|
|
Сравнение приливной энергии с
другими видами энергии океана. В настоящей книге рассмотрены реальные
возможности сооружения ПЭС в 139 створах, общей мощностью 787 ГВт и
выработкой 2037 ТВт-ч в год (кадастровая оценка), что составляет 26 % общих
приливных энергоресурсов (3 ТВт).
Энергопотенциал прилива сопоставим со всеми видами энергии
океана, кроме граДиента солености и температур, но использование первого из
них в обозримой перспективе нереально. Использование градиента температур
реально, так же как и энергии биомассы, но оно может быть осуществлено в
зоне, ограниченной тропиками (при разности температур в поверхностных и
глубинных слоях воды не менее 18 °С).
Современные технические решения позволяют использовать
энергию волн в довольно значительных размерах (2,5 ТВт). Но эта энергия не
противостоит приливной, поскольку последняя может использоваться на
ограниченных участках береговой линии с высокими приливами, а волновые
электростанции могут устанавливаться на протяжении сотен и тысяч километров,
в том числе и перед приливными, облегчая их работу путем гашения
нежелательных для ПЭС ветровых волн. Современные разработки и уже имеющиеся
опытные установки (утка Солтера, плот Коккереля, выпрямитель Рассела в
Великобритании, буи Масуды в Японии, кон- фузорный откос в США и др.)
обеспечивают на современном уровне техническую реальность массового создания
волновых электростанций 1251. Поэтому сопоставление с ПЭС может вестись
только по степени энергоэко- мической эффективности.
Это сопоставление проведем на примере Великобритании.
Кадастровая оценка ее волновой энергии по последним исследованиям показывает,
что общий технический потенциал может быть определен в 10—14 ГВт из расчета
7—9,3 кВт на 1 м длины береговой линии протяженностью 1500 км, на которую действует волна с достаточной высотой.
Потенциал волновой энергии сопоставим с техническим
потенциалом ПЭС, запроектированных в стране, но качество его значительно
уступает потенциалу приливной энергии, поскольку среднемесячная величина
потенциала приливной энергии является неизменной, а колебания его внутри
этого периода строго закономерны и предсказуемы в отличие от стихийной
волновой энергии. Однако по среднесезонному значению максимум волнового
энергопотенциала совпадает с осенне-зимним периодом увеличенного потребления,
а общее число часов использования мощности волновых установок в году выше,
чем на ПЭС (соответственно 4000 и 2500 ч), обеспечивает выработку 60 ТВт-ч,
что соответствует возможной годовой отдаче ПЭС. Однако создание волновых
установок в открытом море, рассчитанных на штормы, а также необходимость
обслуживания их на большом фронте вдали от берега приводят к высокой
стоимости волновой энергии [5,6—15,5 пенс/(кВт-ч), что не позволяет им
конкурировать с АЭС и ПЭС [3—4 пенс/(кВт-ч)]. По этим причинам министерство
энергетики Великобритании в июле 1982 г. приняло решение пока не строить крупные олновые электростанции, ограничиваясь проведением дальнейших
исследований
Общий энергопотенциал морских течений в 2—2,5 раза выше
приливно-
го и заключен в глобальных океанических потоках у берегов
Великобритании, Флориды, Австралии, Норвегии, Курильских островов) а также в
узостях и заливах с высокими приливами. Ввиду меньшей, чем при использовании
напора, концентрации кинетической энергии (при наиболее часто наблюдаемой
скорости 2 м/с на 1 м2 может быть получена мощность 4 кВт) для создания
масштабных электростанций на морских течениях (сокращенно ЭМТ) требуются
агрегаты грандиозных размеров. Так, в США предлагаются установки мощностью 1
ГВт с прямоточными турбинами диаметром 168, в Великобритании 100, в Австралии
85 м. 274
В СССР разрабатываются схемы принципиально новых
(разборных) установок, позволяющих увеличить отбор энергии с 1 м2 сечения с 4 до 6 кВт (при скорости 2 м/с)
При создании системы из 43 подводных вертикальных лопастей
высотой 90 м, движущихся по кругу диаметром 1,8 км со скоростью 8 м/с, с сечения 160 тыс. м2 может быть получена мощность 1 ГВт.
