Внедрение приливных электростанций

 

Содержание

Введение

.Краткие сведения об приливах и отливах

2.Краткое описание работы приливной электростанции

3.Техника - экономические обоснования необходимости внедрения приливных электростанций

.Экологические особенности приливных электростанций

.Расчет экономической эффективности внедрения ПЭС

Заключение

Список литературы

Введение

Известно, что запасы энергии в Мировом океане колоссальны, ведь две трети земной поверхности (361 млн. кв. км) занимают моря и океаны. Однако пока что люди умеют использовать лишь ничтожные доли этой энергии, да и то ценой больших и медленно окупающихся капиталовложений, так что такая энергетика до сих пор казалась малоперспективной. Энергия океана давно привлекает к себе внимание человека. В середине 80-х годов уже действовали первые промышленные установки, а также велись разработки по следующим основным направлениям: использование энергии приливов, прибоя, волн, разности температур воды поверхностных и глубинных слоев океана, течений и т.д. Во многих странах мира все чаше и чаше используют электроэнергию за счет природных источников, вод. Этот способ получения электроэнергии представляются более мягким в смысле воздействия на окружающую среду, чем сжигание ископаемого топлива или расщепления ядерного урана. Кроме того этот источник энергии возобновляем, т. е. практически они доступны всегда и везде. За последнее десятилетие интерес к этому источнику энергии постоянно возрастает, поскольку во многих отношениях он неограничен. По мере того как поставки топлива становятся менее надежными и более дорогостоящими, эти источники становятся все более привлекательными и более экономичными. Повышение цен на нефть и газ послужило главной причиной того, что мы вновь обратили свое внимание на воду. Поэтому люди все чаше создают и совершенствуют, как в технологическом, так и в экономическом плане, различные приливные станции, турбины, мельницы для получения электроэнергии.

1.Краткие сведения о приливах и отливах

Под влиянием притяжения Луны и Солнца происходят периодические поднятия и опускания поверхности морей и океанов - приливы и отливы. Частицы воды совершают при этом и вертикальные и горизонтальные движения.

Наибольшие приливы наблюдаются в дни сизигий (новолуний и полнолуний), наименьшие (квадратурные) совпадают с первой и последней четвертями Луны. Между сизигиями и квадратурами амплитуды приливов могут изменяться в 2,7 раза.

Вследствие изменения расстояния между Землей и Луной, приливообразующая сила Луны в течение месяца может изменяться на 40%, изменение приливообразующей силы Солнца за год составляет лишь 10%. Лунные приливы в 2,17 раза превышают по силе солнечные.

Основной период приливов полусуточный. Приливы с такой периодичностью преобладают в Мировом океане. Наблюдаются также приливы суточные и смешанные. Характеристики смешанных приливов изменяются в течение месяца в зависимости от склонения Луны.

В открытом море подъем водной поверхности во время прилива не превышает 1 м. Значительно большей величины приливы достигают в устьях рек, проливах и в постепенно суживающихся заливах с извилистой береговой линией. Наибольшей величины приливы достигают в заливе Фанди (Атлантическое побережье Канады). У порта Монктон в этом заливе уровень воды во время прилива поднимается на 19,6м. В Англии, в устье реки Сёверн, впадающей в Бристольский залив, наибольшая высота прилива составляет 16,3 м. На Атлантическом побережье Франции, у Гранвиля, прилив достигает высоты 14,7 м, а в районе Сен-Мало до 14 м. Во внутренних морях приливы незначительны. Так, в Финском заливе, вблизи Ленинграда, величина прилива не превышает 4...5 см, в Черном море, у Трапезунда, доходит до 8 см. Поднятия и опускания водной поверхности во время приливов и отливов сопровождаются горизонтальными приливо-отливными течениями. Скорость этих течений во время сизигий в 2...3 раза больше, чем во время квадратур. Приливные течения в моменты наибольших скоростей называют «живой водой».

