Альтернативная гидроэнергетика

АЛЬТЕРНАТИВНАЯ ГИДРОЭНЕРГЕТИКА

В РОССИИ И В МИРЕ
Россия, страна полноводных рек, омываемая морями, относящимися к бассейнам трех океанов, имеет практически неисчерпаемую перспективу в области альтернативной гидроэнергетики. Рынок электроэнергии, как в нашей стране, так и в мире, непрерывно растет — вопрос лишь в том, как превратить энергию воды в электричество таким образом, чтобы цена на него была конкурентоспособной сравнительно с тем, которое получают традиционными способами.

 

ПРИЛИВНЫЕ ЭЛЕКТРОСТАНЦИИ

По идее их правильнее было бы называть лунными. Естественный спутник Земли, приближаясь к нашей планете, приводит в движение воды мирового океана, вызывая таким образом прилив; Солнце, кстати, также участвует в этом процессе. По этой причине для работы приливной электростанции сторонняя энергия не требуется: пока целы ее генератор с подстанцией, она будет работать. При этом даже в случае катаклизмов и военных действий ее разрушение не угрожает, к примеру, разливом радиоактивного теплоносителя или других вредоносных веществ: на ПЭС таковых попросту нет. Электростанции этого типа гораздо бережнее и к рыбному богатству страны: при прохождении их в водозаборниках гибнет не более десяти процентов планктона, главного корма рыб — тогда как в случае с ГЭС прохождения через ее лопасти не выдерживает почти вся микрофауна.

приливные электростанции

Кроме того, все нарушения дна, которыми чревато строительство ПЭС, восстанавливаются естественным путем за пару лет с полным восстановлением гидробиосферы. И наконец, ни ледовая обстановка, ни соленость воды на работе таких электростанций никак не сказываются.

Минимальный перепад уровней, при котором способны работать ПЭС, составляет 4 метра. Само собой, при приливе и отливе движение воды через винт турбины будет иметь разные направления. Интенсивность вращения также зависит от уровня рабочей жидкости в энергонакопляющем бассейне. Вал генератора полностью останавливается в двух «мертвых» точках, ограничивающих рабочий цикл. Вращение начинается только при возникновении разницы уровней, не важно, положительной или отрицательной.

Вот как описывает принцип действия таких станций в своей статье, посвященной ПЭС, Евгений Маляр:

«Наибольшая амплитуда уровня моря наблюдается в морских заливах, в которых прибережным рельефом образованы естественные полузамкнутые бассейны. Изменение направления вращения турбины технически реализуется посредством переменного шага лопастей, иными словами, их поворотом относительно оси вращения. Как правило, турбины имеют возможность переключаться с генераторного на насосный режим в зависимости от ситуации и фазы технологического цикла. Главный недостаток, заключающийся в неравномерности производительности, нивелируется общей единой энергосистемой, частью которой являются приливные электростанции».

приливные электростанции

Первой и единственной ПЭС в России остается построенная в 1968 году Кислогубская приливная электростанция в Кислой губе Баренцева моря. Построена она неподалеку от поселка Ура-Губа, где высота приливов превышает отметку в четыре метра. Проработавшая до середины 90-х годов прошлого века, Кислогубская ПЭС была законсервирована и позже, уже в начале нового тысячелетия, основательно модернизирована и снова введена в эксплуатацию — уже как экспериментальная площадка для нужд будущего строительства более мощных приливных электростанций. Одну из таких, мощностью 12 мегаватт,  планируется построить в Мурманской области. Мощность же самой Кислогубской ПЭС невелика: она составляет 1,7 мегаватта, что позволяет поддерживать энергоснабжение поселка с пятью тысячами жителей.

Существует проект строительства Пенжинской ПЭС в Пенжинской губе Охотского моря, где высота приливов достигает отметки в 8 метров. Однако ни сроки реализации этого проекта, ни источники его финансирования пока не ясны.Примерно такая же ситуация сложилась со строительством Мезенской ПЭС в Мезенском заливе Белого моря, которая могла бы вырабатывать до 39 миллионов кВт/ч электроэнергии, учитывая почти восьмиметровую высоту здешних приливов. Десять лет назад в Мезенском заливе была испытана энергоустановка ПЭС на плавучей платформе, однако ее мощность составляла всего 1,4  киловатта.

Максимальная же высота приливов в России — более 8 метров — наблюдается в районе Шантарских островов в Охотском море, что позволило включить проект Тугурской приливной электростанции в долгосрочную государственную программу по развитию гидроэнергетики. В случае успешной реализации проекта мощность Тугурской ПЭС может составить 11 ГВт, что существенно выше, чем, к примеру, у всем известной Саяно-Шушенской ГЭС.

