Приливные электростанции: вечная сила воды

В последнее время особенно остро стоит вопрос дефицита и дороговизны энергоресурсов и тесно связанной с ней проблемы экологического состояния окружающей среды. Атомные электростанции представляют реальную угрозу не только для экологии, но и для жизни людей. С ними связана и опасность совершения на их территории террористических актов. Наконец, до сих пор непонятно, что делать с отработанным ядерным топливом. Альтернативой потенциальному Чернобылю могут стать приливные электростанции.

КАК УСТРОЕНЫ ПРИЛИВНЫЕ ЭЛЕКТРОСТАНЦИИ?

Известно, что под действием силы лунной и солнечной гравитации гигантские массивы воды на планете то накатывают на берег, то отходят обратно в море. Солнце, Земля и Луна взаимодействуют в общем гравитационном поле, и данный природный феномен был подмечен учеными. В связи с этим энергию приливов и отливов было решено поставить на службу человеку. Так появились приливно-отливные электростанции (ПОЭС). Пока их доля в гидроэнергетике незначительна, но чем больше будет найдено подходящих мест для их строительства (где разность в уровнях приливной и отливной воды составляет 4 метра и более), тем больше подобных сооружений мы будем наблюдать в будущем.

Технически станция выглядит следующим образом. Строится дамба, в которую во время прилива поступает вода, заполняя дамбу, а после отлива водный массив сбрасывается вниз через специальные отверстия. Мощный поток воды крутит турбину, в то время как генератор за счет движения турбины вырабатывает электричество. При этом чем выше самая высокая точка дамбы по сравнению с местом внизу, где установлена турбина, тем мощнее будет поток воды.

ДОСТОИНСТВА И НЕДОСТАТКИ

Основным и очевидным недостатком данного типа электростанций является дороговизна строительства на начальном этапе, а также вероятность наводнения в случае аварии.

Также не лучшей особенностью ПОЭС является, казалось бы, их достоинство — экологичность, которая на деле не так однозначна. Если на обычной гидроэлектростанции животный мир реки можно обезопасить от лопастей турбин, устанавливая защитные экраны или возводя ограждения по периметру, то в случае приливно-отливной станции заливы с их устойчивой экосистемой режутся телом плотины на части. Обмен воды уже не может происходить так же естественно, как и раньше, и от этого условия обитания живых существ в данном месте меняются не в лучшую сторону.

Среди преимуществ данного типа выработки электроэнергии можно отметить дальнейшую дешевизну после завершения этапа строительства и безопасность для экологии во время эксплуатации (если отбросить недостатки, указанные выше). Также современные приливные электростанции способны показывать КПД до 90% в плане преобразования энергии движения воды в электроэнергию, в то время как станции, работающие на угле, нефти, газе, едва ли дотянут до 45%. Например, цена гидро-кВт/ч примерно в шесть раз ниже, чем 1 кВт/ч станции, работающей на газе. Получаемое на ПОЭС электричество чуть ли не самое дешевое в мире. Такие станции не требуют никакого топлива; ни газа, ни нефти, ни угля. К тому же станции на углеводородах коптят небо небывалым количеством углекислого газа, а приливно-отливная ГЭС — нет. Приливы и отливы — явление постоянное и неисчерпаемое, а значит, можно точно знать, сколько электроэнергии будет получено и когда.

УЖЕ НЕ ФАНТАСТИКА

Интересно, что наша страна была в числе пионеров приливной энергетики и сейчас разработки в этой области не прекращаются. В СССР с 1968 года действует экспериментальная Кислогубская ПЭС в Кислой губе на побережье Баренцева моря. На 2009 год ее мощность составляла 1,7 МВт. На этапе проектирования находится Северная ПЭС в губе Долгая-Восточная на Кольском полуострове мощностью 12 МВт. В советское время также были разработаны проекты строительства ПЭС в Мезенской губе на Белом море (мощность 11000 МВт), Пенжинской губе и Тугурском заливе на Охотском море (мощностью 8000 МВт). В настоящее время статус этих проектов не определен, за исключением Мезенской ПЭС, включенной в инвестпроект «РусГидро». А вот Пенжинская ПЭС могла бы стать самой мощной электростанцией в мире — ее проектная мощность 87 ГВт.

ПЕРЕДОВЫЕ ТЕХНОЛОГИИ

Одним из самых масштабных российских проектов в этой области стала Кислогубская ПЭС. Она была сооружена в 1968 году по проекту института «Гидропроект». Главный инженер проекта и строительства Л. Б. Бернштейн. Строительство станции было произведено передовым для того времени наплавным способом — железобетонное здание ПЭС было сооружено в доке вблизи Мурманска, а затем отбуксировано к месту установки по морю. В одном из водоводов ПЭС был смонтирован французский капсульный гидроагрегат мощностью 0,4 МВт с диаметром рабочего колеса 3,3 м; второй водовод, предназначавшийся для гидроагрегата отечественной разработки, был оставлен пустым.

