Журнал «Вокруг Света» №03 за 2009 год - Вокруг Света

Советский ответ

В России на некоторых участках побережья Белого и Баренцева морей приливы поднимают воду на высоту до 10 метров. Еще в XVII веке здесь строились первые приливные мельницы. И когда в начале 1960-х годов руководство СССР узнало, что французы строят первую ПЭС, началось соревнование. Место для возведения советской ПЭС было выбрано в 90 километрах от Мурманска в Кислой губе, недалеко от поселка Ура-Губа. Оно будто специально было создано природой для такого проекта: естественный залив площадью более миллиона квадратных метров с узкой, всего 40 метров, горловиной. Единственным, но существенным минусом площадки было то, что располагалась она вдали от других промышленных объектов. Да и дорог к ней нормальных не было. Для быстрого возведения наши конструкторы под руководством инженера и изобретателя Льва Бернштейна придумали способ строительства, который сейчас называется «наплавным» и применяется почти везде, где требуется возвести крупное водное или подводное сооружение. Здание размером 36×18,5 метра и высотой более 15 метров, которое одновременно являлось и плотиной, было построено не в Кислой губе, а в строительном доке на мысе Притыка, рядом с Мурманском. Вместе со смонтированным в нем оборудованием его вплавь отбуксировали по месту службы, где и установили на выровненное и подготовленное к этому дно. Но, несмотря на такое ноу-хау, французы все равно опережали наших гидростроителей. Когда стало ясно, что перегнать их не удастся, советские чиновники, дабы минимизировать политические издержки, оперативно объявили проект «технической ересью», подлежащей немедленной заморозке. Стройка застыла на год, и лишь публикация в газете «Известия» статьи «Наказанная проблема» заставила пересмотреть абсурдное решение и выделить средства на завершение объекта. Станцию открыли в 1968 году. На ней была установлена турбина диаметром 3,3 метра и мощностью 400 киловатт производства французской фирмы «Нейрпик», которая оборудовала и первую французскую ПЭС.

Ротор ПЭС SeaGen в сборочном цехе. Фото: SEA GEN

Биологическая проницаемость

Приливная энергетика в экологическом плане является одной из самых чистых. В отличие от ТЭС приливные станции не выбрасывают в атмосферу ни углекислого газа, ни серы, ни золы. В отличие от ГЭС для их постройки не нужно затоплять земли. Кроме того, нет опасности рукотворного речного цунами при прорыве плотины. В отличие от АЭС даже в случае самой серьезной аварии радиационный уровень в округе не вырастет ни на один рентген. Исследования на Кислогубской ПЭС показали, что приливные турбины вполне биологически проницаемы. Через них без повреждений проходит около 85% рыбы, для которой плотины ГЭС совершено непреодолимы. Вода идет через турбину гидроэлектростанции под чудовищным напором, и лопасти ее ротора просто перемалывают все, что в них попадает. В случае ПЭС напор гораздо слабее и лопасти крутятся значительно медленнее. Не наносят они существенного вреда и основному рыбьему корму — планктону, его тут погибает не более 10% (на ГЭС — от 83 до 99%). Экологи опасались, что в бассейне ПЭС упадет соленость воды, что отрицательно скажется на его фауне. Этот эффект действительно имеет место, но оказался столь мал (0,5—0,7 промилле), что не сказывается на растениях и животных.

Ортогональные турбины

Конечно, даже для конца 1960-х эта мощность была не слишком впечатляющей. И все же Кислогубская ПЭС принесла миру ничуть не меньше пользы, чем ее «конкурентка» на Рансе, поскольку стала одной из ведущих мировых экспериментальных площадок по отработке новых технологий приливной энергетики. В числе последних связанных с ней ноу-хау — разработка новой ортогональной турбины, работающей при любом направлении потока. Обычно на приливных электростанциях используют осевые турбины, напоминающие ходовой винт корабля. Сложная форма лопаток делает их дорогими. Кроме того, они рассчитаны на постоянное направление течения. Поэтому между приливами и отливами на них приходится поворачивать лопасти. В ортогональных турбинах прямые лопасти с крыловидным профилем устанавливаются параллельно оси вращения, а вода течет перпендикулярно им. При любом направлении потока вся конструкция вращается в одну и ту же сторону, заданную профилем «крыла». Такие турбины уже давно применялись в ветроэнергетике, но для приливной оказались неэффективными. Разработанные в середине 1980-х годов в Канаде и Японии прототипы имели низкий КПД (около 40%), и в итоге идею забросили. Однако в российском НИИ энергетических сооружений в результате десятилетней работы смогли найти оптимальные очертания камеры и лопастей ортогональной турбины и подняли КПД до 60—70%. Это несколько меньше, чем дают осевые агрегаты, но зато новая конструкция почти вдвое легче, а простая конструкция позволяет изготавливать ортогональные турбины на любом механическом заводе — не только на специальном турбиностроительном. В 2004 году первый экспериментальный агрегат нового типа мощностью 200 киловатт установили на Кислогубской ПЭС вместо выработавшей свой ресурс осевой турбины. Но основные надежды разработчики связывают с будущими крупными проектами ПЭС, где применение ортогональных турбин сулит значительный экономический эффект. Запуском французской и советской ПЭС было положено начало приливной энергетике, но ждать продолжения пришлось долго. Следующая промышленная ПЭС открылась только в сентябре 1984 года. На этот раз на приливы польстилась Канада. Свою 20-мегаваттную станцию она построила в устье реки Аннаполис, на острове Хогс, где амплитуда приливов колеблется от 4,4 до 8,7 метра. Но наступивший период дешевой нефти на долгие два десятилетия сделал освоение энергии приливов нерентабельным.

