Приливные электростанции. Единственная в России приливная электростанция

Великий Никола Тесла много раз в частных беседах утверждал, что людей повсюду окружает энергия, ее просто нужно уметь использовать. Человечество пошло по наиболее легкому пути, беря от природы наиболее насыщенные калориями вещества и сжигая их. Эффективность использования ресурсов получается невысокой, но об этом мало кто задумывается, хотя и Менделеев указывал на соразмерность пользы от сжигания нефти и ассигнаций. Тем не менее время от времени ученый мир вспоминает о былом опыте или придумывает что-то новое. Так появляются поля ветряков с генераторами, солнечные батареи, приливные и геотермальные электростанции, другие источники энергии, использующие природные силы, тратящиеся сегодня почти полностью впустую.

Энергия природных сил

Ветер, волны, молнии, ураганы, смерчи, вулканические извержения представляют собой масштабные перемещения масс и энергии воздуха, воды, тепла и статического электричества. Если получится научиться отбирать у природы хотя бы часть ее силы для потребностей нашей растущей цивилизации, то за будущее человечества можно быть спокойными. В противном случае при растущем потреблении невозобновляемых ресурсов неизбежно их истощение. Когда-нибудь уголь, нефть, газ, уран, плутоний и прочие полезные ископаемые закончатся, и наступит всепланетный энергетический коллапс. Одним из возможных путей выхода из перспективного кризиса справедливо считаются приливные электростанции. Как ясно из их названия, они потребляют энергию огромных масс воды, перетекающих из одной части Мирового океана в другую с определенной периодичностью.

Что такое прилив

О том, что уровень моря время от времени поднимается и опускается, люди знают очень давно. С этим явлением сталкивались древние мореходы. Заведя однажды свои корабли в уютную лагуну и пытаясь из нее вновь уйти в море, они вдруг натыкались на мель, которой совсем недавно не было. Слагались легенды о духах, двигавших подводные рифы, скалах, бьющих о форштевни по мановению русалок и прочие увлекательные мифы. Вскоре мель вновь куда-то девалась, и корабли шли дальше. Открытие астрономических закономерностей привело к осознанию взаимной связи между понятием уровня воды и лунными фазами. Все объяснил Закон всемирного тяготения. Вода притягивалась к Луне в моменты ее приближения к Земле с силой, обратно пропорциональной квадрату расстояния между космическими телами. С точки зрения физики приливно-отливные электростанции следовало бы назвать лунными. Они используют энергию движения воды, в свою очередь черпающей силу у единственного естественного спутника нашей планеты. Солнце, кстати, тоже вносит свою лепту в этот процесс, оно хоть и дальше Луны, но зато и масса светила намного больше.

Приливные мельницы, британцы и поморы

Интуитивно человечество энергию приливов научилось применять задолго до открытий законов Ньютона. Электрических генераторов тогда тоже еще не было. Зато вовсю работали мельницы, жернова которых крутились колесами с лопастями, опущенными в воду там, где морские волны вели себя наиболее активно. Обычно место для строительства подобных объектов пищевой промышленности старинные мукомолы выбирали в заливах с узкой горловиной. Там водяные потоки вертели немудреные механизмы особенно эффективно. Шел прилив – направление вращения одно, а во время отлива - другое, противоположное, а зерну безразлично, как крутятся жернова, оно перемалывается в любом случае. По своей сути приливно-отливные мельницы были тем же ветряками, только работали они не в воздушной, а в водяной среде. Устройства эти функционировали на Британских островах уже в XII веке, о появлении их в России на Белом море известно из хроник XVII столетия. Возможно, поморы применили английский опыт, увидев эти мельницы во время своих торговых миссий, но не исключено, что и сами додумались, они были талантливы.

После фундаментальных открытий в области теоретической электротехники вплотную встал вопрос о практической промышленной добыче нового вида энергии. Вращать вал генератора могла паровая машина, ось винта гидроустановки или любой другой механический источник с крутящим моментом.

Первые попытки

Самым простым решением стала плотина, по аналогии с водяной мельницей использовавшая разницу уровневых потенциалов. В XIX веке паровые машины также применялись широко, как и двигатели внутреннего сгорания. В 1913 году была сооружена первая в мире экспериментальная приливная электростанция. Принцип работы этого источника энергии используется и сегодня. Мощность генератора, смонтированного в бухте Ди недалеко от Ливерпульского порта, была небольшой, 635 Ватт, но лиха беда начало.

В 1935 году падкие на новшества американцы попытались построить более мощный агрегат «дармовой» энергии, вложили в проект изрядную сумму, но затея обернулась крахом. Не был достаточно изучен рельеф морского дна, грунт «поплыл», и усилия по отгораживанию акватории залива Пассамакводи (Восточное побережье США) оказались напрасными.

«Мертвые точки»

Но опыт всегда полезен, эксперименты, даже неудачные, приносят пользу. В ходе работ инженеры выяснили необходимые и достаточные условия, при которых могут работать приливные электростанции, в частности, минимальный перепад уровней. Он составил четыре метра. Естественно, чем больше, тем лучше, но если меньше, то затевать строительство ПЭС не стоит.

Вполне очевидным представляется факт того, что при отливе и приливе направление протекания воды через винт турбины будет различным. Мало того, интенсивность вращения также меняется в зависимости от уровня рабочей жидкости в энергонакопляющем бассейне. В конструкции турбин эти особенности принципиальной схемы инженеры должны были учесть. Вал генератора полностью останавливается в двух «мертвых» точках, ограничивающих рабочий цикл. Вращение начинается только при возникновении разницы уровней, не суть важно, положительной или отрицательной, так работают все приливные электростанции. Плюсы и минусы соседствуют в любых системах и машинах, изобретенных людьми, идеального ничего не бывает. Важно правильно оценить достоинства и недостатки.

