16+
Регистрация
РУС ENG
Расширенный поиск
http://www.eprussia.ru/epr/7/99.htm
Газета "Энергетика и промышленность России" | № 3 (7) март 2001 года

Проект века: Мезенская приливная электростанция

Энергетика Евгений Пашин

В XXI веке ожидается широкое использование энергии морских приливов, запасы которой могут обеспечить до 12 % современного энергопотребления. Приливные электростанции не загрязняют атмосферу вредными выбросами, не затапливают земель, и не представляют потенциальной опасности для человека в отличие от тепловых, атомных и гидроэлектростанций. В то же время себестоимость их энергии - самая низкая. Российской школе использования приливной энергии - 60 лет. За это время выполнен проект Тугурской ПЭС на Охотском море мощностью 8 ГВт, энергия которой может быть передана в энергодефицитные районы Юго-Восточной Азии. На Белом море проектируется Мезенская ПЭС мощностью 11,4 ГВт, ее энергию предполагается направить в Западную Европу по объединенной энергосистеме «Восток-Запад». Наплавная технология строительства ПЭС, апробированная на Кислогубской ПЭС и на защитной дамбе Санкт-Петербурга, позволяет на треть снизить капитальные затраты по сравнению с классическим способом строительства гидротехнических сооружений за перемычками. Создание в России ортогонального гидроагрегата дает возможность его массового изготовления и снижения стоимости оборудования ПЭС. Результаты работ по ПЭС опубликованы в капитальной монографии Л. Бернштейна, И. Усачева и др. «Приливные электростанции», изданной в 1996г.

Сегодня мы предлагаем читателю ознакомиться с проектом Мезенской ПЭС, выполненным институтами Гидропроект и НИИЭС по заданию PАО «ЕЭС России». Его авторы - кандидат технических наук И. Н. Усачев, инженеры Т. А. Каденкина и Н. В. Розанова. В основу работы над проектом были положены изыскания и проектные материалы, выполненные в 1940-1992 гг. под руководством Л. Б. Бернштейна, а также опыт 30-летней эксплуатации ПЭС Ранс во Франции и Кислогубской ПЭС в России.

Общие сведения

Мезенская ПЭС проектируется на побережье Белого моря в Мезенском заливе, где сосредоточены основные запасы приливной энергии Европейской части России и величина прилива достигает 10,3 м. Было рассмотрено 8 вариантов расположения ПЭС. За базисный был принят наиболее выдвинутый в море створ, позволяющий разместить здание ПЭС и водосливную плотину на естественных глубинах. Площадь отсекаемого будущей плотиной бассейна - 2640 кв. км. Возможная мощность ПЭС была определена в 19,7 млн. кВт с выработкой 49,1 млрд. кВт-ч электроэнергии. Расчеты энергоэкономической эффективности ПЭС в первой четверти нового века определили ее мощность в 11,4 млн. кВт с выработкой 38,9 млрд. кВт-ч при 3400 часах годового использования. Энергию планируется использовать на внутреннем и внешнем рынках Северо-западного региона, в объединениях энергосистем «ЕЭС России» и Европейского сообщества.

Сооружения

Здание ПЭС запроектировано в виде 150 наплавных блоков тонкостенной ячеистой конструкции. Водопропускная плотина выполняется из 172 наплавных блоков с 4-мя донными водоводами в каждом. Левобережная и правобережная плотины общей протяженностью 53,2 км, на глубине до 10 метров, выполняются с креплением откосов наплавными железобетонными плитами. В плотине также размещаются шлюз для судов и рыбопропускные сооружения. Обоснование надежности и прочности наплавных блоков ПЭС, работающих под воздействием сочетания нагрузок, было произведено на основе расчетов их напряженно-деформированного состояния, с учетом 30-летнего опыта эксплуатации наплавного здания Кислогубской ПЭС и опыта создания защитной дамбы Санкт-Петербурга.

