Вспомним, что, оказывается, еще в XI —XII вв. на побережьях Франции, Англии и Шотландии существовали мельницы, использовавшие энергию приливов. А в Великобритании в устье реки Дебен и сейчас работает мельница, первые упоминания о которой имеются в записях Вудбриджского прихода, датированных 1170 г. Аналогичные мельницы существовали и у русских поморов в XVI в., а в XVIII в. в Архангельске работало даже несколько приливных лесопилок.
Энергию морских приливов во всем мире ученые оценивают в 1 млрд. кВт, в то время как энергию всех рек - в 850 млн. кВт.
Велики запасы приливной энергии в Советском Союзе. Энергетические ресурсы приливов только в Белом и Охотском морях более чем в 3 раза превышают ресурсы Ангары, Волги и Днепра, вместе взятых.
Что же представляют собой приливы? Приливы и отливы — это периодические колебания уровня моря, обусловленные притяжением Луны и Солнца. Образующиеся приливные волны перемещаются по поверхности морей и океанов вследствие вращения Земли с периодом, равным 24 ч (солнечные сутки) для солнечной приливной волны. Лунные же сутки, в течение которых проходит прилив, длиннее солнечных на 50 мин. Таким образом, за 24 ч 50 мин бывают два прилива, так называемая полная вода, и два отлива — малая вода. Через каждые 6 ч 12,5 мин происходят приливы, наибольшей величины достигающие в узких заливах. Самой большой высоты достигает приливная волна в заливе Фанди в Канаде — до 18 м, в заливе Сен-Мало во Франции — до 14 м, а в Советском Союзе в Охотском море (Пенжинская губа) — до 13 м и до 10 м в Белом море.
Энергия приливов и была использована при создании приливных электростанций (ПЭС), которые начали сооружать лишь в последние 10—15 лет.
Принцип работы такой станции заключается в следующем. Плотина отделяет залив или мелководную часть моря и образует во время приливов и отливов напор воды между морем и отделенной частью залива. Турбины, расположенные в теле плотины, вращаются в сторону суши во время прилива и в сторону моря — при отливе, т. е. как же турбины будут работать при отливе? (возникает недоуменный вопрос), ведь высокая вода отступает и высота прилива уменьшается до нуля. Таким образом, исчезает напор воды, необходимый для работы турбины. Значит, турбины должны быть остановлены, следовательно, прекращается и выработка электроэнергии. Возникает естественный вопрос — насколько выгодно сооружение такой станции?
Одним из первых в мире выход из создавшегося положения нашел советский ученый, инженер Л. Б. Бернш-тейн. Он предложил использовать электроэнергию, вырабатываемую ПЭС совместно с энергией, вырабатываемой обычными гидроэлектростанциями (ГЭС) и тепловыми электростанциями (ТЭС). При этом энергия, вырабатываемая ПЭС, подключается к общей энергетической системе, и в часы прилива резко уменьшается количество электричества, вырабатываемое ГЭС и ТЭС за счет работы ПЭС, а в часы отлива, наоборот, основная нагрузка падает на ГЭС и ТЭС. Л. Б. Бернштейн почти одновременно с французским энергетиком Р. Жибра сконструировал гидроагрегат, способный работать в обоих направлениях. В таком агрегате в момент отлива работа турбины заменяется работой насоса, который качает воду в отгороженный участок залива. Следовательно, такой гидроагрегат может вырабатывать энергию, как при заполнении, так и при опорожнении отделенного участка моря. Более того, в момент переключения турбин приливной электростанции на насосный режим мощность ПЭС может быть также приспособлена к суточному графику потребления электроэнергии. При этом приливная энергия аккумулируется в отделенной от моря части и выдается с повышенной мощностью в часы совпадения отлива с пиком ее потребления. В этом случае она действует как обратимая или гидроак-кумулирующая электростанция (ГАЭС).
Именно создание специального гидроагрегата с малогабаритным генератором, позволяющим ПЭС работать в обоих направлениях, т. е. во время прилива и отлива, было тем крупным этапом на пути создания ПЭС, который дал возможность приблизить или почти сравнять стоимостные затраты на единицу мощности на 1 кВт при работе ПЭС и обычных ГЭС с водохранилищами.
По сравнению с речными ГЭС приливные электростанции имеют целый ряд преимуществ. Океан не знает ни многоводных, ни маловодных лет, и в этом смысле никакая река не может с ним сравниться. Кроме того, океан «работает» строго по графику с точностью до нескольких минут. Таким образом, на ПЭС количество вырабатываемой электроэнергии всегда постоянно и заранее известно, в отличие от обычных ГЭС, где величина полученной энергии зависит от режима реки, в свою очередь связанного с климатическими особенностями территории, по которой она протекает.
Правда, необходимо отметить, что при работе ПЭС существует и еще одна сложность, связанная с тем, что энергия прилива и мощность ПЭС затухают каждые 14 дней, вместе с отдалением Луны от Земли. Надо также учитывать сложность работы ПЭС в условиях сильных ветров и штормов, больших волн и т. п.
