Главная
Статьи
Мероприятия
Новости
Партнеры
Авторы
Контакты
Вакансии
    Рекламодателям    
    Архив    
         
         
         
 
 
  return_links(1); ?>
 

Журнал "Мировая энергетика"

Архив журналов

 

Март 2009
 

О море! Освети и обогрей!

 

Какие перспективы у приливных электростанций?

 

Юлий Шполянский,

генеральный директор НИИ энергетических сооружений ОАО «РусГидро»

 

В конце прошлого года исполнилось 70 лет российской научно-инженерной школе приливной энергетики и 40 лет со дня пуска в опытно-промышленную эксплуатацию экспериментальной Кислогубской ПЭС им. Бернштейна мощностью 400 киловатт. Разработанная российскими учеными модель использования энергии приливов оказалась наиболее эффективной и легла в основу большинства ПЭС за рубежом.

  return_links(1); ?>

Российская эпоха покорения приливов началась в 1938 г., когда экспедиция Московского инженерно-строительного института обследовала Мурманское побережье Баренцева моря и выбрала створ для первой в России приливной электростанции. В этом же году предложение по строительству опытной Кислогубской ПЭС было представлено заместителю председателя Совнаркома СССР Анастасу Микояну, а летом 1939 г. государственная квалификационная комиссия под председательством академика Бориса Веденеева рассмотрела и одобрила это предложение. Осуществление проекта ПЭС началось в институте Гидроэнергопроект.

Одновременно в 1939—1940 гг. продолжился поиск новых створов ПЭС по всему побережью Баренцева и Белого морей: изучались губы Долгая, Ивановская, Дроздовка; заливы Гремиха, Йоканьга, Лумбовский, Кулой, Мезень. К июню 1941 г. были выполнены первые стадии проектов Лумбовской и Мезенской ПЭС. Война и тяжелый послевоенный период надолго прервали работы, и лишь в конце 50-х годов Гидроэнергопроект вернулся к теме.

 

Ноу-хау в Кислой губе

  return_links(); ?>

Кислогубскую ПЭС по праву называют уникальной станцией. Ее проект не имел аналогов в мировой практике, а при его реализации российские ученые внедрили 32 изобретения. Главная особенность заключалась в том, что сооружалась ПЭС не классическим способом — в котловане за перемычками, — а наплавным. Монтировали здание станции и оборудование в строительном доке промышленно развитого Мурманска, откуда транспортировали на 99 кмпо морю в губу Кислую.

Наплавной метод для строительства гидростанций впервые был предложен в 1941 г. инженером Мошковичем, и это означало революцию в гидроэнергостроительстве, поскольку и сроки, и затраты сокращались почти вдвое. Наплавным способом были построены ГЭС Лав и Мюррей в США, ТЭС и подводные тоннели на всех континентах, защитные гидротехнические комплексы в Лондоне и Санкт-Петербурге, шельфовые нефтегазовые платформы, фундаменты опор ЛЭП и даже реакторные отделения прибрежных АЭС.

Для приливных станций предстояло также решить очень сложную задачу: создать новый долговечный бетон для наплавной тонкостенной (всего 15—30 см) железобетонной конструкции здания ПЭС, обладающий к тому же сверхвысокой морозостойкостью. Дело в том, что все возведенные на арктическом побережье Европы и Америки бетонные сооружения начинали разрушаться в зоне прилива в первый же зимний сезон со скоростью до 0,01 мм всего за один цикл замораживания и оттаивания, а таких циклов в Кислой губе за зиму наблюдалось до 450! Неудивительно, что некоторые специалисты на протяжении всего строительства Кислогубской станции выражали серьезные сомнения в возможности применения наплавного способа возведения ПЭС и создания долговечного бетона.

Сегодня, после 40 лет эксплуатации ПЭС в сверхсуровых природных условиях Заполярья и арктического побережья, можно с уверенностью сказать, что эти сложные задачи оказались успешно решенными. Это означает, что теперь мы имеем материал для строительства любых сооружений на Крайнем севере, в том числе и для арктического шельфа. Динамические исследования здания ПЭС показали, что тонкостенная наплавная конструкция обладает жесткостью, превышающей жесткость ряда массивных зданий ГЭС. Оно признано самым долговечным крупным бетонным сооружением в Арктике.

Еще одна разработка отечественных ученых — катодная защита — все 40 лет эксплуатации станции полностью предохраняет арматуру бетона и гидросиловое оборудование от электрохимической коррозии, возникающей под воздействием агрессивной океанической среды. А от биологической коррозии водоводы вот уже 30 лет защищает экологически чистая, специально созданная для ПЭС электролизная установка. Без нее станция перестала бы работать уже через 3—5 лет, ведь даже в условиях Арктики без подобной защиты обрастание биомассой водоводов всего за 1,5—2 года достигает 300—340 кг на квадратный метр.

