Энергия морских колебаний давно привлекала внимание инженеров и исследователей. Попытки использовать её предпринимались ещё в Средние века, когда на побережьях строились простейшие механизмы для помола зерна. Однако лишь в XX веке появились проекты, способные превратить силу океанских волн в источник электричества.
Современные разработки предполагают создание специальных бассейнов, отделённых плотинами, где движение воды приводит в действие турбины. Такая схема обеспечивает работу как при подъёме, так и при снижении уровня моря. Дополнительные решения включают комбинирование нескольких резервуаров и использование вспомогательных установок для выравнивания мощности.
В Советском Союзе идея получила практическое воплощение: молодой инженер предложил построить первую станцию на северных берегах. Природные условия региона позволяли минимизировать затраты и использовать естественные преграды. Проект обещал снабдить энергией рыбацкие поселения, улучшить их быт и показать возможности новой техники.
Приливы зарождаются на просторах мирового океана, занимающего большую часть поверхности земного шара.
Луна силой своего притяжения поднимает уровень воды в океане одновременно на двух противоположных сторонах земного шара. С поворотом Земли на 90° влияние лунного притяжения переносится на другие зоны, а в прежних местах уровень океана опять опускается. Земля совершает полный оборот вокруг своей оси в двадцать четыре часа. Таким образом, каждые шесть часов на двух «концах» земного шара происходит подъем, а на двух других — опускание уровня океана.
Другими словами, в течение каждых полусуток в любой часта земного шара покрытой океаном или соединённым с ним морем, неизменно повторяется один и тот же цикл колебания уровня воды: приблизительно шесть часов идёт его подъем и следующие шесть часов — понижение. Это явление и называется приливом и отливом.
Прилив представляет собой могучую силу, которая поворачивает вспять течение больших рек, впадающих в океан.
По теоретическим вычислениям ряда учёных, приливы и отливы являются самым большим источником энергии после солнечного излучения.
Давно уже люди пытались придумать какие-либо способы использования этой энергии, причём выдвигалось немало остроумных проектов.
У совершенно отвесных берегов океанская вода в зависимости от характера дна поднимается иногда до 8—12 метров в высоту. Некоторые изобретатели предлагали построить огромный понтон, который поднимался бы и опускался с периодическими изменениями уровня океана. Этот «поплавок» проектировалось соединить с передаточным механизмом, который приводил бы во вращение маховик. Однако столь громоздкое сооружение дало бы в конечном счёте ничтожные результаты. Один французский инженер вычислил, что если бы в качестве такого «поплавка» был использован громадный броненосец водоизмещением в 201 тыс. тонн, то мощность этой «энергоустановки» составила бы в лучшем случае лишь... 110 лошадиных сил!
Понятно, что подобного рода проекты так и остались чистой фантазией.
Более заманчивой казалась другая идея: использовать колоссальную энергию самого движения приливной волны, набегающей на пологие берега. В Испании на побережье Андалузии ещё в XI веке устраивались «приливные мельницы», которые перемалывали зерно. В этих примитивных механизмах использовалась сила приливной волны, которая непосредственно действовала на погруженные в воду лопасти мельничных колёс. Однако коэффициент полезного действия таких водяных колёс был крайне мал. Чтобы создать по этому принципу установку большой мощности, потребовалось бы построить водобойные колеса такого громадного размера, что это сооружение потеряло бы всякий экономический смысл, если бы даже и было технически выполнимо.
Но значит ли это, что современная техника совершенно лишена возможности серьёзно использовать могучую энергию океанских приливов? Нет. В последние два-три десятилетия был выдвинут ряд проектов, в которых эта проблема получила наконец технически осуществимое решение.
В этих проектах намечается использовать энергию приливов следующим образом. На берегу создаётся бассейн, отделённый от океана плотиной. В плотине устанавливаются турбины гидростанции. Во время прилива уровень воды в океане будет выше, чем в закрытом бассейне. Подпёртая плотиной океанская вода, стекая в бассейн, будет вращать турбины. При отливе получается обратная картина: уровень воды будет больше в бассейне, и вода, уходя в океан, снова приведёт в действие турбины.
Таким образом, морская приливная гидростанция будет работать на «синем угле», подобно тому, как речная гидростанция действует на «белом угле».
