Кислогубская приливная электростанция

Кислогубская ПЭС Электростанции (ГЭС, ГАЭС, ПЭС и другие)

Кислогу́бская приливна́я электроста́нция расположена вблизи пос. Ура-Губа Мурманской области, в губе Кислая Мотовского залива Баренцева моря. Единственная на настоящее время приливная электростанция в России.

Приливная электростанция (ПЭС) – особый вид гидроэлектростанции, использующей энергию приливов, которые возникают при гравитационном взаимодействии Земли с Луной и Солнцем.

Приливные колебания уровня чаще всего имеют периодичность, равную половине суток – 12 ч. 24 мин. (полусуточные приливы), либо целым лунным суткам – 24 ч. 48 мин. (суточные приливы). При полусуточных приливах наибольшие величины приливов наблюдаются при новолунии и полнолунии (сизигийные приливы), а минимальные – в первую и третью четверть Луны (квадратурные приливы).

В зависимости от положения пункта на земном шаре, формы береговой линии и рельефа дна уровень воды во время прилива поднимается на высоту от нескольких сантиметров во внутриматериковых морях (Чёрное, Балтийское, Средиземное и др.) до многих метров в вершинах воронкообразных эстуариев, открытых в сторону океана. Именно в вершине такого воронкообразного залива Фанди в Канаде отмечен наивысший на земном шаре прилив – 16,2 м. В России наивысшие приливы наблюдаются в Мезенском заливе Белого моря в эстуариях Мезени (9 м) и Кулоя (10 м), в Пенжинской губе Охотского моря (13,4 м, см. Пенжина).

При строительстве приливных электростанций в узких морских заливах, там, где наблюдаются высокие приливы, плотиной отсекается часть залива. Эта часть называется бассейном. Здесь во время прилива накапливается вода. Поток воды между морем и бассейном (при приливе – в сторону бассейна, при отливе – в сторону моря) создаёт напор в районе плотины. Если напор воды создаёт течение, достаточное для вращения находящихся в теле плотины турбин с генератором, то энергия движущейся воды превращается в энергию электрическую.

Известен другой тип приливных станций – без плотин и бассейнов. Это подвешенные на балках подводные пропеллеры, вращаемые морским течением. Их конструкция проста, но мощность таких установок невелика. Тем не менее, у побережья Великобритании планируется построить батарею таких установок и получать не менее 10 ГВт энергии.

Достоинства приливных электростанций очевидны: они используют неиссякаемый, экологически чистый и стабильный ресурс Мирового океана; не загрязняют атмосферу вредными выбросами в отличие от тепловых станций; не вызывают затопление обширных площадей, как при строительстве обычных гидростанций на реках и не представляют потенциальной радиационной опасности, как атомные электростанции.

Учитывая «пульсирующий» характер приливов, энергию ПЭС можно использовать при совместной работе с тепловыми электростанциями для покрытия пиковых нагрузок в электросетях, а в остальное время её агрегаты могут аккумулировать электроэнергию. Так действует крупнейшая приливная станция мощностью 240 МВт на севере Франции, в устье р. Ранс, впадающей в Ла-Манш. Станция, построенная в 1966 г., – фактически ровесница Кислогубской, давно себя окупила, её киловатт-час – самый дешевый в энергосистеме Франции.

В настоящее время в мире, помимо Кислогубской, действуют приливные электростанции во Франции, Канаде, семь экспериментальных ПЭС в Китае. В августе 2011 г. запущена в эксплуатацию крупнейшая в мире Сихвинская ПЭС, расположенная в искусственном заливе Сихва-Хо на северо-западном побережье Южной Кореи, в 40 км от Сеула.

Место размещения Кислогубской ПЭС в губе Кислой было выбрано в 1938 г. при рекогносцировочном обследовании Мурманского побережья Баренцева моря экспедицией Л.Б. Бернштейна, на тот момент – студента Московского инженерно-строительного института (это был его дипломный проект; впоследствии Л.Б. Бернштейн стал главным инженером и проекта, и строительства Кислогубской ПЭС). Местоположение створа плотины было обосновано близостью к промышленному центру (г. Мурманск) и существовавшим линиям энергосистемы. Конфигурация бассейна и соединение его с заливом Ура узким горлом позволяли осуществить эксперимент с относительно малыми затратами. Небольшая величина приливов (1,1–3,9 м) давала возможность испытать работу агрегата при минимальных напорах. Прилив на входе в губу Кислую имеет правильный полусуточный характер; его максимальная сизигийная величина – 3,96 м; средняя величина – 2,27 м; минимальная квадратурная величина – 1,07 м. Площадь зеркала губы (в настоящее время – это бассейн ПЭС) изменяется от 0,97 до 1,5 км2, максимальная глубина губы – 35 м.

