ВАРИАНТ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ПЕНЖИНСКИХ ПРИЛИВОВ ДЛЯ ВЫРАБОТКИ ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ

Одним из самых перспективных направлений развития в выработке электроэнергии является строительство электростанций, использующих энергию морских приливов.

В России энергия приливов и отливов используется с 1968 года в рамках эксплуатации экспериментальной приливной электростанции (ПЭС) на Кислой Губе в Баренцевом море. Перспективными проектами приливных электростанций могут являться Мезенская ПЭС (в Белом море), Тугурская и Пенжинская ПЭС, намечаемые в береговых шельфах Охотского моря. Некоторые проекты их строительства были разработаны в СССР, но не реализованы.

Развитие приливной энергетики и строительство ПЭС было бы эффективным решением энергетических проблем Камчатки, которые заключаются в следующем [1]:

1) изолированность Камчатки от остальной части России, вследствие чего возрастают транспортные издержки на доставку топлива;

2) невозможность эксплуатации протяженных на большие расстояния линий электропередач, имеющих высокий класс напряжения, с достаточной надёжностью;

3) наличие сейсмоопасной зоны со сложными климатическими условиями;

4) преобладание работающих на мазуте теплоэлектроцентралей (84 %).

«В Тихом океане у побережья России максимальные приливы бывают в Пенжинской губе Охотского моря – 12,9 м» [2, с. 26]. Это является хорошей предпосылкой для реализации проекта Пенжинской ПЭС. В первоначальных проектах наиболее целесообразным считается строительство ПЭС в месте сужения мысов Средний и Мамеченский в Южном створе Охотского моря. Там амплитуда приливов достигает 11 м. Общая мощность «южной» ПЭС может составить 87 ГВт, что сделало бы её крупнейшей в мире по установленной мощности и выработке электроэнергии в год. В данной статье предлагается вариант ПЭС, согласно которому вода будет протекать по дюкерам, проложенным на перешейке полуострова Камчатка, из Пенжинской губы в Тихий океан.

Большой вклад в эффективность ПЭС внесёт правильный выбор надежного энергоагрегата с высокими энергетическими, эксплуатационными и экономическими показателями. Целесообразное сочетание конструктивных и технологических решений, принятых совместно для турбины и генератора, определит возможность выбора такого агрегата.

Из зарубежного и отечественного опыта эксплуатации ПЭС можно видеть, что широкое применение получили достаточно мощные горизонтальные капсульные гидроагрегаты. «Капсульный гидроагрегат состоит из кожуха (капсулы), установленного на передних опорных колоннах и колоннах статора турбины» [3, c. 44]. Дополнительно кожух агрегата раскреплен в передней и части мощными растяжками, создающими жесткость установки гидроагрегата. Поток воды проходит между конической направляющей аппарата и стенкой водовода. Поворотные лопасти рабочего колеса вращаются в полусферической рабочей камере. В капсуле расположен также генератор, ротор которого имеет одну опору и подпятник, а второй опорой агрегата является подшипник турбины.

Широкое распространение таких конструкций объясняется тем, что:

1) в них благодаря спрямлению проточного тракта удаётся свести к минимуму гидравлические потери и тем самым повысить КПД турбины и её пропускную способность;

2) их применение позволяет сократить длину напорного фронта и объём строительно-монтажных работ по зданию гидроэлектростанции и получить наиболее простые очертания турбинного блока;

3) они способны работать в разных режимах: двухсторонних турбинных и насосных и в двух с нулевой мощностью, когда осуществляется холостой пропуск воды [4, с. 30].

