Приливная энергетика

Общие сведения и история ПЭС

Приливная энергетика — технологии будущего

Интерес к технологии преобразования энергии морских приливов в электрическую впервые появился в середине прошлого века. Сразу в нескольких странах началось строительство опытных приливных электростанций.

40 лет назад в губе Кислой Баренцева моря на Кольском полуострове была введена в эксплуатацию пионерная в России приливная электростанция — экспериментальная Кислогубская ПЭС.

Здание Кислогубской ПЭС, по предложению главного инженера проекта и строительства Л.Б. Бернштейна, было впервые в мировой практике гидроэнергетического строительства сооружено наплавным способом (без перемычек), что позволило на треть сократить стоимость ПЭС.

На Кислогубской ПЭС в одном из двух её водоводов был установлен приобретенный во Франции капсульный гидроагрегат с диаметром рабочего колеса 3,3 м (на ПЭС Ранс в 1967 г. установлено 24 капсульных машины диаметром 5,3 м). Второй водовод был предназначен для установки в нем нового отечественного гидроагрегата для ПЭС. За время работы станции выработано около 9 млн кВт·ч электроэнергии.

В декабре 2004 г. на Кислогубской ПЭС смонтирован первый отечественный ортогональный гидроагрегат с рабочим колесом диаметром 2,5 метра на горизонтальном валу, который имеет повышенный коэффициент полезного действия и не изменяет направление вращения при приливах и отливах. Установленная мощность гидроагрегата составляет 200 кВт.

В 2006 году в соответствии с Инвестиционной программой ОАО РАО «ЕЭС России» по заказу ОАО «ГидроОГК» на ФГУП «ПО «Севмаш» в г. Северодвинске был изготовлен экспериментальный металлический наплавной энергоблок «Малой Мезенской ПЭС» с ортогональным гидроагрегатом с диаметром рабочего колеса 5 метров на вертикальном валу и проектной мощностью 1500 кВт.

После вывода модуль-блока со стапеля завода он был отбуксирован по морю и установлен в проектное положение в створе Кислогубской ПЭС. В настоящее время на энергоблоке ведутся работы по программе комплексных натурных испытаний ортогональных гидроагрегатов и вспомогательного оборудования.

Впоследствии технологии и конструкции, отработанные на Кислогубской ПЭС, будут применены при создании перспективных приливных электростанций, таких как Северная ПЭС (Мурманская область, губа Долгая), Мезенская ПЭС (Архангельская область, Мезенский залив Белого моря), Тугурская ПЭС (Хабаровский край, Тугурский залив Охотского моря).

Накопленный к настоящему времени опыт эксплуатации Кислогубской ПЭС (филиал ОАО «Малая Мезенская ПЭС») позволяет констатировать факты преимущества ПЭС перед другими способами получения энергии. Приливные электростанции не оказывают вредного воздействия на человека. Влияние на ПЭС катастрофических природных и социальных явлений (землетрясения, наводнения, военные действия) не угрожают населению в примыкающих к ПЭС районах. К преимуществам приливных электростанций нельзя не относить их социальное значение. В бассейнах ПЭС образуются ряд благоприятных факторов, положительно влияющих на окружающую среду и места проживания населения, а именно: смягчение (выравнивание) климатических условий на примыкающих к бассейну ПЭС территориях, защита берегов от штормовых явлений и предотвращение, вследствие этого, негативных для местного населения последствий, расширение возможности хозяйств марикультуры, в связи с увеличением почти вдвое биомассы морепродуктов, улучшение транспортной системы района, исключительные возможности расширения туризма.

Энергетическое значение приливных электростанций

Приливная энергия:

• возобновляема и стабильна,
• независима от водности года и наличия топлива,
• используется совместно с электростанциями других типов в энергосистемах, как в базе, так и в пике графика нагрузок.

Приливная энергия замещает органические энергоносители, существенно экономит органическое топливо, вследствие чего сохраняет запасы углеводородов.