Исследования состояния окружающей среды в губе Кислая ведутся с 1924 г. Это позволило ученым накопить и проанализировать ценнейший материал, подтверждающий экологическую безопасность проектов мощных ПЭС в России и за рубежом. Многолетние натурные испытания показали, что приливная станция оказывает минимальное влияние на биосферу Баренцева моря. Так, 99% всего рыбного стада без повреждений проходит через низконапорные рабочие колеса гидроагрегатов. Отмечается количественное и видовое постоянство состава и биомассы планктона в бассейне и прилегающей к ПЭС морской акватории, что говорит о единстве фауны двух сопредельных участков.

 

От экспериментов к промышленному использованию

В 2006 г. Кислогубская ПЭС вошла в состав ОАО «Малая Мезенская ПЭС» компании «РусГидро». Сейчас на единственной в стране морской научной базе энергетики ведутся широкомасштабные работы по созданию новых технологий и оборудования. Это нужно для того, чтобы обеспечить развитие отечественной и мировой приливной энергетики. Главными из них являются испытания ортогональной турбины*. Российским ученым удалось повысить ее КПД с 38% (зарубежные аналоги) до 70% и доказать экономическую целесообразность использования этой машины на приливных станциях и низконапорных ГЭС. На Кислогубской ПЭС теперь установлен гидроагрегат мощностью 1,5 тыс. кВт с диаметром рабочего колеса 2,5 м, а на ГЭС Сенеж в Московской области — 0,86 м. В 2006 г. был выполнен проект «Малая Мезенская ПЭС» в виде типового для крупных приливных станций наплавного блока (с диаметром рабочего колеса 5 метров).

От проекта «Малая Мезенская ПЭС» пошли дальше — к Северной и Мезенской станциям. Северная ПЭС мощностью 12 тыс. кВт проектируется в губе Долгой на Мурманском побережье и включает три ортогональных гидроагрегата с трехъярусным расположением рабочих колес. Эта станция является прямым прототипом будущей Мезенской ПЭС мощностью 8 млн кВт. Она позволит полностью обосновать осуществление этого крупного проекта и доказать инвесторам его экономическую целесообразность.

В 2006 г. выполнено технико-экономическое обоснование Тугурской ПЭС (на Охотском море) мощностью 3,6 млн кВт. Важно отметить, что Тугурский и Мезенский заливы имеют совпадающие значения приливов, поэтому для их сооружения можно применять те же типовые наплавные блоки с ортогональным серийным агрегатом (диаметр рабочего колеса 5 м), что и на Малой Мезенской и Северной ПЭС.Исследования, проведенные в 120 створах мира, позволяют оценить потенциал приливной энергетики в 4 млрд кВт, что соответствует речному потенциалу. Очевидно, что это направление возобновляемой энергетики является одним из самых перспективных. А эффективно использовать энергию приливов в России теперь позволяют разработанные и апробированные на Кислогубской станции современные технологии.

 

Мнение общественности

Белые пятна на плотинах

 

Игорь ШКРАДЮК, эксперт-эколог

 

Приливные электростанции имеют много преимуществ перед ядерными, тепловыми или ГЭС на реках. Во всяком случае, строительство ПЭС экологи не рассматривают как экологическую катастрофу, в отличие от, скажем, Эвенкийской ГЭС. Однако когда коалиция экологических организаций в 2008 г. на переговорах с ОАО «РусГидро» предложила обсудить перспективы строительства ПЭС, ответом было молчание. Обращение в ОАО «Малая Мезенская ПЭС» уже в марте нынешнего года с просьбой прокомментировать инвестиционные планы в области приливной энергетики закончилось обещанием «мы вам перезвоним». Почему же энергетики, расхваливая экологическую безопасность приливных станций, не хотят обсудить это публично?

Как в российском законодательстве, так и в многочисленных международных документах прописан «принцип презумпции потенциальной экологической опасности хозяйственной деятельности». Это означает, что последствия такой деятельности могут угрожать окружающей среде. Проектирование и строительство больших электростанций требует большой осторожности и разнообразных исследований. Вопреки распространенному мнению, более экологичное строительство подразумевает намного большие затраты не денег, а мозгов.

Первое, что обращает на себя внимание в случае с приливными станциями: рассматривая этот вид хозяйственной деятельности, ее инициатор фиксируется только на периоде эксплуатации. Весь жизненный цикл ПЭС (строительство, эксплуатация и ликвидация) остается за скобками.

