Приливная электростанция. Расчет приливной электростанции

Размещено на http://www.allbest.ru/

Приливная электростанция. Расчет приливной электростанции

ВВЕДЕНИЕ

В настоящее время известно, что запасы многих органических источников энергии истощаются в огромных объемах на протяжении многих сотен лет. Это играет первостепенную роль в обеспечении энергией весь мир и отдельные жизненно важные объекты. В связи с этим ведется поиск новых месторождений и новых видов топлива. Огромной проблемой становятся исследования в области влияния выбросов в атмосферу и другая деятельность человечества в пользу удовлетворения потребностей в энергии планеты.

Однако непрерывное увеличение энергопотребления увеличивает загрязнение окружающей среды. Помимо загрязнения резкое сокращение органического топлива становится угрозой для жителей Земли. Уже через несколько десятилетий данный факт может привести к локальным войнам за ресурсы планеты. Несмотря на неутешительные последствия поиски решений увеличиваются пропорционально истощению ресурсов планеты.

Подходящим подходом к решению энергетического вопроса является поиск новых источников энергии. Такими примерами являются:

- энергия Солнца;

- волн;

- ветра и др.

По-другому они называются альтернативными источниками энергии (АИЭ). АИЭ эксплуатация приводит к загрязнению окружающей среды не настолько сильно по сравнению с классическими электростанциями. Кроме того энергия ветра, Солнца, приливов является чистой и бесконечной в рамках нынешних исследований. Переход на экологически чистое производство может вывести мир из пессимистического положения.

В курсовой работе приведены исследования и расчеты приливных электростанций.

1. СУЩЕСТВУЮЩИЕ ИСТОЧНИКИ ЭНЕРГИИ

Большая часть ресурсов Земли истощена, месторождения опустошены. Новые разрабатываемые месторождения не меняют ситуацию в мировой энергетике, лишь оттягивая неминуемый исход. Ведь энергетика находится на первом месте в употреблении и преобразовании. От нее в решающей мере зависит экономический потенциал государств и благосостояние людей. Она же оказывает наиболее сильное воздействие на окружающую среду, благополучие государств. Все это оказывает пагубное влияние в состояние нашей планеты в целом.

Классическое топливо вредно при переработке и добыче. Примером могут служить карьеры и гектары вырубленных лесов под добычу полезных ископаемых или постройку очередной электростанции на угле или газе.

Воспроизводство полезных ископаемых и органического газа достаточно медленно по сравнению с их добычей. Таким образом, данная проблема уже не новость и с каждым десятилетием она лишь будет актуальнее.

1.1 ТИПЫ ЭЛЕКТРОСТАНЦИЙ

Все существующие виды топливной энергии в природе подразделяются на: твердые, жидкие и газообразные.

Все виды органического природного топлива состоят из одних и тех же химических элементов. Разница между видами топлива состоит в том, что эти химические элементы содержатся в топливе в разном объеме.

Элементы, из которых состоит топливо, делятся на две группы.

- элементы, которые горят сами или поддерживают горение (углерод, водород и кислород);

- элементы, которые сами не горят и не способствуют горению (азот, вода).

Особое место от названных элементов занимает сера. Сера является горючим веществом и при горении выделяет определённое количества тепла, но ее присутствие в топливе нежелательно, так как при горении серы выделяется сернистый газ, который переходит в нагреваемый металл и ухудшает его механические свойства. Количество тепловой энергии, которое выделяет топливо при горении, измеряется калориями. Каждое топливо при горении выделяет неодинаковое количество тепла. Количество тепла (калорий), которое выделяется при полном сгорании 1 кг твердого или жидкого топлива или при сгорании 1 м³ газообразного топлива, называется теплотворной способностью топлива или теплотой сгорания топлива. Теплота сгорания различных видов топлива имеет широкие пределы. Например, для мазута теплота сгорания составляет около 10000 ккал/кг, для угля 3000 - 7000 ккал/кг. Чем выше теплота сгорания топлива, тем топливо ценнее, так как для получения одного и того же количества тепла потребуется меньше. К примеру, при проектировании, когда необходимо сравнить расход угля с расходом мазута и целесообразность строительства угольной или мазутной котельной необходимо учесть поправочный коэффициент на калорийность топлива.

Таким образом, несмотря на большие запасы и разнообразие природных ископаемых, специалисты утверждают, что данного количества хватит на небольшой промежуток времени. При этом добыча и поиски новых месторождений продолжат свое влияние на окружающую среду.

1.2 ПРОБЛЕМЫ РАЗВИТИЯ И СУЩЕСТВОВАНИЯ ЭНЕРГЕТИКИ

Развитие индустриального общества пропорционально росту энергопотребления. Большая часть разрабатываемой техники и различных устройств питаются электроэнергией, которую, в свою очередь, необходимо добывать.