«Полярные» бетоны

При создании конструкций ПЭС будут использованы ледостойкие, высокой морозостойкости, необрастающие (биомассой) бетоны. Воздействие льда и морской воды на конструкции ПЭС представляют собой комплекс механических, физических, химических и биологических воздействий, вызывающих деструкцию бетонов. Бетоны для Мезенской ПЭС разработаны на основе исследований различных составов бетона на морских стендах Кислогубской ПЭС в Баренцевом море. Для изготовления использовался сульфатостойкий цемент с добавками экологически безопасных биоцидов, микронаполнителей и суперпластификаторов, что обеспечивает в период эксплуатации прочную (более 60 МПа) и водонепроницаемую структуру, способную к долговременному истиранию и ударному воздействию льда, обладающую особо высокой морозостойкостью и способностью не обрастать в течение 8-10 лет. Морозостойкий бетон, примененный на Кислогубской ПЭС, в течение 32 лет эксплуатации не имеет никаких разрушений, а его прочность достигла 60-87 МПа при проектной величине в 40 МПа.

Наплавная технология строительства

Мезенская ПЭС будет построена с помощью наплавной технологии строительства без перемычек. Общий срок строительства ПЭС проектируется на 11 лет с пуском первоочередных агрегатов на 8 году. Технология строительства предусматривает сооружение в аванпорте гидроузла (используемого в период строительства в качестве дока) железобетонных наплавных блоков здания ПЭС и водопропускных сооружений и перегон блоков по судовому эксплуатационному каналу в створ. Наплавная технология была впервые в практике энергетического строительства применена при сооружении Кислогубской ПЭС. Это позволило на треть сократить смету расходов по сравнению классической схемой строительства за перемычками. Прототипом крупных наплавных блоков Мезенской ПЭС следует считать наплавные блоки водопропускной плотины в русловой части комплекса по защите г. Санкт-Петербурга от наводнений, установленные в 1985 г.

Представляют интерес и разработанные в НИИЭС новые эффективные технологии: применение для железобетонных конструкций армоопалубочных панелей, а также апробированный на Кислогубской ПЭС раздельный способ сезонного бетонирования, исключающий укладку бетона в доке в зимний период. Унифицированные ребристые армоопалубочные панели для сборных элементов стен и перекрытий имеют продольные и поперечные ребра с рабочей арматурой и объединяются в монтажные блок-секции. Применение блок-секции из армопанелей с бессварными сухими стыками позволяет снизить трудоемкость строительных работ до 3,5 раз. Исследования конструкций из двухслойных армопанелей показали безопасность работы наплавных блоков при строительстве в доке, перегоне и эксплуатации в океанической среде.

Защита ото льда

Ледовая обстановка Мезенского залива исключительно тяжелая. Зимой со стороны моря лед у плотины ПЭС может тороситься до величины 7 м, а наледи на вертикальные бетонные стенки в зоне прилива - достигать толщины 2,5 м. Многолетние исследования Мезенского залива и моделирование ледового режима ПЭС в лаборатории ледотермики ВНИИГ позволили разработать систему защиты от воздействия льда: раздельное размещение турбинных и водосливных отверстий, применение ледостойкого бетона, выполнение вертикальных напорных граней толщиной не менее 4 метров и применение на них антиобледенительных покрытий, удаление входа в турбинные водоводы от напорной грани и др.

Разработка нового ортогонального агрегата

При выборе для Мезенской ПЭС гидроагрегата были рассмотрены все существующие в настоящее время для ПЭС прямоточные агрегаты: капсульные гидроагрегаты фирмы «Нейрпик» двустороннего действия, работающие на ПЭС Ранс во Франции и на Кислогубской ПЭС; гидроагрегат «Страфло» одностороннего действия, находящийся в опытной эксплуатации на ПЭС Аннаполис в Канаде; горизонтальная трехлопастная турбина фирмы Sulzer (SEW) одностороннего действия, предусмотренная для проекта ПЭС Мерсей и Тугурской ПЭС, а также (как вариант) - для Мезенской ПЭС. В качестве альтернативы традиционным для ПЭС осевым поворотно-лопастным машинам, базовой для Мезенской ПЭС рассмотрена разработанная в НИИЭС новая поперечно-струйная турбина, получившая название ортогональной. За счет двухсторонней работы и большей (в 1,4 раза) по сравнению с осевыми машинами пропускной способности в холостом режиме, годовая выработка ПЭС с ортогональными агрегатами получается такой же, как и с осевыми агрегатами SEW, несмотря на то, что КПД ортогональных турбин ниже. При этом установленная мощность и выработка ПЭС (при одинаковом числе водопропускных отверстий) практически совпадают. При одинаковом диаметре рабочего колеса суммарная масса (а следовательно и стоимость) ортогональных агрегатов на ПЭС уменьшается в 2,2 раза по сравнению с суммарной массой осевых агрегатов SEW. Объем бетона в здании ПЭС с ортогональными гидроагрегатами уменьшается на 12 %. Главным же достоинством ортогональных машин является простота геометрии их лопастей, что дает возможность их серийного выпуска на любом механическом заводе. Применение для ПЭС ортогональных машин не только ведет к сокращению массы и стоимости силового оборудования, но и преодолевает главную проблему строительства ПЭС: необходимость применения большого количества дорогих гидроагрегатов.

