|
В Мезенском заливе сосредоточены
основные запасы приливной энергии на европейском побережье СССР: при входе в
залив у4срснз= = 5,37 м, а в вершине залива Асрсиз= = 7,53 м (Лмакс = 10 м). Акватория залива равна 6451 км2, а энергопотенциал — 92 ТВт-ч.
О возможностях использования приливной энергии Мезенского
залива еще в 1926 г. писал проф. В. Е. Ляхницкий. Однако из-за сложных
природных условий района (льды, наносы, размываемые русло и берега) и
отсутствия потребителей электроэнергии эти предложения в то время не были
доведены до конкретных проектов.
По мере эволюции гидроагрегата, технических возможностей и
энергетических потребностей створ Мезенской ПЭС, начиная с предложения И.
А.,Потеряхина 1935 г. до последней (1983 г.) разработки, передвигался от м. Толстик-Пыя (2,2 км) до мысов Абрамов и Михайловский (90 км).
Природные условия залива в первой четверти века тщательно
изучались в связи с развитием порта, а затем во второй половине века — в
связи с проектированием ПЭС. Сначала исследования проводились Северной
гидрографической экспедицией (Вих- ман, В. В. Ляхницкий, Г. В. Нали- вайко и
др.), а в дальнейшем велись и ведутся Ленгидропроектом, Ленинградским
отделением Государственного океанографического института, Институтом
океанологии АН СССР и Северным управлением Госкомгидро- мета СССР.
Прилив высотой до 5 м, поступающий в широкую часть воронкообразного Мезенского залива, по мере продвижения в его сужающуюся до 10,7 км (м. Рябинов— м. Масляный) часть увеличивает свою высоту до 7,5 м и скорость до 1—1,5 м/с. Приливная волна подрезает берега с 40-метровыми обрывами, сложенными
из слабых грунтов (пески, супеси, перемежающиеся суглинками и песчаными
глинами), смывает многочисленные кошки и увеличивает мутность от 5—30 до
10—65 г/м3 в створе м. Мгла— м. Абрамов и 40—280 г/м3 в устье рек
Семжа—Каменка). Это приводит к отступлению берега по 5-летним наблюдениям на
12—15 м, в результате чего г. Мезень, основанный в XVI в. на берегу, отстоит
от него теперь на 2,5 км, и блужданию фарватера, ощущаемому за период двух
последующих приливов. Это блуждающее мелководье искажает правильный
полусуточный характер прилива и вследствие замедления времени падения прилива
до 7 ч 19 мин (время роста — 5 ч 7 мин) приводит к аккумуляции наносов, что
осложняет сооружения ПЭС, исключая возможность экскавации котлована для
здания ПЭС, так как подходы к нему и сам турбинный тракт будут немедленно
погребены под слоем наносов. В этом отношении представляется, что из створов,
указанных на 20.11, очевидно, последний створ IX (1983 г.) является единственно возможным, поскольку здание ПЭС располагается в установившемся
понижении дна, которое при сохранении бытовых расходов обеспечивается
динамическим равновесием потока и не требует подводной выемки для установки
гидроагрегатов с наибольшим возможным диаметром рабочего колеса.
Кромз того, важное преимущество створа IX в том, что он
обеспечивает стабилизацию береговой линии, поскольку плотина ПЭС
располагается в зоне относительно невысокой мутности, а экстремальные
колебания уровня в бассейне, так же как и высо- 254 кие ветровые волны, будут
исключены. Исследования, проведенные Институтом океанологии АН СССР,
показывают, что при зарегулированных расходах через створ ПЭС аккумуляция
наносов в бассейне ПЭС исключается так же, как это наблюдается в бытовых
условиях (наблюденные значения среднего твердого стока за фазы прилива и
отлива в створе ПЭС совпадают и равны 135 000 т).
Дно залива прикрыто рыхлыми отложениями в виде суглинка и
песков, имеющих в пределах 10-метровой изобаты мощность от 4 до 10 ми
подстилаемых и звестковистыми песчаниками.
Относительно высокие широты и близость Карского моря,
покрытого круглый год мощными льдами, обусловливают довольно суровый климат
Мезенского залива. Лето здесь короткое и прохладное, зима длинная и холодная.