Как известно, в основе производства тепловой и электрической энергии лежит процесс сжигания ископаемых энергоресурсов - угля, нефти или газа, а в атомной энергетике - деление ядер атомов урана и плутония при поглощении нейтронов.

Органические ископаемые ресурсы, даже при вероятном замедлении темпов роста энергопотребления, будут в значительной мере израсходованы в самом ближайшем будущем. Отметим также, что при сжигании ископаемых углей и нефти, обладающих сернистостью около 2,5%, ежегодно образуется до 400 млн. тонн сернистого газа и окислов азота, что составляет 70 кг вредных веществ на каждого жителя Земли в год.

Таким образом, сокращение потребления и экономичность полезных ископаемых не сможет помочь избежать энергетической и экологической катастрофы. Если в ближайшем будущем планета не станет непригодна для жизни, то критическая нужда в энергоресурсах обеспечена. Выход остается в поиске и внедрении возобновляемых источников энергии. Огромную важность играет борьба с отходами и выбросами в атмосферу тонн вредных и смертельно опасных продуктов сгорания.

Как уже известно, сгорание органического топлива вредно для окружающей среды. В настоящее время разрабатываются системы и устройства очистки выбросов в атмосферу продуктов сгорания. Среди устройств можно выделить следующие: фильтры на соплах Вентури; металлические лабиринтные фильтры. Из существующих методов очистки существуют следующие: адсорбционный метод, метод термического дожигания. Однако все они не дают полноценной гарантии того, что извлекаемый воздух безопасен для здоровья и окружающей среды. Это связано с тем, что многие примеси, такие как частички пыли, мешают идентификации и извлечению вредных частиц. Кроме того, данные устройства несут крупные эксплуатационные затраты, высокую стоимость и необходимость в высококвалифицированном персонале.

2. АЛЬТЕРНАТИВНЫЕ ИСТОЧНИКИ ЭНЕРГИИ

Альтернативные источники энергии являются наиболее существенным решением энергетической и экологической проблем. Альтернативная энергетика основана на использовании возобновляемых источников энергии. Основная идея поиска альтернативных источников энергии заключается в использовании тех ресурсов планеты, которые дает природа. Их эксплуатация, в свою очередь, не оказывает негативного влияния на окружающую среду. Поэтому на данный момент уже существуют волновые электростанции, солнечные, ветряные, геотермальные и многие другие.

2.1 ТИПЫ АЛЬТЕРНАТИВНЫХ ИСТОЧНИКОВ ЭНЕРГИИ И ИХ РАЗВИТИЕ

Как было сказано, АИЭ имеют различные типы и характеристики добычи и преобразования энергии. Их принцип действия аналогичен классическим источникам энергии: преобразование механической энергии в электрическую. В качестве механической энергии выступает энергия Солнца, ветра, приливов и других естественных природных источников энергии. Современные технологии и исследования позволяют получать электрическую энергию без вреда для природы, что является главным преимуществом АИЭ. Если говорить о развитии АИЭ, то здесь можно выделить улучшение производительной способности последних, рост безопасности за счет систем автоматизации, сигнализации и различного рода автоматических и автоматизированных устройств.

В последние годы энергетика претерпела значительные изменения и направления развития. Производство ПЭС сопровождается новыми типами. Главное отличие заключается в отсутствии плотины. Компактные турбины заменены крупными лопастями диаметром от 10 до 20 метров.

3. ПРИЛИВНАЯ ЭЛЕКТРОСТАНЦИЯ

Морские приливы и отливы являются следствием воздействия на Землю лунного и солнечного притяжения, а также воздействия центробежных сил, образующихся в результате вращения систем Земля - Луна и Земля - Солнце.

Приливы и отливы происходят два раза в сутки. Максимальное поднятие воды, именуемое полной водой, над минимальным опусканием уровня воды - малая вода, составляет в открытом океане около 1 м. Но в зависимости от очертания береговой линии, а также географической широты, глубины моря вблизи суши и некоторых других факторов величина прилива может быть гораздо больше. Максимальная величина разности уровней моря во время прилива и отлива обнаружена в некоторых местах Атлантического побережья Канады, где она достигает 18 м. Отмечены высокие уровни прилива в некоторых места Ла-Манша (до 15 м), Охотского моря (до 13 м), Белого моря (до 10 м), Баренцева моря (до 10 м). Считается, что для создания приливной электростанции разность уровней во время прилива и отлива должна быть не менее 10 м.

К сожалению, таких мест на земном шаре очень мало - менее 30. Поэтому приливные электростанции не могут занять сколько-нибудь заметного места в энергетике.

Высота колебаний уровня характеризуется

Приливная электростанция - это электростанция, которая использует явление прилива, при котором она может работать как на одной фазе - приливе, так и на другой - отливе, поочередно или избирательно.