В соответствии с предлагаемым вариантом Пенжинской ПЭС рекомендуется устанавливать горизонтальные капсульные гидроагрегаты с конструктивными особенностями капсульной турбины, применяемой на Чебоксарской ГЭС (ЧГЭС). Отличие от капсульных агрегатов ЧГЭС состоит в том, что генератор размещается в машинном зале, а не непосредственно в капсуле. Этим достигается предотвращение негативного влияния влажности воздуха в капсуле и простота технического обслуживания и эксплуатации генератора без осушения проточной части. Поскольку в этом случае вал генератора располагается вертикально, а вал турбины горизонтально, то необходима установка конической зубчатой передачи, работающей как редуктор. Установка генератора в предлагаемом варианте во многом аналогична Нижнекамской ГЭС (НГЭС). По гидравлическим параметрам Пенжинская ПЭС и равнинные ЧГЭС и НГЭС практически одинаковы, поэтому в качестве решения для генератора принимаем синхронные генераторы с поворотно-лопастными турбинами марки СВ-1477/142-104.

Общий вид гидроагрегата показан на рис. 1.

Рисунок 1. Предлагаемый гидроагрегат для Пенжинской ПЭС.

1 – дюкер водовода; 2 – турбина (поворотно-лопастная); 3 – подшипник вала; 4 – подшипник опорный; 5 – подшипник зонтичного генератора; 6 – обмотка статора генератора; 7 – обмотка возбуждения индуктора генератора; 8 – коническая зубчатая передача; 9 –узел щёток подачи напряжения возбуждения; 10 – вал генератора; 11 – вал турбины; 12 – капсула турбины.

По принципу поток воды поступает по двум дюкерам, проложенным в перешейке между Пенжинской губой и Тихим океаном (рис. 1, 2), со стороны Пенжинской губы (точка a), вращает рабочее колесо турбины и уходит по тракту в Тихий океан (точка b). Коническая зубчатая передача передаёт вращение с вала турбины на вал генератора, одновременно понижая скорость вращения до необходимой величины. Опорные подшипники воспринимают осевые нагрузки. Механическая энергия вращения преобразуется в электрическую в синхронном генератора зонтичного типа.

На рис. 2 в точке a обозначен входной портал 1 подачи воды в дюкер 2. Каждый из дюкеров 2 под зданием ПЭС 3 разделяется на два водовода, в которых устанавливаются капсульные гидроагрегаты 4. Выход (сток) воды с ПЭС осуществляется через выходной портал 5 в точке b. На входном и выходном порталах и водоводах с гидроагрегатами установлены затворы, необходимые для регулирования и отсечения потока воды.

Характерная особенность Пенжинской ПЭС по пропуску потока воды будет заключаться в том, что при минимальном уровне воды во время отлива перепада высот будет хватать для продолжения поступления воды в дюкер. Размещая под соответствующим углом дюкер, можно получить однонаправленный поток воды при приливах и отливах. Это означает, что вращение рабочих лопастей турбины будет происходить только в одну сторону, что является неоспоримым плюсом. Уклон дюкера определяется гидравлическим расчётом.

Рисунок 2. Расположение дюкеров и здания ПЭС.

Список литературы:

1. Бутяков Н. А., Динмухаметов А. М., Ахметшин Р. С. Чистая электроэнергия на Камчатке // Молодой ученый. — 2015. — №4. — С. 135-139. — URL https://moluch.ru/archive/84/15785/ (дата обращения: 27.03.2018).
2. Быстрицкий Г.Ф. Основы энергетики: Учебник. — М.: ИНФРА-М, 2007. — 278 с.
3. Гончаров А. Н. Гидроэнергетическое оборудование гидроэлектростанций и его монтаж: учебник для гидроэнергетических и энергостроит. техникумов / А. Н. Гончаров. – М.: Энергия, 1967. – 312 с.
4. Смирнов И.Н. Гидравлические турбины и насосы. Учеб. пособие для энерг. и политехнич. вузов. – М.: «Высш. школа», 1969, 400 с.
5. Альтернативная энергетика: энергия приливов и отливов [Электронный ресурс]. – Режим доступа: https://pronedra.ru/alternative/2017/04/10/perspektiva-prilivnyh-stanciy/ (дата обращения: 21.03.18)