Среднегодовые температуры воздуха колеблются около — 1 °С; среднемесячные —
от — 12 °С в январе до 4-12,6 °С в июле. Абсолютный минимум температуры (—46
°С) наблюдается в январе, абсолютный максимум (+ 33 °С) — в июле.
Среднегодовая скорость ветра составляет около 6,
максимальная — 34 м/с. Ветровые волны в створе ПЭС при северо-западном ветре
силой 25 м/с (2 %-ная обеспеченность) на полной воде достигают 8,1, на малой—
6,29 м (1 % -ная повторяемость), со стороны бассейна ПЭС — соответственно 4 и
3 м. Максимальная скорость суммарного приливного течения в створе ПЭС
достигает 1,5— 1,6 м/с в период сизигии.
Ввиду низкой солености Мезенский залив является одним из
очагов интенсивного льдообразования в Белом море, однако вследствие высоких
приливов, сильных течений и частых штормов припай образуется только на узкой
полосе вдоль берега, а на остальной акватории вследствие сжатия, торошения и
постоянного движения наблюдается битый лед и торосы, достигающие на плавучем
льду 3—4 м высоты. Сооружения ПЭС рассчитываются на воздействие льдины размером
2 хЗ,6 км с максимальной скоростью дрейфа 0,5 м/с. Гашение величины прилива
плавающим льдом в бассейне ПЭС не наблюдается.
Створ IX предусматривает отсечение акватории залива
площадью 2330 км2 плотиной со зданием ПЭС длиной 92, 2 км, имеющей в плане несимметричную конфигурацию, обусловленную расположением здания ПЭС длиной 18,4 км без подводной выемки. При размещении в нем 800 агрегатов с D^IO м может быть получено N =
15,2 ГВт и Э = 50 ТВт-ч/ год.
Для здания ПЭС в проекте 1983 г. принята конструкция Кислогубской ПЭС, модернизированная применительно к суровому климату
(мостовые краны расположены в закрытом зале, демонтаж агрегата ведется через
специальный полый бычок на водосливе
Принят капсульный гидроагрегат типа ПЭС Ране с максимально
возможным диаметром рабочего колеса 10 м (разработка ПО ЛМЗ). Ввиду его низкой частоты вращения (38 об'мин) рассматривается соединение турбины с
генератором через мультипликатор или прямое соединение с генератором,
работающим с пониженной частотой, а также для удешевления турбины —
применение неповоротного направляющего аппарата
Конечно, изготовление 800 агрегатов, необходимых для
Мезенской ПЭС, является задачей, решение которой по своему масштабу не имеет
прецедентов в отечественной и мировой практике энергомашиностроения.
Однако, как было показано в гл. 11, опыт современного
конвейерного производства машин массовыми сериями, возможности изготовления
такого количества агрегатов и их кардинального удешевления на 28 % позволяют
решить эту задачу.
Так, для ПЭС Северн, которая должна быть построена к 2000 г., предусматривается изготовление 192 капсульных агрегатов при ежегодной поставке 30 агрегатов
Выбор числа агрегатов, водопропускных отверстий, их
компоновки (раздельной или совмещенной) был выполнен при энергетических расчетах
по алгоритму, разработанному В. Н. Силаковым для базисной работы ПЭС на
максимум отдачи (см. гл. 6—7). Было установлено, что двусторонняя работа дает
увеличение выработки на 18% по сравнению с односторонней работой. Но
окончательное обоснование двусторонней работы можно будет подтвердить только
на основании энергоэкономического анализа, учитывающего уменьшение
капиталовложений при односторонней работе. Оптимизация числа агрегатов и
водопропускных отверстий, а также их раздельной или совмещенной компоновки с
учетом режима створа дала следующие результаты.
Технический потенциал залива (при Лср = 6 м и S = 2330 км2) равен 60 ТВт-ч/год и дает мощность 21 ГВт. Для использования такого
энергопотенциала требуется 1110 агрегатов с единичной мощностью агрегата 19
МВт. Однако такое число агрегатов ведет к затуханию (сверх 800 шт.) выработки
на один агрегат. Кроме того, увеличение числа агрегатов сверх 800 приведет к
необходимости расположения их в глубокой подводной выемке, а это
неосуществимо так как искусственное расширение образовавшейся естественной
промоины будет сопровождаться ее неизбежным замывом.