Волна прилива заливает по настоящему огромные пространства водной поверхности. В зависимости от положения пункта на земном шаре, формы береговой линии и рельефа дна уровень прилива поднимается на высоту от нескольких сантиметров во внутриматериковых морях (Черное, Балтийское и др.) до многих метров в вершинах воронкообразных заливов, открытых в сторону океана.

При больших амплитудах прилива его волна, заходя в устья многоводных рек, поворачивает вспять их течение.

К достоинствам ПЭС можно отнести следующие:

- низкая стоимость энергии по сравнению с другими типами электростанций;

- отсутствует выброс вредных газов, в том числе и создающих парниковый эффект в атмосфере, а также золы, радиоактивных и тепловых отходов;

- отсутствуют проблемы, связанные с добычей, транспортированием, переработкой, сжиганием и складированием топлива, отрицательно влияющие на окружающую среду;

- снижение солености воды в бассейне ПЭС, определяющее экологическое состояние морской фауны, составляет 0,05 - 0,07 %, т.е. практически неощутимо;

- ледовый режим в бассейне ПЭС смягчается, исчезают торосы и предпосылки к их образованию, отсутствует силовое воздействие льда на сооружение;

- нет опасности затопления земель и волны прорыва в нижний бьеф (в отличие от ГЭС);

- влияние на ПЭС катастрофических природных и социальных явлений (землетрясения, наводнения, военные действия, терроризм) не угрожают населению в примыкающих к ПЭС районах;

- улучшение транспортной системы района, включая возможность строительства дороги на дамбе.

Наиболее существенным недостатком ПЭС является ее высокая стоимость. Она в 2,5 раза выше, чем установка гидроэлектростанции аналогичной мощности.

3.1 УСТРОЙСТВО ПРИЛИВНЫХ ЭЛЕКТРОСТАНЦИЙ

Одним из наиболее оптимальных мест для постройки ПЭС является узкий морской пролив, который может отсекаться плотиной от океана. В самих отверстиях плотины размещены гидротурбины с генераторами. Генератор и турбина находится в обтекаемой капсуле. Они способны не только вырабатывать электроэнергию при движении через них морской воды, но и представлять собой насосы.

Режим работы приливной электростанции обычно состоит из нескольких циклов. Четыре цикла, это простой, по 1-2 часа, периоды начала прилива и его окончания. Затем четыре рабочих цикла продолжительностью по 4-5 часов, периоды прилива или отлива, действующих в полную силу. В ходе прилива водой наполняется бассейн приливной электростанции. Движение воды вращает колеса капсульных агрегатов, и электростанция вырабатывает ток. Во время отлива вода, уходя из бассейна в океан, опять вращает рабочие колеса, теперь в обратную сторону. И вновь электростанция снова производит электрический ток, потому что рабочий агрегат обеспечивает одинаково хорошую работу при вращении колеса в любую из сторон. В промежутках между приливом и отливом движение колес останавливается. Чтобы не было перебоев, энергетики связывают приливную электростанцию с другими станциями. Это могут быть, например, тепловые или атомные электростанции. Получившееся энергетическое кольцо помогает во время пауз переложить нагрузку на соседей по кольцу.

3.2 РАСЧЕТ ПРИЛИВНОЙ ЭЛЕКТРОСТАНЦИИ

ПЭС, как и любая другая электростанция требует расчета и учета многих входящих факторов и единиц в целях обеспечения эффективности и безопасности работы. Кроме того, такую электростанцию необходимо эксплуатировать гораздно дольше при большем росте эффективности в целях ее окупаемости. В качестве основных параметров нашей ПЭС взяты следующие:

- расчет энергии приливов/отливов;

- КПД ПЭС.

Определение таких параметров играет важнейшую роль в проектировании и эксплуатации ПЭС.

В качестве источника расчетов возьмем Кислогубскую ПЭС - экспериментальную приливную электростанцию, расположенную в губе Кислая Баренцева моря, вблизи поселка Ура-Губа Мурманской области.

Ее мощность равна 1,7 МВт. В узкой части губы Кислая высота приливов достигает 5 метров. В здании ПЭС размещено два ортогональных гидроагрегата -- один мощностью 0,2 МВт (диаметр рабочего колеса 2,5 м, находится в старом здании) и один ОГА-5,0 м мощностью 1,5 МВт (диаметр рабочего колеса 5 м, находится в новом здании). Площадь бассейна около 2,5 км².