Экологическая безопасность

Энергия Мезенской ПЭС является возобновляемой и экологически безопасной. Воздействие ПЭС на окружающую среду имеет сугубо локальный, а не глобальный характер, и несопоставимо с экологическими последствиями от воздействия тепловых, атомных и гидравлических станций. Сооружение ПЭС приведет к сокращению величины естественного водообмена с заливом (до 50 %) и изменению гидродинамических характеристик приливных и штормовых явлений, ледотермического режима, солености, миграции наносов, к снижению амплитуды прилива и среднего уровня водной поверхности бассейна (на 1,5 м). Внутри отсеченного плотиной бассейна скорости приливных течений уменьшатся, но общая схема течений сохранится, исключая опасность появления застойных зон. В целом компоновка ПЭС позволяет практически сохранить структуру потока и перекрыть транспорт наносов из моря. Полная стабилизация наносов ожидается на 2 году эксплуатации ПЭС. Ледотермический режим у ПЭС изменится незначительно. Ледовый режим за плотиной сохранится на естественном уровне, а в бассейне будет наблюдаться практически полная аккумуляция речного льда (без выноса в море), что вызовет незначительное (на 5 %) увеличение толщины ледового покрова и очищение бассейна позже естественного на 1-2 недели. Расположение плотины вне фронтального раздела солености предопределяет малое влияние ПЭС на режим солености Мезенского залива. Изменения выразятся лишь в снижении солености в бассейне на 0,5-1,5 %. Гидрохимические характеристики бассейна останутся неизменными. Только при длительных (более 2-3 недель) периодах изоляции бассейна от моря дефицит кислорода может достигать опасного предела. Продуктивность биоценозов (планктон, водоросли, бентос) бассейна ПЭС будет поставлена в прямую зависимость от режима работы агрегатов и водопропускных отверстий. При сохранении проектного режима в течение 8-10 лет ожидается полное восстановление гидробиоценозов и даже увеличение их биомассы в силу уменьшения в бассейне скорости течений, прибойности и мутности. Вопросы рыбного хозяйсва из-за недостатка средств в проекте рассмотрены не в полном объеме, однако следует отметить возможность беспрепятственного прохода всех видов промысловых рыб через водопропускные отверстия ПЭС и горизонтальные осевые гидроагрегаты (доказано натурными исследованиями на Кислогубской ПЭС).

Эксплуатация Мезенской ПЭС в энергосистеме Европы

Из проведенного институтом Энергосетьпроект анализа следует, что при проектном обосновании установленной мощности вновь вводимых в энергосистеме Европейской части России пиковых энергоустановок (ГЭС, ГАЭС, ГТУ), необходимо учитывать возможность сооружения Мезенской ПЭС. Электроэнергия станции может обеспечить до 6,5 % современного энергопотребления Европейской части России. Общая мощность энергопередачи постоянного тока из России в Западную Европу планируется в 9 млн. кВт, из которых 4 млн. кВт может дать Мезенская ПЭС. Результаты исследований показали, что не существует технических препятствий по использованию прерывистой генерации Мезенской ПЭС в объединенной энергосистеме Европы. Управление рабочей мощностью ПЭС в соответствии с требованиями энергосистемы позволяет обеспечить эквивалентную в режимном отношении работу энергосистемы с ПЭС и без ПЭС.