При 800 агрегатах общей мощностью 15,2 ГВт и использовании
двусторонней турбинной и насосной работы ПЭС может выдавать ежегодно 50 ТВт-ч
электроэнергии.
При оценке народнохозяйственного значения Мезенской ПЭС
следует учесть, с Одной стороны, степень концентрации ее энергоресурсов и, с
другой, условия покрытия энергобаланса района влияния энергии ПЭС.
Огромная концентрация вырабатываемой энергии ПЭС
определяет зависимость ее использования от масштабов энергообъединения. Уже в
настоящее время уровень электропроизводства энергосистем Центра, Поволжья,
Северо-Запада и Урала более чем на порядок превышает годовую энергоотдачу
ПЭС. С учетом расширения пропускной способности линии электропередачи в этих
энергосистемах к моменту ввода агрегатов ПЭС были проведены расчеты
энергетических режимов Мезенской ПЭС при вариантах ее базисной и пиковой
работы (см. гл. 7 и 8). Отметим, что 256 осуществление этой задачи на уровне 2000 г. представляется целесообразным не только для экономии 150 млн. т условного топлива (при работе
ПЭС на максимум отдачи), но и в режиме вытеснения мощности. Кроме совпадения
40 % циклов выдачи гарантированных (в квадратуру) 30 % мощности Мезенский
ПЭС, ее доля участия может быть повышена осуществлением насосного режима,
использующего свободную ночную мощность ТЭС и АЭС, а также компенсационной
работой ГЭС и ГАЭС. Например, в 1967 г. для суточного регулирования Мезенской ПЭС предлагалось создание морской ГАЭС мощностью 13 ГВт, расположенной от
ПЭС на расстоянии 680 км. Для верхнего бассейна ГАЭС используется система
озер энергоемкостью 60 ГВт-ч, расположенных на высоте 213 м, на расстоянии 3,2 км от моря.
Использование энергии ПЭС не только возможно с первых же
лет ее работы, но оно диктуется также ростом напряженности покрытия
электробаланса. Вследствие недостатка местного органического топлива около
2/3 потребности в топливе европейской территории СССР будет покрыто
транспортом топлива с востока, а неиспользованный экономический потенциал
гидроэнергии в рассматриваемом регионе существенно меньше годовой
энергоотдачи Мезенской ПЭС.
При дальнейшей разработке проекта Мезенской ПЭС могут
рассматриваться различные варианты, например возможность ее использования для
энергоснабжения европейской части страны в сочетании с сибирскими ГЭС.
Участие Мезенской ПЭС в таком энергетическом мосте, куда могла бы влиться
энергия Туру ханской и других ГЭС, позволило бы использовать водохранилища
длительного регулирования этих станций и их высокую мощность (до 30 млн. кВт)
для межсизигийного регулирования Мезенской ПЭС без реверсивной передачи
энергии на восток, но с использованием свободной мощности ТЭС и АЭС
европейской части страны для насосного аккумулирования в бассейне Мезенской
ПЭС и последующей трансформацией ее мощности из лунного в солнечное время в
суточном цикле.
Энергия Мезенской ПЭС может быть направлена и на перекйчку
в водораздельные бьефы системы межбассейнового перераспределения стока, на
электрификацию газокомпрессорных станций и другие нужды.
Возможно также использование энергии Мезенской ПЭС в
комплексе с АЭС для энергоемкого потребителя- регулятора.
Ниже приводится примерная оценка энергоэкономической
эффективности Мезенской ПЭС при двух вариантах ее режима по предварительным
разработкам. Не учтен ряд кардинальных технических решений (по устройству
основания, возможности поэтапного пуска и др.) в объемах строительных работ и
нарастании энергетического эффекта. Из других существенных факторов не учтен
возможный рост до 10 % величины прилива на Мезенской ПЭС вследствие явления
резонанса, а также возможное уменьшение напора турбин в результате перекоса
зеркала бассейна при распространении волны наполнения (опорожнения) бассейна.
