С верхней части водоема поток по каналу спускается вниз, по пути раскручивая турбину, которая связана с генератором – принцип работы обычной гидроэлектростанции. Если станция гидроаккумулирующая, то воду можно и перекачивать в верхний бассейн. Это привычная схема: только в России действует больше 150 ГЭС, а доля гидроэнергетики в стране порядка 20 процентов.

Вместе с солнечной энергией и ветром к источникам возобновляемой энергии относят водные ресурсы. Ученые ищут альтернативы плотинам и возможности разнообразнее использовать воду для выработки энергии.

Приливы и отливы

В июле СМИ сообщили о разработке проекта приливной электростанции на Камчатке. По плану в Пенжинской губе Охотского моря появится станция, энергию от которой направят на производство водорода. Возрождение проекта, который рассматривали еще в советские годы, связывают с активной низкоуглеродной повесткой. Подсчеты, которые проводили еще в 1970-х годах, говорят, что мощность приливной электростанции может составить до 100 ГВт. Если проект реализуют, станция может стать второй в России ПЭС.

Первая и пока единственная приливная электростанция в России была построена еще во времена Советского Союза. Экспериментальная приливная электростанция появилась в 1968 году на берегу Баренцева моря. Сейчас она законсервирована в статусе памятника науки и техники.

Экспериментальная Кислогубская приливная электростанция / Фото: water-rf.ru

ПЭС строят в местах наибольших приливов. Именно разница воды позволяет вырабатывать энергию – по подсчетам для экономической целесообразности строить приливную станцию имеет смысл на территориях, где уровень моря колеблется не меньше чем на 4 метра. Например, в Пенжинской губе наблюдаются одни из самых высоких приливов – больше, чем 13 метров.

ПЭС – это плотина, которую возводят в морских заливах или в устьях впадающих рек. После перекрытия водоема образуется бассейн, в котором уровень воды колеблется в зависимости от высоты прилива. В водопропускных отверстиях плотины устанавливаются турбины с генераторами, работающие в обе стороны под действием напора воды.

ПЭС используют стабильный, неиссякаемый источник энергии, не вредят выбросами окружающей среде и потенциально безопасны для населения. Минусами приливных электростанций называют высокую стоимость строительства, непостоянную подачу энергии и относительно низкую эффективность.

На волнах

Гигантские красные водные змеи из металла у побережья северопортугальского Повуа ди Варзин обеспечивают электричеством тысячи домов. Конструкция Pelamis Wave Energy и названа в честь морского обитателя – змеи Pelamis platurus, которая всю жизнь проводит в воде. Как и пресмыкающееся, аппараты не покидают воду и похоже изгибаются на волнах.

Длиной почти 150 метров, диаметром – три с половиной. Несколько секций соединены шарнирами, когда плавающая конструкция изгибается в местах соединений, гидравлические поршни прокачивают масло, вращая генераторы. Объединенные кабелями конструкции выдают на берег общую мощность.

Станция Pelamis Wave Energy / Фото: fshoke.com

Впрочем, это не единственная система волновой электростанции. Другое предложение – труба, которая ставится на пути волн. Поступающая вода вращает турбины, которые передают действие генератору. В аналогичной системе турбины вращаются не водой, а воздухом, который вода выталкивает из замкнутого пространства трубы. Альтернативные конструкции используют качающую силу волны: установленные на едином валу поплавки качаются на волнах, приводя турбину в движение.

Фото: newchemistry.ru

Энергия волн – это бесконечный и безопасный источник энергии. При этом отдельные конструкции волновых электростанций потенциально рассматривают в роли волногасителей, которые могут защищать прибрежную зону. При очевидных плюсах доля волновой энергетики в мире пока остается на низком уровне: по подсчетам только около одного процента всей энергии извлекают из энергии волн. Первые в России экспериментальные волновые генераторы заработали в 2014 году в Приморском крае.

Естественное давление

С одной стороны аквариума – морская вода, с другой пресная, посередине мембрана, проницаемая для молекул воды, но не соли. В такой системе пресная вода начнет просачиваться через мембрану в попытке уравновесить концентрацию раствора с двух сторон от мембраны. Это физический процесс, который называют осмос, от греческого толчок или давление. Эффект осмоса открыл французский физик Жан-Антуан Нолле в 1748 году. А через два с половиной века эффект начали использовать для выработки электроэнергии.

Резервуары с морской и пресной водой осмотической электростанции разделены современной мембраной. Идея создания ОЭС высказывалась еще в 70-х годах, но тогда материалы не позволяли делать с одной стороны мембрану достаточно прочную, чтобы не порваться под давлением, а с другой стороны с достаточной пропускной способностью, чтобы процесс осмоса не затягивался надолго.

Единственная на сегодняшний день экспериментальная осмотическая электростанция запущена в Норвегии в 2009 году. Пресная вода, попадая в морскую через мембрану, создает давление, которого достаточно для того, чтобы вращать турбину. Отработанная, разбавленная пресной морская вода сбрасывается обратно в море, откуда качается и свежая.

Осмотическая электростанция не нуждается в солнце или ветре, не производит выбросов парниковых газов, выпускает стабильные и регулярные мощности. Но ее месторасположение сильно ограничено – у места постройки осмотической электростанции должен быть постоянный доступ и к морской, и к пресной воде.