Единственная в России экспериментальная приливная электростанция
На географической карте хорошо заметно, что большую часть нашей планеты занимает вода, а это 71%.
По морям и океанам мы возим грузы, там же ловим рыбу, но бесконечное перемещение гигантских водных масс может дать нам гораздо больше, например — электричество. Для этого нам понадобится приливная электростанция.
Надо сказать, что мировой океан пока не спешит передавать энергетикам свой гигантский потенциал. Несколько приливных электростанций по всему миру — это ничтожно мало по сравнению с сотнями гидро- тепло- и атомных электростанций. Постоянно выдаёт электричество всего четыре ПЭС. По одной в Корее, Канаде, Франции и одна есть в России — Кислогубская приливная станция.
Что же мешает энергетикам пустить в дело огромные гигантские массы мирового океана?
Ученые до недавних пор не могли описать суть процесса океанских отливов и приливов. В современной трактовке принято говорить о взаимодействии трех небесных тел — солнце, земли и луны. Приливы и отливы образуются из-за влияния на землю луны и солнца. По законам взаимодействия и движения тел наша планета и луна взаимно притягивают друг друга. Лунное притяжение столь велико, что поверхность океана, как-бы выгибается луне на встречу. Луна движется вокруг земли и за ней по океану бежит приливная волна. По тому же принципу приливы и отливы образуются и от притяжения солнца, однако приливообразующие силы солнца значительно меньше лунной. Хотя солнце несравнимо больше луны, но находится в 400 раз дальше от земли, если бы не было луны, то приливы на земле были бы в два с лишним раза ниже.
Приливная волна должна пройти не только через электростанцию, но и вернуться обратно в море. Следовательно поступающая с моря вода, должна где-то накапливаться, по этой причине плотина приливной электростанции возводится на пути к замкнутому водоёму. Оптимальный выбор места строительства прекрасно иллюстрирует Кислогубская ПЭС, справа вход в залив — фактически открытое море, слева скальное озеро. Между озером и заливом узкий перешеек, здесь насыпана плотина и размещены агрегатные залы станции с большим разнообразием силовых кабелей и проводов. Кислогубская приливная электростанция стоит почти на самом берегу северного Ледовитого океана, к ней не подведены , она сама себя снабжает и аккумулирует электричество. Одна из важнейших характеристик гидроэлектростанций и приливных в том числе — напор, то есть уровень воды на плотине, чем выше напор, тем больше электричества можно получить. Для приливной электростанции очень важно поддерживать необходимый напор во время приливов и отливов как можно дольше.
Когда приходит приливная волна уровень воды в море начинает расти, уровень в бассейне после платины также начинает расти за счет того, что вода проходит через турбины, но медленнее чем изменяется уровень в море. Соответственно получается разница уровня воды, то есть напор на турбинах, тогда турбины начинают вырабатывать энергию передавая её по электрическим проводам на трансформатор.
Высота приливов в мировом океане везде разная. Бывают аномально высокие до 16 метров, но средний прилив не превышает 8-10 метров. В северных широтах России, норма прилива от 2 до 4 метров.
Уровень напора для пуска агрегата на сегодняшний день составляет 1 метр. При перепаде между морем и бассейном в один метр электростанция всё равно будет генерировать электричество распространяя его по проводам и кабелям к потребителям энергии. Лучше всего конструкцию ПЭС можно понять в продольном визуальном разрезе. Два водовода расположены справа и слева, симметричны и выполнены в форме раструба. Они создают на подходе к гидроагрегату максимальное давление воды. В приливных ПЭС отсутствуют направляющие аппараты, поворотные лопатки — необходимый атрибут традиционных ГЭС, в самом узком месте установлен гидроагрегат, вся вода проходит только через него. С двух сторон станцию ограждают заслонки это массивные металлические щиты, которые поднимает и опускает кран, морская вода проходит через станцию и поступает в бассейн. В тот момент, когда уровень слева и справа выравнивается, заслонки бассейна закрываются. Вода в море продолжает убывать, как только уровень воды в море становится минимальным, заслонка поднимается, агрегаты включаются вновь, теперь уже в обратную сторону. И это только одна технология из цепочки применяемых на станции, а есть ещё технология аккумулирования и преобразования и доставки электричества и множество других, передача тока через тоже технологический процесс.
Когда приливообразующие силы луны и солнца вновь действуют под прямым углом друг к другу, происходит так называемый квадратурный — наименьший прилив. Наибольший прилив называется сизигийным. Сизигия это совпадение векторов притяжения луны, земли и солнца.
Одна из основных проблем приливной энергетики это гидроагрегаты. Просто так взять и переставить с традиционной ГЭС турбину не получится. На приливной электростанции гидроагрегаты пропускают воду в двух направлениях, этот факт откладывает особые условия на конструкцию турбин. Раньше на Кислогубской ПЭС была установлена так называемая капсульная турбина, по своей конструкции она напоминает обыкновенную поворотно-лопастную. Такие турбины в зависимости от направления потока поворачивают свои лопасти. Российские ученые предложили свою оригинальную разработку, турбину так называемого ортогонального типа. Главное отличие ортогональной, как её ещё называют поперечно-струйной турбины, от традиционных, в том, что поток воды идет не по оси турбины, а поперёк. По конструкции ортогональная турбина напоминает грибное колесо речного теплохода или беличье колёсико. Поток воды оказывает давление на лопасти выполненной в виде самолетного крыла, причём профиль лопастей рассчитан таким образом что турбина всегда вращается в одном направлении, независимо от того с какой стороны на турбину подается вода. На Кислогубской ПЭС работают две ортогональные турбины, одна установлена в старом здании построенным ещё в 1960 годах, другая работает в новом машинном зале.
На сегодняшний день производственникам удалось достигнуть КПД ортогонального гидроагрегата в 72%. Считается мощность воды, которая протекает через турбину и мощность электроэнергии которая получается с генератора и далее распространяется на высоковольтные кабели. Этот КПД рассчитан для работающего агрегата, но проблема приливных электростанций в том, что часть времени они вообще не выдают электроэнергию. В период работы агрегата в сутки, зависит от того, в сизигии она может достигать 12 часов, в квадратуру 4 часа.
Кислогубская ПЭС по большей части экспериментальный проект, работы по созданию станции начались в 30-х годах прошлого столетия, возглавил проект советский инженер Лев Берншстейн. Мощность станции всего 1,5 Мегаватт. Распределительные сети скорее всего даже не замечают включения ПЭС в работу. Но здесь откатываются технологии строительства приливных станций, уже сейчас есть планы возведения на северных морях приливной станции мощностью 86 тысяч Мегаватт. Прежде чем взяться за такой масштабный проект нужно взвесить все за и против. Самая главная особенность приливных электростанций заключается в том, что на десятки лет вперед можно знать в какой день и какую мощность может выдавать ПЭС. К Кислогубской ПЭС не ведут дороги. Нет поблизости населенных пунктов, эта станция на самом краю большой земли, но свою функцию станция выполняет исправно, путем простых взвешенных решений превращает энергию взаимодействия планет в электрический ток.
