Практична робота 5.2 Розрахунок припливних електростанцій

Submitted by s_kvt on Ндл, 09/15/2013 - 00:32

Назва:

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):