СХЕМЫ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ЭНЕРГИИ ПРИЛИВОВ
Периодические повышения и понижения уровня моря при приливах и отливах определяются силами притяжения Земля — Луна — Солнце и центробежными силами. Приливы обычно происходят два раза в сутки, чередование максимума и минимума приливов происходит через 6 часов 12 минут. Время прилива каждые сутки смещается на 50 минут. Продолжительность полного цикла составляет 29,53 суток. Наибольшая величина прилива, т. е. разность максимального уровня при приливе и минимального уровня при отливе в открытом океане составляет 2 м и значительно увеличивается, у побережья, в проливах и узких заливах. Наибольшая в мире величина прилива (19,6 м) наблюдается в заливе Фанди на Канадском побережье Атлантического океана. В СССР на побережье Охотского моря величина прилива в различных пунктах побережья составляет от 2 до 14,0 м, на побережье Кольского полуострова от 4 до 10 м.
Простейшей является однобассейиая схема использования энергии приливов (рис. 2-13). При наличии удобного естественного залива или фиорда, который может быть отделен от моря плотиной и зданием ПЭС, он используется в качестве бассейна, наполняемого в часы прилива и опорожняемого в часы отлива. На ПЭС предусматривают холостой водосброс. Например, часть плотины делается водосливной или для холостого сброса воды используется здание ПЭС. Тогда здание выполняется или водосливного типа с переливом воды через крышу здания, или совмещенного типа с водосбросными отверстиями внутри здания.
В часы прилива уровень воды в море выше, чем в бассейне и при достаточном напоре ПЭС может вырабатывать электрическую энергию, пропуская через турбины воду из моря в бассейн. В часы отлива создается перепад уровней между бассейном и морем. При достаточных напорах ПЭС вырабатывает электрическую энергию; пропуская через турбину воду из бассейна в море. При малых напорах ПЭС простаивает, обычно четыре раза в сутки. Часы работы ПЭС определяются временем наступления приливов и отливов и каждый день соответственно смещаются на 50 минут.
На ПЭС устанавливаются обратимые агрегаты двустороннего действия, которые могут работать в турбинном и насосном режимах при движении воды из моря в бассейн и из бассейна на море. На ПЭС устанавливаются агрегаты капсулы-юго типа (см. гл. 8) с горизонтальным валом. На одном его конце располагается обратимая гидравлическая машина, которая может работать попеременно как турбина и как насос. На другом конце вала в металлической капсуле, обмываемой водой, размещается обратимая электрическая машина, которая может быть использована попеременно как генератор и как двигатель.
За время одного цикла отлива — прилива, т. е. в течение примерно половины суток можно выделить шесть периодов; четыре рабочих и два простоя.
1. Агрегаты ПЭС включаются в работу в турбинном режиме при достаточно высоком экономически обоснованном напоре. Вода проходит через турбины из бассейна в море и ПЭС вырабатывает электрическую энергию и отдает ее в сеть. ПЭС работает до тех пор, пока напор не понизится до напора Н холостого хода.2. Для быстрейшего опорожнения бассейна производится холостой сброс воды через водосливную плотину или через водосбросные отверстия здания ПЭС. Посредством перекачки воды насосами уровень воды в бассейне понижают ниже уровня воды в море. При работе насосов ПЭС потребляет электрическую энергию.
3. Период ожидания, в течение которого происходит процесс по-вышения уровня воды в море. Агрегаты ПЭС простаивают до тех пор, пока не будет достигнут экономически обоснованный напор, при котором выгодно включать турбины.
Четвертый, пятый и шестой периоды отличаются от предыдущих тем, что вода будет проходить через турбины, затем через водослив и перекачивается насосами из моря в бассейны. Перекачка воды насосами происходит при низких напорах, а используется она при более высоких напорах. Такое насосное аккумулирование энергии оказывается весьма выгодным. Выработка электроэнергии на перекачиваемой воде превышает потребление энергии из сети для работы насосов. В результате за счет насосного аккумулирования отдача энергии ПЭС увеличивается на 5—8 %.
Потребление электроэнергии в электрических системах обычно характеризуется наличием двух регулярных пиков нагрузки — утреннего и вечернего, и двух снижений — ночыо и в часы дневного обеденного периода.
Для приспособления отдачи энергии к режиму электропотребления наряду с сооружением ПЭС надо построить ГАЭС или ГЭС с водохранилищем.
Возможны и другие схемы использования энергии приливов. Если, например, использовать два соседних фиорда или разделить залив плотиной ка два бассейна, то получим двухбассейную схему. Здание ПЭС с оборудованием размещается между бассейнами. Один бассейн можно соединить с морем при приливе, а второй при отливе. При этом между бассейнами будет разность уровней и ПЭС большую часть суток сможет иметь напор, достаточный для работы турбин. Такая схема менее экономична, чем однобассейновая.
ПЭС Ране и Кислогубская ПЭС построены по однобассейновой схеме. План ПЭС Ране показан на рис. 2-14. На ПЭС установлено 24 капсульных агрегата. ПЭС работает при амплитудах прилива 3,3— 13,5 м, при среднем значении 8,4 м. В составе сооружений ПЭС Ране имеется судоходный шлюз.
На рис. 2-15 представлен поперечный разрез здания Кислогубской ПЭС. При строительстве ПЭС был применен прогрессивный наплавной метод. В 100 км от Кислой Губы был изготовлен наплавной док—блок для размещения в нем агрегата. Блок был доставлен на понтонах в Кислую Губу и установлен на подготовленное основание без устройства перемычек.
В СССР проведена предварительная проектная работа по Лумбовской ПЭС на Кольском полуострове мощностью 320 МВт и годовой выработкой электроэнергии о-коло 800 млн. кВт-ч. Изучаются возможности строительства на побережье Белого моря Мезенской ПЭС мощностью 6 млн. кВт, и на побережье Охотского моря Тугурской ПЭС — 9 млн. кВт и Пенжинской ПЭС — 35 млн. кВт.