Техника - молодёжи 1969-04, страница 6

новая ПЭС — оптимальный вариант. Влияние же суточной неравномерности прилива может быть устранено использованием так называемого «насосного эффекта». Эта Мигель, высказанная Бернштейном еще в 1946 году, спустя семь лет была разработана во Франции и проверена на ПЭС «Ране». Суть идеи такова (см. вкладку): при оаливе уровень воды в бассейне выше уровня моря и турбинный агрегат, заключенный в тело плотины, приводит в действие электрический генератор (цикл 1). Но постепенно перепад уровней уменьшается, и, когда он достигает примерно 0,5 м, турбина останавливается — при таком напоре она не действует. Открываются выпускные отверстия (затворы), и вода сбрасывается в море (цикл 2). Потом опять включается агрегат. Он потребляет электроэнергию из системы и работает теперь как насос, откачивая воду из бассейна. Уровень в бассейне становится ниже уровня моря (цикл 3). Как только возвращается прилив, скачок высот между двумя «сообщающимися сосудами» растет, и агрегат (теперь уже турбина) начинает выдавать электроэнергию в систему (цикл 4). Но постепенно уровни сближаются, перепад уменьшается до 0,5 м, и турбина замирает. Открываются впускные отверстия, бассейн доливается водой (цикл 5). Включается агрегат (снова как насос), который подкачивает воду до необходимого уровня (цикл 6). И снова вода срабатывается из бассейна через турбину, вращающую генератор, который выдает электроэнергию потребителям.

Такая двусторонняя работа агрегата (турбина — насос) позволяет не только сократить время простоя станции, но и создать повышенный напор на турбине. При этом расход электроэнергии на подкачку или откачку воды окупается увеличенной выдачей энергии от станции. И еще. Приливной цикл, ритмичность которого соответствует лунным суткам (24 час. 50 мин.), не совпадает с солнечным циклом (24 часа), по которому живут люди. При шеститактной работе агрегатов ПЭС можно выдавать электроэнергию не только в пики «вдоха» и «выдоха» моря, но и в пики потребления, потому что в любое время суток гарантируется перепад уровней между морем и бассейном.

Все было бы хорошо, если бы... Мы уже говорили, что амплитуда приливной волны меняется во времени. То высоты волн прилива максимальны (так называемый период сизигии), то минимальны (период квадратуры). Значит, и выдача электроэнергии станцией также будет неодинакова (межсизигийная неравномерность).

С этой бедой ПЭС в принципе не может справиться в одиночку, нужна помощь речных гидроэлектростанций. В квадратуру недостаток воды в приливе восполняется за счет водохранилищ ГЭС.

После этого предложения советского ученого во всем мире постепенно начинают понимать, почему же было невыгодно строить ПЭС и как нужно выйти из положения.

Конечно, кроме трудностей научного характера, трудностей субъективных, есть и объективные затруднения. Во Франции и Англии нет водохранилищ большой емкости, которые могли бы действовать как регуляторы работы ПЭС, компенсируя месячную пульсацию выдаваемой электроэнергии. А требование работы ПЭС и речных ГЭС в «одной упряжке» совершенно обязательно...

Опытная советская ПЭС. У нас в стране можно отыскать 15—20 мест на берегах Белого, Баренцева и Охотского морей, где высоты прилива достигают 3—9 м. Вслед за первыми предложениями профессора В. Ляхниц-кого (1926 г.) и академика В. Шулейкина (1934 г.) был выдвинут ряд проектов использования энергии прилива. Этой проблеме посвятил свою дипломную работу в 1939 году Л. Бернштейн. Эта же тема разрабатывалась им через семь лет в диссертации. Над теми же вопросами трудился он и в «Гидропроекте». Под его руководством созданы многочисленные проекты приливных станций в нашей стране и за рубежом и построена, наконец, опытная ПЭС в бухте Кислая в районе Мурманска.

Горло бухты с выходом на фиорд Ура мелкое (3—4 м на малой воде) и недлинное (всего 30 м). Сама бухта достаточно внушительна — площадь примерно 1,1 км² при глубине до 30 м. Строго ритмично, через каждые 6 час. 12 мин. море наступает на берег и отступает от него, причем амплитуда прилива меняется от 1,07 м

в квадратуру до 3,96 м в сизигию. Когда прилив останавливается, в течение нескольких минут покоя бухта замирает, и в прозрачной воде видны камни на дне. Потом наступает отлив, и каждую секунду расход воды через горло нарастает, чтобы постепенно уменьшиться от 360 м³/сек до нуля.

