С одной стороны, атомная энергетика всегда пугала человека. Со временем страхи, несмотря на заверения атомщиков, не только не уменьшаются, а все более растут. С другой стороны, всем понятно, что комфорт и удобство жизни на Земле прямо зависит от того, насколько дорого нам будет обходиться электроэнергия. В конце концов, все наши цены всегда начинаются с цен на энергоресурсы. Ведь если вдуматься, то что такое коммунизм? Так вот: нормальный коммунизм есть демократическая власть плюс бесплатная электроэнергия для всей России. Но бывает ли она бесплатной?
О том, что уровень воды в больших водоемах изменяется несколько раз в день, люди знали уже давно. Океанские и морские приливы и отливы были всегда настолько обычным явлением, что человечество даже не особенно задумывалось об их причинах. Хотя, конечно, не все человечество. В IV веке до Рождества Христова греческий купец и географ Пифей, первым описавший полярный день, северное сияние и вечные льды, заметил, что изменение уровня воды в океане зависит от движения по небу основных светил — Луны и Солнца. В начале первого века до Рождества его наблюдения развил в своих трудах учитель Цицерона Посидоний.
Вскоре после наступления нашей эры труды Посидония были на некоторое время успешно забыты, и первые приливные мельницы строились без их учета. Самые древние из известных нам, по косвенным данным, работали на реке Флит, в районе современного Лондона, еще во времена Римской империи. Самая старая из тех, остатки которых удалось раскопать археологам, относится к концу VIII века. Это небольшая мельничка при основанном святым Патриком монастыре Nendrum (
Научная теория приливов появилась лишь в 1687 году. И создал ее, как и следовало ожидать, отец теории всемирного тяготения сэр Исаак Ньютон.
Основными «виновниками», как люди верно догадывались, оказались Солнце и Луна. Своим притяжением они «подсасывают» земной водяной покров. Причем если Солнце вызывает в сутки лишь один прилив, то Луна отвечает за два. Один происходит, что называется, прямо под Луной, второй — на противоположной стороне планеты. Секрет этого второго, парадоксального (ведь, на первый взгляд, на противоположной приливу стороне должен быть как раз отлив), заключается в том, что на самом деле не Луна вращается вокруг Земли, а и Луна, и Земля вместе вращаются вокруг одного центра масс. Центр этот отстоит от центра Земли примерно на 5000 км, притом что вообще радиус всей планеты составляет примерно 6300 км. При вращении вокруг этого центра воды Мирового океана естественным образом под действием центробежной силы скатываются на сторону, противоположную «подлунной».
Лунные приливы почти в 2,5 раза мощнее солнечных. Солнечное притяжение распространяется на всю освещенную сторону планеты почти равномерно, притягивая воду везде помаленьку. Луна же притягивает ближний к ней участок значительно сильнее, чем отдаленные, образуя на водной поверхности горб. В открытом море он невысок, не более одного метра. Но по мере приближения к суше высота его многократно увеличивается. Тут, как в случае с цунами, низенькая, но в много сотен километров волна, упираясь в сушу и набегая сама на себя, постепенно растет. Наиболее интенсивен этот рост в узких местах побережий — в проливах, сужающихся заливах, в устьях рек. Доходит до того, что некоторые реки во время мощных приливов меняют направление своего течения на противоположное. На Северной Двине действие приливов в виде замедления течения ощущается за 200 км от устья, а на Амазонке — на расстоянии до 1400.
Удачное стечение обстоятельств получается тогда, когда лунный прилив совпадает с солнечным. Такой прилив называется сизигийным, поскольку происходит в дни сизигий — новолуний и полнолуний. Прямая противоположность сизигийным — квадратурные (происходящие в дни квадратур — первой и последней четверти нашего спутника) приливы. Здесь Луна и Солнце располагаются по отношению к Земле под прямым углом, так что они не просто не помогают, а мешают друг другу, оттягивая на себя чужие порции воды. В результате вода во время сизигийных приливов поднимается на высоту в 2,7 раза большую, чем во время приливов квадратурных.
Чтобы создавать «большую воду», как часто называют приливы, Луна своими приливными волнами еще и тормозит Землю. Их трение о дно замедляет скорость вращения планеты примерно на 0,002 секунды за столетие.
Но пока это не произошло, человек может эти процессы использовать. Глупо этого не делать, учитывая их мощность, которая, по расчетам, составляет 2,5 ТВт. Для сравнения — потенциальная мощность всех земных рек чуть превышает 850 МВт, а суммарная мощность всех действующих гидроэлектростанций на 2005 год была равна примерно 750 МВт.
Идея построить работающую на энергии приливов электростанцию (ПЭС) в устье реки Ранс (провинция Бретань, Франция) пришла в голову инженеру Жерару Буасноэ еще в 1921 году. Место было для этого как нельзя более подходящим. Даже в самые плохие дни вода здесь стабильно дважды в сутки поднималась на 8 м, а в хорошие высота прилива достигала 13,5 м. Но путь от идеи до ее воплощения оказался долгим. Только в 1943 году Общество по изучению использования приливов провело необходимые исследования и составило техническое обоснование проекта. Сами же работы по строительству начались только в 1961 году.