При отливах на пологих берегах морей может происходить обнажение дна на расстоянии в несколько километров по перпендикуляру к береговой линии. Рыбаки Терского побережья Белого моря и полуострова Новая Шотландия в Канаде используют это обстоятельство при ловле рыбы. Перед приливом они устанавливают на пологом берегу сети, а после спада воды подъезжают к сетям на телегах и собирают попавшую в чих рыбу. Когда время прохождения приливной волны по заливу совпадает с периодом колебаний приливообразующей силы, возникает явление резонанса, и амплитуда колебаний водной поверхности сильно возрастает. Подобное явление наблюдается, например, в Кандалакшском заливе Белого моря. В устьях рек приливные волны распространяются вверх по течению, уменьшают скорость течения и могут изменить его направление на противоположное. На Северной Двине действие прилива сказывается на расстоянии до 200 км от устья вверх по реке, на Амазонке - на расстоянии до 1 400 км. На некоторых реках (Северн и Трент в Англии, Сена и Орне во Франции, Амазонка в Бразилии) приливное течение создает крутую волну высотой 2...5 м, которая распространяется вверх по реке со скоростью 7 м/сек. За первой волной может следовать несколько волн меньших размеров. По мере продвижения вверх волны постепенно ослабевают, при встрече с отмелями и преградами они с шумом дробятся и пенятся. Явление это в Англии называется бор, во Франции Аскаре, в Бразилии пророка. В большинстве случаев волны бора заходят вверх по реке на 70...80 км, на Амазонке же до 300 км. Наблюдается бор обычно во время наиболее высоких приливов.

Спад уровня воды в реках при отливе происходит медленнее, чем подъем во время прилива. Поэтому, когда в устье начинается отлив, на удаленных от устья участках еще может наблюдаться последействие прилива. Река Сен-Джонс в Канаде, недалеко от места впадения в залив Фанди, проходит через узкое ущелье. Во время прилива ущелье задерживает движение воды вверх по реке, уровень воды выше ущелья оказывается ниже и поэтому образуется водопад с движением воды против течения реки. При отливе же вода не успевает достаточно быстро проходить через ущелье в обратном направлении, поэтому уровень воды выше ущелья оказывается выше и образуется водопад, через который вода устремляется вниз по течению реки.

Приливо-отливные течения в морях и океанах распространяются на значительно большие глубины, чем течения ветровые. Это способствует лучшему перемешиванию воды и задерживает образование льда на ее свободной поверхности. В северных морях благодаря трению приливной волны о нижнюю поверхность ледяного покрова происходит уменьшение интенсивности приливо-отливных течений. Поэтому зимой в северных широтах приливы имеют меньшую высоту, чем летом.

Поскольку вращение Земли вокруг своей оси опережает по времени движение Луны вокруг Земли, в водной оболочке нашей планеты возникают силы приливного трения, на преодоление которых тратится энергия вращения, и вращение Земли замедляется (примерно на 0,001 сек за 100 лет). По законам небесной механики дальнейшее замедление вращения Земли повлечет за собой уменьшение скорости движения Луны по орбите и увеличение расстояния между Землей и Луной. В конечном итоге период вращения Земли вокруг своей оси должен сравняться с периодом обращения Луны вокруг Земли Это произойдет, когда период вращения Земли достигнет 55 суток. При этом прекратится суточное вращение Земли, прекратятся и приливо-отливные явления в Мировом океане. В течение длительного времени происходило торможение вращения Луны за счет возникавшего в ней приливного трения под действием земного притяжения (приливно-отливные явления могут возникать не только в жидкой, но и в твердой оболочке небесного тела). В результате Луна потеряла вращение вокруг своей оси и теперь обращена к Земле одной стороной. Благодаря длительному действию приливообразующих сил Солнца потерял свое вращение и Меркурий. Как и Луна по отношению к Земле, Меркурий обращен к Солнцу толь к одной стороной. В XVI и XVII веках энергия приливов в небольших бухтах и узких проливах широко использовалась для приведения в действие мельниц.

Впоследствии она применялась для приведения в действие насосных установок водопроводов, для транспортировки и монтажа массивных деталей сооружений при гидростроительстве.

2.Краткое описание работы приливной электростанции

Приливная электростанция (ПЭС) - электростанция <#"205" src="doc_zip1.jpg" />

Рис.1

приливная электростанция энергетический

Считается экономически целесообразным строительство ПЭС в районах с приливными колебаниями уровня моря не менее 4 м. Проектная мощность ПЭС зависит от характера прилива в районе строительства станции, от объема и площади приливного бассейна, от числа турбин, установленных в теле плотины. В некоторых проектах предусмотрены двух- и более бассейновые схемы ПЭС с целью выравнивания выработки электроэнергии. С созданием особых, капсульных турбин, действующих в обоих направлениях, открылись новые возможности повышения эффективности ПЭС при условии их включения в единую энергетическую систему региона или страны. При совпадении времени прилива или отлива с периодом наибольшего потребления энергии ПЭС работает в турбинном режиме, а при совпадении времени прилива или отлива с наименьшим потреблением энергии турбины ПЭС либо отключают, либо они работают в насосном режиме, наполняя бассейн выше уровня прилива или откачивая воду из бассейна.

