Приливная электростанция (ПЭС) — электростанция, преобразующая энергию морских приливов в электрическую. ПЭС использует перепад уровней полной и малой воды во время прилива и отлива. Очевидно, что места с большими высотами приливов обладают и большими потенциалами приливной энергии. Перекрыв плотиной залив или устье впадающей в море реки (образовав водоём, называют бассейном ПЭС), можно при значительной величине прилива (> 4 м) создать напор, достаточный для вращения гидротурбин и соединённых с ними гидрогенераторов, размещенных в теле плотины. При одном бассейне и правильном полусуточном цикле приливов ПЭС может вырабатывать электроэнергию непрерывно в течение 4—5 часов с перерывами соответственно 2—1 часа четыре раза за сутки (такая ПЭС называется однобассейновой двустороннего действия). Преимуществами ПЭС является экологичность и низкая себестоимость производства энергии. Недостатками — высокая стоимость строительства и изменяющаяся в течение суток мощность, из-за чего ПЭС может работать только в составе энергосистемы, располагающей достаточной мощностью электростанций других типов.
Ниже перечислены самые значимые ПЭС в мире.
Первая в мире приливная электростанция «Ранc», построенная в 1966 г., расположена в эстуарии р. Ранс, впадающей в залив Сен-Мало (Бретань, Франция), и имеет мощность 240 МВт, что делает ее крупнейшей приливной электростанцией в мире.
Приливная электростанция «Аннаполис» (Канада) построена в 1985 г. В заливе Фанди, известном своими высокими приливами, достигающими 18 м, и имеет установленную мощность 20 МВт.
Завершается строительство приливной электростанции «Озеро Сихва» (Южная Корея), расположенной неподалеку от Сеула. Предполагается, что эта ПЭС станет крупнейшей из приливных электростанций мира и ее мощность составит 254 МВт.
В России с 1968 г. действует принципиально важная экспериментальная ПЭС в Кислой губе на побережье Баренцева моря. По состоянию на 2009 г. ее мощность составляет 1,7 МВт. На этапе проектирования находится Северная ПЭС мощностью 12 МВт.
Некоторые расчеты, выполненные для эстуария р. Северн, показали возможность уменьшения и увеличения величины приливов в зависимости от размещения плотины ПЭС. Строительство ПЭС слишком дорого, чтобы допускать ошибки при выборе створа ПЭС.
В связи с этим одним из основных вопросов при проектировании приливных энергоузлов является выяснение того, как плотина будут влиять на резонансные условия в бассейне. Анализ резонансных условий достаточно сложен из-за постоянно меняющейся топологии дна и береговой линии заливов и эстуариев. При этом необходимо проводить моделирование природных условий в лабораторных волновых бассейнах с использованием соответствующей техники масштабирования и путем теоретического анализа.
При подходящих условиях высота прилива может усиливаться до 10 м. Малопригодными для размещения ПЭС считаются заливы и эстуарии, высота прилива в которых не превышает 3-4 м. Но независимо от этого во всех случаях требуется тщательный анализ местных условий.
В данной практической работе производится всего лишь прикидочный расчет. На практике эстуарии и заливы не имеют таких однозначно определенных размеров, какие использованы ниже в примере. Поэтому анализ резонансных условий сильно усложняется.
Поднятую на максимальную высоту во время прилива воду можно отделить от моря плотиной в бассейне площадью Ω. Если затем во время отлива пропустить эту массу воды через турбины, то можно получить мощность 
, Вт:
(4.1)
где 
- плотность воды, кг/м3; R - перепад уровней, м; Ω - площадь приливного бассейна, м2. В рамках данной практической работы плотность морской воды принимается равной 1025 кг/м3.
Приливная волна, являясь длинной, движется со скоростью:
(4.2)
где H - глубина залива, м.
Известно, что резонанс для приливной волны, надвигающейся со стороны открытого моря, наступает при условиях, когда
(4.3)
где j - нечетное целое число; L - протяженность залива в сторону материка, м; λ- длина волны вынужденных колебаний в открытом море, м.
Соответствующая резонансная частота fr , с-1, и период Тr, с, связаны между собой следующим образом:
. (4.4)
Отсюда
. (4.5)
Далее в соответствии с (4.5) получаем условие возникновения резонанса приливной волны в данном бассейне
. (4.6)
Полусуточный период прилива равен 12 ч 25 мин (44 700 с), таким образом, для случая j=1 (основная гармоника) резонанс наступает, когда 
Цель работы: изучить методику определения возможного резонанса в заливе и способ определения максимально возможной снимаемой мощности приливной электростанции за один цикл прилив-отлив.
Исходные данные: картографические материалы, выданные каждому студенту преподавателем.
Порядок выполнения работы.
