Потенциал морской волны

Кислогубская ПЭС – экспериментальная площадка, на которой отрабатываются технологии приливной энергетики.
Фото предоставлено «ГидроОКГ»

Энергопотенциал морской волны, по подсчетам Международного объединения океанической энергии (Ocean Energy Association), равен примерно 3,5% мирового электропотребления. Но, чтобы его достичь, необходимо построить по всему земному шару тысячи приливных электростанций (ПЭС) общей мощностью более 150 ГВт. Это может заменить 70 АЭС или 100 крупнейших угольных ГРЭС. Конечно, ГЭС давно действуют во многих странах. Ныне они производят пятую часть всей потребляемой в мире электроэнергии. В сфере использования приливов, однако, успехи гидроэнергетиков еще не так велики. Не везде есть исходные природные условия для сооружения ПЭС, нет пока и необходимых для налаживания выгодного производства электричества технологий. Многие проекты все еще находятся в стадии разработки. Однако развитие экономики и растущие потребности в энергии все настойчивее ставят мировое сообщество перед необходимостью более широкого использования экологически чистой и возобновляемой энергии морских приливов.

Выгодность энергии прилива

Мировая энергетика располагает позитивным опытом эксплуатации приливных электростанций. Ведь принцип работы ПЭС во многом схож с гидростанциями. Однако для их работы не требуется создания водохранилищ – плотины, внутри которых устанавливаются турбины, строятся на входах в заливы морей и океанов. От гидростанций приливные отличает и низкий напор, вследствие чего турбины ПЭС имеют особую конструкцию.

В СССР экспериментами в области приливной энергетики занимался академик Лев Бернштейн. Под его руководством в 1968 году на побережье Баренцева моря в Кислой губе была построена экспериментальная приливная станция мощностью 400 кВт. Это была вторая приливная станция в мире – после французской Ля Ранс. Всего в мире существует не более 10 приливных станций, хотя самая крупная из них – Ля Ранс – с установленной мощностью в 240 МВт. Французская ПЭС находится в устье реки Ранс в области Бретань и сооружена в 1966 году. Перепад высот прилива и отлива составляет от 12 до 18 метров. Работают 24 турбины, которые действуют в среднем 2200 часов в год. Но в мире не так уж много мест, где было бы возможно строить ПЭС. Для постройки такого объекта перепад высот приливов и отливов должен составлять не менее пяти метров.

По сравнению с обычной ГЭС ПЭС имеет ряд преимуществ. Помимо отсутствия необходимости создания водохранилища выработка ПЭС не зависит от водности года. Приливы и отливы, сменяя друг друга, имеют постоянную для каждого месяца энергию. Привлекательны приливные электростанции и тем, что капитальные вложения на их строительство не превышают расходов на сооружение гидроэлектростанций.

Конечно, мощность ПЭС зависит от силы волны. На атлантическом побережье на каждый метр прибрежной линии приходится 70 кВт волновой мощности. Эти параметры измерены на побережьях Ирландии, Исландии, Норвегии. В Испании и Португалии мощность волны достигает 50 кВт, а в районе Гибралтара уже только 30 кВт. На североморском побережье Германии она составляет 20 кВт. В самом Старом Свете пока известны всего 100 с лишним мест, где можно получать электроэнергию из морских течений. Согласно первым предварительным научным исследованиям, потенциал ПЭС в Европе может составить 12 000 МВт.

Российская школа, занимающаяся проблемами ПЭС, насчитывает шесть десятилетий. Так, выполненный на Охотском море проект Пенжинской ПЭС мощностью 87 ГВт может поставлять энергию в районы Юго-Восточной Азии, испытывающие дефицит в энергии. На Белом море проектируется Мезенская ПЭС, энергию которой предполагается направлять в Западную Европу по объединенной энергосистеме «Восток–Запад». Приливная электростанция в Тугурском заливе на севере Хабаровского края, по мнению главы РАО «ЕЭС России» Анатолия Чубайса, может стать мощнейшей станцией с параметрами, которых в мире не существует. Ведь в Тугурском заливе «самые высокие в стране возможности по уровню морских приливов, достигающих более 15 метров».

Препоны на пути ПЭС

Главными препятствиями широкого развития приливной энергетики в мире являются конструкция турбины и стоимость строительства ПЭС. Турбины, рассчитанные на работу в двух направлениях (прилив и отлив), оказались технически сложными и чрезвычайно дорогостоящими в производстве. Сам процесс строительства ПЭС – на воде, вдали от берегов – также оказался весьма затратным.

Российским ученым и инженерам ОАО «ГидроОГК» удалось создать эффективную (названную ортогональной) турбину, особенность которой состоит в том, что во время приливов и отливов направление ее вращения не меняется. Это позволило радикально упростить конструкцию турбины и, как следствие, снизить ее стоимость. Экспериментальный образец ортогональной турбины диаметром 2,5 метра был изготовлен в конце 2004 года на заводе «Севмаш». В течение 2005–2006 годов проходили его систематические испытания. Результаты испытаний показали высокую эффективность ортогональной турбины – КПД составил порядка 63%, что в полтора раза выше, чем у зарубежных аналогов.

Еще одно российское ноу-хау – наплавной метод строительства приливных станций, при котором все самые сложные работы по сборке агрегатов выполняются в промышленных центрах, а готовые наплавные блоки буксируются по воде к месту установки. Впервые он был применен при строительстве Кислогубской ПЭС. Наплавной способ строительства позволяет на 30–40% снизить стоимость работ.

В 2006 году по заказу ОАО «ГидроОГК» на заводе «Севмаш» был изготовлен экспериментальный модуль-блок приливной станции с ортогональным гидроагрегатом мощностью 1,5 МВт. В начале текущего года он был отбуксирован в Кислую Губу и установлен в проектное положение в створе Кислогубской ПЭС. Как рассказал представитель «ГидроОГК» Андрей Петрушинин, сейчас проходят испытания этого блока в натурных условиях. В программу испытаний входят энергетические, нагрузочные и испытания в переходных процессах. Цель – подтвердить правильность принятых инженерно-технических решений по конструкциям агрегатов и наплавных блоков ПЭС, а также верность выбранных материалов. Известно, что морская среда очень агрессивна по отношению к металлу, который со временем может подвергнуться коррозии.

В «ГидроОГК» рассчитывают завершить испытания экспериментального модуль-блока к январю 2008 года. «Сейчас для нас главное, чтобы оправдались все наши технические решения и выбор материалов, – рассказывает Петрушинин. – В настоящее время у компании уже есть несколько проектов строительства приливных станций. Самые мощные из них – до 3–4 ГВт каждая – проектируется в Мезенском заливе Архангельской области и в Тугурском заливе Хабаровского края. Но до того, как приступить к реализации этих мегапроектов, нам необходимо будет отработать технологию строительства современных ПЭС на менее мощных станциях в 100–200 МВт».

В целом же, по оценкам «ГидроОГК», за счет энергии приливов в России можно получать до 20% всей потребляемой энергии.