Два года ушло на осушение строительной площадки. 20 июля 1963 года, когда будущий бассейн ПЭС был надежно заблокирован двумя мощными дамбами, состоялась церемония закладки первого камня в фундамент. А 26 ноября 1966 года построенную ПЭС открыл не
В России первые приливные мельницы были построены на Белом и Баренцевом морях еще в XVII веке. Приливы здесь поднимают воду на высоту до 10 м. И когда в начале
Для того чтобы ускорить темпы строительства, наши конструкторы, руководил которыми известный советский ученый Лев Бернштейн, придумали способ строительства, который сейчас называется наплавным и используется почти везде, где требуется возвести
Но, несмотря на такое
Конечно, 400 кВт — это даже для конца
Одно из последних связанных с нею
Ортогональную турбину приблизительно можно представить как разрезанную на две половинки бочку. Каждая половинка закреплена на оси строго напротив другой. Если поместить такие бочки в поток воды, он одну бочку будет омывать по внешней стороне, а другой задувать во внутреннюю, толкая ее вперед. Соответственно, вся конструкция при любом направлении потока будет вращаться в одну сторону, внешней стороной вперед. Такие турбины уже давно использовали в ветряной энергетике, но для приливной они оказались приспособлены плохо. Разработанные в середине
Но
И снова затишье на долгие два десятилетия.
А чуть раньше, в июне того же года, опытную турбину мощностью 300 кВт на Девонском побережье Великобритании установила компания Marine Current Turbines (MCT — «Турбины морского течения»). Впрочем, Девонская ПЭС в корне отличается от своих предшественниц. Прежде всего тем, что у нее отсутствует плотина и отгораживаемый ею приливной бассейн. В сущности это обычный «ветряк», только опущенный под воду. Такой способ получения приливной энергии еще в
Протестировав свое детище на девонских берегах, компания уже в августе этого года поставила еще одну станцию у берегов Северной Ирландии, в зоне действия приливного течения залива Странгфорд Лох. Новая ПЭС получила название SeaGen («Морской генератор»). Тут уже на одной подводной башне закреплены две турбины, диаметром 16 м каждая, лопасти которых вращаются еще медленнее, делая всего 14 оборотов в минуту, но энергии при этом производится значительно больше, чем на девонской предшественнице. При необходимости, например при поломке, башня может «раздвигаться» как подзорная труба, поднимая турбины над водой. Пока что станция работает в тестовом режиме, в восьмую часть силы, однако уже в ноябре она должна выдать 1,2 МВт. Со временем MCT планирует застроить своими «приливниками» все побережье Великобритании и «выкачать» из него не менее 10 ГВт.
Недавно о своем желании получить
В соответствии с инвестпроектом Р
Но и Мезенская ПЭС, если сравнить ее с другим российским проектом, Пенжинской ПЭС, выглядит почти игрушкой. Спроектированная для района Пенжинской губы в Охотском море, где приливы достигают рекордных для Тихого океана 12,9 м, при площади бассейна 20 500 км², она могла бы выдавать 87 ГВт мощности. Ни один проект в мире даже не приближается к такому показателю. Но это все большие, капитальные сооружения. А в июне 2006 года двое ученых из английского университета Саутгемптона Стив Тернок и Сулейман
Это ли не мечта человечества?
Приливная энергетика в экологическом плане является одной из самых чистых. В отличие от ТЭС, приливные станции не выбрасывают в атмосферу никакую гадость вроде углекислого газа, серы или золы. В отличие от ГЭС, при постройке ПЭС не нужно затоплять земли. Кроме того, нет опасности рукотворного речного цунами при прорыве плотины. В отличие от АЭС, даже в случае самой серьезной аварии радиационный уровень в округе не вырастет ни на один рентген. Исследования на той же Кислогубской ПЭС показали, что плотины стандартных ПЭС вполне биологически проницаемы, в отличие от плотин ГЭС. В последних вода проходит через турбину под чудовищным напором, и лопасти ее ротора просто перемалывают все что возможно. На ПЭС же и напор послабее, и лопасти крутятся значительно медленнее. Поэтому даже рыбы проходят через нее почти беспрепятственно. Не вредят «приливники» и основному рыбьему корму — планктону, его тут погибает не более 10% (на ГЭС — от 83 до 99%). Экологи боялись, что в бассейне ПЭС упадет соленость воды, что плохо скажется на его фауне. И исследования подтвердили: да, соленость действительно снижается. Примерно на 0,05–0,07%, что ни рыбы, ни растения ощутить просто не могут.
И еще одно возражение экологов (не всех, но наиболее фанатичных). Как мы уже говорили, приливы тормозят вращение Земли. Как следствие, используя их энергию, не давая ей вернуться в «дикое» состояние, недоотдавая или замедляя отдачу воды при отливе, мы способствуем этому торможению, делая его более интенсивным, что может привести к серьезным экологическим изменениям. Это на самом деле так. Но расчеты показали, что если мы будем отнимать у приливов электростанциями 1ТВт (энергопотребление всего человечества на сегодня составляет чуть больше 13 ТВт), такое воздействие за столетие увеличит длительность наших суток на 10–12 секунд, что в 2 млрд. раз меньше, чем скорость естественного приливного торможения — примерно 0,002 секунды за столетие. Гораздо больший эффект произведет попытка остановить мчащийся товарный состав голыми руками.