[Евгений Тихомиров]

Защита ото льда

Ледовая обстановка Мезенского залива исключительно тяжелая. Зимой со стороны моря лед у плотины ПЭС может тороситься до величины 7 м, а наледи на вертикальные бетонные стенки в зоне прилива - достигать толщины 2,5 м. Многолетние исследования Мезенского залива и моделирование ледового режима ПЭС в лаборатории ледотермики ВНИИГ позволили разработать систему защиты от воздействия льда: раздельное размещение турбинных и водосливных отверстий, применение ледостойкого бетона, выполнение вертикальных напорных граней толщиной не менее 4 метров и применение на них антиобледенительных покрытий, удаление входа в турбинные водоводы от напорной грани и др.

Разработка нового ортогонального агрегата

При выборе для Мезенской ПЭС гидроагрегата были рассмотрены все существующие в настоящее время для ПЭС прямоточные агрегаты: капсульные гидроагрегаты фирмы «Нейрпик» двустороннего действия, работающие на ПЭС Ранс во Франции и на Кислогубской ПЭС; гидроагрегат «Страфло» одностороннего действия, находящийся в опытной эксплуатации на ПЭС Аннаполис в Канаде; горизонтальная трехлопастная турбина фирмы Sulzer (SEW) одностороннего действия, предусмотренная для проекта ПЭС Мерсей и Тугурской ПЭС, а также (как вариант) - для Мезенской ПЭС. В качестве альтернативы традиционным для ПЭС осевым поворотно-лопастным машинам, базовой для Мезенской ПЭС рассмотрена разработанная в НИИЭС новая поперечно-струйная турбина, получившая название ортогональной. За счет двухсторонней работы и большей (в 1,4 раза) по сравнению с осевыми машинами пропускной способности в холостом режиме, годовая выработка ПЭС с ортогональными агрегатами получается такой же, как и с осевыми агрегатами SEW, несмотря на то, что КПД ортогональных турбин ниже. При этом установленная мощность и выработка ПЭС (при одинаковом числе водопропускных отверстий) практически совпадают. При одинаковом диаметре рабочего колеса суммарная масса (а следовательно и стоимость) ортогональных агрегатов на ПЭС уменьшается в 2,2 раза по сравнению с суммарной массой осевых агрегатов SEW. Объем бетона в здании ПЭС с ортогональными гидроагрегатами уменьшается на 12 %. Главным же достоинством ортогональных машин является простота геометрии их лопастей, что дает возможность их серийного выпуска на любом механическом заводе. Применение для ПЭС ортогональных машин не только ведет к сокращению массы и стоимости силового оборудования, но и преодолевает главную проблему строительства ПЭС: необходимость применения большого количества дорогих гидроагрегатов.