Авторы проектов позаботились и о том, чтобы обеспечить беспрерывную работу приливной гидростанции. Для этой цели предлагалось создать комбинацию из нескольких естественных или искусственных бассейнов. При такой системе часть энергии приливной станции можно израсходовать на перекачку воды в более высоко расположенные бассейны. Полученный напор воды пригодится в дальнейшем, когда прилив перестанет вращать турбины.
В некоторых проектах намечалось аккумулировать часть энергии приливной станции в виде пара (посредством электронагрева котлов), а затем, в часы «стояния воды», использовать этот пар для приведения в действие паровой турбины, установленной на приливной станции в качестве резервного агрегата.
Ни одного из этих проектов вследствие противоречий капиталистического строя так и не удалось осуществить. Короли «черного угля», боясь конкуренции более дешёвого «синего угля», чинят всяческие препятствия строительству приливных гидростанций.
На океанских побережьях Франции, Англии и США приливная волна достигает большой силы. Так, например, в заливе Фанди, близ границы США с Канадой, уровень океанской воды дважды в сутки вздымается на высоту пятиэтажного дома. В этом заливе можно было бы соорудить приливную электростанцию колоссальной мощности. Проект такой станции существует, и её уже начали было строить несколько лет назад. Было приступлено к возведению громадной плотины, длиной в 4 километра и высотой от 40 до 70 метров, считая от дна океана. Но дальнейшее сооружение станции вскоре было прекращено.
В результате после большого шума, поднятого было буржуазной печатью вокруг проектов приливных гидростанций, все дело ограничилось небольшими опытными установками, по одной во Франции, Англии и США.
*
Гигантская приливная волна, зарождающаяся на просторах мирового океана, главным образом между Антарктикой и всей остальной сушей, докатывается из Южного полушария и до наших северных берегов. Волна прилива, огибая мыс Нордкап, на четвёртый час после прохода Гринвичского меридиана появляется почти одновременно вдоль всего Мурманского побережья. Затем менее чем через час она достигает горла Белого моря и распространяется дальше вплоть до берегов Камчатки.
Амплитуда колебания приливной волны у нас в ряде мест составляет от 2 до 11 метров.
Стихия морских приливов в больших масштабах ещё нигде не покорена человеком. Но Советское государство не знает препятствий капиталистической конкуренции и сможет там, где это экономически целесообразно, заставить тысячи лошадиных сил «синего угля» работать на социализм, на благо всего народа.
Осуществлению этой задачи решил посвятить себя студент Инженерно-строительного института имени Куйбышева Л. Бернштейн.
Ознакомившись с принципами, положенными в основу последних заграничных проектов, он пришёл к выводу, что реальное осуществление такой установки вполне по плечу советской гидротехнике.
Уверенный, что строительство приливной гидростанции встретит сочувствие и поддержку со стороны правительства и всей советской общественности, Л. Бернштейн смело взялся за дело.
Молодой студент понимал, что любая техническая идея только тогда имеет ценность, когда она не отрывается от жизни. Он решил найти такое место на нашем необъятном побережье, где по природным условиям лучше всего было бы построить для начала небольшую приливную гидростанцию. Он углубился в изучение карт, лоций и специальных ежегодников, где указаны на год вперёд на любой день амплитуды приливов. Ознакомившись с этими данными, а также с материалами различных экспедиций и многочисленными книгами по экономике и географии, Л. Бернштейн пришёл к выводу, что первую такую установку нужно создать на Мурманском побережье.
В августе 1938 г. студент Л. Бернштейн с письмом от дирекции института, в котором она просила оказать ему содействие в сборе материалов для дипломного проекта, отправился на Мурманское побережье Баренцева моря.
Изучив на месте побережье, Л. Бернштейн наметил широкий план его электрификации. Многочисленные посёлки рыбацких колхозов, рыбоприёмные пункты, консервные заводы и ремонтные мастерские рыболовного флота могут получать в изобилии энергию от целой сети речных и приливных гидростанций. Он направился в трест «Мурманрыба» и изложил там свои планы. Идея московского студента была встречена весьма сочувственно.
Ему предоставили необходимые материалы для изучения местной экономики.
С большим жаром Л. Бернштейн принимается за работу. Пробираясь сотни километров по болотам и скалам мурманских фиордов, плывя по заливам с попутными рыболовными судами, он находит много мест для сооружения приливных ГЭС. В первую очередь для этого удобна губа Кислая, расположенная в фиорде Ура.