Подсчитать энергетический потенциал прилива в этой бухте несложно: 1200 квт. Для современной энергетики эта цифра маловата, но не следует забывать, что Кисло-губская ПЭС — опытная. Станция построена для опробования оборудования, накопления опыта эксплуатации. При этом была использована остроумная методика строительства. Около Мурманска собрали бетонную коробку весом 5200 т (!), внутри нее смонтировали агрегат на 400 квт весом 100 т и все вспомогательное оборудование. На понтонах блок здания ПЭС отбуксировали на заранее расчищенное и подготовленное место в горле губы Кислой на расстояние в 60 миль. Здание установили над подводным фундаментом. Пустоты в конструкции затопили, засыпали балластным песком, и блок мягко погрузился на основание.

Решение о создании наплавной конструкции — единственно возможное в условиях Крайнего Севера — настолько понравилось английским инженерам, что они переработали проект своей ПЭС «Северн», ориентируясь на использование таких же пустотелых блоков.

А что же дальше? «Приливные станции? — спросят некоторые инженеры. — Да ведь они имеют массу недостатков! Во-первых, они предназначены для пиковой работы самой природой, а пики потребления и пики производства электроэнергии на ПЭС не совпадают. Во-вторых, напоры воды переменны во времени и невелики, а речные гидротурбины работают в лучших условиях. В-третьих, возводить плотины, отвоевывая у моря бассейны для ПЭС, безумно дорого. В Голландии приходится этим заниматься, а нам-то зачем?»

Ну что ж, ответим по пунктам. Во-первых, уже говорилось о разумном применении «насосного эффекта» и совместной работе с речными ГЭС. Это гарантирует выдачу электроэнергии потребителю в любое время суток. Во-вторых, создание торпед ообразных турбин обтекаемой формы (капсульных) с 6-тактным циклом работы позволило использовать даже малые напоры. В-третьих, можно резко удешевить сооружение ПЭС, применяя наплавные блоки, выбирая выгодные створы плотин и т. д. Не надо забывать, что при создании речных ГЭС приходится затапливать большие обжитые площади под водохранилища. Расчеты Л. Бернштейна показывают, что цена электроэнергии ПЭС, хотя и будет дороже, чем речных ГЭС, все же в 4—6 раз уменьшится по сравнению с энергией тепловых станций.

Кроме того, нельзя не отметить еще одно важное обстоятельство. По мере роста энергопотребления становится все острее проблема покрытия его пиков. Роль пиковых станций в системах берут на себя старые, малоэкономичные тепловые станции и главным образом ГЭС, так как запустить гидроагрегаты можно довольно быстро, подняв затворы для пуска воды. Но уже к 1980 году в европейской части СССР не хватит речных ГЭС для этой цели. Как же тогда регулировать нагрузку?

Можно создавать пиковые газотурбинные станции (ГТС). Такие станции компактны, мало весят, могут монтироваться у мест потребления мощности (заводов, городов). ГТС довольно быстро набирают мощность, но у них невысокий к.п.д. И опять-таки эти установки надо «кормить» топливом: газойлем, керосином, мазутом, природным газом. Кроме того, их мощность (каждого в отдельности) невелика и не превышает 70 Мвт.

Можно протянуть магистральные линии между центральными и восточными районами страны, где построены и строятся мощные речные ГЭС с водохранилищами и крупные тепловые электростанции на дешевом угле, и перекачивать по этим линиям электроэнергию, пользуясь разницей во времени. Это один из наиболее разумных путей покрытия пиковых нагрузок в условиях нашей Родины.

Но вряд ли эти способы закроют дорогу приливным станциям. Вслед за сооружением Лумбовской, Кулойской и Мезенской ПЭС наступит, видимо, очередь Беломорской. Ее мощность втрое превысит мощность красноярского речного гиганта. На плотине длиною 100 км предполагается установить 2 тыс. турбин, по 7 Мвт каждая