Экологическая безопасность

Энергия Мезенской ПЭС является возобновляемой и экологически безопасной. Воздействие ПЭС на окружающую среду имеет сугубо локальный, а не глобальный характер, и несопоставимо с экологическими последствиями от воздействия тепловых, атомных и гидравлических станций. Сооружение ПЭС приведет к сокращению величины естественного водообмена с заливом (до 50 %) и изменению гидродинамических характеристик приливных и штормовых явлений, ледотермического режима, солености, миграции наносов, к снижению амплитуды прилива и среднего уровня водной поверхности бассейна (на 1,5 м). Внутри отсеченного плотиной бассейна скорости приливных течений уменьшатся, но общая схема течений сохранится, исключая опасность появления застойных зон. В целом компоновка ПЭС позволяет практически сохранить структуру потока и перекрыть транспорт наносов из моря. Полная стабилизация наносов ожидается на 2 году эксплуатации ПЭС. Ледотермический режим у ПЭС изменится незначительно. Ледовый режим за плотиной сохранится на естественном уровне, а в бассейне будет наблюдаться практически полная аккумуляция речного льда (без выноса в море), что вызовет незначительное (на 5 %) увеличение толщины ледового покрова и очищение бассейна позже естественного на 1-2 недели. Расположение плотины вне фронтального раздела солености предопределяет малое влияние ПЭС на режим солености Мезенского залива. Изменения выразятся лишь в снижении солености в бассейне на 0,5-1,5 %. Гидрохимические характеристики бассейна останутся неизменными. Только при длительных (более 2-3 недель) периодах изоляции бассейна от моря дефицит кислорода может достигать опасного предела. Продуктивность биоценозов (планктон, водоросли, бентос) бассейна ПЭС будет поставлена в прямую зависимость от режима работы агрегатов и водопропускных отверстий. При сохранении проектного режима в течение 8-10 лет ожидается полное восстановление гидробиоценозов и даже увеличение их биомассы в силу уменьшения в бассейне скорости течений, прибойности и мутности. Вопросы рыбного хозяйсва из-за недостатка средств в проекте рассмотрены не в полном объеме, однако следует отметить возможность беспрепятственного прохода всех видов промысловых рыб через водопропускные отверстия ПЭС и горизонтальные осевые гидроагрегаты (доказано натурными исследованиями на Кислогубской ПЭС).

Эксплуатация Мезенской ПЭС в энергосистеме Европы

Из проведенного институтом Энергосетьпроект анализа следует, что при проектном обосновании установленной мощности вновь вводимых в энергосистеме Европейской части России пиковых энергоустановок (ГЭС, ГАЭС, ГТУ), необходимо учитывать возможность сооружения Мезенской ПЭС. Электроэнергия станции может обеспечить до 6,5 % современного энергопотребления Европейской части России. Общая мощность энергопередачи постоянного тока из России в Западную Европу планируется в 9 млн. кВт, из которых 4 млн. кВт может дать Мезенская ПЭС. Результаты исследований показали, что не существует технических препятствий по использованию прерывистой генерации Мезенской ПЭС в объединенной энергосистеме Европы. Управление рабочей мощностью ПЭС в соответствии с требованиями энергосистемы позволяет обеспечить эквивалентную в режимном отношении работу энергосистемы с ПЭС и без ПЭС.

Стоимость ПЭС

При использовании энергии Мезенской ПЭС в энергосистеме России и ОЭС «Восток-Запад» оказывается целесообразным (расчет на уровень 2015 г.) использовать на станции мощность 11,4 млн. кВт. Капитальные затраты на сооружение ПЭС при постановке новых ортогональных гидроагрегатов составят 1072 $/кВт и 0,314 $/кВт-ч (уровень цен 1991 г.). Для сравнения можно привести размеры капвложений в строительство новых ГЭС: Гилюйской - 1587 $/кВт и 0,63 $/кВт-ч и Средне-Учурской - 1316 $/кВт и 0,28 $/кВт-ч. Экономическая состоятельность Мезенской ПЭС во многом определяется наплавным способом ее строительства и применением современного силового оборудования (сокращение затрат на ортогональные гидроагрегаты до 50 % по сравнению с осевыми машинами). Кроме того, имеется резерв снижения стоимости эксплуатации ПЭС, если учитывать экономический эффект от экологической чистоты станции. Доходы от эксплуатации ПЭС неизменно превалируют над расходами. Так, в Англии для ПЭС Мерсей (700 МВт) отношение дохода к расходу определено в 1,22, а для ПЭС Северн (82 млн. кВт) - в 3,0. Стоимость электроэнергии ПЭС в энергосистеме самая низкая. Это доказывается эксплуатацией ПЭС Ранс в энергосистеме Франции, где стоимость электроэнергии ПЭС (1995 г.) составила 18,5 сантима/кВт-ч при стоимости в том же году энергии на ГЭС - 22,61, ТЭС - 34,2, и АЭС - 26,15 сантима/кВт-ч. Причем, тенденция разрыва стоимости в пользу ПЭС со временем будет увеличиваться