Практична робота 5.2 Розрахунок припливних електростанцій

Скачати

ПРАКТИЧНА РОБОТА 5 (продовження)

РОЗРАХУНОК ПРИПЛИВНИХ ЕЛЕКТРОСТАНЦІЙ

Рідина в океанах утримується на поверхні обертової Землі силами гравітації.  Гравітаційна ж взаємодія Землі з Місяцем і Сонцем збурює ці сили, утворюючи припливи. Приливна енергія, знята з турбін ПЕС, через які протікає вода в процесі припливів, відбирає, таким чином, частину кінетичної енергії обертової Землі. Якщо задіяти в усьому світі всі скільки-небудь значні місця з досить високими припливами, то відповідно до розрахунків це призведе до скорочення періоду обертання Землі на одну добу за 2000 років: це не так вже й страшно для навколишнього середовища.

Приливні коливання рівня у величезних океанах планети цілком передбачувані. Основні періоди цих коливань - добові, тривалістю близько 24 год і півдобові - близько 12 год 25 хв.

Рисунок – Схема припливної електростанції

Різниця рівнів між послідовними найвищим і найнижчим рівнями води - висота  припливу. Діапазон зміни цієї величини становить 0,5-10 м. Перша цифра найбільш характерна, друга досягається й навіть перевищується лише в деяких особливих місцях поблизу узбережжя континентів. Під час припливів і відливів переміщення водних  мас утворить приливні хвилі, швидкість яких у прибережних протоках і між островами може досягати приблизно 5 м/с.

Очевидно, що місця з більшими висотами припливів володіють і більшими потенціалами приливної енергії. Перетворення енергії припливів використовувалося для приведення в дію порівняно малопотужних пристроїв ще в середньовічній Англії та у Китаї. Із сучасних ПЕС найбільш відомі великомасштабна електростанція Рані потужністю 240 МВт, розташована в естуарії річки Ла Рані, що впадає в затоку Сен Мало (Бретань, Франція), і невелика, але принципово важлива станція потужністю 400 кВт у Кислій губі на узбережжі Баренцевого моря в Росії. Поведінка припливів може бути передбачена досить точно, з похибкою менше 4%. Таким чином, приливна енергія виявляється досить надійною формою поновлюваної енергії.

Але є й певні недоліки використання енергії припливів:

- зміна висоти і потужності припливу з періодом 2 тижні, що призводить до коливань виробництва енергії;

- дуже високі капітальні затрати;

- потенційні екологічні порушення і зміни режимів дельт річок і морських районів.

1) Потужність потоку води у випадку припливу рівна:

,

де ρ – густина води, 1000 кг/м³; V – швидкість припливу, м/с.

Але тільки частина цієї повної енергії може бути перетворена в корисну (на практиці не більше 40 %).

Швидкість припливних течій змінюється з часом приблизно так:

,

де V₀ – максимальна швидкість течії, м/с; τ – період припливу (12 год. 25 хв. – для півдобового, 24 год. 50 хв. – для добового).

Таким чином, електрична потужність, яка знімається з 1 м² площі поперечного перерізу (з урахуванням 40-% ефективності перетворення енергії потоку в електричну), в середньому рівна:

.

При максимальній швидкості 5 м/с, яка зустрічається у протоках між островами, q_c = 14 кВт/м². Перекривши площу 1000 м², можна отримати середню потужність припливної електростанції близько 14 МВт.

2) Басейн ПЕС наповнюється при високій воді і спорожнюється через турбіни при малій воді. Підняту на максимальну висоту під час припливу воду можна відокремити від моря дамбою або греблею в басейні площею S м². При цьому маса води, яка поступає в басейн:

 (кг),

де S·R – об’єм води (R – перепад рівнів води, м).

Ця маса зосереджена у центрі тяжіння на висоті R/2 від рівня малої води.

Якщо потім під час відливу пропустити цю масу води через турбіни, то можна одержати максимальну потужність 

,

Завдання

1) Розрахувати та графічно відобразити коливання швидкості течії протягом періоду припливу (добового/півдобового). Розрахувати значення середньої потужності припливної електростанції для різних площ.

2) За картою визначаються глибина затоки h, м; довжина протяжності затоки вглиб материка L, м; площа можливого припливного басейну S, м². Результати занести у таблицю.

Визначити швидкість руху припливної хвилі (м/с):

,

де g – прискорення сили тяжіння, 9,81 м/с².

Із умови виникнення резонансу в затоці визначається, чи є відповідні умови в даній затоці:

,

де j – непарне число.

Визначити максимально можливу потужність в одному циклі ПЕС (Вт):

,

де ρ – густина води, кг/м³; R – перепад рівнів, (при непарному цілому j – 6 м, при непарному j з дробовою частиною – 3 м).

Скачати