На ПЭС устанавливают капсульные гидроагрегаты <#"justify">3.Технико-экономические обоснования необходимости внедрения приливных электростанций

В России обоснования проектов ПЭС осуществляются на специализированной морской научной базе на Баренцевом море, где идут исследования морских материалов, конструкций, оборудования и антикоррозионных технологий.

Создание в России нового эффективного и технологически простого ортогонального гидроагрегата предполагает возможность его массового изготовления и кардинального снижения стоимости ПЭС.

Российские специалисты по приливной энергии в институтах Гидропроект и НИИЭС осуществляют полный комплекс проектных и научно-исследовательских работ по созданию морских энергетических и гидротехнических сооружений на побережье и на шельфе, в том числе в условиях Крайнего Севера, позволяющие в полной мере реализовать все преимущества приливной гидроэнергетики. Экономическое обоснование приливных электростанций. Стоимость энергии на ПЭС самая низкая в энергосистеме по сравнению состоимостью энергии на всех других типах электростанций.

Благоприятные факторы в бассейнах ПЭС: смягчение (выравнивание) климатических условий на примыкающих к бассейну ПЭС территориях; защита берегов от штормовых явлений; расширение возможностей хозяйств море культуры в связи с увеличением почти вдвое биомассы морепродуктов; улучшение транспортной системы района; исключительные возможности расширения туризма.

33-летний опыт эксплуатации первых в мире ПЭС - Ранс во Франции и Кислогубской в России - доказали, что приливные электростанции:

1. устойчиво работают в энергосистемах как в базе так и в пике графика нагрузок при гарантированной постоянной месячной выработке электроэнергии
2. не загрязняют атмосферу вредными выбросами в отличие от тепловых станций
3. не затапливают земель в отличие от гидроэлектростанций
4. не представляют потенциальной опасности в отличие от атомных станций
5. капитальные вложения на сооружения ПЭС не превышают затрат на ГЭС благодаря апробированному в России наплавному способу строительства (без перемычек) и применению нового технологичного ортогонального гидроагрегата
6. стоимость электроэнергии самая дешевая в энергосистеме (доказано за 35 лет на ПЭС Ранс - Франция).

По оценкам экспертов, они могли бы покрыть около 20 процентов всей потребности европейцев в электроэнергии. Подобная технология особенно выгодна для островных территорий, а также для стран, имеющих протяженную береговую линию.

Из вышеизложенного видно, что уже в настоящее время можно обеспечить человечество альтернативной электроэнергией, если вкладывать в это средства.

Прилиные электростанции еще называют также «подводными мельницами».

