朗斯潮汐電站

朗斯潮汐電站

法國朗斯潮汐電站為世界上最大的潮汐電站,位於法國聖馬諾灣朗斯河口。其平均大汛潮差10.85 m,最大潮差13.5 m,屬世界上著名大潮差地點之一。工程於1959年開工,1966年投產。現裝機240MW。站址處河面寬700m,地基良好。其開發方式為單庫雙向型,選用了能漲落潮雙向發電、雙向抽水、雙向泄水,有6 種運行方式的燈泡式水輪發電機組,以最經濟的辦法最大限度地克服了潮汐電力間歇性的缺點,並為減少工程量和增加發電量創造了條件。

基本介紹

  • 中文名:朗斯潮汐電站
  • 外文名:Longs tidal power station
  • 地址:法國聖瑪諾灣朗斯河口
  • 總長:750米
  • 投產時間:1966年
  • 類型:潮汐電站
電站簡介,技術簡介,運行經驗,自動控制程式,結論與展望,

電站簡介

竣工於1966 年的法國朗斯潮汐電站,裝機240 MW,運行方式為雙向型,水輪機機組為燈泡式,其土建工程和機電工程技術相當成熟。該電站多年來的成功運行經驗、電站的主要技術和運行方法、針對其專門開發的燈泡式水輪機,以及其自動控制程式和陰極保護系統。同時也指出了電站還需改進的方面。朗斯潮汐電站的成功運行管理經驗為今後世界範圍內的潮汐電站的開發均具有指導與借鑑意義。
站址處河面寬700m,地基良好。其開發方式為單庫雙向型,選用了能漲落潮雙向發電、雙向抽水、雙向泄水,有6 種運行方式的燈泡式水輪發電機組,以最經濟的辦法最大限度地克服了潮汐電力間歇性的缺點,並為減少工程量和增加發電量創造了條件。
站址處基岩良好,無漏水之虞,採用混凝土攔河建築物。其內布置40台機組( 內2 台屬預留) ,兩側各有5孔泄水閘,還有一座船閘和相應航道。機組中心距為13.5 m。按全面開發、滿流量時單機出力9 MW 計,最大裝機出力可達360 MW,現裝機24台,單機最大出力10MW,年發電量5.4億kW.h。按40台機組,設計年發電量扣去抽水耗電後可淨髮電8億kW.h。
燈泡式水輪機採用卡普蘭轉輪,轉輪直徑5.5 m,為水泵水輪機,且能停機雙向泄水。選用此種臥式布置的機組對於過流和節省基礎開挖工程量十分有利。在電氣接線方面每4台或5台機組組成一個單元。每個單元配置一台升壓變壓器。朗斯潮汐電站的機組和廠房機電設計是成功的,並取得了開發大型潮汐能源的經驗。
朗斯站址地質條件雖很好,但施工現場常年承受潮位的劇烈變化,故圍堰工程艱巨,共分6期圍堰,循序進行。電站投產以來,庫區未出現淤積,機組運行良好。
自1966 年起,法國電力公司就一直成功地運行著朗斯電站。該電站不僅是布列塔尼地區的主要電力設施,而且還是法國第一大工業旅遊景點,2000年接待遊人超過了30萬人。
1943-1961年,法國對許多不同潮汐電站站址的可行性進行了考察和研究,最終選擇朗斯,並於1961-1966 年建造。朗斯潮汐電站長750 m,安裝24台10 MW燈泡式機組,總裝機容量240 MW,年發電量約為538 GW·h。該電站的水庫庫容為1.84億m3,水庫一直延伸至朗斯河口上游20 km處。預計每年通過該大壩船閘的船隻約為18000艘,每日通過壩上公路的汽車約為32000輛。

技術簡介

朗斯電站包括布雷比角( Pointe de la Brebis) 與布里楊台角( Pointe de la Briantais) 之間的4 個區,主要由船閘、裝有24 檯燈泡式發電機組的電站、建於Chalibert 岩上的堤和裝有6 孔水閘的攔潮壩組成。
1 主要技術問題
建潮汐電站所碰到的主要技術問題如下:
( 1) 潮汐周期對潮汐電站運行周期的影響;
( 2) 水輪機的選擇;
( 3) 防止機組受海水侵蝕;
( 4) 電站施工。
2 運行循環過程
潮汐電站運行,可選用以下兩種主要方式,這樣可在不受海潮周期影響的情況下運行。
( 1) 單向運行。所謂“單向運行”操作就是只在水庫放空時水輪機才運行,並根據情況決定抽水與否。
( 2) 雙向運行。所謂“雙向運行”操作就是水輪機在水庫放水或向水庫充水時均運行,朗斯潮汐電站最終選用此運行方式。
3 機組型式選擇
在20 世紀40 年代初,在工程研究初期階段,所面臨的另一個主要問題就是選擇合適的上游或下游燈泡式機組,以解決水輪機在水頭和流量變幅大的情況下的運行問題。
當確定燈泡式水輪機的最終設計時,經歷了以下5 個重要里程碑:
( 1) 1941 年SEUM 公司成立( 為了研究潮汐電站) ;
( 2) 1943 年SEUM 公司和奈爾皮克( Neyrpic)公司共同獲得上游燈泡式水輪機的首個專利;
( 3) 1951 年編寫完成了首份管理檔案,揭示了常規立式低水頭水輪機和安裝在水輪機上部、水輪機流道外的大直徑交流發電機;
( 4) 1953 年在阿讓塔( Argentat) 和康貝拉克( Cambeyrac) 分別進行了下游燈泡式水輪機的試驗;
( 5) 1955 ~ 1960 年,分別進行了兩個設計方案的上游燈泡式水輪機的試驗。1台額定容量為8.8 MW的水輪機在博蒙特蒙特( Beaumont Monteux)進行了試驗。1 台在聖馬諾的舊船閘內進行試驗,均按照朗斯的特徵進行。
與此同時,朗斯潮汐電站工程的建設進程在有條不紊地進行:
( 1) 1956 年法國議會投票通過了建設朗斯電站的提案(根據1919年10月16日開始實施的“公
法”) ;
( 2) 1961 年土建工程開工;
( 3) 1963 年朗斯河截流;
( 4) 1966 年電站正式運行。