В том же 1938 г. предложения по строительству первой в стране опытной Кислогубской ПЭС были представлены заместителю председателя Совнаркома СССР А.И. Микояну, а летом 1939 г. государственная квалификационная комиссия под председательством академика Б.Е. Веденеева рассмотрела и одобрила эти предложения. Осуществление проекта ПЭС началось в институте «Гидроэнергопроект» (с 1962 г. – «Гидропроект»).

Проект предусматривал вести сооружение ПЭС не классическим способом в котловане за перемычками, а наплавным, с сооружением здания ПЭС в мурманском доке с последующей транспортировкой по морю за 99 км в губу Кислую и «самопосадкой» на подготовленное подводным способом основание. Наплавной способ на треть сократил сметную стоимость строительства и в дальнейшем стал широко применяться в гидроэнергетике при строительстве ГЭС, ЛЭП, подводных тоннелей и защитных гидротехнических комплексов в устье Рейна, в Лондоне и Санкт-Петербурге, шельфовых нефтегазовых платформ.

Строительство Кислогубской ГЭС осуществлялось в 1965–1968 гг. С 1969 г. Кислогубская ПЭС эксплуатируется в системе Колэнерго и входит в состав каскада Туломских ГЭС.

Компоновка гидроузла состоит из здания ПЭС, дамб высотой до 15 м и длиной 35 м, перекрывающих горло губы Кислой. Естественный ковш перед входом в губу Кислую образует удобный подходный участок, в котором устроен причал. Здание ПЭС представляет собой тонкостенную железобетонную коробку докового типа. Гарантированная мощность ПЭС составляет по проекту 400 кВт.

Наплавной блок здания Кислогубской ПЭС имеет размеры 36х8,3 м в плане и 15,35 м в высоту. На береговой площадке расположены подстанция открытого распределительного устройства, жилой дом, обеспеченный комфортными условиями для размещения обслуживающего персонала, складские помещения, гараж, водопроводная магистраль, подающая воду из горного озера, и мареографные установкиМареограф — прибор для измерения и непрерывной автоматической регистрации колебаний уровня моря.. На территории ПЭС также размещается научная база Полярного научно-исследовательского института морского рыбного хозяйства и океанографии им. Н.М. Книповича с опытным участком марикультуры, созданным на основе ПЭС.

Наиболее полно энергоотдача ПЭС реализуется при работе её в крупном объединении энергосистем, в которое входят электростанции различных типов. С учётом неизменности среднемесячного значения потенциала приливной энергии за сезон и год включение приливной энергии в систему весьма ценно. Но специфика генерирования однобассейновой ПЭС, которая считается оптимальной схемой использования приливной энергии, создаёт трудности для потребителей. Кислогубская ПЭС включена в энергосистему Колэнерго. Прерывистость энергоотдачи ПЭС в суточном цикле и колебания во внутримесячном периоде сглаживаются ГЭС, работающими совместно с ней в Колэнерго.

В 1992–1995 г. станция была законсервирована из-за финансовых трудностей при эксплуатации и ремонте агрегата.

В 1995 г. Кислогубской ПЭС за уникальность конструкции, способ сооружения и район размещения (Арктика) присвоен статус «Памятника науки и техники Российской Федерации», а в 2007 г. – имя патриарха отечественной приливной энергетики Л.Б. Бернштейна (1911–1996).

В начале 2000–х гг. руководством РАО «ЕЭС России» было принято решение о восстановлении работы Кислогубской ПЭС в качестве экспериментальной базы с целью отработки новых гидроагрегатов для приливных электростанций, а также технологий сооружения ПЭС. В конце 2004 г. на Кислогубской ПЭС был установлен ортогональный гидроагрегат мощностью 0,2 МВт с диаметром рабочего колеса 2,5 м, и станция была введена в эксплуатацию.