По картам, выданным преподавателем каждому студенту, определить глубину залива H, м; длину протяженности залива вглубь материковой зоны L, м; площадь возможного приливного бассейна Ω, м2. Результаты измерений занести в таблицу 4.1.
Таблица 4.1 - Протокол измерений и результатов
Месторасположение створа ПЭС | L, м | H, м | Ω, м2 | сф, м/с | j | R, м | N, Вт |
1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 |
Далее определить скорость движения приливной волны сф.
Из условия возникновения резонанса (4.3 – 4.6) в заливе определить, есть ли соответствующие условия в данном заливе
, (4.7)
где период полусуточного прилива 
.
Затем определить максимально возможную мощность N в одном цикле ПЭС (прилив-отлив). Перепад уровней R при нечетном целом значении j принимается 8 м, при нечетном с дробной частью - 4 м, при четных значениях j створы ПЭС исключаются из дальнейшего анализа как неперспективные.
Пользуясь полученными результатами, провести анализ возможности строительства ПЭС в рассматриваемом заливе. По результатам проведенного анализа сделать выводы и составить отчет.
Приложения
1 – Варианты расчетного задания к практической работе 1
№ варианта |
| t, мин. |
1 | 4,5 | 395 |
2 | 4,6 | 385 |
3 | 4,8 | 365 |
4 | 5,0 | 355 |
5 | 5,3 | 345 |
6 | 5,6 | 200 |
7 | 5,9 | 205 |
8 | 6,2 | 210 |
9 | 6,5 | 220 |
10 | 6,8 | 225 |
11 | 7,2 | 230 |
12 | 7,5 | 240 |
13 | 7,9 | 245 |
14 | 8,3 | 250 |
15 | 8,6 | 260 |
16 | 9,0 | 270 |
17 | 9,4 | 280 |
18 | 9,8 | 290 |
19 | 10,1 | 295 |
20 | 10,5 | 305 |
21 | 10,9 | 315 |
22 | 11,3 | 320 |
23 | 11,7 | 330 |
24 | 12,1 | 340 |
25 | 12,5 | 350 |
26 | 12,9 | 360 |
27 | 13,3 | 370 |
, м/с1 – Исходные данные для выполнения практической работы 2
№ варианта |
|
|
|
1 | 27,0 | 300 | 2,10 |
2 | 29,0 | 320 | 1,80 |
3 | 31,0 | 340 | 1,15 |
4 | 35,0 | 380 | 1,45 |
5 | 35,0 | 390 | 1,15 |
6 | 37,0 | 410 | 0,95 |
7 | 39,0 | 430 | 0,85 |
8 | 40,0 | 440 | 1,10 |
9 | 45,0 | 500 | 1,35 |
10 | 41,0 | 450 | 1,15 |
11 | 40,0 | 440 | 1,20 |
12 | 39,0 | 430 | 1,00 |
13 | 49,0 | 540 | 2,30 |
14 | 48,0 | 530 | 1,35 |
15 | 47,0 | 520 | 1,40 |
16 | 46,0 | 510 | 1,45 |
17 | 45,0 | 490 | 1,55 |
18 | 43,0 | 470 | 2,60 |
19 | 51,0 | 560 | 1,90 |
20 | 50,0 | 550 | 1,95 |
21 | 48,0 | 530 | 2,00 |
22 | 54,0 | 590 | 1,85 |
23 | 45,0 | 490 | 2,25 |
24 | 51,0 | 560 | 1,50 |
25 | 53,0 | 580 | 1,40 |
26 | 44,0 | 480 | 1,75 |
27 | 42,0 | 460 | 1,90 |
, м
, м
, м1 – Исходные данные для выполнения практической работы 3
№ варианта |
|
|
1 | 2,4 | 14 |
2 | 3,0 | 17 |
3 | 3,9 | 19 |
4 | 4,5 | 21 |
5 | 5,1 | 24 |
6 | 5,6 | 26 |
7 | 6,0 | 28 |
8 | 6,4 | 30 |
9 | 6,8 | 33 |
10 | 7,1 | 35 |
11 | 7,4 | 37 |
12 | 7,7 | 40 |
13 | 8,0 | 42 |
14 | 8,3 | 44 |
15 | 8,5 | 47 |
16 | 8,8 | 49 |
17 | 9,0 | 51 |
18 | 9,2 | 53 |
19 | 9,4 | 56 |
20 | 9,6 | 58 |
21 | 9,9 | 60 |
22 | 10,0 | 63 |
23 | 10,2 | 65 |
24 | 10,4 | 67 |
25 | 10,6 | 70 |
26 | 10,8 | 72 |
27 | 11,0 | 74 |
, ° с. ш.
|
Из за большого объема этот материал размещен на нескольких страницах:
1 2 3 4 |
Основные порталы (построено редакторами)