В 1966 г. во Франции на реке Ранс построена первая в мире приливная электростанция. Система использует двадцать четыре 10-мегаваттных турбины, обладает проектной мощностью 240 МВт и ежегодно производит около 50 ГВт*ч электроэнергии. Для этой станции разработан приливный капсульный агрегат, позволяющий осуществлять три прямых и три обратных режима работы: как генератор, как насос и как водопропускное отверстие, что обеспечивает эффективную эксплуатацию ПЭС. По оценкам специалистов, ПЭС Ранс экономически оправдана. Годовые издержки эксплуатации ниже, чем на гидроэлектростанциях, и составляют 4% капитальных вложений. Другая крупная приливная электростанция мощностью 20 МВт расположена в Аннаполис-Ройал, в заливе Фанди (провинция Новая Шотландия, Канада). Она была официально открыта в сентябре 1984 г. Система смонтирована на о. Хогс в устье р. Аннаполис на основе уже существующей дамбы, защищающей плодородные земли от затопления морской водой в период штормов. Амплитуда прилива колеблется от 4,4 до 8,7 м. В 1968 г. на побережье Баренцева моря в Кислой губе сооружена первая в нашей стране опытно-промышленная ПЭС. В здании электростанции размещено 2 гидроагрегата мощностью 400 кВт. Основоположниками этого проекта были советские ученые Лев Бернштейн и Игорь Усачев. Впервые в мировой практике гидротехнического строительства станция была возведена наплавным способом, который потом широко стал использоваться при строительстве подводных туннелей, нефтегазовых платформ, прибрежных ГЭС, ТЭС, АЭС и защитных гидротехнических комплексов. В отличие от гидроэнергии рек, средняя величина приливной энергии мало меняется от сезона к сезону, что позволяет приливным электростанциям более равномерно обеспечивать энергией промышленные предприятия. За рубежом разрабатываются проекты приливных электростанций в заливе Фанди (Канада) и в устье реки Северн (Англия) мощностью соответственно в 4 и 10 млн. киловатт, работают небольшие приливные электростанции в Китае. Пока энергия приливных электростанций обходится дороже энергии тепловых электростанций, но при более рациональном осуществлении строительства гидросооружений этих станций стоимость вырабатываемой ими энергии вполне можно снизить до стоимости энергии речных электростанций. Поскольку запасы приливной энергии планеты значительно превосходят полную величину гидроэнергии рек, можно полагать, что приливная энергия будет играть заметную роль в дальнейшем прогрессе человеческого общества. Мировое сообщество предполагает лидирующее использование в XXI веке экологически чистой и возобновляемой энергии морских приливов. Ее запасы могут обеспечить до 15 % современного энергопотребления. В России выполнены проекты Тугурской ПЭС мощностью 8,0 ГВт и Пенжинской ПЭС мощностью 87 ГВт на Охотском море, энергия которых может быть передана в энергодефицитные районы Юго-Восточной Азии. На Белом море проектируется Мезенская ПЭС мощностью 11,4 ГВт, энергию которой предполагается направить в Западную Европу по объединенной энергосистеме "Восток Запад". Наплавная "российская" технология строительства ПЭС позволяет на треть снизить капитальные затраты по сравнению с классическим способом строительства гидротехнических сооружений за перемычками. Ученые, изучая эффективность и экономичность использования приливные электростанции, установили что эти станции являются выгодными во многих аспектах. Например возьмем Тугурскую ПЭС которое является более дешевым и выгодным вложением денежных средств по сравнению с ГЭС. Себестоимость 1кВт электроэнергии составляет примерно 1 руб. при стоимости самой электростанции около 7 миллиардов рублей и мощности 87 ГВт, а себестоимость 1кВт электроэнергии в ГЭС равно 3,4 руб. при стоимости около 8,5 миллиардов рублей.

4.Экологические особенности приливных электростанций

Приливные электростанции не оказывают вредного воздействия на человека:

1. нет вредных выбросов (в отличие от ТЭС)
2. нет затопления земель и опасности волны прорыва в нижний бьеф (в отличие от ГЭС)
3. нет радиационной опасности (в отличие от АЭС)
4. влияние на ПЭС катастрофических природных и социальных явлений (землетрясения, наводнения, военные действия) не угрожают населению в примыкающих к ПЭС районах.

Подобная технология особенно выгодна для островных территорий, а также для стран, имеющих протяженную береговую линию. Экологическая безопасность:

• 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 %
• 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 строй базы, 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.
• Энергетическая характеристика приливных электростанций

Использование великих сил приливов и отливов Мирового океана, даже самих океанских волн - интересная проблема. К решению ее еще только приступают. Тут многое предстоит изучать, изобретать и конструировать. Энергетическая характеристика 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 Экологический эффект (на примере Мезенской ПЭС) заключается в предотвращении выброса 17,7 млн. тонн углекислого газа (СО2) в год, что при стоимости компенсации выброса 1 тонны СО2 в 10 USD (данные Мировой энергетической конференции 1992 г.)

5.Расчет экономической эффективности внедрения ПЭС

) Зная стоимость деталей и агрегатов ПЭС можно рассчитать капитальные затраты на производство всей электростанции:

·Турбины - 149955 тыс. руб.

·Генераторы - 28805 тыс. руб.

·Гидравлические запоры - 80000 тыс. руб.

·Автоматика -49050тыс. руб.

·Строительно-монтажные работы -395640 тыс. руб.

Ккоп.зат.=Ктурб.+Кген.+Кгид.+Кавт.+Ксмр=149955+28805+80000+49050+ +395640=703450 тыс. руб.

