Основы энергосбережения и нетрадиционные источники энергии

Наряду с офшорными конструкциями разработаны и прибрежные переливные электростанции (рис. 2.133).

Рис. 2.133. Схема реализации прибрежных переливных электростанций

2.5.3. Использование энергии приливов и отливов, морских течений

Вприбрежных зонах, где образуются течения за счет приливов

иотливов устанавливаются турбины, которые могут вращаться в двух направлениях (рис. 2.134). На данном этапе наиболее мощно развивается приливно-отливная электроэнергетика в Китае, Южной Корее, Шотландии.

Рис. 2.134. Схема реализации и общий вид оборудования для использования энергии приливов и отливов, морских течений

161

Первая промышленная приливная электростанция построена в 1966 г. во Франции на берегу Ла-Манша (рис. 2.135). Для ее строительства использовано устье реки Ране, где высота прилива достигает 13,5 метров. Длина плотины в 750 метров. Вырабатываемая

мощность доходит до 544 млн кВт ч ежегодно.

Рис. 2.135. Схема реализации и общий вид промышленной приливной электростанции во Франции на берегу пролива Ла-Манш

Одна из самых мощных в мире приливных турбин (1,2 МВт) построена в Стренгфорд Лаф (Ирландия) (рис. 2.136). Она состоит из двух парных турбин с диаметром лопастей 16 метров. Весит турбина 300 тонн. Способность вращаться вокруг своей оси позволяет турбине настраиваться на набегающий поток воды при приливе или отливе. Турбина может быть поднята из-под воды для проведения обслуживания.

Энергия морских течений преобразуется в электрическую с помощью погружных турбин (см. рис. 2.136). Водные турбины работают на том же принципе, что и ветровые. Хотя скорость водных потоков ниже, чем скорость ветра, но благодаря более высокой плотности воды по сравнению с воздухом (в 835 раз выше) водные турбины имеют аналогичную установленную мощность при меньшем размере лопастей.

162

Рис. 2.136. Общий вид водных погружных турбин

Аналогично ветровым турбинам, используются и водные турбины с горизонтальной осью вращения (Axial Flow Turbine, требуют ориентации), турбины, работающие в двух направлениях течения

(Cross Flow Turbine) и в виде качающихся конструкций (Reciprocating Device) (рис. 2.137).

Рис. 2.137. Схема реализации водных турбин с горизонтальной осью вращения

163

2.5.4.Использование в энергетических целях тепла океана

иградиента солености

Использование в энергетических целях тепла океана. Tехнология

Ocean Thermal Energy Conversion (OTEC). Для производства элект-

рической энергии используются разность в температуре верхнего и глубинных слоев воды морей и океанов.

Различают следующие варианты технологий OTEC:

1)с закрытым циклом;

2)с открытым циклом;

3)гибридная технология.

Технология с закрытым циклом. В системе используются жид-

кость с низкой температурой испарения (например, аммиак), которая испаряется в теплообменнике, поглощая энергию нагретых верхних слоев воды (15–24 °С). Пар вращает турбину генератора и конденсируется во втором теплообменнике, охлаждаемом холодной водой из нижних слоев океана (рис. 2.138, 2.139).

Рис. 2.138. Схема реализации технологии ОТЕС с закрытым циклом

164

Рис. 2.139. Схема реализации и оборудование технологии ОТЕС с закрытым циклом

Технология ОТЕС с открытым циклом (рис. 2.140). Система использует теплые воды экваториальной части океана. Вода поступает в контейнер с низким давлением, испаряется, пар вращает турбину генератора с последующим охлаждением холодной глубинной водой.

Рис. 2.140. Схема реализации и общий вид технологии ОТЕС

соткрытым циклом

Вгибридных системах теплая поверхностная вода поступает в камеру низкого давления, где испаряется (открытый цикл). Пар нагрева-

165

ет жидкость с низкой точкой кипения (закрытый цикл), пар которой вращает турбину (рис. 2.141).

Рис. 2.141. Схема реализации и общий вид электростанции ОТЕС с гибридным циклом

Использование в энергетических целях градиента солености. Для получения энергии используется метод, основанный на осмотическом давлении на соленую воду вследствие селективной диффузии пресной воды через мембраны (Pressure Retarded Osmosis (PRO)).

Под действием давления вода может подниматься на высоту до 200 м и направляться в турбину генератора (рис. 2.142).

