Преобразования пульсирующих импульсов приливной энергии. Третья часть

Вернемся опять на мыс Карговый. Перед нами все тот же бескрайний простор Мезенского залива.

Но погода ухудшилась. Море здесь редко бывает спокойным. Перед вами до самого горизонта бурлящий простор. По заливу одна за другой бегут могучие волны.

Ураганный ветер срывает и вспенивает их вершины. Вступив на мелководье, они с грохотом обрушиваются на берег. С силой в десятки тонн на каждый квадратный метр штурмуют волны твердыни берега, давая высокие всплески, и, наконец, теряют свою энергию. Таким атакам постоянно будут подвергаться и сооружения ПЭС. Но и это еще не все. Представьте, что перед вами панорама Мезенского залива зимой. Волн нет. Под волшебными сполохами полярного сияния мы видим гладь залива, покрытую льдинами. Размер их доходит до нескольких километров в поперечнике, толщина — больше метра.

Ветер и прилив взламывают ледяные поля и с большой скоростью несут их обломки в устье реки. По пути они срезают мели, обрушивают берега, а с отливом возвращаются в море. А что, если на своем пути они встретят плотину, воздвигнутую человеком? Выдержит ли она напор стихии? Не потому ли наш знаменитый океанограф Ю. М. Шокальский в 20-х годах высказывал мысль, что сооружение приливных электростанций в СССР невозможно? Но теперь мы предлагаем отсечь всю восточную часть залива плотиной длиной 100 км, которая образует бассейн площадью 2000 км² (для сравнения укажем, что зеркало бассейна ПЭС Ране — 20 км²).

Беломорская ПЭС может иметь мощность 14 млн. квт, но эти миллионы не так-то легко получить. Прежде всего надо учесть, что при таких масштабах процесс усложняется. После возведения плотины из-за нарушения естественных условий динамика прилива изменяется и его амплитуда может или увеличиваться, или уменьшаться даже... до нуля. Немало препятствий поставила нам природа, особенно велики они на Беломорском побережье и на первый взгляд кажутся непреодолимыми. Конечно, строить ПЭС на необжитых берегах Северного Ледовитого океана неизмеримо труднее, чем в районах курортных пляжей Ла-Манша. Поэтому все наши помыслы и искания многие годы были направлены на то, чтобы использовать современные знания и инженерный опыт, чтобы преодолеть эти препятствия.

В наше время созданы исключительно прочные материалы и конструкции. Это позволило нам предложить сооружение здания ПЭС осуществить в ближайшем приморском промышленном центре. Легкая, но прочная коробка должна была быть в готовом виде, со смонтированным оборудованием доставлена на плаву в створ и погружена на основание, подготовленное заранее без перемычек, подводным способом.

Разумеется, создание этой конструкции было подготовлено имевшимся опытом морской гидротехники. Известны наплавные секции подводных тоннелей в Ренбсбурге (ФРГ) и под рекой Фрайзер (Канада) и, наконец, наши плавучие железобетонные доки, изготовляемые в Херсоне и доставляемые по морю за тысячи миль на Камчатку или в Мурманск.

Легкость предложенной конструкции здания ПЭС, обеспечивающая ее плавучесть, достигается путем изготовления ее из тонкостенного сильно армированного железобетона, а прочность — благодаря пространственной работе этих тонкостенных элементов. Чтобы понять, что такое пространственная работа, вспомним, что лист бумаги не обладает ощутимым сопротивлением изгибу, но, чтобы согнуть этот же лист, свернутый в трубку, надо приложить какое-то усилие. Теперь представьте себе большое сооружение, выполненное из таких трубочек: чтобы деформировать его, нужна очень большая сила. Правда, такое сооружение не обладает весом, нужным для обеспечения его устойчивости, но этот вес достигается заполнением полостей сооружения песчаным балластом после установки конструкции на дно.

Очевидно, что возведение ПЭС таким еще не применявшимся методом встретит много трудностей. Для проверки предложенной конструкции в натуре в 1963 г. было начато сооружение опытной Кислогубской ПЭС в 100 км к северу от Мурманска. Створ этой установки был выбран нами еще в 1938 г. на основе тщательного обследования всего мурманского побережья. Прилив здесь имеет величину только 4 м, что значительно меньше, чем в Лумбовском (5 м) или Мезенском (3—9 м) заливах Белого моря. Однако наличие узкого (30 м) и неглубокого (3—4 м) горла, соединяющего губу Кислую с Ура-губой, позволяет поставить здесь опыт с относительно меньшими затратами, так как не надо строить плотину для образования бассейна. Кроме того, неподалеку от створа будущей ПЭС проходит высоковольтная линия Кольской энергосистемы,, что позволяет исследовать работу ПЭС в «пиковом» режиме. Понятно, что осуществление этого проекта, означавшего революцию в методах строительства и конструирования зданий гидроэлектростанций, потребовало проведения целого комплекса исследований.

Программа их, вошедшая в координационный план Госкомитета по науке и технике при Совете Министров СССР, была разработана и осуществлена под руководством отдела приливных электростанций института «Гидропроект» в течение 1962—1968 гг. с привлечением 22 научно-исследовательских институтов.

Сейчас сооружение Кислогубской ПЭС успешно завершено. В полном соответствии с проектом с 28 августа по 3 сентября 1968 г. выполнен 60-мильный перегон наплавного здания ПЭС (размер 30X18X15 м, вес 5200 т) от мыса Притыха (западный берег Кольского залива напротив г. Мурманска) до губы Кислой (Шалимской). С точностью, превышающей проектную (в плане ±5 см, по вертикали 1 см), осуществлено погружение его на искусственно подготовленное подводное основание. Таким образом, возможность возведения здания ПЭС (а также и речной ГЭС) наплавным способом доказана в натуре.

При этом получено практическое решение задачи конструирования расчета и создания прочной конструкции из элементов толщиной 15—20 см и материалов для нее, способных противостоять 15-метровому напору морской волны в условиях воздействия отрицательных температур. Созданы морозостойкий высокопрочный бетон, эффективная теплогидроизоляция из пеноэпоксидной смолы, а также катодная защита от электрохимической коррозии и стойкие прикрытия против обрастания.

Решение этих задач, несомненно, имеет широкое народнохозяйственное значение, далеко выходящее за пределы небольшой опытной приливной электростанции. Этими обстоятельствами также объясняется и оправдывается относительно высокая стоимость (7 млн. руб) сооружения Кислогубской ПЭС, которая, понятно, не может быть отнесена на стоимость киловатта этой маленькой опытной установки. Очевидно, что реализация опыта в крупном промышленном масштабе позволит получить экономически оправданное решение.

Этим объясняются и интерес, который вызван к сооружению небольшой Кислогубской ПЭС, и ее влияние на проектирование приливных электростанций за рубежом. В настоящее время на основе этого опыта разрабатываются проекты мощных ПЭС в Канаде, США и Великобритании и, как свидетельствует обсуждение вопроса на VII Международной энергетической конференции, есть все основания рассчитывать на успех нового подхода к решению проблемы использования приливной энергии.

Для нас, советских специалистов, работающих над проблемой, задача заключается в исследованиях конструкции, материалов и оптимального режима Кислогубской ПЭС, с тем чтобы на основе опыта проектирования строительства и эксплуатации вернуться к проектированию Лумбовской и Мезенских приливных электростанций.