Сооружение ПЭС идет долго и обходится дорого. Расход топлива, стали и бетона на строительство тоже входит в затраты на электроэнергию. Создание поселка строителей с временными жителями приведет к появлению в ранее малолюдных местах толпы охотников и рыбаков, а часто — браконьеров. Для местных жителей такое соседство означает ухудшение условий их существования. Нет такой непроницаемой плотины, которая отделит экологические проблемы от социальных.

Чтобы приблизить периоды выработки электроэнергии на ПЭС к пикам энергопотребления, у энергетиков неизбежно возникнет соблазн одновременно использовать ПЭС в режиме гидроаккумулирующей электростанции (ГАЭС), то есть по ночам накачивать воду в бассейн, а в часы пик ускоренно сливать ее. Это приведет к изменению традиционного режима уровня воды и окажет сильнейшее воздействие на жизнь морских обитателей. Применять аккумулирование воды следует с огромной осторожностью, лучше в небольших бассейнах.

Уменьшение водообмена через плотину вызовет изменение солености воды, что сильно скажется на рыбе. После строительства во Франции ПЭС в устье реки Ранс в этих прежде богатых рыбой местах с 1960 г. нет ни одного человека, который зарабатывал бы на жизнь рыбной ловлей. Опыт эксплуатации станции Ла Ранс привел к признанию неприемлемости строительства ПЭС в устьях рек.

Компьютерное моделирование показало, что повышение амплитуды прилива может сказываться на расстояниях до 500 км от плотины крупной ПЭС. Это означает дополнительный размыв и затопление берегов. В огороженной части залива амплитуда приливов снизится, но средний уровень воды вырастет.

Создание ортогональных турбин — революционное достижение гидростроителей. Очень важно, что большинство рыб могут проходить между лопастями этих агрегатов. Но как быть тюленям, зимующим в этом заливе? Они не смогут проплыть между лопастями турбин, а переходы через плотины для тюленей еще не созданы.

Ликвидация объекта тоже связана с затратами и воздействием на природу. А заброшенные плотины длиной в десятки километров могут вызвать весьма масштабные последствия. В те годы, что Кислогубская ГЭС не работала (старая турбина износилась, а новую еще не построили), флора и фауна Кислой губы сменилась на пресноводную. Затем, после установки новой турбины и восстановления поступления морской воды, сменилась еще раз.

Как видим, отсутствие выбросов в атмосферу в ходе эксплуатации ПЭС — не единственный аргумент, который следует принимать во внимание, рассматривая возможность и допустимость сооружения приливных станций. И чем больше станция — тем больше проблем. И вообще необходимо понимать, что попытки объявить какую-либо технологию абсолютно безопасной и экологически чистой нередко означают стремление вывести свою деятельность из-под контроля общества.

 

Мнение эксперта

Высокого прилива пока не ожидается

 

Александра БЕСТУЖЕВА, доцент кафедры
гидротехнических сооружений Московского государственного строительного университета, к.т.н.

  К приливной энергетике следует относиться не только как к перспективному, но и как к весьма актуальному направлению получения электроэнергии. Это энергетика, основанная на практически неистощимом и экологически чистом источнике — мощи морских приливов и отливов. Увеличение доли возобновляемых источников в мировом энергобалансе сокращает объемы сжигания органического топлива, а значит, и выбросов в атмосферу парниковых газов. Для России развитие приливной энергетики имеет особые перспективы, связанные с огромной протяженностью ее морских побережий и необходимостью освоения северных территорий.

Очень заманчивой особенностью ПЭС по сравнению с ГЭС является возможность наращивания ее мощностей за счет установки сколь угодно большого числа энергоблоков в створе станции, что ограничивается лишь размерами залива. Например, в некоторых проектах ПЭС на Охотском море предполагается установить до 1000 гидроагрегатов, что даст суммарную мощность около 8 млн кВт. Для сравнения: самая мощная в России Саяно-Шушенская ГЭС на Енисее имеет мощность 6,4 млн кВт. Существуют проекты, в которых мощность ПЭС может быть доведена и до 87 млн кВт. Для справки: суммарная мощность всех ГЭС России составляет 46 млн кВт (20% всех электрических мощностей страны).

Как всякий объект хозяйственной деятельности человека, приливные станции изменяют окружающую среду, однако эти изменения невелики и вполне естественны. Гораздо большую опасность для окружающей среды представляет не сама станция, а, скорее, хозяйственное освоение прилегающих территорий, если учесть крайнюю уязвимость северной природы.