При сравнении ПЭС и ЭМТ может иметь место их прямое
противопоставление, так как в большинстве створов, где проектируются ПЭС,
можно построить и ЭМТ. Прежде всего их сопоставление проведем по удельному
энергопотенциалу — плотности (концентрации) его на 1 м длины береговой линии (или, точнее, на 1 м рассматриваемого створа установки). Если, например,
для Пенжинской ПЭС он составляет 1200 кВт/м, то для наиболее совершенной ЭМТ
он составит 112 кВт/м. Для створов с меньшей акваторией бассейна даже при
высокой величине прилива эта разница между удельными энергопотенциалами будет
уменьшаться: ПЭС Фанди — 403, ПЭС Северн—380 кВт/м
Поскольку удельная энергия ЭМТ (в благоприятных для них
условиях при скорости 2 м/с) оказывается на порядок выше волновой и в 3—7 раз
меньше энергии ПЭС, энергоэкономическое обоснование ЭМТ зависит от сопоставления
стоимости этих установок, которое можно будет определить на основании
конкретных разработок ЭМТ. Поскольку разработок ЭМТ в настоящее время нет,
трудно судить о соотношении стоимости ПЭС и ЭМТ, но и ориентироваться на
небольшую стоимость ЭМТ нет основания. Возведение набора лопастей — колонн
высотой в десятки и даже сотни метров, которые смогут противостоять
динамическим воздействиям потока, установка этих колонн на подводный
фундамент и устройство самого фундамента — задача сложная, и трудно
предположить, что этот комплекс будет проще и дешевле изготовления и
установки на дно наплавным способом здания ПЭС. Серьезные препятствия для ЭМТ
создает также лед.
При сравнении этих станций по энергетике видно, что ЭМТ
использует только часть энергопотенциала бассейна ПЭС и зависит это^от
конкретных условий створа. Например, в мелководном Мезенском заливе в створе
ПЭС можно установить ЭМТ только на участке с глубиной 20—25 м и получить
мощность 0,8 вместо 15 ГВт в случае ПЭС. Перенесение ЭМТ в более глубокую
часть залива нецелесообразно ввиду уменьшения скоростей.
Аналогичная картина наблюдается и в других створах, где
проектируются мощные ПЭС.
Очевидно, что при современном уровне разработок в тех
створах, где проектируются и намечаются к строительству мощные ПЭС,
конкурировать с ними ЭМТ не могут. Электростанции, использующие морские
течения на мощных потоках (Гольфстрим, Куросиво и т. п.), представляются
заведомо эффективными вдали от морских заливов, где нельзя строить приливные
электростанции, или в узких проливах с высокими скоростями течения.
Таким образом, из всех видов энергии океана в обозримой
перспективе наиболее реальной является приливная энергия.
Роль приливной энергии в мировой энергетике!, В приложении
к книге указаны створы на побережьях Мирового океана, где можно использовать
приливную энергию, но исследованы они в разной степени.
В начальной стадии рассмотрения находятся Тугурская и
Пенжинская ПЭС в СССР, ПЭС в заливах Кач и Камбийском в Индии, ПЭС Гольфо-
Нуэво и Сан-Хосе в Аргентине общей мощностью 122 ГВт и выработкой 293 ТВт-ч.
Пока не рассматривается вполне реальная концепция ПЭС
Котантен в комплексе регионального объединения ПЭС с гидроэлектростанциями
Скандинавии и в таком же масштабе комплекс ПЭС Гольфо-Нуэво — Сан- Хосе для
Южной Америки.
Огромные энергоресурсы Австралии и Китая до сих пор не
рассматриваются для использования в обозримой перспективе.
