Особенности развития приливных электростанций на Дальнем

Budownictwo o zoptymalizowanym potencjale energetycznym
Борис E. МОНАХОВ, Илья B. ДYНИЧKИН, Любов A. ШИЛОВА
Национальный исследовательский Московский государственный
строительный университет, Россия
ОСОБЕННОСТИ РАЗВИТИЯ ПРИЛИВНЫХ
ЭЛЕКТРОСТАНЦИЙ НА ДАЛЬНЕМ ВОСТОКЕ
РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
This article analyzes the various tidal electrical stations. This experience is offered to the Russian Far East. The authors examine the design and construction specialtys tidal power in the Tugur Gulf. The project of Tugur tidal electrical stations
promotes the development of renewable energy sources technology, classified by
Russian Government as crucial, in conditions of unintensiv developed area.
ВВЕДЕНИЕ
С учетом эффективности использования приливной энергии моря Приливные электростанции в России целесообразно разместить в двух
регионах: на побережье Баренцева моря на Северо-Западе и Охотского
моря - на Дальнем Востоке. Всего возможно строителство до десятка
плотинных ПЭС с общей мощностью от 48 до 108 тыс. МВт и годовой
выработкой электроэнергии от 110 до 260 млрд. кВт-ч. Наиболее мощными
из них являются Мезенская (11.4-18.7 тыс. МВт, 38.9-51.0 млрд. кВтч/год)
и Кольская ПЭС (40 МВт, 21 млн. кВтч/год) на Северо-Западе России,
а также Тугурская (5.18-6,8 тыс. МВт, 16.1-19.5 млрд. кВтч/год)
и Пенжинская ПЭС (21.4-87.4 тыс. МВт, 71.4-190 млрд. кВтч/год) на Дальнем
Востоке.
Сегодня Дальний Восток это узловой транзитный район, связывающий
Европу и Россию с Юго-Восточной Азией, Японией, Австрией, Америкой.
Наиболее оптимальный путь развития этого региона - его хозяйственное
освоение, наряду с реализацией крупных инвестиционных проектов,
источником финансирования которых может стать как государственный
бюджет, так и инвестиционные поступления потенциально заинтересованных
частных лиц. Несмотря на наличие серьезных региональных проблем,
освоение восточных регионов является приоритетным направлением
российского и иностранного бизнеса.
180
Б.E. Монахов, И.B. Дyничкин, Л.A. Шилова
1. СТРАТЕГИЯ ДАЛЬНЕГО ВОСТОКА
Распоряжением Правительства Российской Федерации № 20094-р от 28
декабря 2009 года утверждена Стратегия социально-экономического развития
Дальнего Востока и Байкальского региона на период до 2025 года. Основной
целью Стратегии является обеспечение комфортной среды обитания
человека в субъектах Российской Федерации, расположенных на этой
территории и достижение среднероссийского уровня социально-экономического развития.
Эта цель порождает задачи:
1. Создание условий для развития перспективной экономической
специализации субъектов Российской Федерации, расположенных на
территории Дальнего Востока и Байкальского региона, на основе
природно-ресурсного, индустриального, кадрового и научного потенциалов в рамках федеральных отраслевых стратегий развития, стратегий
социально-экономического развития субъектов Российской Федерации
и муниципальных образований, а также стратегических программ крупных
компаний;
2. Формирование устойчивой системы расселения, опирающейся на
региональные зоны опережающего экономического роста с комфортной
средой обитания человека;
3. Снижение барьеров для экономической и социальной интеграции
территории Дальнего Востока и Байкальского региона с остальными
регионами России и повышение конкурентоспособности продукции,
товаров и услуг в соответствии с экономической специализацией путем
формирования нормативной правовой базы, определяющей особые
условия ценовой, тарифной, таможенной, налоговой и бюджетной
политики;
4. Формирование численности населения и трудовых ресурсов в объемах,
необходимых для решения экономических задач, стоящих перед регионом,
повышение качества человеческого капитала;
5. Сохранение и поддержка традиционного образа жизни коренных
малочисленных народов Российской Федерации [2].