Если приливные электростанции, можно сказать, безупречны с точки зрения экологии, почему же их в мире всего чуть больше десятка (причем только две из них, «Сихва» в Южной Корее и французская «Ля Ранс», вырабатывают около 250 МВт энергии — мощность же остальных действующих ПЭТ колеблется в пределах 300 кВт—20 МВт)? Весь вопрос — в дороговизне их строительства: в среднем ПЭС обходится в полтора раза дороже, чем ГЭС той же мощности. Тем не менее в мире имеется тенденция к стабильному росту приливной энергетики, а ее общий потенциал эксперты оценивают в 1 000 000 мегаватт.

Кислогубская ПЭС фотограф Дмитрий Мухин

 

ВОЛНОВЫЕ ЭЛЕКТРОСТАНЦИИ

Эти плавучие сооружения вырабатывают электричество, используя практически неисчерпаемую в мировом океане энергию волн — поэтому потенциал данной отрасли альтернативной энергетики оценивается не меньше, чем в два миллиона мегаватт — это, чтобы было понятней, сравнимо с тысячью АЭС работающих на полную мощность.

Волновые электростанции используют, во-первых, кинетические запасы — волна, проходя через трубу большого диаметра, вращает лопасти, а они передают усилие на электрогенератор. Они могут работать иначе: в этом случае вода, проникая в специальную камеру, вытесняет оттуда кислород, который перенаправляется по системе каналов и вращает лопасти турбины. И, наконец, эти установки способны, выступая в роли поплавков, использовать энергию качения — каждая из них, перемещаясь в пространстве вместе с профилем волны, посредством сложной системы рычагов заставляет вращаться турбину.

ВОЛНОВЫЕ ЭЛЕКТРОСТАНЦИИ

Как и у приливных электростанций, у ВЭС один существенный недостаток: высокая цена, которая обусловлена сложностью конструкции. В частности, ее проблемным местом является передача полученной электроэнергии по проводам потребителю. Высказываемые часто опасения, что ВЭС якобы могут помешать газообмену в мировом океане, очищению его поверхности, скорее всего, несостоятельны: даже если человечество полностью перейдет на энергию волн, площадь, занимаемая плавучими электростанциями, по отношению к общей площади мирового океана будет мизерной. По той же причине скепсис вызывают и суждения, что избыток ВЭС может замедлить вращение земли, из-за которого и образуются волны. Едва ли состоятельны и домыслы, что волновая энергетика может стать препятствием для судоходства и рыболовства — чтобы избежать этого, достаточно определить местоположение ВЭС в стороне от морских путей и промысловых зон. 

Как бы ни были дороги волновые электростанции, выработка ими электроэнергии происходит почти при нулевых затратах — к тому же они способны защищать береговые сооружения от разрушительного действия волн. Вообще достоинств у этих электростанций много больше, чем недостатков. Поэтому дальнейшее развитие сети ВЭС связано прежде всего со снижением их стоимости путем использования новейших технологий и материалов. Это необходимо еще и потому, что большинство современных ВЭС рассчитаны исходя из мощности волн в диапазоне 75—80 кВт/м. Однако в шторм этот показатель много выше, и для того, чтобы избежать повреждения лопастей и самих установок, разработчикам приходится заблаговременно заботиться о соответствующих технических решениях этой проблемы.

ВОЛНОВЫЕ ЭЛЕКТРОСТАНЦИИ

Первая в мире ВЭС была запущена в 1985 году в Норвегии. По сути, это был лишь экспериментальный образец, способный вырабатывать 500 киловатт энергии. Двадцать лет спустя в Австралии была введена в эксплуатацию первая промышленная волновая электростанция (кстати, в этой стране используются как волновые, так и приливные электростанции). А первая в мире коммерческая ВЭС и крупнейшая из сооружений такого рода на сей день заработала в португальском Агусадоре в 2008 году. Кроме своей довольно большой мощности — 2,25 МВт — она имеет характерную особенность: модульную конструкцию, позволяющую добавлять или снимать секции.

Единственный пока в России проект подобного рода был реализован в 2014 году в Приморском крае. Его разработкой совместно занимались ученые Уральского Федерального университета и Тихоокеанского океанологического института. Отечественные волновые генераторы представляют собой альтернативные преобразователи энергии морских течений, приливов и волн в электричество. Установка имеет экспериментальный характер. Первые же ее испытания в акватории станции Мыс Шульца продемонстрировали ее немалый потенциал, но вместе с тем и обозначили ряд проблемных мест, в частности — уже упоминавшуюся деформацию лопастей во время шторма. Вместе с тем стало очевидным, что подобные установки способны защищать береговую зону от размытия, а берег — от эрозии. В перспективе возможно базирование на них морских дронов и аналогов автоматических систем охраны береговой границы.

МАЛЫЕ ГИДРОЭЛЕКТРОСТАНЦИИ

О промышленном использовании мини- и микрогидроэлектростанций говорить не приходится: мощность тех и других составляет до 100 и до 1000 (по некоторым классификациям до 3000) киловатт соответственно. Вместе с тем такие электростанции могут служить источниками практически бесплатной электроэнергии, что особенно актуально в России в связи с постоянным ростом тарифов. Одна такая станция, в зависимости от своей мощности, способна обеспечить электроэнергией отдельно стоящий дом либо даже небольшой поселок. От солнечных батарей и ветрогенераторов их выгодно отличает способность к стабильной выработке энергии, независимо от условий окружающей среды.