Экологическая безопасность:

• наплавной способ строительства дает возможность не возводить в створах ПЭС временные крупные стройбазы, не сооружать перемычки, что способствует сохранению окружающей среды в районе ПЭС,
•  исключен выброс загрязняющих веществ в атмосферу,
•  не образуются радиоактивные и тепловые отходы,
•  плотины ПЭС биологически проницаемы, для них не стоят задачи создавать напор на продолжительный срок, бороться с фильтрацией
•  плотины ПЭС биологически проницаемы, для них не стоят задачи создавать напор на продолжительный срок, бороться с фильтрацией.
•  пропуск рыбы через ПЭС происходит практически беспрепятственно, при холостом режиме работы турбинных агрегатов при открытых затворах обеспечивается пропуск через плотину рыб, совершающих нерестовые и кормовые миграции,
•  натурные испытания (исследования Полярного института рыбного хозяйства и океанологии) на Кислогубской ПЭС не обнаружили погибшей рыбы или ее повреждений,
•  основная кормовая база рыбного стада — планктон: на ПЭС гибнет не более 5—10 % планктона,
•  ледовый режим в бассейне ПЭС смягчается, т.к. формирование сплошного ледяного покрова маловероятно.

Экологический и экономический эффекты эксплуатации приливных электростанций в рамках проекта «Малая Мезенская ПЭС»

Мировая потребность в электроэнергии составляет 15 000 ГВт·ч в год, в том числе в России 940 ГВт·ч. По прогнозам специалистов, выработка электроэнергии к 2050 г., вполне вероятно, увеличится более чем вдвое и составит 30 000 ГВт·ч в год. Двадцать процентов из этого объема составляет доля гидроэнергетики. Новые методы использования энергии приливов и оптимальное использование современной технологии морских электростанций будут способствовать развитию очень мощных ПЭС. К 2050 году они могут покрывать 5 % мирового энергопотребления (т.е. около 1 500 ГВт·ч) и будут иметь такой же длительный срок эксплуатации, как традиционные ГЭС. Возможность использования экологически чистой энергии в количестве 1 500 ГВт·ч в год позволит экономить порядка 485 млн т условного топлива (у.т.) в год, что исключит ежегодный выброс углекислого газа (СО2 ) в атмосферу в размере 750 млн т.

Экологический эффект, заключающийся в предотвращении выброса углекислого газа (СО₂) от сжигания такого колоссального количества топлива, был бы поистине неоценимый. К примеру, коэффициент эмиссии для газа равен 1,62 т СО₂/т у.т., для угля — 2,76 т СО₂/т у.т., для мазута — 2,28 т СО₂/т у.т., а для бензина — примерно 3 т СО₂/т у.т.

Для стран, подписавших Киотский протокол, обязательным условием является осуществление проектов, приводящих к сокращению выбросов парниковых газов (Проекты совместного осуществления (ПСО)). К таким проектам в энергетике относятся возобновленные источники энергии, в том числе и приливные электростанции.

Для энергетической отрасли России, по данным аналитиков, фактор эмиссии составляет 500 г СО₂/кВт·ч. В частности, у возобновленных источников энергии этот показатель равен нулю, поэтому электроэнергия от ПЭС является экологически чистой.

В рамках проекта Кислогубской ПЭС выработка электроэнергии на станции за период эксплуатации с 1970 по 1994 гг. составила около 9 млн кВт·ч, что сэкономило 2,6 тыс. тонн условного топлива и предотвратило выброс в атмосферу углекислого газа примерно 4,0 тыс. т.

Экологический эффект (на примере Мезенской ПЭС при установленной мощности 8 000 МВт и при годовой выработке 38,9 млрд кВт·ч) заключается в экономии 12,6 млн т у.т. и в предотвращении выброса порядка 19,45 млн тонн углекислого газа (СО₂) в год, что при стоимости компенсации выброса 1 тонны СО₂ в 10 USD (данные Мировой энергетической конференции 1992 г.) может приносить по формуле Киотского протокола ежегодный доход около 195 млн USD.