Турбины морского течения

Активное использование сил морских течений началось только в начале нового тысячелетия. В сентябре 2003 года 300-киловаттная ПЭС была запущена в Норвегии . Представители соорудившей ее компании Hammerfest Stroem заявили, что, если установка себя оправдает, они готовы развернуть массовое строительство приливных станций. А чуть раньше, в июне того же года, опытную турбину мощностью 300 киловатт на Девонском побережье Великобритании установила компания Marine Current Turbines (MCT). Впрочем, Девонская ПЭС в корне отличается от своих предшественниц. Прежде всего тем, что у нее отсутствует плотина, а значит, нет и отгораживаемого ею приливного бассейна. В сущности это обычный «ветряк», только опущенный под воду. Этот способ получения приливной энергии еще в 1960-х годах предлагал использовать советский ученый — доктор технических наук Б.С. Блинов. Он называл такие гидроэлектростанции свободнопоточными, в отличие от классических плотинных (гравитационных). По расчетам, в такой электростанции двухлопастный пропеллер метрового диаметра при скорости течения 2 м/с (7 км/ч) может выдавать до 7 киловатт мощности. Агрегат MCT снабжен однонаправленным пропеллером диаметром 11 метров. Приливное течение вращает его со скоростью до 20 оборотов в минуту. Всесторонне протестировав свое детище, компания MCT в августе 2008 года поставила еще одну станцию мощностью 1,2 мегаватта у берегов Северной Ирландии, в зоне действия приливного течения залива Стрегфорд Лоу. Новая ПЭС получила название SeaGen («морской генератор»). Две ее турбины диаметром по 16 метров закреплены на горизонтальной балке, которая перемещается по подводной башне и может для ремонта поднимать турбины над водой. Со временем MCT планирует построить у побережья   Великобритании целую батарею таких установок и «выкачивать» не менее 10 гигаватт приливной энергии.

В проекте SeaGen норвежской компании MCT колонны закрепляются на дне, а роторы могут подниматься над водой для обслуживания. Для снижения нагрузок на конструкцию роторы вращаются в противоположные стороны. Фото: AFP/EAST NEWS

Конкуренция нарастает

В 2005 году другая британская компания SMD Hydrovision анонсировала новую технологию сбора энергии приливов TidEl. Она тоже не требует плотин и бассейнов. Конструкция, несущая роторы диаметром 15 метров, легче воды и нежестко крепится ко дну на глубине около 30 метров. Поток воды разворачивает турбину в нужную сторону, и, в отличие от конструкции MCT, она одинаково хорошо работает как во время прилива, так и при отливе. По расчетам конструкторов, батарея из 30—100 таких генераторов способна выдавать мощность до 100 мегаватт. Оригинальность проекта обеспечила TidEl победу в конкурсе экологических технологий на всемирной выставке World Expo — 2005. Однако дальше полутораметрового проектного образца, работающего в экспериментальном бассейне SMD Hydrovision, дело пока не пошло. Не менее интересную идею предложили недавно три оксфордских профессора — Гай Хоулсби, Малколм Маккаллок и Мартин Олдфилд. Свой проект они назвали THAWT — Transverse Horizontal Axis Water Turbine («поперечная водяная турбина с горизонтальной осью»). Он предполагает установку на дно горизонтальной барабанной конструкции с лезвиями-лопастями, которая подобно ортогональной турбине вращается в одну и ту же сторону на обеих фазах приливно-отливного цикла. В промышленном варианте ротор должен иметь 10 метров в диаметре и 60 метров в длину. Связка из двух барабанов и одного генератора между ними сможет выдавать до 12 мегаватт электроэнергии — в 10 раз больше, чем уже действующая установка SeaGen. При этом, по словам авторов проекта, их установка будет на 60% дешевле, а расходы по эксплуатации будут на 40% меньше. В 2009 году англичане обещают построить прототип своего агрегата с диаметром турбины 5 метров, а к 2013 году — запустить первую коммерческую установку. В мае этого года о своем желании оприходовать энергию приливов заявила Южная Корея . Корпорация KOWACO приступила к строительству приливной электростанции Sihva Lake Tidal Power Plant («приливная электростанция на озере Сихва»). Озеро Сихва, на котором ведется строительство, расположено в 40 километрах от Сеула . По сути это даже не озеро, а морской залив, отгороженный от Желтого моря дамбой. Приливы здесь достигают высоты 9 метров. Через 10 турбин станции, открыть которую планируют в конце 2009 года, за год будет проходить около 60 миллиардов тонн воды. Пиковая мощность ПЭС составит 254 мегаватта — чуть больше рекордного на сегодня французского первенца. За год станция будет вырабатывать более 500 миллионов киловатт-часов — достаточно, чтобы обеспечить расположенный рядом полумиллионный город Ансан. По расчетам, это позволит сэкономить около 850 000 баррелей нефти в год.