МАЛЫЕ ГИДРОЭЛЕКТРОСТАНЦИИ

Наиболее простыми в плане создания и установки среди малых гидроэлектростанций считаются проточные, не требующие постройки плотины. Ведь сооружение последней представляет собой довольно сложное дело, к тому же требующее согласования с местными властями и соседями. 

Проточные микрогидроэлектростанции могут представлять собой водяное колесо, оснащенное лопастями и установленное перпендикулярно поверхности воды. Существуют модификации водяного колеса со специальными лопатками, оптимизированными под струю жидкости.

МАЛЫЕ ГИДРОЭЛЕКТРОСТАНЦИИ

Роторные микро-ГЭС представляют собой трос протяженностью от одного берега реки до другого, на который как бусы нанизаны роторы, погруженные в воду. Вращение роторов передается тросу, один конец которого соединен с подшипником, а другой — с валом генератора.

Ротор Дарье — это вертикальный ротор, вращающийся благодаря разнице давлений на его лопастях, которая создается за счет обтекания жидкостью сложных поверхностей. Эффект в этом случае подобен подъемной силе судов на подводных крыльях или подъемной силе крыла самолета. В начале работы такой ротор нужно раскрутить. Достоинство такой конструкции в том, что ось ротора у нее расположена вертикально, что позволяет производить отбор мощности над водой. Кроме того, ротор Дарье будет вращаться при любом направлении потока.

Конструкция в виде пропеллера представляет собой подводную «ветряную мельницу» с вертикальным ротором. Ширина лопастей такого пропеллера невелика — она редко превышает два сантиметра, что обеспечивает при скорости потока до 2 метров в секунду минимальное сопротивление и предельно возможную скорость вращения. 

Конструкция мини-гидроэлектростанций, как правило, включает в себя водозаборное устройство, энергоблок и элементы управления. Одни из них используют энергию свободного течения рек, другие — перепады уровня воды на разных объектах водного хозяйства. Мобильные мини-ГЭС монтируются в контейнерах и в качестве напорной деривации используют трубы и гибкие армированные рукава. Русловые и приплотинные мини-гидроэлектростанции с небольшими водохранилищами намного сложнее других в процессе сооружения: построить их под силу лишь бригаде квалифицированных специалистов.

В Интернете можно найти немало видео, демонстрирующих эффективные и оригинальные технические решения для мини-ГЭС. При этом никакой особой географической специфики в данном случае не существует: конструкция, созданная, к примеру, инженерами-конструкторами из Европы, может эффективно работать на другой стороне Земли — или наоборот.

МАЛЫЕ ГИДРОЭЛЕКТРОСТАНЦИИ

***

Завершая разговор об альтернативной гидроэнергетике в России и в мире, отметим, что в настоящей статье мы коснулись лишь наиболее распространенных и, одновременно, перспективных сооружений этого типа. Кроме них, конечно же, существуют и другие. Например, водопадные электростанции, в которых вода, падая вниз, крутит лопасти турбины. В России они из-за особенностей ландшафта нашей страны особого распространения не получили.

альтернативные электростанции

Принципиально новым словом в альтернативной гидроэнергетике являются электростанции осмотические — они располагаются в местах впадения реки в море и получают энергию от перемещения частиц при смешении соленой и пресной воды. На сей день в мире действует лишь одна такая электростанция. Расположенная в Норвегии, она имеет статус экспериментальной лаборатории, сотрудники которой работают над рядом вопросов, включая экономическую окупаемость объектов такого рода.  

Осмотическая электростанция

Категории
Наука и инновацииСтатьи

Комментировать

*

*

Похожие

  • Альтернативная гидроэнергетика

    Alternative hidroenergy

    Russia, a country full of rivers, washed by the seas, belonging to the basins of the three oceans, has an almost inexhaustible prospect in the field of hydropower. The...
  • Wind energy

    Wind energy in Russia

    The Russian Federation has the largest wind potential in the world. According to experts, it is estimated at 16,500 TWh per year. For comparison, this type of alternative energy...
  • Cognitive Technologies

    Cognitive Technologies разработала промышленный агродроид

    Компания Cognitive Technologies, крупнейший российский разработчик проектного ПО, создала промышленный агродроид. Cognitive2-Agro2 Droid1 является первой в мире разработкой универсального искусственного интеллекта для аграрных машин. «C2-A2 – это искусственный мозг,...
  • lds-gas-xt-scania

    Scania представляет новое поколение газовых грузовиков

    После успешного запуска линейки нового поколения XT Scania расширила предложение своей продукции за счет газовых грузовиков, предназначенных для строительной отрасли. Теперь компания запускает в производство восьмое поколение машин XT...