При рассмотрении географических и климатических особенностей
Дальнего Востока в стратегии по энергообеспечению на первый план
перспективы выходят возобновляемые гидроэнергетические источники
энергии, в том числе приливные электростанции (ПЭС). Реализация
заявленных задач отчасти зависит от учета ПЭС при разработке природно-экологического каркаса и схемы территориального планирования района
в целом. Оценка размещения ПЭС в природно-экологическом каркасе
представляет собой систему, дающую аналитическую информацию
о качестве и значимости проектных решений в природных и природоподобных комплексах и представляющую собой инструмент принятия решений
при комплексном территориальном планировании. Для возможности
Особенности развития приливных электростанций на Дальнем Востоке Российской Федерации
181
использования результатов оценки размещения ПЭС в практике территориального планирования, природно-экологический каркас территории
и акватории должен включать энергетический объект, как неотъемлемый
элемент своей структуры, в связи с чем предложения по размещению
инфраструктуры ПЭС должны учитывать следующие основные принципы
[4]:
− территориальной целостности (неразрывности) элементов природноэкологического каркаса территории и акватории;
− геоэкологической и акваэкологической репрезентативности, ландшафтного и биологического разнообразия;
− иерархической соподчиненности элементов природно-экологического
каркаса и ПЭС.
Природно-экологический каркас обеспечивает комплексное представление
о структуре и функционировании природных комплексов на прибрежной
территории и акватории при размещении ПЭС, даёт комплексную оценку
значимости элементов природной среды, и природно-энергетического
потенциала при планировании стратегического развития муниципального
образования.
2. ПРИЛИВНЫЕ ЭЛЕКТРОСТАНЦИИ
Один из возможных вариантов решения энергетической проблемы строительство приливных электростанций.
Лидером среди приливных электростанций до сих пор остается
крупнейшая в мире «RanceTidalBarrage» ПЭС «Ля Ранс», построенная
в эстуарии реки Ранс (Северная Бретань, Франция), пущенная в эксплуатацию в 1966 г. [5, 6].
Рис. 1. ПЭС Ранс во Франции
182
Б.E. Монахов, И.B. Дyничкин, Л.A. Шилова
Электростанция входит в энергосистему Électricité de France и остается
крупнейшей в провинции (производит около 600 млн. кВт·ч). Строительство
велось в течение трех лет, затраты составили 150 млн. долларов. Сегодня
себестоимость одного кВт*ч ПЭС «Ля Ранс» приблизительно в 1,5 раза ниже
обычной стоимости кВт*ч, произведенного на АЭС Франции.
На втором месте по мощности находится приливная гидроэлектростанция
Annapolis Royal Generating Station, построенная в 1985 г. в заливе Фанди
в Канаде. Перепад высот прилива и отлива в этом месте доходит до
18 метров. Станция имеет установленную мощность порядка 20 МВт.
Среднегодовая выработка - 50 млн. кВт*ч.
Рис. 2. ПЭС Анаполис в Канаде
Рис. 3. Приливная электростанция «Jiangxia» в Китае
Особенности развития приливных электростанций на Дальнем Востоке Российской Федерации
183
Третья по величине в мире приливная электростанция «Jiangxia»,
расположенная в провинции Чжэцзян (Китай), сдана в эксплуатацию
в 1985 г. с установленной мощностью в 3,2 МВт (5 рабочих турбин). Длина
плотины - 8,4 м [7, 8].
3. ТУГУРСКАЯ ПРИЛИВНАЯ ЭЛЕКТРОСТАНЦИЯ
Для решения существующей энергетической проблемы Дальнего Востока
рассмотрим вариант строительства Тугурской приливной электростанции
в Тугурском заливе в южной части Охотского моря, в районе города
Николаевска-на-Амуре.
Рис. 4. Створы Тугурской ПЭС [3]
Выбор Тугурского залива для сооружения ПЭС был основан на
предварительных рекогносцировках и гидрологических наблюдениях,
проведенных в 1972-1984 годах, которые позволили установить, что
природные условия залива представляются относительно благоприятными
для создания здесь ПЭС. Топография же и геология залива практически
идеальна для этих целей: емкий залив с сужением в центральной части
и дальнейшим расширением, месторождения местных материалов находятся
практически у створа.
