В России использование приливной энергии в прибрежных зонах морей Северного Ледовитого и Тихого океанов связано с большими капиталовложениями.
Первая в нашей стране Кислогубская ПЭС мощностью 400 квт была построена в 1968 г. в Кислой губе вблизи г. Мурманска. Эта ПЭС имеет небольшие размеры, ее длина равна 40 м. На Кислогубской ПЭС, впервые в мире, был применен наплавной метод строительства. Здание станции было построено их бетона в прибрежном котловане Кольского залива. При строительстве внутри здания были смонтированы оборудование и коммуникации. Сооружение поставили на понтоны и котлован заполнили водой из залива. Затем здание станции отбуксировали в Кислую губу. В протоке уже было построено подводное основание ПЭС. На него опустили готовый блок. После этого насыпали дамбу и перекрыли протоку. На Кислогубской ПЭС был установлен один обратимый капсульный агрегат мощностью 400 кВт французской фирмы «Нейрпик». Разрезы здания Кислогубской ПЭС показаны на рис. 5.2.
Наплавная отечественная технология дает возможность снизить на треть капитальные затраты по сравнению с традиционным способом строительства гидротехнических сооружений.
При строительстве Кислогубской ПЭС был использован специально разработанный бетон особо высокой морозостойкости. Как показали исследования конструкции ПЭС не имеют повреждений и находятся в рабочем состоянии после многолетней эксплуатации в суровых природных условиях при воздействии соленой морской воды.
Рис. 5.2. Здание Кислогубской ПЭС: а – продольный разрез; б – поперечный разрез; I – вид со стороны бассейна; II – вид со стороны моря
Также решена задача по защите поверхностей бетона и металлического оборудования от зарастания биомассой. Были разработаны необрастающие бетоны с биоцидными добавками. На турбинном водоводе была установлена экологически безопасная система защиты.
На Кислогубской ПЭС ведутся различные исследовательские работы. Испытываются морские материалы, конструкции и оборудование. На основании этих работ осуществляется проектирование новых приливных электростанций.
Гидропроектом разработан новый тип так называемой ортогональной турбины. Ось вращения этой турбины располагается поперек потока воды. Ортогональная турбина идеально подходит для двухсторонней турбинной работы ПЭС, так как не меняет направление вращения вала при изменении направления течения воды по турбинному водоводу. По сравнению с капсульным гидроагрегатом эта турбина имеет большую пропускную способность про холостом пропуске воды.
Ортогональная турбина имеет значительно меньшую стоимость за счет простоты конструкции, меньшей металлоемкости и высокой технологичности при изготовлении.
В настоящее время разработано технико-экономическое обоснование строительства Тугурской ПЭС мощностью 8 МВт и Пенжинской ПЭС мощностью 87 МВт на Охотском море, а также Мезенской ПЭС мощностью 11,4 МВт на Белом море. Начато проектирование Кольской опытно-промышленной ПЭС мощностью 32 МВт [1].
При проектировании и строительстве этих ПЭС будет использован опыт строительства и эксплуатации Кислогубской ПЭС.
ЭНЕРГИЯ ВОЛН И ОКЕАНИЧЕСКИХ ТЕЧЕНИЙ
Энергия волн
От морских волн можно получить огромное количество энергии. Мощность, переносимая волнами по глубокой воде, пропорциональна квадрату их амплитуды и периоду. Наибольший интерес представляют длиннопериодные (Т ~10 с) волны большой амплитуды (а ~2 м). Они позволяют снимать с единицы длины гребня в среднем от 50 до 70 кВт/м.
Волновая мощность Мирового океана оценивается примерно в
3 млрд. кВт. По расчетам 1 км2 водной поверхности с волнами высотой около 5 м обладает мощностью около 3 млн. кВт. Удельная плотность волновой энергии, то есть мощность, приходящая на единицу поверхности, примерно в 10 раз больше плотности ветровой энергии и значительно превышает плотность солнечной энергии.
Развитие волновой энергетики связано с большими трудностями, основными из которых являются:
1) волны изменяют амплитуду, фазу и направление движения. Поэтому сложно проектировать энергетическую установку, которая могла бы работать в широком диапазоне изменяющихся величин;
2) во время штормов и ураганов образуются волны огромной мощности. Поэтому конструкция установки должна выдерживать нагрузки, примерно в 100 раз большие, чем при нормальной работе. Также возникают сложности с созданием энергетических устройств для таких волновых режимов и передачей энергии на берег;
3) как правило период волн Т »5…10 с, а частота порядка 0,1 Гц. Поэтому трудно приспособить это нерегулярное медленное движение к генерированию электроэнергии промышленной частоты;
4) очень трудно выбрать тип устройства для преобразования волновой энергии.
Существует множество технических решений, позволяющих преобразовать энергию волн в электрическую. В последнее время усилился интерес к волновой энергетике и эксперименты переросли в стадию реализации проектов. Современная тенденция разработки волновых установок ориентируется на единичные модули умеренной мощности (около 1 МВт) размером порядка 50 м вдоль фронта волны [2]. Волновые установки могут заменить дизельные генераторы, снабжающие энергией удаленные поселки и острова.
Как правило, волновые установки состоят из четырех основных частей: рабочего органа, рабочего тела, силового преобразователя и системы креплений. Выработка электроэнергии на волновых установках связана с получением вращательного движения нужной частоты. Для этого используют воздушные турбины, гидромоторы, реже – гидротурбины.
Получение электроэнергии в условиях нестационарного волнения удобнее с помощью генераторов постоянного тока. Такой ток проще суммировать в единую сеть от нескольких генераторов. Для получения качественной электроэнергии по стабильности частоты и напряжения желательно использовать на промежуточных ступенях преобразования энергии емкие аккумуляторы и стабилизаторы.
В настоящее время волноэнергетические установки используются для энергопитания автономных буев, маяков, научных приборов. В Норвегии с 1985 г. действует первая в мире промышленная волновая станция мощностью 850 кВт. В середине 90-х годов Дагестанским филиалом ЭНИНа на Каспийском море была испытана волновая установка мощностью 3 кВт.
Как показал опыт эксплуатации существующих волновых установок, вырабатываемая ими электроэнергия в 2…3 раза дороже электроэнергии получаемой традиционными способами. Но в будущем ожидается значительное снижение ее стоимости.
Располагаемые в береговой зоне морей волновые установки снижают размывающую способность волн, поэтому не требуется строительства дорогостоящих берегозащитных сооружений. Волноэнергетические установки не оказывают отрицательного экологического воздействия на природу. Но при расположении некоторых типов волновых энергетических установок в открытом море, они могут оказывать негативное воздействие на жизнь моря. Волны способствуют обогащению поверхностного слоя воды кислородом и питательными веществами.