После запуска ПЭС была передана на баланс «Колэнерго» и использовалась Научно-исследовательским институтом энергетических сооружений (НИИЭС) в качестве экспериментальной базы. В 1994 году, в связи со сложной экономической ситуацией, ПЭС была законсервирована; за время эксплуатации было выработано 8,018 млн кВт/ч электроэнергии.

В начале 2000-х годов руководством РАО «ЕЭС России» было принято решение о восстановлении Кислогубской ПЭС в качестве экспериментальной базы для отработки новых гидроагрегатов для приливных электростанций, а также технологий сооружения ПЭС. В конце 2004 года на станции был установлен новый ортогональный гидроагрегат (ОГА) мощностью 0,2 МВт с диаметром рабочего колеса 2,5 м, изготовленный ФГУП «ПО Севмаш» (старый гидроагрегат при этом был демонтирован), станция была введена в эксплуатацию. В конце 2006 года к станции была подведена линия электропередачи.

НОВАЯ ЖИЗНЬ КИСЛОГУБСКОЙ ПЭС

В мае 2006 года на «Севмаше» состоялась закладка нового экспериментального блока для Кислогубской ПЭС. А уже в ноябре 2006 года блок был спущен на воду и в начале 2007 года отбуксирован по морю на Кислогубскую ПЭС, где и был установлен напротив второго водовода станции. Испытания новой ортогональной турбины мощностью 1,5 МВт прошли успешно и подтвердили проектные параметры.

Мощность станции — 1,7 МВт (первоначально — 0,4 МВт).

Станция установлена в узкой части губы Кислая, высота приливов в которой достигает 5 метров. Конструктивно станция состоит из двух частей — старой, постройки 1968 года, и новой, постройки 2006 года. Новая часть присоединена к одному из двух водоводов старой части. В здании ПЭС размещено два ортогональных гидроагрегата — один мощностью 0,2 МВт (диаметр рабочего колеса — 2,5 м, находится в старом здании) и один ОГА-5,0 м мощностью 1,5 МВт (диаметр рабочего колеса — 5 м, находится в новом здании). Гидротурбины изготовлены ФГУП «ПО Севмаш», генераторы — ООО «Русэлпром».

ЭЛЕКТРИЧЕСТВО НА ЭКСПОРТ

Еще одним мегапроектом в данной области является Пенжинская приливная электростанция — проектируемая ПЭС в Пенжинской губе, располагающейся в северо-восточной части залива Шелихова в Охотском море. В зависимости от выбранного проекта данная станция может стать крупнейшей в мире гидравлической электростанцией по установленной мощности и по выработке электричества в год.

Стоимость строительства Пенжинской ПЭС-1 (Северный створ) оценивается в 60 млрд долларов США, ПЭС-2 (Южный створ) — в 200 млрд долларов. Срок реализации первого проекта: 2020—2035 годы. Не исключается и строительство линий электропередачи в Хабаровский и Приморский края, а также на экспорт в Японию и Китай. Продажа электричества дальневосточным соседям могла бы стать очень выгодной сделкой, поскольку японцы в панике отказываются от атомной энергии после трагедии на Фукусиме, а китайцы в промышленных районах задыхаются от смога угольных электростанций.

МИРОВОЙ ТРЕНД

Приливные электростанции существуют и за рубежом — во Франции, Великобритании, Канаде, Китае, Индии, США и других странах. Как видно, география довольно широка. Так, ПЭС «Ля Ране», построенная в эстуарии реки Ране (Северная Бретань), имеет самую большую в мире плотину, длина которой составляет 800 м. Плотина также служит мостом, по которому проходит высокоскоростная трасса, соединяющая города Сен-Мало и Динард. Мощность станции составляет 240 МВт.

Другие наиболее известные приливные электростанции: крупнейшая в мире южно-корейская Сихвинская ПЭС (мощность — 254 МВт), британская ПЭС «СиДжен», канадская ПЭС «Аннаполис» и норвежская ПЭС «Хаммерфест».

Интересно, что чуть ли не 98% всей электроэнергии в Норвегии производится за счет ГЭС. В Бразилии этот показатель составляет 85 %. В последнее время от лидеров по производству гидроэлектроэнергии не отстает и Китай. Так что у различных станций, вырабатывающих электроэнергию за счет силы воды, определенно большое будущее.