Наиболее важным доводом для создания ПЭС именно в Тугурском заливе
является его защищенность грядой Шантарских островов от тяжелых
охотских льдов и значительная величина прилива.
Однако при использовании энергии приливных электростанций возникают
некоторые проблемы: стоимость энергии, выработанной на ПЭС, а также
184
Б.E. Монахов, И.B. Дyничкин, Л.A. Шилова
пульсация энергии из-за цикличности приливов в течение полумесячного
периода.
Но наряду с недостатками, приливная энергетика характеризуется рядом
достоинств. Многолетний опыт использования ПЭС Ранс во Франции
с 1966 г. доказал, что производимая энергия имеет относительно дешевую
себестоимость.
Таким образом, основной недостаток Тугурской ПЭС (ТПЭС) неравномерность выдачи электроэнергии во времени, но эта проблема
решаема.
Первый способ компенсации неравномерной энергоотдачи Тугурской
ПЭС (ТПЭС) - использование гидроэлектростанций (ГЭС) - это СреднеУчурчская и Канкунская ГЭС в Южной Якутии.
Выравнивание энергоотдачи ТПЭС осуществляется путем применения
мощности ГЭС, в период снижения выработки приливной станции, ГЭС
замещает ее, обеспечивая тем самым гарантированную выдачу комплекса
ПЭС-ГЭС в целом. Годовая выработка ТПЭС при мощности 2,9 ГВт составит
только 8,5 ТВт ч/год. Поэтому для обеспечения гарантированной базисной
выработки с мощностью 2,9 ГВт (с последующей поставкой на экспорт
в Китай) дополнительно требуется мощность ГЭС в 2,9 ГВт с выработкой
17 ТВт*ч/год. Данная мощность ГЭС фактически «изымается» из
перспективных энергобалансов ОЭС Востока и, также как и ТПЭС, работает
на экспорт, не покрывая местной нагрузки. Покрытие приростов местной
нагрузки при этом потребует введения в ОЭС дополнительных мощностей
и соответствующих затрат. Кроме того, оставшаяся мощность и выработка
ТПЭС, не выдаваемые на экспорт, в размере 2,3 ГВт и 4,5 ТВт*ч/год
(5,2 − 2,9 = 2,3 ГВт и 13 − 8,5 = 4,5 ТВт*ч/год), будут ухудшать режимы
работы электростанций ОЭС Востока, требуя разгрузки тепловых
электростанций (ТЭС) в течение полусуточных циклов прилива/отлива.
Следовательно, требуется полное дублирование мощности ТПЭС
мощностью ГЭС и значительная (фактически базисная) дополнительная
выработка этих ГЭС. Также происходит ухудшение режимов работы ТЭС.
Указанные факторы существенно снижают эффективность данного способа
выравнивания энергоотдачи ТПЭС.
Возможен еще один способ решения проблемы неравномерности выдачи
электроэнергии Тугурской ПЭС - строительство ГАЭС, сооружение которой
предполагается в одной из долин притоков р. Уйкан (в Хабаровском крае).
В предлагаемом способе рассматривается комплекс ТПЭС-ГАЭС
мощностью 1,4 ГВт и выработкой 12,2 ТВт*ч/год. При этом выработка
ТПЭС, непосредственно выдаваемая на экспорт, составляет 5,9 ТВт*ч/год.
Остальная энергоотдача в размере 7,1 ТВт*ч/год (13-5,9) выравнивается за
счет использования ГАЭС. То есть, 7,1 ТВт*ч/год выработки ТПЭС
аккумулируется на ГАЭС. Однако, с учетом к.п.д. ГАЭС, равным 70%,
выдача ГАЭС составит примерно 5 ТВт*ч/год (7,1×0,7 = 4,97).
Особенности развития приливных электростанций на Дальнем Востоке Российской Федерации
185
Отсюда, энергоотдача комплекса ТПЭС-ГАЭС мощностью 1,4 ГВт может
составить всего 10,9 ТВт*ч/год (5,9+5).