Вот как описывает это место сам Л. Бернштейн в своём дневнике:
«Фиорд Ура. С высокой вершины видно, как убегают вдаль и падают обрывами в безграничный океан гранитные скалы.
Неподалёку от посёлка Порт-Владимир скалы южного берега фиорда образуют узкий, еле заметный разрыв. Это «горло», или «ворота», губы Кислой.
Идёт отлив. Из губы Кислой выливаются огромные массы воды, зашедшей туда с приливом. На моторном боте «Свет» мы пытаемся войти в губу. Машина набирает обороты, но, по мере того как ущелье все больше сжимает поток воды, ход нашего судна становится все медленнее, и наконец оно останавливается. Капитан, надрываясь, кричит: «Полный вперёд!», но бот не двигается с места.
Я смотрю на пролив и вижу бешено рвущийся на нас поток воды; кажется, что мы с большой скоростью летим вперёд, но скалистые берега остаются неподвижными. Ещё мгновение — и моторный бот не выдерживает этого соревнования с бурным потоком. Он подхватывает наше судно и выбрасывает его обратно в море.
«Свет» становится на якорь в ожидании конца отлива. Но вот отлив сменяется приливом. Природа милостиво разрешает нашему судну войти в губу.
Судно подходит близко к скалам и, подхваченное течением огромной силы, засасывается в горловину пролива. Руль не может справиться с течением. Скалы сходятся все ближе, и кажется, что наш бот неминуемо разлетится в щепы. Но стремительный поток проносит нас среди скалистых берегов.
Пройдя узкое горло, мы убеждаемся, какой прекрасный водоём приготовила здесь природа для приливной гидростанции. Нашим глазам предстаёт громадное озеро в оправе гранитных отвесных скал. По одну сторону его лежит необъятный океан, по другую — большой и глубокий водоём губы Кислой. Природа сама образовала здесь каменный порог между глубинами океана и залива, как бы воздвигнув естественную плотину. Перекрытие русла, этого пролива может быть осуществлено поэтому почти без сооружения искусственной плотины. Это выгодно отличает намеченный нами створ для приливной станции в губе Кислой от всех иностранных проектов. Для осуществления последних требуется обычно строительство гигантских дорогостоящих плотин с глубокой подводной частью».
*
Об идее постройки первой приливной гидроэлектростанции в губе Кислой было доложено в сентябре 1938 г. т. Микояну. Тов. Микоян одобрил эту идею и предложил произвести все необходимые технические изыскания. Л. Бернштейн был назначен руководителем проектно-изыскательских работ.
В декабре 1938 г. Л. Бернштейн вторично выехал на Мурманское побережье — на этот раз уже с комплексной экспедицией. Государство предоставило молодому автору проекта все возможности для окончательной разработки его. На производство изыскательских работ были отпущены необходимые средства и оборудование. Партия гидрологов и топографов на маленьком моторном боте «Свет» отправилась в Кислую. Коллектив экспедиции, увлечённый этим новым, интересным делом, выполнил все работы, намеченные программой, несмотря на штормы и мрак полярной ночи.
Мечта молодого студента сбылась. Его идея постройки первой советской приливной гидростанции, явившаяся темой дипломной работы, превратилась теперь в реальный и технически обоснованный проект.
В проекте, разработанном при участии ряда крупных советских специалистов, разрешаются все основные трудности, связанные с сооружением приливной гидроустановки. Приливы и отливы всегда перемежаются периодом «стояния воды». В это время в океане и во внутреннем бассейне, отгороженном от него плотиной, устанавливается одинаковый уровень, и, следовательно, турбина не будет работать. Но прекращение подали электрического тока предприятиям и жилым домам даже на несколько часов в сутки совершенно недопустимо. Значит, надо как-то предотвратить эти перерывы в работе приливной электростанции.
Высота прилива, как правило, меняется; через каждые пятнадцать дней повторяется определённый цикл. Это объясняется тем, что приливы вызываются притяжением не только Луны, но отчасти и Солнца. Когда Луна и Солнце «тянут» воду в одну сторону, прилив бывает большим, а при «работе» этих светил врозь вода поднимается на значительно меньшую высоту. Наибольшие приливы бывают при полнолунии и новолунии, а наименьшие — в периоды квадратуры, когда Луна находится в первой и последней четверти. Изменчивость приливов влечёт за собой неравномерный напор воды, а тем самым влияет и на мощность станции. Следовательно, нужно как-то регулировать, выравнивать работу приливной гидроэлектростанции.
 |
Приливная гидростанция в разрезе. |
Обе эти задачи Л. Бернштейн успешно разрешил. Его гидроустановка состоит из двух близко расположенных электростанций: морской и речной. Первая является основной приливной гидростанцией, а вторая служит для регулирования мощности. Эта вторая станция запроектирована на бурной реке Гремихе, впадающей в океан неподалёку от губы Кислой.
