Вниз по течению. Гидрокинетическая установка удачно дополняет плотинную гидроэлектростанцию

Вниз по течению. Гидрокинетическая установка удачно дополняет плотинную гидроэлектростанцию

hydrokineticzast.jpg

Традиционная гидроэнергетика полагается на плотины, водохранилища, трубопроводы деривации и другие искусственные сооружения, помогающие накопить потенциальную энергию воды. Энергия же гидрокинетическая извлекается из её естественного движения, так что гидроагрегаты могут быть размещены в руслах рек с минимальным воздействием на окружающую среду и очень малыми затратами на инфраструктуру.

Сегодня во всём мире обретают популярность гидрокинетические электростанции, которые преобразуют энергию движущейся воды в электроэнергию с помощью подводных турбин. Интересный проект в данной сфере был выполнен в 2009 году в Гастингсе (штат Миннесота), где сразу после русловой гидроэлектростанции мощностью 4,4 МВт на реке Миссисипи (см. рис. 1) были установлены две гидрокинетические турбины с паспортной мощностью по 100 кВт.

ПРИЦЕПНОЙ ЭНЕРГОВАГОН

Рассказывает Уэйн Крус, генеральный директор хьюстонской компании Hydro Green Energy.

- Гидрокинетическая технология Hydro Green Energy работает в речных, приливных и, потенциально, океанических течениях. В наших проектах Hydro+ мы размещаем гидрокинетические турбины на опорных платформах за традиционной, уже имеющейся ГЭС из расчёта по одной турбине на каждый гидроагрегат. И они извлекают часть энергии, остающейся в потоке воды, которая выходит из гидроагрегата ГЭС через отсасывающую трубу и направляется вниз по течению.

Наша схема запатентована. Можно сказать, что это гидроэнергетическая версия когенерации: мы дважды извлекаем чистую энергию из одного и того же водного ресурса.

В реках, если нет проблем с водностью, гидрокинетические системы обеспечивают коэффициент использования установленной мощности (КИУМ) более 99%, поскольку энергия вырабатывается при постоянном однонаправленном течении воды. В условиях океанических приливов и отливов, когда поток меняет своё направление, КИУМ будет около 30%.

Наша компания выпускает турбины (см. рис. 2) с частотой вращения ротора 21 об./мин - это чрезвычайно низкий показатель. Такой ротор можно остановить примерно за восемь секунд. А чтобы из воды извлечь турбину для обслуживания, понадобится меньше двух минут, при этом ниже ватерлинии останется очень мало инфраструктурных элементов.

Платформы, с поверхности которых гидрокинетические турбины опускаются в воду, и сами турбины способны выдерживать большие колебания уровня воды, значительное увеличение скорости потока и прямые удары крупных и быстро движущихся объектов. Во время чрезвычайно сильных паводков или наводнений платформы с турбинами можно вывезти из русла реки.

Генерируемая мощность пропорциональна кубу скорости потока. Скорости же в Гастингсе варьируются от 3,5 м/с (в ближайшей к отсасывающей трубе точке) до 1 м/с (примерно через тридцать метров вниз по течению).

В турбины Hydro Green Energy встроены синхронные генераторы переменного тока, рассчитанные на срок службы не менее 20 лет. КПД гидрокинетических блоков в Гастингсе составляет 0,62 - это самый высокий показатель в отрасли на данный момент. Ежегодно установленные нами турбины вырабатывают 1,4 гигаватт-часа электроэнергии.

УДАЧНОЕ МЕСТО

В отличие от многих новых объектов возобновляемой генерации на территории США, на ГЭС в Гастингсе не возникло каких-либо трудностей с подключением к энергосети. Вся необходимая сетевая инфраструктура уже имелась.

И поскольку ГЭС в Гастингсе работает при известном перепаде уровней верхнего и нижнего бьефа, мощность, вырабатываемая гидрокинетическими турбинами, легко предсказуема, а потому ценна для оператора энергетической системы.

Отметим ещё один аспект, важный с точки зрения эксплуатации. Вода, попадающая в гидрокинетическую установку, заранее очищается от мусора.

ТЕХНИЧЕСКИЕ НОВАЦИИ

Благодаря тому, что турбина крепится к платформе, энергоустановку легко модифицировать или модернизировать. «Если мы разработаем новый профиль лопастей или внедрим какие-либо иные технические достижения, которые позволят повысить мощность, - рассказывает Крус, - то сможем поднять агрегат из воды и модернизировать за один день».

Ради защиты рыб, ныряющих птиц и других видов речной фауны число лопастей ограничено тремя, а вращаются они с частотой 21 оборот в минуту в трубчатом кожухе диаметром 3,6 м. Между тем традиционные гидроагрегаты могут иметь ротор с восемью, десятью лопастями и более, который делает сотни оборотов в минуту.

Компьютерное моделирование, проведённое при проектировании турбины, не показало существенного влияния на такие параметры воды, как температура, концентрация растворённого кислорода и мутность. Тем не менее компания собирает данные о параметрах воды в Гастингсе.

ГЛОБАЛЬНЫЙ ТРЕНД

Потенциал развития традиционной гидроэнергетики во многих странах в основном исчерпан, но этого, к счастью, пока нельзя сказать о гидрокинетической генерации. Так, по данным Министерства энергетики США, если использовать уже отработанные на практике технологии, реки на континентальной территории страны могут дать дополнительную электрическую мощность в 12,8 ГВт.

Интерес к предмету не ограничивается Соединёнными Штатами. В сотрудничестве с Организацией объединённых наций Китай открыл Международный центр малой гидроэнергетики. Выпускаемые им аналитические обзоры описывают проекты в Перу, Южной Корее, Уганде, Китае, Шотландии, Швейцарии и других странах.

Серьёзные исследования по данному направлению идут в Великобритании, правда, в основном с прицелом на утилизацию энергии океанических течений вокруг Британских островов. Так, в Шотландии действует Европейский центр морской энергетики, где реализуется целый ряд интересных пилотных проектов. После 2016 года там появились и коммерческие инсталляции. Впрочем, индустрия гидрокинетической генерации в целом пока ещё находится на самых начальных этапах развития.

* * *

В отличие от непостоянных солнца и ветра гидроэнергия доступна днём и ночью. Однако от гидрокинетических турбин, установленных просто в русле реки, трудно получить устойчивый и одинаковый поток в течение всего года. Так что сочетание традиционных ГЭС при водохранилищах с гидрокинетическими системами будет, видимо, наилучшим вариантом.

Хотите оперативно узнавать о выходе других полезных материалов на сайте "ГИС-Профи"?
Подписывайтесь на нашу страницу в Facebook
.
Ставьте отметку "Нравится", и актуальная информация о важнейших событиях в энергетике России и мира появится в Вашей личной новостной ленте в социальной сети.