Самые высокие и сильные приливные волны возникают в мелких и узких заливах или устьях рек, впадающих в моря и океаны. Приливная волна Индийского океана катится против течения Ганга на расстояние 250 км от его устья. Приливная волна Атлантического океана распространяется на 900 км вверх по Амазонке. В закрытых морях, например Черном или Средиземном, возникают малые приливные волны высотой 50-70 см. Работа P, совершаемая приливом за приливно-отливный цикл в предположениях отсутствия поверхностных уклонов, то есть при мгновенном заполнении бассейна, определится умножением веса поднятой и опущенной приливом воды кН на высоту A/2 поднятия его центра тяжести

(3.1)

Здесь P - работа; А - величина прилива; S - площадь бассейна; 10,05 - удельный вес морской воды г.

Работа, совершаемая за сутки, равна 3,87 P (3,87 - число полуциклов колебания приливной волны в сутки). Делением суточной работы прилива на число секунд в сутках получим среднесуточную потенциальную мощность прилива, кВт,

(3.2)

Подставим найденные значения в формулу (3.2), получим:

кВт=14,1 МВт.

Эта мощность не может приниматься для определения установленной мощности ПЭС, так как она берется усредненной. Однако она может быть определена для нахождения годового запаса потенциальной энергии приливного бассейна, кВт·ч.

(3.3)

Или, согласно (3.3)

МВт·ч.

Удельную потенциальную энергию на 1 км² можно назвать энергетическим потенциалом приливного бассейна, который пропорционален квадрату средней величины прилива.

Формула 3.3 может применяться для оценки энергопотенциала бассейна в том случае, если прилив имеет правильный полусуточный характер. На большинстве побережий, где могут быть созданы ПЭС, прилив имеет именно такой характер. Однако в ряде мест приливные колебания содержат заметную суточную составляющую, которая иногда может даже преобладать над полусуточной.

Тогда энергопотенциал приливного бассейна в кВт·ч в зависимости от показателя Д (динамический параметр) будет определяться таким выражением:

(3.4)

Параметр Д выбирается согласно следующим критериям и по формуле (3.5).

(3.5)

Если в приливах преобладает полусуточная составляющая, при которой отношение Д изменяется в пределах от 0 до 0,5, то такие приливы называются правильными полусуточными. При преобладании суточных составляющих отношение Д равно 4 и более и приливы превращаются в правильные суточные. При изменении отношения Д от 0,5 до 4 приливы называются смешанными, когда в течение месяца ход волны меняется из полусуточного на суточный и наоборот. В случае некоторого преобладания полусуточных составляющих смешанные приливы называются неправильными полусуточными (отношение Д ограничено пределами от 0,5 до 2, наблюдаются в Индийском и Тихом океанах). При увеличении отношения от 2 до 4 (преобладание суточных приливов с заметным суточным неравенством при увеличении склонения Луны) приливы называются неправильными суточными.

Выбираем параметр Д равный 2. Тогда

ТВт·ч.

На основании формулы (3.4) дальнейшие исследования позволяют некоторое уточнение.

При производстве электрической энергии только часть (кинетической, тепловой и т.д.) преобразуется в электрическую энергию, остальное выделяется в виде тепла. Математически определение КПД может быть записано в виде:

з=A/Q100%,(3.6)

где А -- полезная работа, а Q -- затраченная энергия.

В силу закона сохранения энергии КПД всегда меньше единицы, то есть невозможно получить полезной работы больше, чем затрачено энергии.

Сумма КПД электрического называется КПД использования топлива. Чем выше электрический и суммарный КПД, тем экономичнее работа электростанции. Для стимулирования более высокого коэффициента использования топлива принят ФЗ-261 энергосбережение и о повышении энергетической эффективности.

Для ПЭС электрический КПД равен 92-94%.

приливной электростанция энергетика

ВЫВОДЫ

В работе рассмотрены основные виды классических источников электроэнергии. Рассмотрены причины последствий дальнейшего использования сжигания органического топлива с целью получения электрической энергии. Приведено определение АИЭ, их преимущества, виды и дальнейшее развитие.

В процессе написания курсовой работы были рассмотрены основные понятия ПЭС, принцип работы. Приведены выводы о преимуществах и недостатках ПЭС.

Кроме того, произведены расчеты мощности прилива в рамках бассейна, где расположена ПЭС и величина КПД. Для расчетов взята реально существующая в России Кислогубская ПЭС, располагаемая в Мурманской области.

ЛИТЕРАТУРА

http://www.himikatus.ru/art/ch-act/0257.php.

Бернштейн Л.Б., Силаков В.Н. Приливные электростанции. М.: Энергоатомиздат, 1987. - 296 с.: ил.

https://alternativenergy.ru/energiya/553-prilivnaya-elektrostanciya-princip-foto.html.

http://studopedia.org/3-33674.html.

6.https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%9A%D0%B8%D1%81%D0%BB%D0%BE%D0%B3%D1%83%D0%B1%D1%81%D0%BA%D0%B0%D1%8F_%D0%9F%D0%AD%D0%A1.

Размещено на Allbest.ru