Так как ПЭС является новым нетрадиционным источником энергии, работа этой станции полностью автоматизирована. Но за процессом автоматизации и обслуживания данной станции в период ремонтных и профилактических работ ведут наблюдения бригады в составе нескольких специалистов. 2) Расчет себестоимости продукции. Рассчитаем сумму годовой амортизации при условии, что капитальные затраты составляют 703450 тыс. руб., а срок службы 90 лет:

;

;

Зная сумму годовой амортизации и мощность ПЭС, которая составляет N=87 ГВт = 87000000 кВт, найдем себестоимость на 1 продукции:

По данным специалистов себестоимость 1 кВт электроэнергии Тугурской ПЭС составляет 1руб., т. к. подъем водной поверхности составляет 5 м, а сумма амортизации на единицу продукции руб. 3) Оценка экономической эффективности инвестиционных вложений определить чистую текущую дисконтированную стоимость, индекс рентабельности и найти срок окупаемости. Зная мощность нашей ПЭС и стоимость 1 кВт электроэнергии найдем доход:

Себестоимость годового выпуска электроэнергии:

При этом Aгод.=, а Ана1=0,8 руб. Найдем прибыль налогообложения - это разница между доходом и себестоимостью годового выпуска:

Из прибыли налогообложения вычитаем 20% и получаем чистую прибыль:

Находим ?, она равна:

Чистая текущая дисконтированная стоимость или интегральный экономический эффект

= å[Pк / (1 + r)к] - IС,

где Pк - денежные потоки, генерируемые в течение ряда лет, тыс. руб.;- ставка дисконтирования;

к - количество лет;- размер инвестиций, тыс. руб.

NPV>0, проект следует принять.

Индекс рентабельности инвестиций:

=[åPк/(1+r)к]/IС=

Срок окупаемости инвестиций определяется прямым подсчетом числа лет, в течение которых инвестиции будут погашены нарастающим доходом.

Первый год: 703450 -94440 = 609010;

Второй год: 609010-82842 = 526168;

Третий год: 526168 - 72668 = 453500;

Четвертый год: 453500 - 63744 = 389756;

Пятый год: 389756 - 55916 = 333840;

Шестой год: 333840-49049=284791;

Седьмой год: 284791-43026=241765;

Восьмой год: 241765-37742=204023;

Девятый год: 204023-33107=170916;

Десятый год: 170916-29041=141875;

Одиннадцатый год: 141875-25476=116399;

Двенадцатый год: 116399-22346=94053;

Тринадцатый год: 94053-19602=74451;

Четырнадцатый год: 74451-17195=57256;

Пятнадцатый год: 57256-15083=42173;

Шестнадцатый год: 42173-13231=28942;

Семнадцатый год: 28942-11606=17336;

Восемнадцатый год: 17336-10181=7155;

Девятнадцатый год: 7155/8930=0,8

Срок окупаемости составляет 18,8 года.

Финансовый профиль проекта

Заключение

Использование нетрадиционных источников энергии, в особенности использование «богатство» воды позволит человечеству решить много энергетических проблем. На внедрение Тугурской ПЭС требуются огромные денежные вложения, которые составляют 703450 тыс. руб. В результате создания ПЭС себестоимость 1 кВт электроэнергии будет значительно ниже по сравнению с другими электро станций.

Получаемая прибыль позволяет окупить котел утилизатор за 18,8 года. Интегральный экономический эффект составляет 9615 тыс. руб. (NPV>0), а индекс рентабельности равен 1,01 (PI>1), что указывает на целесообразность внедрения проекта.

Список литературы

1. Усачев И.Н. Приливные электростанции. - М.:Энергия, 2002. Усачев И.Н.

Экономическая оценка приливных электростанций с учетом экологического эффекта// Труды XXI Конгресса СИГБ. - Монреаль, Канада, 16-20 июня 2003.

. Велихов Е.П., Галустов К.З., Усачев И.Н., Кучеров Ю.Н., Бритвин С.О.,

Кузнецов И.В., Семенов И.В., Кондрашов Ю.В. Способ возведения крупноблочного сооружения в прибрежной зоне водоема и плавкомплекс для осуществления способа. - Патент РФ № 2195531, гос. рег. 27.12.2002

. Усачев И.Н., Прудовский А.М., Историк Б.Л., Шполянский Ю.Б. Применение ортогональной турбины на приливных электростанциях// Гидротехническое строительство. - 1998. - № 12.

Содержание Введение .Краткие сведения об приливах и отливах 2.Краткое описание работы приливной электростанции 3.Техника - экономические обоснов

Больше работ по теме: