Внедрение приливных электростанций
Содержание
Введение
. Краткие сведения об приливах и отливах
2. Краткое
описание работы приливной электростанции
3. Техника
- экономические обоснования необходимости внедрения приливных электростанций
. Экологические
особенности приливных электростанций
. Расчет
экономической эффективности внедрения ПЭС
Заключение
Список
литературы
Введение
Известно, что запасы энергии в Мировом океане колоссальны,
ведь две трети земной поверхности (361 млн. кв. км) занимают моря и океаны.
Однако пока что люди умеют использовать лишь ничтожные доли этой энергии, да и
то ценой больших и медленно окупающихся капиталовложений, так что такая
энергетика до сих пор казалась малоперспективной. Энергия океана давно
привлекает к себе внимание человека. В середине 80-х годов уже действовали
первые промышленные установки, а также велись разработки по следующим основным
направлениям: использование энергии приливов, прибоя, волн, разности температур
воды поверхностных и глубинных слоев океана, течений и т.д. Во многих странах
мира все чаше и чаше используют электроэнергию за счет природных источников,
вод. Этот способ получения электроэнергии представляются более мягким в смысле
воздействия на окружающую среду, чем сжигание ископаемого топлива или
расщепления ядерного урана. Кроме того этот источник энергии возобновляем, т.
е. практически они доступны всегда и везде. За последнее десятилетие интерес к
этому источнику энергии постоянно возрастает, поскольку во многих отношениях он
неограничен. По мере того как поставки топлива становятся менее надежными и
более дорогостоящими, эти источники становятся все более привлекательными и
более экономичными. Повышение цен на нефть и газ послужило главной причиной
того, что мы вновь обратили свое внимание на воду. Поэтому люди все чаше
создают и совершенствуют, как в технологическом, так и в экономическом плане,
различные приливные станции, турбины, мельницы для получения электроэнергии.
1. Краткие сведения о приливах и отливах
Под влиянием притяжения Луны и Солнца происходят
периодические поднятия и опускания поверхности морей и океанов - приливы и
отливы. Частицы воды совершают при этом и вертикальные и горизонтальные
движения.
Наибольшие приливы наблюдаются в дни сизигий (новолуний и
полнолуний), наименьшие (квадратурные) совпадают с первой и последней
четвертями Луны. Между сизигиями и квадратурами амплитуды приливов могут
изменяться в 2,7 раза.
Вследствие изменения расстояния между Землей и Луной,
приливообразующая сила Луны в течение месяца может изменяться на 40%, изменение
приливообразующей силы Солнца за год составляет лишь 10%. Лунные приливы в 2,17
раза превышают по силе солнечные.
Основной период приливов полусуточный. Приливы с такой
периодичностью преобладают в Мировом океане. Наблюдаются также приливы суточные
и смешанные. Характеристики смешанных приливов изменяются в течение месяца в
зависимости от склонения Луны.
В открытом море подъем водной поверхности во время прилива не
превышает 1 м. Значительно большей величины приливы достигают в устьях рек,
проливах и в постепенно суживающихся заливах с извилистой береговой линией.
Наибольшей величины приливы достигают в заливе Фанди (Атлантическое побережье
Канады). У порта Монктон в этом заливе уровень воды во время прилива
поднимается на 19,6м. В Англии, в устье реки Сёверн, впадающей в Бристольский
залив, наибольшая высота прилива составляет 16,3 м. На Атлантическом побережье
Франции, у Гранвиля, прилив достигает высоты 14,7 м, а в районе Сен-Мало до 14
м. Во внутренних морях приливы незначительны. Так, в Финском заливе, вблизи
Ленинграда, величина прилива не превышает 4...5 см, в Черном море, у
Трапезунда, доходит до 8 см. Поднятия и опускания водной поверхности во время
приливов и отливов сопровождаются горизонтальными приливо-отливными течениями.
Скорость этих течений во время сизигий в 2...3 раза больше, чем во время
квадратур. Приливные течения в моменты наибольших скоростей называют «живой
водой».
При отливах на пологих берегах морей может происходить
обнажение дна на расстоянии в несколько километров по перпендикуляру к
береговой линии. Рыбаки Терского побережья Белого моря и полуострова Новая
Шотландия в Канаде используют это обстоятельство при ловле рыбы. Перед приливом
они устанавливают на пологом берегу сети, а после спада воды подъезжают к сетям
на телегах и собирают попавшую в чих рыбу. Когда время прохождения приливной
волны по заливу совпадает с периодом колебаний приливообразующей силы,
возникает явление резонанса, и амплитуда колебаний водной поверхности сильно
возрастает. Подобное явление наблюдается, например, в Кандалакшском заливе
Белого моря. В устьях рек приливные волны распространяются вверх по течению,
уменьшают скорость течения и могут изменить его направление на противоположное.
На Северной Двине действие прилива сказывается на расстоянии до 200 км от устья
вверх по реке, на Амазонке - на расстоянии до 1 400 км. На некоторых реках
(Северн и Трент в Англии, Сена и Орне во Франции, Амазонка в Бразилии)
приливное течение создает крутую волну высотой 2...5 м, которая
распространяется вверх по реке со скоростью 7 м/сек. За первой волной может
следовать несколько волн меньших размеров. По мере продвижения вверх волны
постепенно ослабевают, при встрече с отмелями и преградами они с шумом дробятся
и пенятся. Явление это в Англии называется бор, во Франции Аскаре, в Бразилии
пророка. В большинстве случаев волны бора заходят вверх по реке на 70...80 км,
на Амазонке же до 300 км. Наблюдается бор обычно во время наиболее высоких
приливов.
Спад уровня воды в реках при отливе происходит медленнее, чем
подъем во время прилива. Поэтому, когда в устье начинается отлив, на удаленных
от устья участках еще может наблюдаться последействие прилива. Река Сен-Джонс в
Канаде, недалеко от места впадения в залив Фанди, проходит через узкое ущелье.
Во время прилива ущелье задерживает движение воды вверх по реке, уровень воды
выше ущелья оказывается ниже и поэтому образуется водопад с движением воды
против течения реки. При отливе же вода не успевает достаточно быстро проходить
через ущелье в обратном направлении, поэтому уровень воды выше ущелья оказывается
выше и образуется водопад, через который вода устремляется вниз по течению
реки.
Приливо-отливные течения в морях и океанах распространяются
на значительно большие глубины, чем течения ветровые. Это способствует лучшему
перемешиванию воды и задерживает образование льда на ее свободной поверхности.
В северных морях благодаря трению приливной волны о нижнюю поверхность ледяного
покрова происходит уменьшение интенсивности приливо-отливных течений. Поэтому
зимой в северных широтах приливы имеют меньшую высоту, чем летом.
Поскольку вращение Земли вокруг своей оси опережает по
времени движение Луны вокруг Земли, в водной оболочке нашей планеты возникают
силы приливного трения, на преодоление которых тратится энергия вращения, и
вращение Земли замедляется (примерно на 0,001 сек за 100 лет). По законам
небесной механики дальнейшее замедление вращения Земли повлечет за собой
уменьшение скорости движения Луны по орбите и увеличение расстояния между
Землей и Луной. В конечном итоге период вращения Земли вокруг своей оси должен
сравняться с периодом обращения Луны вокруг Земли Это произойдет, когда период
вращения Земли достигнет 55 суток. При этом прекратится суточное вращение
Земли, прекратятся и приливо-отливные явления в Мировом океане. В течение
длительного времени происходило торможение вращения Луны за счет возникавшего в
ней приливного трения под действием земного притяжения (приливно-отливные
явления могут возникать не только в жидкой, но и в твердой оболочке небесного
тела). В результате Луна потеряла вращение вокруг своей оси и теперь обращена к
Земле одной стороной. Благодаря длительному действию приливообразующих сил
Солнца потерял свое вращение и Меркурий. Как и Луна по отношению к Земле,
Меркурий обращен к Солнцу толь к одной стороной. В XVI и XVII веках энергия
приливов в небольших бухтах и узких проливах широко использовалась для
приведения в действие мельниц.
Впоследствии она применялась для приведения в действие
насосных установок водопроводов, для транспортировки и монтажа массивных
деталей сооружений при гидростроительстве.
2. Краткое описание работы приливной
электростанции
Приливная электростанция (ПЭС) - электростанция
<#"520033.files/image001.gif">
приливная электростанция энергетический
Считается экономически целесообразным строительство ПЭС в районах
с приливными колебаниями уровня моря не менее 4 м. Проектная мощность ПЭС
зависит от характера прилива в районе строительства станции, от объема и
площади приливного бассейна, от числа турбин, установленных в теле плотины. В
некоторых проектах предусмотрены двух- и более бассейновые схемы ПЭС с целью
выравнивания выработки электроэнергии. С созданием особых, капсульных турбин,
действующих в обоих направлениях, открылись новые возможности повышения
эффективности ПЭС при условии их включения в единую энергетическую систему
региона или страны. При совпадении времени прилива или отлива с периодом
наибольшего потребления энергии ПЭС работает в турбинном режиме, а при
совпадении времени прилива или отлива с наименьшим потреблением энергии турбины
ПЭС либо отключают, либо они работают в насосном режиме, наполняя бассейн выше
уровня прилива или откачивая воду из бассейна.
На ПЭС устанавливают капсульные гидроагрегаты
<#"520033.files/image003.gif">;
;
Зная сумму годовой амортизации 
и мощность ПЭС, которая
составляет N=87 ГВт = 87000000 кВт, найдем себестоимость на 1 продукции:
По данным специалистов себестоимость 1 кВт электроэнергии
Тугурской ПЭС составляет 
1руб., т. к. подъем водной поверхности
составляет 5 м, а сумма амортизации на единицу продукции 
руб. 3) Оценка
экономической эффективности инвестиционных вложений определить чистую текущую
дисконтированную стоимость, индекс рентабельности и найти срок окупаемости.
Зная мощность нашей ПЭС и стоимость 1 кВт электроэнергии найдем доход: 
Себестоимость годового выпуска электроэнергии: 
При этом Aгод.=
, а Ана1=0,8
руб. Найдем прибыль налогообложения - это разница между доходом и
себестоимостью годового выпуска: 
Из прибыли налогообложения вычитаем 20% и получаем чистую
прибыль: 
Находим ∑,
она равна: 
Чистая текущая дисконтированная стоимость или интегральный
экономический эффект
= å[Pк / (1 + r)к]
-
IС,
где Pк - денежные потоки, генерируемые в течение
ряда лет, тыс. руб.;- ставка дисконтирования;
к - количество лет;- размер инвестиций, тыс. руб.
NPV>0, проект следует принять.
Индекс рентабельности инвестиций:
Срок окупаемости инвестиций определяется прямым подсчетом
числа лет, в течение которых инвестиции будут погашены нарастающим доходом.
Первый год: 703450 -94440 = 609010;
Второй год: 609010-82842 = 526168;
Третий год: 526168 - 72668 = 453500;
Четвертый год: 453500 - 63744 = 389756;
Пятый год: 389756 - 55916 = 333840;
Шестой год: 333840-49049=284791;
Седьмой год: 284791-43026=241765;
Восьмой год: 241765-37742=204023;
Девятый год: 204023-33107=170916;
Десятый год: 170916-29041=141875;
Одиннадцатый год: 141875-25476=116399;
Двенадцатый год: 116399-22346=94053;
Тринадцатый год: 94053-19602=74451;
Четырнадцатый год: 74451-17195=57256;
Пятнадцатый год: 57256-15083=42173;
Шестнадцатый год: 42173-13231=28942;
Семнадцатый год: 28942-11606=17336;
Восемнадцатый год: 17336-10181=7155;
Девятнадцатый год: 7155/8930=0,8
Финансовый профиль проекта
Заключение
Использование нетрадиционных источников энергии, в
особенности использование «богатство» воды позволит человечеству решить много
энергетических проблем. На внедрение Тугурской ПЭС требуются огромные денежные
вложения, которые составляют 703450 тыс. руб. В результате создания ПЭС
себестоимость 1 кВт электроэнергии будет значительно ниже по сравнению с
другими электро станций.
Получаемая прибыль позволяет окупить котел утилизатор за 18,8
года. Интегральный экономический эффект составляет 9615 тыс. руб. (NPV>0),
а индекс рентабельности равен 1,01 (PI>1), что указывает на целесообразность
внедрения проекта.
Список литературы
1.
Усачев И.Н. Приливные электростанции. - М.:Энергия, 2002. Усачев И.Н.
Экономическая
оценка приливных электростанций с учетом экологического эффекта// Труды XXI
Конгресса СИГБ. - Монреаль, Канада, 16-20 июня 2003.
.
Велихов Е.П., Галустов К.З., Усачев И.Н., Кучеров Ю.Н., Бритвин С.О.,
Кузнецов
И.В., Семенов И.В., Кондрашов Ю.В. Способ возведения крупноблочного сооружения
в прибрежной зоне водоема и плавкомплекс для осуществления способа. - Патент РФ
№ 2195531, гос. рег. 27.12.2002
.
Усачев И.Н., Прудовский А.М., Историк Б.Л., Шполянский Ю.Б. Применение
ортогональной турбины на приливных электростанциях// Гидротехническое
строительство. - 1998. - № 12.