Капитальные вложения в Мезенскую ПЭС предварительно
определялись на основе сметно-финансового расчета с применением действующих
нормативов на уровне цен 1979 г. Значительную часть капитальных вложений
составляют затраты на оборудование, которые были первоначально учтены исходя
из современной оценки стоимости гидроагрегатов. При этом было принято
снижение их стоимости за счет серийности в размере 28 % аналогично канадскому
проекту ПЭС Фанди
Некоторое небольшое снижение стоимости (ориентировочно 6 %
) учитывалось за счет запроектированного докового комплекса для наплавных
блоков, который, так же как и на Кислогубской ПЭС, будет использован для
строительства других наплавных конструкций.
В итоге удельные капиталовложения составят 700 руб/кВт, а
себестоимость произведенной на Мезенской ПЭС энергии — около 0,5 коп/(кВт-ч)
При определении эффективности ПЭС учитывались также
капитальные вложения в линии электропередачи (60 руб/кВт). Примерно такие же
капитальные затраты потребуются для установки обратимых агрегатов,
компенсирующих неравномерную работу Мезенской ПЭС в энергосистеме.
Затраты на альтернативные установки при отсутствии ПЭС
учитывались для- двух вариантов — АЭС в размере 384 и ГРЭС — 184 руб/кВт.
Замыкающие затраты в топливо приняты 0,4 коп/(кВт-ч) для АЭС и 1,6
коп/(кВт-ч) для ГРЭС. При оценке ПЭС учитывалось ежегодное удорожание
сберегаемого топлива в размере 3 % с приведением расчетного удорожания к
современному уровню.
Все затраты по вариантам вычислены с учетом фактора
времени исходя из норматива 5% в год с некоторым последующим снижением этой
величины в перспективе.
При оценке эффективности Мезенской ПЭС следует иметь в
виду, что действующий норматив эффективности для районов Крайнего Севера
составляет 0,08. Типовая методика предусматривает изменение норматива
эффективности по пятилетиям с дальнейшей тенденцией к снижению в перспективе.
Для учета расчетного периода работы ПЭС ориентировочно 30— 40 лет средневзвешенный
норматив эффективности составит 0,07 (срок окупаемости 14 лет).
Приведенные в табл. 20.1 данные характеризуют Мезенскую
ПЭС как эффективный источник электроэнергии по сравнению с ГРЭС, особенно при
ориентации на получение от ПЭС максимальной выработки энергии. Эффективность
ПЭС может быть повышена при ускорении ввода ее первых агрегатов, а также если
уменьшить мощность обратимых агрегатов ПЭС при незначительных добавочных
потерях энергии.
В настоящее время стоимостные характеристики несколько
изменились, ожидаются стоимостные изменения их и в перспективе. Так,
применительно к уровню цен 1984 г. удельные капиталовложения в ПЭС возросли
примерно на 25 %. Одновременно возросли проектные капиталовложения в
строительство АЭС не менее чем на */з и на строительство ГРЭС — на 55 %.
Возросли также замыкающие затраты на топливо. Таким образом, можно ожидать,
что сроки окупаемости Мезенской ПЭС по сравнению с АЭС и ГРЭС окажутся более
благоприятными, чем указанные в табл. 20.1.
Для полноты описания энергетических возможностей
Мезенского залива следует указать на створ ПЭС 11 на двойном приливе — на
водоразделе р. Чижа, впадающей в Мезенский залив, и р. Чеша, впадающей в
Чешскую губу (расстояние между устьями 50 км) (аналогично схеме Керврана, предложенной для п-ова Котантен, см. гл. 19). При этом используется сдвиг фаз
прилива на 1,5 ч и разность в величине прилива на 1,5 м.
20,1
При различных вариантах расположения здания ПЭС в устье,
работая почти непрерывно, при напоре 1—3 м мощность может составить 200 МВт.
Однако необходимость колоссальных выемок в соединительном канале (примерно
1,4 млрд. м3) так же, как это было установлено для аналогичных проектов в
Аргентине и Франции, делает эту установку абсолютно неэффективной
Также энергетически необоснованными являются предложения о
создании ПЭС путем перекрытия горла Белого моря (створ 10 на 20.10). Хотя
технически создание такой плотины возможно, но относительно небольшая
величина прилива летом и гашение ее тяжелыми беломорскими льдами зимой делают
эту идею неоправданной.
|