Возобновляемые источники энергии на службе - Энергия морских приливов

Использовать энергию приливной волны человек научился много веков назад. Приливы — периодические колебания уровня океана — вызываются притяжением Луны и Солнца, а также центробежными силами, возникающими при вращении Земли. Влияние Луны, которая находится значительно ближе к Земле, чем Солнце, является преобладающим и определяет основные черты морских приливов. Луна притягивает к себе как воду, так и сушу. В силу более высокой текучести океанская вода смещается и как бы приподнимается с той стороны Земли, которая обращена к Луне, в открытом океане уровень воды поднимается до 60 см. По мере вращения Земли эта область перемещается. На границе раздела океан—суша в зависимости от структуры побережья и прибрежного шельфа высота приливной волны достигает 18 м (с шестиэтажный дом).
Взаимное положение Луны, Земли и Солнца все время меняется, подчиняясь законам небесной механики. Соответственно непостоянны и приливы. В течение суток, например, наблюдается периодическое изменение уровня воды. Обычно прилив и отлив бывают 2 раза в сутки. Максимальное поднятие уровня называется полной водой, минимальное — малой. Колеблется высота прилива и в течение месяца.
Каковы же потенциальные запасы приливов? По мнению специалистов, на земном шаре имеется 100 участков морского побережья, где можно построить приливные электростанции (ПЭС) и выработать примерно 26 ТВт-ч/год электроэнергии. Однако не всю эту энергию экономически целесообразно производить сегодня. Дело в том, что на большинстве побережий средняя- высота прилива всего несколько метров. Ясно, что при таком маленьком напоре преобразование гидравлической энергии вряд ли окажется эффективным.
Какие же участки считаются наиболее перспективными для использования энергии приливов? В первую очередь — это достаточно большой залив (губа, бухта, эстуария), который сравнительно просто отделить дамбой от моря для создания рабочего бассейна. Перепад уровня воды во время приливов и отливов при этом должен превышать 5 м. Глубина воды вблизи перемычки невелика, поэтому не надо строить большие подводные сооружения. А участок, который нужно перекрыть дамбой, мал и достаточен лишь для того, чтобы разместить необходимое оборудование. В мире насчитывается лишь 20 мест, где по географическим условиям сооружение приливных электростанций сегодня могло бы оказаться экономически целесообразным.
Сколько-нибудь серьезных успехов в использовании приливов еще не достигнуто, хотя первые приливные мельницы работали на побережьях Андалусии и Англии в XI в. В XIII в. приливы уже вращали жернова мельниц во Франции, в Канаде, России и СШΑ. Вблизи города Шербур (Франция) и по сей день работают две такие мельницы. Промышленная революция, создание систем энергоснабжения способствовали тому, что приливные мельницы, как и ветровые, почти исчезли.
Впервые использовать энергию приливов для производства электроэнергии попытался инженер Д. Купер, решив построить ПЭС мощностью 230 тыс. кВт в заливе Пассамакводи. Работы начались в 1935 г. и вскоре были приостановлены, когда эксперты определили, что стоимость 1 кВт-ч, производимого этой электростанцией, будет значительно выше, чем производимого гидроэлектростанцией. Однако этот опыт не пропал даром. С тех пор удалось разработать более экономичные схемы генерации электроэнергии на ПЭС.
В простейшем варианте принцип действия приливной электростанции сводится к следующему. Во время прилива вода наполняет какой-либо резервуар, а во время отлива вытекает из него, вращая гидравлические турбины. Это так называемая однобассейновая схема приливной электростанции. Более сложная схема —  двухбассейновая: энергия производится как во время прилива, так и во время отлива. Но для реализации ее нужны специальные гидравлические турбины, работающие при противоположных направлениях потока воды.
Энергия приливов непостоянна, и поэтому совсем не просто ее использовать. Время наступления полной и малой воды, например, меняется от дня ко дню: каждый следующий день наступает позже па 50 мин. и редко совпадает с пиком потребления. В случае однобассейновой схемы ПЭС имеются длительные периоды времени, когда энергия и вовсе не производится. Даже в более сложных многобассейновых схемах производство энергии далеко не постоянно во времени. Для устранения этого недостатка целесообразно, чтобы ПЭС была включена в крупную энергосистему, т. е. работала не изолированно, а совместно с другими типами электростанций. Например, если в системе имеется гидроэлектростанция, то в часы, когда ПЭС имеет максимальную мощность, она могла бы работать па пониженном режиме, экономя запасы водохранилища, реализуя их позже, когда мощность ПЭС будет падать. Более того, избыточную энергию тепловых электростанций, скажем, ночью, когда нагрузка в сети упала, удобно использовать для того, чтобы качать воду из моря в бассейн выше уровня полной воды. В утренние часы «пик» запасенную в бассейне энергию ПЭС может отдавать в сеть, если мощность тепловых электростанций оказывается недостаточной для покрытия растущих нагрузок.
Современные конструкторские разработки позволяют строить технически совершенные ПЭС, которые обладают рядом неоспоримых преимуществ. Они, например, очень надежный возобновляемый источник энергии, не требуют отторжения больших территорий суши и моря и, как правило, долговечны — могут эксплуатироваться до 100 лет.
Сегодня в мире имеются две достаточно крупные ПЭС — Рапс во Франции и Кислогубская в СССР. Раис была сдана в эксплуатацию в ноябре 1967 г. вблизи города Сен-Мало. Средняя высота прилива составляет здесь 8,5 м, а максимально полная вода поднимается до отмотки 13,5 м. На ПЭС установлено 24 капсульных агрегата по 10 МВт каждый. Агрегаты электростанции многоцелевые: могут вырабатывать электроэнергию, служить насосами и шлюзами независимо от направления течения воды. Они устойчиво дают запланированные 500 млн кВтч/год электроэнергии. На ПЭС прошли проверку временем важнейшие элементы конструкции.
Кислогубская приливная электростанция сооружена на побережье Баренцева моря. Она пущена в эксплуатацию в 1968 г. На станции установлены две турбины мощностью по 400 кВт каждая. При сооружении Кислогубской ПЭС были использованы приемы, позволившие удешевить и ускорить строительство.
В канадской провинции Новая Шотландия строится одна из крупнейших в мире электростанций на приливной волне. У побережья Атлантического океана возводится гигантская дамба длиной 8 км. В ней строители должны проделать 80 шлюзов, через которые устремится вода прилива. Приливная волна будет приводить в движение 106 турбин. Мощность электростанции составит 4800 МВт, что примерно в 22 раза больше мощности французской электростанции Ранс. О масштабах проекта говорит тот факт, что через шлюзы за 1 с будет проходить 30 тыс. м³ воды. Стоимость электростанции составит более 20 млрд долл. Работы по сооружению колоссальной электростанции продлятся по меньшей мере 10 лет.