Имеется еще один вариант решения проблемы использования энергии
приливов - в [Приливные электростанции. В 2х кн. Кн 1/под ред. Л.Б.
Бернштейна - 2е изд.. доп.- М.: Ин-т Гидропроект. 1994. - 298 с.]: способ
выравнивания энергоотдачи ПЭС с установкой дополнительных агрегатов на
ГЭС. При этом осуществляется, так называемое, компенсированное
регулирование ГЭС и ПЭС. Исходя из интересов энергосистемы (или
экспортных поставок) определяется гарантированная/зарегулированная
мощность ПЭС. Она может быть любой в диапазоне от полной рабочей
мощности ПЭС до базисной мощности, определяемой как
, где
-
годовая выработка ПЭС, а
- базисное число часов использования
установленной мощности ПЭС. На ГЭС устанавливают дополнительные
агрегаты мощностью, равной гарантированной мощности ПЭС.
В часы работы ПЭС вся ее мощность выдается в систему. Причем, часть
мощности
ПЭС,
превышающая гарантированную,
вытесняет
из
энергобалансов мощность ГЭС. В это время основные агрегаты ГЭС
разгружаются, и часть энергоотдачи ПЭС запасается в водохранилищах ГЭС.
В часы, когда энергоотдачи ПЭС нет, ГЭС за счет выработки
дополнительных агрегатов выдает запасенную ранее энергию ПЭС в ЭЭС,
обеспечивая тем самым гарантированную отдачу комплекса ПЭС-ГЭС. При
этом основные мощности ГЭС покрывают свою нагрузку так, как это было
бы в отсутствие ПЭС.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Как видно из изложенного, данный способ выравнивания энергоотдачи
ПЭС требует ввода только дополнительных агрегатов ГЭС (к тому же без
собственной дополнительной выработки), которые на порядок дешевле
«основных» агрегатов. При этом режимы работы ТЭС в системе не
ухудшаются, поэтому эффективность данного способа выравнивания выше.
Учитывая, что ввод дополнительных агрегатов ГЭС дешевле сооружения
ГАЭС на порядок, то наиболее эффективным способом решения остается
вариант, предложенный в книге Л.Б. Бернштейна.
Вместе с тем, в Дальневосточном регионе для развития систем ПЭС
следует рассматривать возможность комплексного использования совместно
с ПЭС волновых энергетических установок (ВЭУ).
Волновые энергоустановки могут выполнять, кроме берегозащитных,
функции контроля за транспортом насосов у береговой черты, что также
может положительно влиять на хозяйственную деятельность в прибрежной
зоне. Экономическая эффективность ВЭУ значительно увеличивается
в тех случаях, когда они совмещаются с портовыми гидротехническими
186
Б.E. Монахов, И.B. Дyничкин, Л.A. Шилова
сооружениями (молами, волноломами, причалами, оградительными стенками
и пр.) или сами выполняют их функции.
Таким образом, стремительное развитие инновационных технологий
в области использования возобновляемой энергии внушает уверенность
в возможности развития Дальневосточного региона с целью укрепления
позиций РФ.
ЛИТЕРАТУРА
[1] Приливные электростанции. В 2х кн. Кн. 1, под ред. Л.Б. Бернштейна, 2е изд. доп.,
Ин-т Гидропроект, М.: 1994.
[2] Стратегия социально-экономического развития Дальнего Востока и Байкальского региона
на период до 2025 года.
[3] Комплексный технико-экономический доклад « Тугурская ПЭС в створе мыс Носорог мыс Бол. Ларганда в Тугурском заливе Охотского моря, М.: 2006.
[4] Гриднев Д.З., Проектирование природно-экологического каркаса в составе градостроительной документации, Проблемы региональной экологии 2009, 6, 18-25.
[5] http://www.glook.ru/experience/228-2010-11-05-12-34-16.html
[6] http://ru.wikipedia.org/wiki/ПЭС_«Ля_Ранс»
[7] http://www.answers.com/topic/jiangxia-tidal-power-station
[8] http://www.chinatechgadget.com/wenling-jiangxia-experimental-tidal-generation-plant.html