологичного ортогонального гидроагрегата ячеистой конструкции ( ортогонального - находящегося в перпендикулярных плоскостях).
· стоимость электроэнергии самая дешевая в энергосистеме
Экологическая безопасность
· плотины ПЭС биологически проницаемы, пропуск рыбы происходит беспрепятственно
· 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 стройбазы, 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.
Энергетическое преимущество 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
Экономическое обоснование приливных электростанций
Стоимость энергии на ПЭС самая низкая в энергосистеме по сравнению со стоимостью энергии других электростанций. Вырабатываемая энергия ПЭС в 2 раза дешевле электроэнергии, вырабатываемой ДЭС.
Социальное значение приливных электростанций
Приливные электростанции не оказывают вредного воздействия на человека:
· нет вредных выбросов (в отличие от ДЭС)
· нет затопления земель (в отличие от ГЭС)
· влияние на ПЭС катастрофических природных и социальных явлений (землетрясения, наводнения, военных действий) не угрожают населению в примыкающих к ПЭС районах.
Благоприятные факторы в бассейнах ПЭС:
· смягчение (выравнивание) климатических условий на примыкающих к бассейну ПЭС территориях
· защита берегов от штормовых явлений
· расширение возможностей рыбного хозяйства в связи с увеличением почти вдвое биомассы морепродуктов
· улучшение транспортной системы района
· исключительные возможности расширения туризма.
Население с нетерпением ждет известий о строительстве приливной электростанции на территории нашего района.
Вы спросите: «Почему? Ведь кроме приливной электростанции есть дизельная, которая имеется на территории нашего района»
• Да потому что ДЭС предназначены для электроснабжения мест, удалённых от линий электропередач, а также в районах, где источники водоснабжения ограничены и сооружение паросиловой или гидросиловой установки невозможно. – А в нашей ситуации возможно построить гидросиловую установку, т. е. приливную электростанцию.
• дорогая производимая электроэнергия также характерна для ДЭС
• ДЭС, в качестве топлива используют нефть, т. е. продукт её переработки - дизельное топливо, а при сжигании ДТ в атмосферу выделяется большое кол-во вредных веществ
Приливная электростанция имеет перспективу, потому что:
• Производимая электроэнергия относительно дешёвая
• Нет вредных выбросов в атмосферу и гидросферу
• Не нуждается в топливе (нефти, газе)
На приливных электростанциях тепловые двигатели не используются, так как там происходит непосредственное превращение механической энергии в электрическую энергию. Поэтому работа таких электростанций не сопровождается тепловым загрязнением; при этом нет выбросов продуктов сгорания и опасности выброса радиоактивных веществ.
Строительство ПЭС изменит положение на регистрируемом рынке труда. В 2007 году в службе занятости населения Мезенского района зарегистрировано 711 граждан ищущих работу. С началом строительства ПЭС потребность в рабочих руках возрастет в 3-3,5 раза по сравнению с числом безработных на период года. У населения появятся надежды на повышение уровня благосостояния.
(приложение 9)
Так как энергия, вырабатываемая ПЭС в 2 раза дешевле энергии, вырабатываемой ДЭС появятся социальные и экономические выгоды от снижения стоимости электроэнергии, потому что основными потребителями являются объекты социальной сферы и население.
От стоимости электроэнергии зависит и развитие производства. В конце 20 века на территории нашего района функционировало ряд предприятий: лесозавод, рыбокомбинат, молочный комбинат райлеспромкомбинат, совхозы, ПМК (передвижная механизированная колонна), РСУ (ремонтно-строительный участок).
Думаю, в некоторых, из них появилась бы необходимость, например в тех, которые связаны с пищевой промышленностью. С приростом населения в районе появится необходимость в переработке продуктов (рыбы, молока, мяса) местного производства и появится большая потребность в строительстве жилого фонда.
Расчеты энергоэкономической эффективности ПЭС в первой четверти нового века определили ее мощность в 11,4млн. кВт с выработкой 38,9 млрд. кВт-ч при 3400 часах годового использования. Энергию планируется использовать на внутреннем и внешнем рынках Северо-западного региона, в объединениях энергосистем «ЕЭС России» и Европейского сообщества. Значит НДФЛ (налог на доходы физических лиц) окажутся в бюджете нашего района, что благоприятно отразится на состоянии самого бюджета, социальной сферы и самих граждан.
Расчеты специалистов показывают, что если использовать хотя бы четвертую часть энергии приливов, то она сравнится с той, которую дают все электростанции мира. Но во всех проектах приливных электростанций (ПЭС) смущает одно обстоятельство – чрезвычайно высокая стоимость строительства. Наша страна обладает почти четвертью потенциального мирового запаса приливной энергии. Поэтому не удивительно, что проекты ПЭС стали создавать и у нас.
И мы, выпускники Мезенской средней школы очень надеемся, что у самого отдаленного и северного уголка Архангельской области появятся большие перспективы и возможности. А река Мезень еще больше будет нас восхищать своими мощными приливами и отливами.
Через пол года мы окажемся далеко от своей малой родины, но
после окончания высших и средних учебных заведений хотелось бы вернуться на родную землю и работать во благо родной земли. Принимать и продолжать лучшие традиции своих отцов и дедов, выходцев из Мезени.
Ресурсы
1. Бернштейн электростанции в современной энергетике.
М.: Государственное энергетическое издательство, 1961. (с. 240-248)
2. «Моряк Севера», 5.10.1988. ( Океаны энергии)
3. http://www. *****/referat-62007.html
4. http://esco-ecosys. *****/2005_11/art07_13.htm
5. http://www. *****/epr/7/99.htm