Можно полагать, что из перечисленных станций в первую
очередь будут построены те, проектные работы по которым выполнены в
наибольшем объеме (первая группа), и ПЭС , находящиеся в центрах населенных и
промышленных регионов (Кач, Кандла, Камбей). К ним при современной технике
электропередачи следует отнести и створы, находящиеся в удалении от
потребителей на 1000 км (ПЭС Фанди, Мезенская общей мощностью 70 ГВт и
выработкой 150 ТВт-ч. Остальные створы, очевидно, будут осваиваться в первой
половине грядущего века. Тогда можно будет приблизиться к реализации
кадастровой оценки приливной энергии (0,787 ТВт и 2037 ТВт-ч).
Однако значение ПЭС определяется не этим численным
соотношением. В процессе решения проблемы использования приливной энергии
выявилась и утвердилась модель реализации положительных качеств этого вида
энергии — работа ПЭС в крупных энергосистемах, объединяющих электростанции
различных видов. Именно такая задача стоит перед двумя ПЭС, намечаемыми к
строительству в зал. Фанди, — участие в энергосистеме не только прилегающих
приморских провинций , но и американских штатов Новой Англии и Нью- Йорка.
Несомненно важное значение в энергоснабжении крупных
регионов, находящихся на расстоянии тысячи километров от створов ПЭС, будет
иметь Мезенская ПЭС в составе высокоширотного энергетического моста для
европейской части СССР, ПЭС в зал. Кука для Аляски, ПЭС в заливах Кач и
Камбейском в Индии, комплекс ПЭС Котантен—ПЭС в Великобритании (включая ПЭС
Сенерн. а возможно и ПЭС Ирландское море), для всей Западной Европы, Пен- жинская
в комплексе с Нижнеленской ГЭС и Тугурская ПЭС с каскадом Бу- рейских ГЭС для
Дальнего Востока и комплекс ПЭС Сан-Хосе и Гольфо- Нуэво для Латинской
Америки.
Проведенное исследование показало, что при обосновании
строительства приливных электростанций необходимо исходить из следующих
основных предпосылок.
1. Созданная в СССР, Канаде, Франции, Великобритании
модель работы однобассейновой ПЭС, обеспечивающая ее гибкую эксплуатацию
благодаря применению обратимых агрегатов и позволяющая эффективно вписать ПЭС
в систему, содержащую различные виды электростанций, дает возможность решить
эту задачу не только для случая совместной работы ПЭС с ТЭС и АЭС, когда они
берут на себя роль суточного слежения за мощностью ПЭС (что технически
возможно, но удорожает энергию), но и путем перевода работы ПЭС в пиковую
часть графика нагрузки (см. гл. 6, 8). Это обеспечивает соответственное
улучшение работы ТЭС и АЭС и удешевление их энергии, но ведет к 276 потере
части энергии ПЭС. Кроме того, по экологическим условиям пиковая работа может
быть допущена на непродолжительный период во время прохождения зимнего
максимума нагрузок.
Оптимальным для осуществления межсизигийного регулирования
является совместная работа ПЭС с ГЭС и ГАЭС, как это принято в последнем
проекте ПЭС Кобекуид (§ 18.2) и в проектах Кольской и Мезенской ПЭС в СССР
(§20.4 и 20.5). Опыт 20-летней эксплуатации ПЭС Рано подтвердил возможность с
помощью приливных капсульных агрегатов обеспечить такую гибкую эксплуатацию
ПЭС в системе. Однако в условиях ПЭС Ране такие возможности вследствие
местных специфических условий полностью реализовать не удалось. Это породило
сомнения в целесообразности применения сложных и дорогих капсульных обратимых
агрегатов, а также циклов ПЭС. Появилась альтернатива односторонней турбинной
работы и соответствующая этому турбина Страфло.
Объявленные фирмой-изготовителем этого агрегата
преимущества его применения на приливных электростанциях (некоторое
удешевление стоимости оборудования и строительной части, а также упрощение
эксплуатации) послужили основанием для принятия агрегата Страфло в проектах
ПЭС Кобекуид, Камберленд (1982 г.) и Северн (1981 г.); на этих станциях предполагалось установить 301 такую машину.
