Приливная электростанция

Приливная электростанция (ПЭС) — это гидроэлектростанция, преобразующая энергию приливов и отливов в электрическую энергию. Относится к возобновляемым источникам энергии (ВИЭ) и использует периодические колебания уровня Мирового океана, вызванные гравитационным воздействием Луны и Солнца.

Принцип работы

Работа ПЭС основана на создании перепада уровней воды между бассейном (акваторией, отгороженной плотиной) и открытым морем. Во время прилива вода через водопропускные отверстия плотины заполняет бассейн. После достижения максимального уровня прилива (полная вода) затворы закрываются, удерживая воду в бассейне. Когда уровень моря при отливе опускается, создаётся перепад высот, и вода из бассейна через турбины направляется обратно в море, вращая гидроагрегаты и вырабатывая электроэнергию. Существуют также схемы работы на прилив (наполнение бассейна через турбины) и двустороннего действия (выработка как при заполнении, так и при опорожнении бассейна).

Основные элементы конструкции ПЭС:

• Плотина — перегораживает залив или устье реки, создавая бассейн. Обычно выполняется из железобетона или каменной наброски.
• Водопропускные отверстия — шлюзы для быстрого пропуска воды при наполнении или опорожнении бассейна.
• Здание электростанции — располагается в теле плотины или отдельно, содержит гидроагрегаты (турбины и генераторы).
• Гидроагрегаты — специальные турбины, способные работать в обоих направлениях потока воды (например, турбины Каплана или обратимые гидроагрегаты).

История

Идея использования энергии приливов известна с древности: приливные мельницы применялись в Европе (Великобритания, Франция) с XI века. Первая в мире промышленная ПЭС была запущена в 1966 году во Франции — ПЭС «Ля-Ранс» (La Rance) в устье реки Ранс в Бретани. Её мощность составляет 240 МВт, среднегодовая выработка — около 540 ГВт·ч. Станция работает по двусторонней схеме и является одной из крупнейших в мире.

В СССР и России работы по созданию ПЭС велись с 1930-х годов. В 1968 году была введена в эксплуатацию Кислогубская ПЭС в Баренцевом море (Мурманская область) — первая в мире ПЭС с наплавным способом строительства здания. Её первоначальная мощность составляла 0,4 МВт, после модернизации в 2004 году — 1,7 МВт. Станция является экспериментальной и входит в состав ПАО «РусГидро».

В 2011 году в Республике Корея была запущена ПЭС «Сихва» (Sihwa) мощностью 254 МВт — крупнейшая в мире на момент запуска. Она расположена на искусственном озере Сихва и использует перепад уровней, создаваемый дамбой, построенной для защиты от наводнений.

Классификация

ПЭС классифицируются по нескольким признакам:

По типу бассейна

• Однобассейновые — имеют один бассейн, который наполняется во время прилива и опорожняется во время отлива. Наиболее распространённый тип.
• Двухбассейновые — имеют два бассейна (верхний и нижний), что позволяет сглаживать неравномерность выработки, но требует сложной гидротехнической схемы.

По режиму работы

• Одностороннего действия — вырабатывают электроэнергию только при опорожнении бассейна (отлив) или только при наполнении (прилив).
• Двустороннего действия — работают в обоих направлениях, что увеличивает выработку, но требует более сложных турбин.
• С насосной подкачкой — используют насосы для дополнительного заполнения бассейна в периоды низкого прилива, что повышает напор и выработку.

По расположению

• Плотинные — классические ПЭС с плотиной, перегораживающей залив.
• Бесплотинные (приливные течения) — используют энергию приливных течений в проливах или узких местах, где скорость воды достигает 5–10 м/с. Такие установки имеют меньшие экологические последствия, но пока не получили широкого распространения.

Экологические аспекты

ПЭС считаются экологически чистыми источниками энергии, так как не производят выбросов парниковых газов и не потребляют топливо. Однако их строительство и эксплуатация оказывают воздействие на окружающую среду:

• Изменение гидрологического режима — плотина нарушает естественный обмен воды между морем и бассейном, что может привести к заиливанию, изменению солёности и температуры воды.
• Влияние на биоту — плотина препятствует миграции рыб, изменяет условия обитания донных организмов и птиц. В зоне бассейна часто наблюдается снижение биоразнообразия.
• Эстетическое воздействие — плотина и здание станции изменяют ландшафт побережья.

Для смягчения негативных эффектов применяются меры: рыбопропускные устройства, регулирование режима наполнения и опорожнения бассейна, создание искусственных рифов.

Экономика и перспективы

Строительство ПЭС требует значительных капитальных вложений — в 2–3 раза выше, чем для тепловых или атомных электростанций аналогичной мощности. Однако эксплуатационные расходы низки, а срок службы плотин достигает 100 лет. Себестоимость электроэнергии на ПЭС сопоставима с ветровой и солнечной генерацией, но зависит от высоты приливов и режима работы.

Основные ограничения для развития ПЭС:

• Необходимость подходящих географических условий — высота приливов должна превышать 5–7 метров, а залив должен быть достаточно узким для строительства плотины. Такие места редки (Белое море, Охотское море, залив Фанди в Канаде, Ла-Манш).
• Неравномерность выработки — приливной цикл длится 12 часов 25 минут, поэтому ПЭС не может работать постоянно. Для сглаживания пиков требуются аккумуляторы или резервные мощности.
• Экологические риски — крупные проекты часто встречают сопротивление со стороны экологов и местных сообществ.

В России перспективными считаются проекты Мезенской ПЭС (Белое море, проектная мощность до 8 ГВт) и Тугурской ПЭС (Охотское море, до 6,8 ГВт). Реализация этих проектов сдерживается высокой стоимостью и удалённостью от потребителей.

Крупнейшие ПЭС в мире

Интересные факты

• Энергия приливов в Мировом океане оценивается примерно в 3 ТВт, но технически доступно не более 1% этого потенциала.
• В заливе Фанди (Канада) высота приливов достигает 16–18 метров — рекордный показатель в мире.
• ПЭС «Ля-Ранс» во Франции за 50 лет работы выработала более 20 ТВт·ч электроэнергии.
• В 2019 году в Великобритании был предложен проект ПЭС в устье реки Северн мощностью до 8,6 ГВт, но он был отклонён из-за экологических рисков и высокой стоимости.

Источники

• Бобров А. В. «Приливные электростанции: теория и практика». — М.: Энергоатомиздат, 2010.
• Гидротехническое строительство. — 2015. — № 4. — С. 12–18.
• «Возобновляемая энергетика: состояние и перспективы» / Под ред. В. В. Елистратова. — СПб.: Наука, 2018.
• Отчёт Международного энергетического агентства (IEA) «Renewables 2022».
• Данные ПАО «РусГидро» по Кислогубской ПЭС (официальный сайт).