Однако даже атомные электростанции при всех положительных моментах своей работы (экономичность, связанная с расходом топлива, транспортабельность топлива и отсюда возможность создания АЭС в любых местах, независимо от средств связи и т. п.) имеют и отрицательные, тормозящие в известной степени их повсеместное строительство. Здесь, прежде всего, необходимо отметить не окончательно еще решенную в мире проблему захоронения радиоактивных отходов (захоронение их в резервуарах-хранилищах весьма трудоемко и стоит дорого).
Учитывая все эти моменты, специалисты считают, что использование энергии приливов — перспективное направление энергетики и что в ближайшие 10—15 лет 2/3 мировой потребности электроэнергии обеспечат угольные и атомные станции и 1/3 — речные совместно с приливными станциями.
Одна из первых приливных электростанций построена во Франции, в устье реки Ране на побережье Ла-Манша, у города Сен-Мало мощностью 240 тыс. кВт, вырабатывающая в год 540 млн. кВт • ч электроэнергии. Образуемое плотиной, длина которой 350 м, водохранилище простирается во время приливов на 20 км. Во Франции разработан уже 20-летний план постройки ПЭС, по которому должен войти в строй еще целый ряд крупных ПЭС, включая Котантенскую (на побережье Ла-Манша) мощностью 50 млн. кВт. Эта ПЭС будет передавать электроэнергию также в Швецию и Норвегию.
Большое значение для энергетики Великобритании имеет скорейший ввод в действие ПЭС в устье реки Северн у Бристольского залива, где высота приливной волны достигает 13,5 м. По мнению Л. Б. Бернштейна, такая ПЭС могла бы очень удачно дополнять атомную электростанцию в городе Бэркли и обеспечить до 20 % потребностей этой страны в электроэнергии.
Имеется ряд проектов создания ПЭС в Нидерландах, ФРГ, США, Канаде, Аргентине и в других странах. Так, США и Канада проектируют сооружение ПЭС в заливе Фанди мощностью до 6 млн. кВт, при этом стоимость 1 кВт-ч оценивается 0,015 доллара, что ниже стоимости электроэнергии, получаемой в Канаде на тепловых электростанциях, и примерно сравнима со стоимостью электроэнергии, вырабатываемой АЭС. В Аргентине предполагается строительство ПЭС в заливе Сан-Хосе, которая будет вырабатывать в год до 10 млрд. кВт • ч электроэнергии. В Индии в настоящее время проводятся исследования в Камбейском заливе с целью строительства ПЭС.
На основе опыта проектирования ПЭС в СССР, Франции и Великобритании в настоящее время на западе Австралии разрабатываются проекты четырех ПЭС в узких заливах, где высота приливов составляет 9—12 м. Общая выработка энергии этих ПЭС должна составлять 11,5 млрд. кВт • ч, т. е. свыше 16% от выработки всех действующих в стране электростанций.
Благоприятные условия для строительства ПЭС имеются в 23 странах мира.
Проблема использования приливной энергии имеет большое значение и для Советского Союза. Впервые эта проблема была выдвинута еще в середине 20-х гг. текущего столетия. Перед Великой Отечественной войной в 1935—1940 гг. разработкой этой проблемы занимались более активно, но война отодвинула ее разрешение. Лишь в послевоенный период удалось более интенсивно заняться ею и успешно ее решить к концу 60-х гг. В 1968 г. в СССР была пущена первая отечественная приливная электростанция в губе Кислой на Мурманском побережье Кольского полуострова. Это пока лишь опытная электростанция мощностью всего 400 кВт. Однако опыт ее успешной работы открывает широкие перспективы в СССР для строительства мощных приливных ПЭС.
Кислогубская ПЭС была сооружена экономичным наплавным методом, впервые разработанным в СССР, сущность которого заключается в том, что станция строилась на берегу в привычных благоприятных условиях, а затем буксировалась по Кольскому заливу в Кислую губу. Этот весьма эффективный способ сооружения ПЭС используется в проектах зарубежных стран.
Опыт сооружения Кислогубской ПЭС используется при строительстве Лумбовской ПЭС на берегу Белого моря, мощность которой должна достигнуть 360 тыс. кВт. Ежегодно она будет вырабатывать около 1 млрд. кВт • ч электроэнергии — почти вдвое больше, чем французская ПЭС на реке Ране. С вводом в строй этой ПЭС и подключением ее в общую энергосистему стабилизируется выработка электроэнергии, столь необходимой ряду энергоемких производств и прежде всего заводам по выплавке алюминия.
Но мощность Лумбовской ПЭС все же недостаточна. Вот почему проектируется создание еще более мощной Мезенской ПЭС в Мезенском заливе мощностью 10 млн. кВт, с годовой выработкой 30 млрд. кВт • ч электроэнергии. С вводом в эксплуатацию Мезенской ПЭС будет обеспечена электроэнергией лесоперерабатывающая промышленность Мезенского района, а «избыток» ее, включенный в общую энергосистему, будет обслуживать другие важнейшие промышленные предприятия Северо-Западного экономического района. В перспективе возможно на месте работы ПЭС создать производство водорода, кислорода, аммиака и других химических продуктов. Кроме того, создание плотины при Мезенской ПЭС поможет наладить нормальное судоходство в низовьях реки Мезень, избавив ее от «блуждания» русла, и даст возможность создать глубоководный порт.