На ПЭС Аннаполис был установлен опытный образец с
уникальным для такой машины диаметром рабочего колеса. Опытная эксплуатация
его в течение года показала удовлетворительные результаты. Казалось, что
можно сделать однозначный выбор в пользу агрегата Страфло с односторонней
работой. Однако тщательный анализ 20-летней эксплуатации капсульных агрегатов
Ране показал, что для современных объединений энергосистем со значительной
долей тепловых и атомных электростанций преимущество гибкой эксплуатации,
которую обеспечивает пятитактная работа капсульного агрегата, оказалось
решающим фактором. Возможность применения при этом насосной работы
обеспечивает не только увеличение отдачи ПЭС, но и аккумулирование ночной
свободной мощности ТЭС и АЭС с соответствующим увеличением коэффициента их
нагрузки. Поэтому в последнем рассмотрении проекта ПЭС Северн принята
установка 192 капсульных агрегатов обеспечивающих прямую турбинную и обратную
насосную работу.
Что касается дилеммы: одно- или двусторонняя работа, то
она решается на основе энергоэкономического анализа, учитывающего особенности
проекта. При этом сопоставляются увеличенная выработка, которая
обеспечивается двусторонней работой (если не удается реализовать по условиям
рельефа и геологии створа), гибкость эксплуатации, особенно ощутимая при
значительном удельном весе ПЭС в энергосистеме, и некоторое удорожание
строительства.
В настоящее время на основе обширного опыта проектирования
ПЭС в США, Канаде, Великобритании и СССР можно считать установленным
преимущество однобассейновой схемы перед двухбассейновой. Двухбассейновая
схема превращается, по существу, в низконапорную ГАЭС, и понятно, что,
несмотря на высокий коэффициент аккумулирования, она имеет коэффициент
рентабельности ниже единицы (у высоконапорной ГАЭС этот коэффициент 1,25).
2. Советский наплавной метод строительства ПЭС,
осуществленный при возведении опытной Кислогубской ПЭС, позволяет перенести
все работы из труднодоступного створа в условия приморского промышленного
центра и обеспечивает эффективность строительства ПЭС, снижая его стоимость
на 30 %.
3. Созданы весьма совершенные математические
модели для оптимизации режимов и параметров ПЭС и определения влияния работы
ПЭС на ход прилива
Эти предпосылки, использованные в современных проектах
крупных ПЭС, позволили обосновать их эффективность. Удельная стоимость ПЭС
(например, в Великобритании 695 фунт/кВт) близка к стоимости ТЭС (650
фунт/кВт), но ниже стоимости АЭС (1200 фунт/кВт) и обеспечивает выдачу
энергии по стоимости 3 пенс/(кВт-ч), приближающейся к стоимости самой дешевой
энергии АЭС, что позволило принять решение о проектировании ПЭС Северн и
строительстве ее до 2000 г.
В СССР, несмотря на несколько меньшую, чем в
Великобритании, величину прилива и удельную стоимость Мезенской ПЭС,
сопоставимую с другими энергоисточниками, удается доказать окупаемость ПЭС в
нормативный срок благодаря реализации в системе положительных качеств
приливной энергии для улучшения работы остальных электростанций, участвующих
в системе. Именно учет этого влияния ПЭС на систему позволил обеспечить
получение исключительно высокого коэффициента рентабельности в проекте 1982 г. ПЭС Кобекуид в зал. Фанди.
Таким образом, оказывается возможным отвергнуть очередной
приговор «о неконкурентоспособности приливных электростанций»1.761
В наши дни уже не гипотетически, как это представлялось в 1961 г., а на основе реальных проектов можно ожидать, что в обозримую перспективу мощные ПЭС, работая
в объединенных энергосистемах, охватывающих большие регионы ряда стран,
берега которых омываются морями с высокими приливами, станут не конкурентами,
а партнерами атомных и тепловых электростанций. Естественно, что ресурсы
приливной энергии, так же как и речной, ограничены, и неизбежно поэтому
уменьшение их доли в общем энергобалансе, но в обозримой перспективе
приливные электростанции в рассмотренных регионах будут иметь актуальное
значение.
|