Стоимость ПЭС

При использовании энергии Мезенской ПЭС в энергосистеме России и ОЭС «Восток-Запад» оказывается целесообразным (расчет на уровень 2015 г.) использовать на станции мощность 11,4 млн. кВт. Капитальные затраты на сооружение ПЭС при постановке новых ортогональных гидроагрегатов составят 1072 $/кВт и 0,314 $/кВт-ч (уровень цен 1991 г.). Для сравнения можно привести размеры капвложений в строительство новых ГЭС: Гилюйской - 1587 $/кВт и 0,63 $/кВт-ч и Средне-Учурской - 1316 $/кВт и 0,28 $/кВт-ч. Экономическая состоятельность Мезенской ПЭС во многом определяется наплавным способом ее строительства и применением современного силового оборудования (сокращение затрат на ортогональные гидроагрегаты до 50 % по сравнению с осевыми машинами). Кроме того, имеется резерв снижения стоимости эксплуатации ПЭС, если учитывать экономический эффект от экологической чистоты станции. Доходы от эксплуатации ПЭС неизменно превалируют над расходами. Так, в Англии для ПЭС Мерсей (700 МВт) отношение дохода к расходу определено в 1,22, а для ПЭС Северн (82 млн. кВт) - в 3,0. Стоимость электроэнергии ПЭС в энергосистеме самая низкая. Это доказывается эксплуатацией ПЭС Ранс в энергосистеме Франции, где стоимость электроэнергии ПЭС (1995 г.) составила 18,5 сантима/кВт-ч при стоимости в том же году энергии на ГЭС - 22,61, ТЭС - 34,2, и АЭС - 26,15 сантима/кВт-ч. Причем, тенденция разрыва стоимости в пользу ПЭС со временем будет увеличиваться.

Отправить на Email

Для добавления комментария, пожалуйста, авторизуйтесь на сайте

Также читайте в номере № 3 (7) март 2001 года:

  • Монополии будут спать под единым тарифным одеялом

    Во время своей недавней поездки в Сибирь президент четко дал понять: в стране необходимо создать единый тарифный орган, который будет регулировать все тарифообразование во всех естественных монополиях, начиная с «Ростелекома» и заканчивая «Газпромом». При этом Владимир Путин констатировал: «МПС ссылается постоянно, что растет тариф у энергетиков, те ссылаются на МПС. В итоге страдает экономика». Все участники совещания, и представители ...

  • "Электроника и связь для топливно-энергетического комплекса"

    С 3 - 6 апреля 2001 года, в городе Тюмень состоится 7-я специализированная выставка "Электроника и связь для топливно-энергетического комплекса". Тематика выставки: Системы автоматизации для объектов нефтегазодобывающей и перерабатывающей промышленности; контрольно-измерительная аппаратура для объектов нефтегазодобывающей и перерабатывающей промышленности; периферийное оборудование для обработки данных; электронно-вычислительные сред...

  • Тарифная централизация

    Отставка министра энергетики Александра Гаврина была не финалом, а лишь стартом кардинальной перестройки системы управления топливно-энергетическим комплексом и координации контроля за естественными монополиями. Вслед за Гавриным был снят со своего поста глава Федеральной энергетической комиссии Андрей Задернюк, его место занял Георгий Кутовой, ранее трудившийся в концерне «Росэнергоатом». Похоже, сам статус и функции ФЭК в ближайшее в...

  • ALSTOM выигрывает подряд на поставку турбин Технология GT13E2 поднимет объем производства электроэнергии в Катаре к лету 2002 года

    Компании ALSTOM предоставлен контракт «под ключ» для увеличения выработки электроэнергии на существующей электрической и опреснительной станции Ras Abu Fontas B в Катаре, которая принадлежит Qatar Electricity and Water Company (QEWC). Этот подряд содержался в девятимесячных заказах и продажах компании ALSTOM, завершенных 31 декабря 2000 года. Подряд, стоимостью свыше 170 миллионов евро, включает поставку «под ключ» трех газовых турбин G...

  • ММК: планируется рост

    В 2000 году мировой объем производства металла вырос на 10% по сравнению с 1999 годом. Но этот рост предложения не был подкреплен таким же серьезным увеличением спроса. Металлоторговцы мира накопили на складах около 50 миллионов тонн. Таких запасов достаточно, чтобы все заводы мира «ушли в отпуск» на целый месяц. По оценкам специалистов, в мире наступил крупнейший за последние десять лет кризис перепроизводства металлопродукции. И, несм...