В часы наибольшего прилива станция «синего угля» отдаёт по проводам излишек своей энергии станции «белого угля». За счёт этой энергии насосы вспомогательной станции накачивают воду в дополнительный верхний бассейн. Когда мощность приливной станции понижается или турбина её на время совсем останавливается (что бывает в конце прилива или отлива), начинает работать турбина речной гидроустановки. Она использует напор реки Гремихи и воду, поднятую перед тем насосами в верхний бассейн. Речная гидроустановка покрывает в это время недостающую мощность приливной станции. Средняя мощность обеих станций, таким образом, выравнивается.
Вода из бассейна поступает на речную станцию по трубопроводу. Он снабжён специальной установкой, так называемой уравнительной башней. Она предназначена для того, чтобы предохранять агрегаты станции от удара мощного потока воды при внезапной остановке турбины.
Согласованность работы станций достигается автоматически. Для этой цели на речной станции устанавливается специальный автомат, который включает насосы или турбину в зависимости от повышения или падения мощности приливной станции.
*
Железобетонное здание основной станции будет помещено в самом узком месте горла губы Кислой. В подводной части здания устанавливается сверхбыстроходная турбина Каплана. Благодаря устройству специальных подводящих и отводящих воду, каналов турбина сможет работать и во время прилива и при отливе. Применение турбины Каплана в данном случае особенно выгодно, так как она имеет поворотные лопасти (как у гребных винтов современных больших кораблей). Она может вращаться с постоянным числом оборотов при меняющемся напоре воды.
Станция в губе Кислой даст свет и тепло окружающим рыбацким посёлкам: Ура-Губе, Чан-Ручью и Порт-Владимиру.
Электроэнергия этой системы сэкономит большие средства, которые государство вынуждено сейчас затрачивать на подвоз дорогостоящего топлива в эти отдалённые безлесные районы. По приблизительным подсчётам, расходы на отопление и освещение этих поселков сократятся почти в четыре раза, не говоря уже о резком улучшении культурно-бытовых условий жизни мурманских рыбаков.
Так идея, казавшаяся фантазией, получила вполне реальные контуры. В стране, где человеческий разум может осуществлять самые дерзновенные планы покорения природы, положено начало строительству гидростанции, использующей энергию океанского прилива.
*
Гидроэлектростанция в губе Кислой будет обладать одной совершенно оригинальной особенностью: подводную часть здания предположено использовать в качестве своеобразного железобетонного невода для лова океанской сельди.
Приливное течение иногда затягивает в горло губы Кислой большие косяки сельди. После того как косяк зашёл в губу, выход из неё запирается огромным неводом. Однако в губе Кислой это делать очень трудно, так как бурное течение рвёт сети, и рыба при отливе ускользает обратно в океан. По проекту Л. Бернштейна, сельдь беспрепятственно пропускается из океана в губу Кислую через здание гидростанции. После захода косяка в залив щиты гидростанции опускаются, и рыба оказывается запертой. Затем она легко вылавливается из закрытого водоёма.
Но необязательно ждать, пока сельдь сама подойдёт к горлу губы; может быть, окажется возможным заманить косяк сельди, идущей мимо губы. Перед зданием станции будет установлена цепочка подводных прожекторов. Зажигаясь поочерёдно, они своим светом будут привлекать косяки сельди к зданию гидростанции. Сильное приливное течение здесь уже само затянет их в губу, а щиты гидростанции запрут всю сельдь в гигантском «неводе».
 |
Подводные прожекторы заманивают косяк сельди в горло губы
Кислой. |
*
Работа над проектом гидроэлектростанции в губе Кислой закончена. Вслед за первой установкой будут создаваться новые.
Нет сомнения, что в будущем целая сеть приливных гидростанций, расположенных на побережьях СССР, даст свет и тепло рыбацким посёлкам, портам и промышленным предприятиям.
Комментариев нет:
Отправить комментарий