運行經驗

1 概述
基於上述試驗,作出了朗斯電站採用下游燈泡式機組的關鍵決定。1961年1月開始進行機組的機械力學研究,並於1964年9月開始安裝。1966年1月首台機組交付。
1966年3月對首台機組進行無水試驗和電站充水試驗。1966年8月這台機組併入電網進行有水調試,1966年11月正式投入運行。1967年11月最後一台機組併網發電。1967年12月24台機組首次進行了滿負荷同步運行。
2工程運行以來的主要變化
自工程開始投運以來的最初幾年中,發現發電機定子有問題。在10 a 之後,決定對所有機組進行預防性更換。
1976 年,在發現發電機磁性元件出現問題後,由阿爾斯通公司更換了首個定子。1976-1982 年,其餘23 個定子也分別由LK 公司和Repelec 公司進行了更換。1995 - 1996 年,由Saralem 公司再次更換了7 個定子。
考慮到將來的所有機組的整個預防性更新改造工作, 1994年作出決定,在1994 - 2004 年內,更新改造機組24台。

自動控制程式

1 控制和編程過程
控制程式涉及潮汐電站的操作循環。該系統控制的主要設備包括6個水閘和24台機組。
編程需要考慮以下限制:
( 1) 潮汐周期( 可預測的) ;
( 2) 潮汐電站部件的預期可用性應與大潮和小潮聯繫起來考慮,以便最佳化維護工作;
( 3) 每周預估的發電成本應在1997 年國家計畫的範圍內;
( 4) 外部限制,例如水庫水位。
名為“AGRA”的控制碼用於管理朗斯電站的運行,每10 min 發一次操作指令,在海與水庫之間進行最佳化調度,目的是使經濟效益最大化。
2 程式操作
AGRA 程式每10 min 向潮汐電站運行人員定時提供一張機組和導葉的控制表,並提供海和庫內的水位記錄。
1968 ~ 1987 年,將每周調度程式存儲起來,運行人員在控制室就能進行監控並調整效率。當出現錯誤指令時,運行人員也能夠及時進行糾正。如果電站任何部件工作不正常,或者電網出現問題,運行人員也能進行相應的處理。
從1987 年開始,操作控制系統已完全自動化,最後一次對系統的調整是在1992 年。自1996 年以來,平均每周僅發生1 起意外事件。2008 年,AGRA程式被移植到了PC 系統上。

結論與展望

根據對燈泡式機組、材料和腐蝕現象進行的大量初步研究,在1976-1996 年研究並解決了定子的磁化問題,朗斯潮汐電站成功運行40多年未出現嚴重問題。同時,在1994年對該電站有關部件進行了預防性更新改造,因此,朗斯潮汐電站仍然是世界上最傑出的海洋電力生產工業性設計的潮汐電站之一。
像朗斯電站這樣的潮汐電站工程是在非同尋常的環境條件下修建和運行的,這是基於十分成熟的土建工程和機電工程技術。但是,仍有3個重要方面需要改進:
( 1) 在設備設計方面,巨型近海設備可降低工程成本,這為工程開發創造了條件。利用多汊水庫,可減少電站的間歇發電,進一步提高工程的經濟可行性,從而能夠更好地按照負荷曲線進行發電調度。
( 2) 在機電設備方面,通常情況下水輪機的效率,以及在特定情況下提高水輪機雙向水流運行效率的能力,這是未來在漲潮和退潮均能運行的潮汐電站所面臨的挑戰。因此,水輪機組應能雙向運行,同時也能作為水泵運行。
機組還存在一些可改進的地方,例如機組的齒輪裝置,它可使水輪機和發電機在不同的轉速下運行。此外,變頻發電技術有利於機組提高不同運行方式和水頭下的出力。
( 3) 關於土建工程,潮汐電站可以在圍堰之內施工,或套用預製沉箱( 鋼製或鋼筋混凝土結構) 浮運到施工現場修建。目前,沉箱方案特別有利於偏遠壩址施工。
根據朗斯潮汐電站的經驗和教訓,已計畫修建許多新的潮汐電站,其中一些建在河口,裝機容量很大,另一些則採用近海水庫或者沿岸水庫方案。韓國裝機252 MW 的西窪( Sihwa) 潮汐電站目前正在投入運行,它將成為世界上最大的潮汐電站。該潮汐電站修建在1994 年所建的一條長12.7 km的海堤上。這座潮汐電站旨在發電,同時不斷地向水庫充水,以改善水質。
在中國、加拿大和俄羅斯等目前已有一些小型的潮汐電站投入運行,世界上一些國家也正計畫修建潮汐電站。
截止2009 年末,全球已建成的雙向潮汐電站總裝機容量已達600 MW。逐漸增加的投入運行的河口潮汐電站依靠橫跨河口的擋潮壩安裝發電機組。目前,許多國家都在鼓勵開發利用波能和潮汐能發電的新技術,使得各種不同的真機技術得到發展。這些研發的技術通常與裝機容量較小的水電工程有關,因此這對將來相對分散的電力生產具有很好的發展前景。

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