В 2006 г. на Кислогубской ПЭС, в рамках проекта создания Мезенской ПЭС была установлена новая ортогональная турбина мощностью 1,5 МВт, испытания которой прошли успешно и подтвердили проектные параметры. Суммарная мощность Кислогубской ПЭС в настоящее время составляет 1,7 МВт.

45-летние исследования на Кислогубской ПЭС доказали, что эксплуатация приливной электростанции обеспечивает её гибкую работу в энергосистеме – как в пиковой, так и в базовой части графика нагрузки. Применённый на электростанции уникальный отечественный генератор с переменной скоростью вращения позволяет увеличить ее КПД ещё на 5%. Тонкостенная железобетонная конструкция здания ПЭС после 45 лет эксплуатации в экстремальных природных условиях арктического побережья находится в хорошем состоянии: искусственное основание, выполненное под водой и ежесуточно работающее при знакопеременных напорах, устойчиво; осадка здания ПЭС равномерна и полностью стабилизировалась; защита оборудования и арматуры конструкций в чрезвычайно суровых условиях в районе ПЭС полностью предотвратила коррозию, что является исключительно важным достижением; бетон в здании ПЭС обладает особо высокой морозостойкостью, не имеет никаких повреждений, а его прочность превышает проектную величину.

Экологические исследования подтвердили безопасность использования приливной энергии. Проведенные исследования последних лет позволяют оценить экологическую ситуацию в губе Кислой в целом как стабильную. С одной стороны, видовое разнообразие бентоса и планктона поддерживается на достаточно высоком уровне. С другой – формирование экосистемы в губе Кислой до настоящего времени не закончено. Формирующаяся система отличается от исходной, соответствуя новым абиотическим условиям. Опыт оценки экологической ситуации в бассейне Кислогубской ПЭС будет использован при экологической экспертизе приливных электростанций будущего.

Н.А. Демиденко

История создания и эксплуатации

Кислогубская ПЭС была сооружена в 1968 году по проекту института «Гидропроект». Главный инженер проекта и строительства Л. Б. Бернштейн. Строительство ПЭС было произведено передовым для того времени наплавным способом — железобетонное здание ПЭС было сооружено в доке вблизи Мурманска, а затем отбуксировано к месту установки по морю. В одном из водоводов ПЭС был смонтирован французский капсульный гидроагрегат мощностью 0,4 МВт с диаметром рабочего колеса 3,3 м (демонтирован и заменён на новый в 2004 году), второй водовод, предназначавшийся для гидроагрегата отечественной разработки, был оставлен пустым.

После пуска ПЭС была передана на баланс «Колэнерго» и использовалась НИИЭС в качестве экспериментальной базы. В 1994 году, в связи со сложной экономической ситуацией, ПЭС была законсервирована; за время эксплуатации было выработано 8,018 млн кВт·ч электроэнергии.

В начале 2000-х годов руководством РАО «ЕЭС России» было принято решение о восстановлении Кислогубской ПЭС в качестве экспериментальной базы для отработки новых гидроагрегатов для приливных электростанций, а также технологий сооружения ПЭС. В конце 2004 года на станции был установлен новый ортогональный гидроагрегат мощностью 0,2 МВт с диаметром рабочего колеса 2,5 м, изготовленный ФГУП «ПО Севмаш» (старый гидроагрегат при этом был демонтирован), станция была введена в эксплуатацию. В конце 2006 года к станции была подведена линия электропередачи напряжением 35 кВ. В ходе реформы электроэнергетики Кислогубская ПЭС перешла в собственность ОАО «ТГК-1», однако летом 2006 года была выкуплена ОАО «ГидроОГК» (ныне ОАО «РусГидро») и поставлена на баланс его дочернего общества ОАО «Малая Мезенская ПЭС».

5 мая 2006 года на «Севмаше» состоялась закладка нового экспериментального блока для Кислогубской ПЭС. В ноябре 2006 года блок был спущен на воду и в начале 2007 года отбуксирован по морю на Кислогубскую ПЭС, где и был установлен напротив второго водовода станции. Испытания новой ортогональной турбины мощностью 1,5 МВт прошли успешно и подтвердили проектные параметры.

> См. также

  • Северная ПЭС

Оставьте комментарий