Чем хороши ПЭС для экологии

Главное достоинство заключается в том, что этим станциям топливо не нужно, а значит, и продуктов сгорания нет.

Второй плюс тоже очень важен. Что бы ни произошло, и какие бы не случились катаклизмы (землетрясения, цунами, извержения вулканов, падение летательного аппарата, бомбовый удар, теракт и т. п.), самое худшее, что может произойти, это разрушение рабочего блока и генератора с подстанцией. Других последствий, вроде разлива топлива, радиоактивного теплоносителя и еще чего-нибудь страшного быть не может по причине отсутствия опасных технологических агентов.

Третья положительная сторона, которой выгодно отличаются приливные электростанции от ГЭС, например, состоит в принципе работы, обуславливающем бережное отношение к рыбному богатству страны. Часть планктона, конечно, гибнет при прохождении водозаборников, но не более десятой части (для сравнения: прохода лопастей гидростанций не выдерживает от 83 до 99 % водной микрофауны, главного корма рыб).

В-четвертых, на работу ПЭС практически не влияет ледовая обстановка.

В-пятых, соленость воды остается почти неизменной.

И шестой экологический момент состоит в том, что неизбежные структурные нарушения дна, возникающие в ходе строительства, полностью «залечиваются» за два года с полным восстановлением жизнедеятельности гидробиосферы.

Экономические аспекты

Единственная пока приливная электростанция в России и французская ПЭС «Ранс» на своих примерах показали, что себестоимость добываемой «из воды» энергии самая низкая. Кроме этого, производительность предприятий в вышей степени стабильна и не зависит ни от каких политических или макроэкономических потрясений. На работу ПЭС влияет только движение космических тел. Увеличение или снижение уровней нагрузки и объемов потребления энергии потребителями также не нарушает технологических регламентов эксплуатации.

Технология строительства, названная наплавной, позволяет создавать энергоблоки не на месте будущей работы станций, а в береговых доках, и только потом буксировать приливные электростанции в нужный район мирового океана. Таким образом, процесс монтажа серьезно упрощается.

Устройство

Наибольшая амплитуда уровня моря наблюдается в морских заливах, в которых прибережным рельефом образованы естественные полузамкнутые бассейны. Изменение направления вращения турбины технически реализуется посредством переменного шага лопастей, иными словами, их поворотом относительно оси вращения. Как правило, турбины имеют возможность переключаться с генераторного на насосный режим в зависимости от ситуации и фазы технологического цикла. Главный недостаток, заключающийся в неравномерности производительности, нивелируется общей единой энергосистемой, частью которой являются приливные электростанции. Плюсы и минусы этой технологии при сопоставлении все же склоняют энергетиков и экологов в пользу ПЭС.

Почему же их мало?

Если все так замечательно, то почему же берега всех континентов не насыщены этими замечательными, экологически чистыми, безвредными и неопасными, но зато очень полезными сооружениями? Отчего человечество до сих пор дымит в атмосфере мазутными, угольными и прочими выхлопами, рискует новыми Чернобылями и Фукусимами, губит рыбу лопастями турбин ГЭС и замедляет движение рек, приводя к нарушениям экологии? Гринписовцы обоснованно утверждают, что современные потребности жителей планеты вместе с предприятиями пять тысяч раз могут покрыть одни лишь приливные электростанции. В мире, тем не менее, их можно по пальцам сосчитать.

Дороговизна и выгода

Дело в том, что они очень дорого обходятся. Каждая ПЭС стоит на целых 150 % больше, чем ГЭС такой же мощности. Стоимость загубленной рыбы и экологического ущерба никто не считает. Можно по-разному относиться к организации Greenpeace и не во всем поддерживать ее деятельность, но прислушаться к мнению ее членов, возможно, стоит. И кое-кто это уже сделал.

Доля энергии, которую дают в настоящее время все приливные электростанции в мире, ничтожна, но она имеет тенденцию к устойчивому росту. Сейчас их действует немногим более десятка, они обладают разной мощностью, а объединяет их только принцип действия.

Вот их список с указанием характеристики, страны и года сдачи в эксплуатацию:

Еще пять действующих китайских станций не вошли в список по причине малой мощности.

При этом общий потенциал гидроприливной энергетики специалисты оценивают в миллион мегаватт, получаемых без сжигания органического топлив или ядерных реакций.

Что дальше?

Кислогубская приливная электростанция отработала до полного износа агрегатной части и в 1994 году подверглась консервации, но уже в начале третьего тысячелетия ее решили реконструировать с целью проведения экспериментальных исследований. Вопросу альтернативного получения огромных объемов энергии руководство РФ уделяет серьезное внимание, несмотря на высокую стоимость работ по возведению промышленных блоков.

Единственная в России приливная электростанция – лишь база для отработки технологий. Существует проект возведения крупнейшего в мире Пенжинского энергоузла в Охотском море общей мощностью в 135 ГВт. Его предполагается использовать для получения огромных количеств водорода, необходимого для получения синтетического органического топлива, не образующего при сгорании вредных химических соединений. Проект этот требует серьезных вложений, но обещает дать эффект, значение которого сегодня даже трудно оценить.

Вопрос о том, когда именно будет построена Пенжинская приливная электростанция в России, остается открытым.