Приливная энергия

Энергия морских приливов преобразовывается в электрическую энергию с использованием приливных электростанций, использующих перепад уровней "полной" и "малой" воды во время прилива и отлива. При совместной работе в одной энергосистеме с мощными тепловыми (в т. ч. и атомными) электростанциями энергия, вырабатываемая ПЭС, может быть использована для участия в покрытии пиков нагрузки энергосистемы, а входящие в эту же систему ГЭС, имеющие водохранилища сезонного регулирования, могут компенсировать внутримесячные колебания энергии приливов. Основное преимущество электростанций, использующих морские приливы, состоит в том, что выработка электроэнергии носит предсказуемый плановый характер и практически не зависит от изменений погоды.

На возможность использования приливной энергии на побережьях России впервые обратил внимание проф. Ляхницкий В.Я. в своей работе “Синий уголь”, опубликованной в 1926 г. [25]. В дальнейшем, начиная с 1938 г. исследование проблемы в России велось Л.Б. Бернштейном, который провел рекогносцировку побережья Баренцева и Белого морей для выявления створов возможного строительства приливных электростанций (ПЭС). Он же разработал модель эффективного использования приливной энергии – наплавную конструкцию здания ПЭС [7], обеспечивающую удешевление строительства, и в дальнейшем руководил сооружением опытной Кислогубской ПЭС, где была осуществлена эта конструкция, а также руководил проектированием мощных ПЭС в институте Гидропроект.

Сущность новой модели заключается в реализации такой важной особенности приливной энергии как неизменность ее среднемесячного значения, не зависящего от водности в годовом и многолетнем разрезах. Благодаря этому качеству приливная энергия, несмотря на прерывистость в суточном цикле и неравномерность в течение лунного месяца, представляет собой довольно мощный энергетический источник, который может быть использован при объединении его с речными гидроэлектростанциями, имеющими водохранилища.

При таком объединении пульсирующие прерывистые, но неизменно гарантированные потоки приливной энергии, зарегулированные энергией речных ГЭС, способны обеспечить ощутимый вклад в покрытие переменной части графика нагрузки энергосистемы, облагораживая тем самым работу действующих ТЭС и АЭС и вытесняя строительство новых электростанций на органическом топливе, загрязняющих окружающую среду.

Определение потенциала приливной энергии и его порайонная характеристика в отличие от оценки валового теоретического потенциала гидроэнергии рек имеет свои особенности. Для речного водотока валовый теоретический потенциал определяется как взятое с определенным коэффициентом произведение среднеарифметического бытового расхода за многолетний период на валовый напор на всем падении реки. Но если для речного водотока в его естественном состоянии энергия растрачивается на трение, турбулентное перемешивание и эрозионную переработку русла, то для приливного бассейна его энергопотенциал выражается в работе, проводимой приливом в течение года при подъеме и опускании уровня в течение каждого приливного цикла. При этом основными аргументами для выражения мощности установки являются не расход и напор (которые могут быть получены в дальнейшем расчете после регулирования энергии прилива), а площадь бассейна и величина прилива.

Приливные электростанции являются источником экологически чистой энергии. Это принципиальное суждение основано на том факт, что ПЭС работает по однобассейновой схеме двухстороннего действия и не меняет ритм природных приливных колебаний. Она исключает загрязнение среды обитания вредными выбросами, неизбежными при эксплуатации тепловых электростанций. ПАС не требует каких-либо затоплений, неизбежных при строительстве крупных ГЭС на равнинных реках.

Как показал опыт почти 40-летней эксплуатации промышленной ПЭС Ранс (Франция), плотина ПЭС защищает реки от штормовых волн, нагонов воды, ведущих к разрушению берегов, способствует улучшению природных условий (уменьшению мутности, развитию биоценоза планктона, развитию марикультуры). Регламентированный режим работы этой ПЭС улучшил условия судоходства, а плотина явилась удобной транспортной магистралью, сокращающей расстояние между прибрежными городами.

За последнее десятилетие потребление электроэнергии во многих регионах России после имевшего место спада вновь начало расти. Холодная морозная погода января 2006 года выявила явную нехватку электрических мощностей в Центральном, Северо-Западном и других районах страны. Очевидно, что в связи с оживлением промышленного производства рост энергопотребления сохранится, а, значит, дефицит электроэнергии будет нарастать. Решение этой проблемы возможно путем строительства новых энергетических объектов на органическом топливе (ТЭС, ТЭЦ, ПГУ и др.). Однако нельзя сбрасывать со счетов и возможности вовлечения в энергобаланс такого возобновляемого источника энергии, как энергия приливов. Серия энергетических и энерго-экономических расчетов показала, что экономически наиболее перспективно использование средних и крупных приливных электростанций, поскольку при этом меньше удельные постоянные затраты, связанные со строительной базой, обустройством поселка строителей, организацией его энергоснабжения. Значительно меньше в этом случае и удельные затраты на регулирование колебаний энергоотдачи ПЭС. Техническое проектирование и технико-экономические расчеты, проведенные по Кольской и Лумбовской ПЭС, а также по Мезенской и Тугурской ПЭС выявили, что экономический эффект существенно возрастает, если с помощью водохранилищ гидроэлектростанций (ГЭС) или гидроаккумулирующих электростанций (ГАЭС) преобразовать неравномерную в суточном и внутримесячном цикле энергию в обеспеченную, гарантированную. Дополнительные затраты в сооружение регулирующих водохранилищ и в линии электропередачи, связывающие гидроэнергетические объекты с ПЭС, окупаются благодаря возможности полноценно заменить с помощью энергии ПЭС часть установленной мощности ТЭС (до 20% из расчета на 1 кВт установленной мощности ПЭС). Проектные исследования по российским и зарубежным приливным электростанциям показали, что для сооружения уникальных по мощности ПЭС (Мезенской, Тугурской в России, Фанди в Канаде) необходимо предварительное возведение небольших опытных ПЭС для испытания на них гидротурбинного оборудования. Именно в этом плане было оправдано строительство в Канаде ПЭС Аннаполис (78 МВт), а в России – вначале Кислогубской ПЭС с капсульным агрегатом 0,4 МВт и в дальнейшем проектируемой Кольской ПЭС с двумя агрегатами по 16,2 МВт.