Введение к работе
Актуальность работы. В России и в мире в целом не ослабевает интерес к проектам приливных электростанций. Рост цен на органическое топливо, исчерпание его запасов, экологические проблемы выдвигают развитие проектов по использованию энергии приливов в разряд актуальных.
Проблемы, которые присущи проектам приливных электростанций, такие, как высокая стоимость сооружений, большие объемы строительных работ, необходимость компенсации неравномерной энергоотдачи, требуют решения и решаются по мере совершенствования оборудования, методов производства работ, технологий изготовления строительных конструкций и материалов.
Основной задачей развития проектов ПЭС является повышение экономических показателей и конкурентоспособности по сравнению с альтернативными источниками энергии. Большую роль здесь играет основное энергетическое оборудование. В последние годы в НИИЭС и МГСУ проводятся исследования, модельные и натурные испытания ортогональной турбины. Ортогональные гидротурбины при установке на ПЭС имеют ряд преимуществ: относительная простота конструкции, экономия по объему бетона, весу и стоимости турбинного оборудования; одинаковые энергетические показатели при противоположных направлениях потока; большая пропускная способность при остановленной турбине, позволяющая отказаться от сооружения специальной водопропускной плотины для работы в режимах перепуска.
Ортогональные турбины на ПЭС являются новым оборудованием. Исследование специфических особенностей данного оборудования, оптимизация режимов его работы в условиях ПЭС, решение вопросов компенсации при работе в составе энергокомплекса представляется актуальной задачей, решению которой посвящена эта работа.
Цель работы - развитие теории и практики водно-энергетических расчетов с учетом специфики нового оборудования ПЭС на базе ортогональных гидротурбин.
Для достижения поставленной цели были решены следующие задачи:
1. Сравнение энергетических параметров основного оборудования ПЭС
на базе ортогональных и поворотно-лопастных турбин
-
Разработка математических моделей водно-энергетических и оптимизационных расчетов ПЭС с учетом специфики ортогональных турбин
-
Разработка диспетчерских правил оптимизированных режимов работы ПЭС с ортогональными турбинами; анализ степени влияния на выработку ПЭС одностороннего и двухстороннего циклов работы, переменной частоты вращения турбины, напоров пуска и останова
4. Анализ суточной, месячной и годовой неравномерности энергоотдачи ПЭС, определение параметров компенсирующей
электростанции; оптимизация режимов совместной работы ПЭС и ГАЭС; анализ натурных данных по совместной работе приливной, ветровой и солнечной энергоустановок
Научная новизна работы_заключается в следующему
- разработана методика определения оптимальных по выработке
режимов работы агрегатов ПЭС с ортогональными турбинами;
определена степень влияния на выработку ПЭС с ортогональными агрегатами значений напоров пуска и останова, перехода на переменную частоту вращения, одностороннего и двухстороннего циклов работы;
выявлены условия, при которых агрегат с ортогональной турбиной обеспечивает большую выработку по сравнению с капсульным;
выполнено обобщение полученных на основании водно-энергетических расчетов характеристик потенциальных створов ПЭС на побережье Баренцева и Белого морей с выходом на параметры, показывающие условия компенсации неравномерной энергоотдачи;
разработаны режимы совместной работы ПЭС и ГАЭС, обеспечивающие постоянное значение вытесняющей мощности в межсизигийный период и работу в полупиковой части графика нагрузки.
Достоверность полученных результатов подтверждена сопоставлением результатов с данными натурных испытаний и мониторинга, режимов Кислогубской ПЭС, а также с данными известных аналитических решений.
Практический выход и внедрение
Результаты исследований внедрены на опытно-промышленной Кислогубской ПЭС, использованы в проекте Северной ПЭС при оптимизации режимов работы на получение максимальной выработки и при определении условий компенсации неравномерной энергоотдачи Мезенской ПЭС.
Математические модели водно-энергетических расчетов ПЭС с ортогональными агрегатами используется для мониторинга режимов эксплуатации Кислогубской ПЭС.
Положения, которые выносятся на защиту:
-
Обобщение данных по универсальным и эксплуатационным характеристикам турбинного оборудования ПЭС показало, что ортогональные турбины, являющиеся новым для ПЭС оборудованием, могут конкурировать с турбинами осевого типа. При отсутствии ограничения мощности по напору ортогональная турбина дает выигрыш в выработке сравнению с капсульной, работающей по оптимальному циклу РЖибра.
-
Радикальным средством повышения мощности и выработки ортогональных турбин является их эксплуатация в оптимуме характеристики при переменной частоте вращения, зависящей от напора.
4. Для ПЭС с ортогональными турбинами оптимальным по выработке является двухсторонний режим работы; односторонний режим имеет преимущество при работе турбины с постоянной частотой вращения, когда кпд увеличивается с ростом напора.
5. Оптимизированные по выработке напоры пуска и останова
ортогональных турбин увеличиваются с ростом величины прилива, причем
пусковые всегда превышают напоры останова.
6. Обобщение данных водно-энергетических расчетов по ряду створов
ПЭС на побережье Баренцева и Белого морей позволило получить
характеристики неравномерности энергоотдачи ПЭС и характеристики
компенсации суточной, месячной и годовой неравномерности энергоотдачи
ПЭС в виде относительных среднесуточных мощностей в характерные
периоды работы ПЭС, энергетического эквивалента полезной емкости ГАЭС
и необходимой месячной выработки компенсирующей станции в долях от
выработки ПЭС.
7. Разработанные режимы совместной работы ПЭС и ГАЭС в
переменной части графика нагрузки позволяют обеспечить повышенное
значение вытесняющей мощности, одинаковое для периодов сизигии и
квадратуры.
Апробация работы. Основные положения диссертационной работы и ее отдельные разделы докладывались на международной научно-технической конференции в Московском энергетическом институте, на заседании кафедры использования водной энергии Московского государственного строительного университета, на заседании научно-технического совета НИИЭС, на заседании кафедры нетрадиционных и возобновляемых источников энергии и гидроэнергетики Московского энергетического института (Технического университета).
Объем и структура работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, основных выводов и списка литературы, включающего 134 наименования. Работа изложена на 173 страницах машинописного текста, содержит 63 рисунка и 34 таблицы.