 

По натоптанной тропе

Почему же приливная энергетика до сих пор не получила массового развития ни в России, ни в мире в целом? Думаю, объяснить это можно тем, что стиль поведения человека — идти по проторенной дороге. Для перемены вектора хозяйственно-экономического развития должен появиться очень веский довод. К сожалению, пока не все понимают, что неизбежность экологического и экономического кризиса заложены в самой системе хозяйствования, основанной на потреблении природного ресурса, который, во-первых, конечен, а во-вторых, потребление его связано с колоссальным загрязнением окружающей среды. Но так развивался мир, и мы сегодня — заложники этой экономической системы. Переход мировой экономики на возобновляемые источники энергии не будет быстрым.

Сегодня гидроэнергия большинства рек мира в хозяйственно развитых регионах уже освоена. Накоплен огромный опыт, который позволяет подойти к решению новой, технически очень непростой задачи — строительству протяженного напорного сооружения на морской акватории, устойчивого к волновому, а в российских условиях — и к ледовому воздействию. Существуют также и сложности строительства на неустойчивом морском дне, которое в заливах во время приливов и отливов движется. Кроме того, в приливной энергетике до последнего времени существовали объективные причины, делающие приливные станции менее конкурентными по сравнению с речными ГЭС, одна из них — низкий КПД турбин в зоне переменного напора и высокая стоимость строительства.

 

Попробовали. Получилосьне сразу

Первой приливной станцией, на которой предполагалось исследовать эффективность работы ПЭС в условиях Крайнего Севера, экологические последствия строительства ПЭС, поведение железобетона при очень низких температурах воздуха и крайне агрессивной морской воде, стала Кислогубская ПЭС в Баренцевом море. Введенная в эксплуатацию более сорока лет назад ПЭС в Кислой губе имела всего один осевой капсульный агрегат мощностью 400 кВт, позволяющий обеспечить электроэнергией лишь саму станцию и поселок. Чтобы получить энергию, приходилось вхолостую запускать воду во время прилива в залив через водопропускные отверстия станции, а работать турбина начинала только при отливе. Из-за этого КПД объекта был невелик.

Это была опытная станция, на базе которой организовали НИИ морской энергетики и гидротехники, призванный собрать натурный и исследовательский материал по экологическим проблемам района и бассейна ПЭС, а также по ее эксплуатации. Так, на протяжении 40 лет на станции велись наблюдения за поведением ледовых полей, дрейфующих вдоль побережий, были определены качественные и количественные параметры биоценозов северного моря, пути миграции рыб, закономерности в изменениях химического состава морской воды залива, особенности русловых течений и многое-многое другое.

Однако в 90-х годах эксплуатация станции была приостановлена в связи с экономическим положением страны и накопившимися проблемами на самой станции — биологическим обрастанием бетона раковинами моллюсков и электрохимической коррозией. Возникли и экологические сложности, например, нарушение водообмена в заливе. Он сократился в несколько раз, от естественной циркуляции осталось не более двадцати процентов, что привело к ухудшению качества воды. Сток небольшой реки, впадающей в залив, вызвал постепенное опреснение бассейна ПЭС, что проявилось в формировании в заливе ледового покрова, которого раньше не наблюдалось. Насколько существенные изменения произошли в морской, эстуарной* и прибрежной экосистемах залива, судить было сложно, поскольку длительных наблюдений за районом до строительства ПЭС не велось.

В 1989—2000 гг. в России строительство крупных объектов было приостановлено, но в гидротехнике малых ГЭС произошли качественные изменения. Специалисты НИИЭС разработали новые, эффективные конструкции гидроагрегатов ортогонального типа, которые повысили КПД турбины до 70%, позволив ей работать в более широкой зоне малых напоров (мини-ГЭС — до 6 м) и в обоих направлениях движения потока. Это событие стало решающим для ПЭС на Кислой губе и, возможно, для всей приливной энергетики в целом. В 2004 г. для приливной станции был сделан заказ на установку нового опытного энергоблока мощностью 1500 кВт с ортогональным гидроагрегатом. Кроме этого, при строительстве был применен прогрессивный метод сооружения, при котором энергоблок ПЭС строился в сухом доке Северодвинска, а затем на плаву буксировался к месту установки и опускался на грунт. Этот метод позволял снизить стоимость строительства на 30—40%. Работы по модернизации станции были проведены в 2006 г. Экономические оценки эффективности ПЭС показали, что срок окупаемости капитальных вложений в сооружения ПЭС, благодаря наплавному методу строительства и применению нового ортогонального двухстороннего гидроагрегата, можно значительно снизить, а стоимость электроэнергии на ПЭС — самая низкая в энергосистеме.