Рис. 2.142. Схемы использования в энергетических целях градиента солености

166

На начало 2016 г. установленная мощность электростанций, использующих энергию морей и океанов, составляла 530 МВт.

2.5.5. Малая гидроэнергетика, потенциал, технические решения

Развитие малой гидроэнергетики – тенденция будущего, которая пользуется огромной популярностью из-за стремления улучшить экологическую ситуацию в мире. Сооружение и эксплуатация МГЭС не влияет на качество воды, вызывает минимальное затопление местности. Современные мини-ГЭС полностью автоматизированы. Их срок службы составляет примерно 40 лет.

Использование малых гидроэлектростанций является замечательной альтернативой традиционным источникам электроэнергии, особенно, для тех районов, где подключение к централизованной энергосети затруднительно.

Малая гидроэнергетика, потенциал. Расчет энергетического по-

тенциала водотоков осуществляется на основе информации о количестве и мощности водотоков, приведенной в Водном кадастре Республики Беларусь. Для расчета потенциальной энергии Э реки на участке протяженностью L (км), при падении на нем (напор) Н (м) и среднем расходе на этом участке Q (м3/с) в течение времени Т (час) осуществляется с использование эмпирических формул:

Э N T, кВт ч;

N 9,81 Q H , кВт ч,

где N – мощность, кВт; Т – время, часы;

Э – вырабатываемая энергия, кВт ч.

Таким образом, для расчета валовых гидроэнергетических ресурсов следует знать значения расход воды Q на определенном участке реки и перепад высот H.

При выборе энергетических параметров малой ГЭС, для обеспечения ее надежной и безаварийной эксплуатации, наибольший практический интерес представляет среднемноголетний расход Qмнг и максимальный паводковый расход Qмакс.

167

Для определения расчетного расхода Qмакс необходимо иметь значение среднемноголетнего расхода Qмнг, позволяющего при выбранном значении напора H подсчитать мощность (N) ГЭС. Правильное решение этой задачи важно для определения экономической эффективности малой ГЭС.

Запасы гидроэнергоресурсов Республики Беларусь составляет теоретический потенциал ее рек – около 7,5 млрд кВт ч в средний по водности год, а его часть, которая путем выработки электроэнергии на ГЭС или иными техническими средствами может быть использована (технический потенциал) – 2,5–3,0 млрд кВт ч/год. Экономический гидроэнергопотенциал в Республике Беларусь составляет

1,3 млрд кВт ч/год, или 325 МВт общей установленной мощности возможных ГЭС в условиях Беларуси.

Глобальное производство гидроэлектроэнергии в 2016 г. составило 1064 ГВт. Как видно из рис. 2.143, в топ 10 стран мировых производителей гидроэлектроэнергии входит Китай (около 28 % мирового производства), Бразилия, США, Канада и др.

Рис. 2.143. Производство гидроэлектроэнергии ведущими мировыми производителями (2016 г.)

168

Как видно из табл. 2.6 развитие малой энергетики приносит значительные экономические, технические, экологические и социальные преимущества.

По состоянию на 01.08.2017 г. в Беларуси эксплуатировалось 53 ГЭС общей установленной мощностью 95,4 МВт. Наиболее крупные ГЭС: Витебская (40 МВт, 2017 г.) (рис. 2.144) и Полоцкая (21 МВт, 2016 г.). В 2018–2020 годах намечается поэтапный ввод на Днепре и Западной Двине относительно крупных ГЭС: Бешенковичская ГЭС(30 МВт); ОршанскаяГЭС(5,7 МВт); РечицкаяГЭС(4,6 МВт); Верхнедвинская ГЭС (20 МВт); Шкловская ГЭС (4,9 МВт).

Рис. 2.144. Панорамный вид Витебской ГЭС

2.5.6.Малая гидроэнергетика, технические схемы

икомпоновочные решения

Классификация малых ГЭС в зависимости от установленной мощности, принятая в РБ:

–крупные от 10 МВт и выше;

–малые от 1 до 10 МВт;

–мини от 100 кВт до 1 МВт;

–микро менее 100 кВт.

Наибольшая привлекательность установки малых ГЭС заключается в том, что для их работы нет необходимости сооружать крупные гидротехнические объекты.

Схемы малых ГЭС (рис. 2.145):

1) Плотинная схема – напор создается с помощью плотины. Возможно использование существующих водохранилищ.

170