 

Голландцы плели коврики

Развитие какого-либо направления определяется в первую очередь технико-экономическим расчетом, ответом на вопрос: выгодно это или нет? Сооружение крупной ПЭС весьма затратно. Со временем, конечно, расходы окупятся, но нам нужно получить здесь и сейчас, ждать 10-20 лет не хочется. А деньги требуются большие, потому что такое строительство имеет особенности. Сравним: когда строят ГЭС, отгораживают от реки котлован, осушают его и насухо возводят фундаментную часть плотины. Когда строят морские платформы, используют свайные фундаменты. А как возвести массивную бетонную конструкцию в зоне прилива и отлива?

Здесь опыт модернизации Кислогубской ПЭС оказался бесценным. Установка нового энергоблока наплавным способом удешевляет проект и сокращает сроки его реализации. Однако при установке энергоблоков в зоне действия русловых процессов существуют специфические сложности, связанные с движением грунта. Грунт требуется как-то закрепить. Например, когда в Голландии в 80-х годах прошлого века возводили южную защитную дамбу в Остерсхельде наплавным способом, то столкнулись с неожиданной проблемой. Неустойчивое морское дно грозило во время приливов и отливов опрокинуть монтируемые конструкции раньше, чем они будут закреплены на дне. На помощь пришел опыт строительства земляных защитных дамб от того же Северного моря в 1916—20 гг. Тогда голландцы плели ивовые маты, которыми покрывали грунт, а сверху набрасывали камень. Получалось искусственное дно. Теперь тростниковые маты заменили гигантскими, толщиной в полметра пластиковыми. Они заполнены гравием. Другой сложностью было поместить маты на нужное место. Для этого был определен короткий интервал, который появляется дважды в день, когда течение в заливе останавливается. Это двадцатиминутное «окно» между приливом и отливом позволило соорудить самую длинную в мире бетонную плотину с затворами, защищающую Нидерланды от штормовых наводнений.

 

Поможет high-tech

Эта запоминающаяся история запечатлена в документальном фильме, который мы показываем студентам. С тех пор человечество накопило значительный опыт строительства берегозащитных сооружений, и сейчас ситуация полегче, потому что существует геотекстиль, использующийся для закрепления подвижных грунтов, который выполняет ту же функцию, что и плетеные циновки. Использование геотекстиля возможно также и для повышения устойчивости откосов берегозащитных дамб, в том числе и дамб ПЭС.

Опытная эксплуатация ПЭС в Баренцевом море по многим направлениям стала базой изобретений и новаторства. Ноу-хау модернизированной станции — уникальная ортогональная турбина, разработанная российскими специалистами и изготовленная на российском же предприятии Севмаш. Здесь сумели сделать особый состав гидротехнического бетона повышенной плотности и морозостойкости, разработали электролизные средства защиты бетона и турбинных водоводов от биологического обрастания, электрохимические методы защиты от коррозии металлов в морской воде. Впервые были применены методы катодной защиты металла в тонкостенных железобетонных конструкциях, шпунтов, гидросилового оборудования станции от химической коррозии, которая в естественных условиях развивалась со скоростью до 1 мм в год.

Иными словами, наука и техника подошли к такому рубежу, за которым строительство ПЭС в суровых климатических условиях не только возможно, но может стать выгодным. Успех одного проекта становится научной опорой для реализации других проектов, которых у нас немало, их география начинается с Кольского полуострова, а заканчивается побережьем Охотского моря.

Сейчас активно разрабатываются проекты строительства ПЭС в губе Долгая и Мезенская на Белом море. Дальше видно будет. Одно но: пока не освоен в полной мере гидроэнергетический потенциал сибирских рек, существующий как «неприкосновенный запас» для развития промышленности сибирского региона, думаю, что приливные электростанции бурно строиться не будут. Причина в том, что строительство плотин на реках, в отличие от ПЭС, где решается только одна задача — энергетическая, позволяет достичь нескольких целей сразу: питьевого и хозяйственного водоснабжения, защиты от наводнений, развития речного транспорта, развития всей хозяйственной инфраструктуры региона. В смысле перспективного хозяйственного освоения Сибирский регион, конечно, ближе, чем Заполярье. Так что в лидеры приливным станциям в нашей стране пока не выйти.

Ведущая рубрики Елена СУББОТИНА

 
 
 

 

 

Журнал "Мировая Энергетика"

Все права защищены. © Copyright 2003-2011. Свидетельство ПИ ФС77-34619 от 02.12.2008 г.

При использовании материалов ссылка на www.worldenergy.ru обязательна

Пожелания по работе сайта присылайте на info@worldenergy.ru