Россия готовит на Камчатке энергетическое чудо

Не успело затихнуть обсуждение строительства новой железнодорожной ветки к берегу Баренцева моря, как подоспело новое поручение от Президента. Правительство в срок не позднее 1 марта текущего года должно рассмотреть возможность, обоснованность и перспективность строительства центров по производству водорода и аммиака на базе приливных электростанций (ПЭС). Речь идет о возведении инновационных объектов беспрецедентной мощности в Пенжинской губе на Камчатке, а именно — в северо-восточной части залива Шелихова в Охотском море.

В прошлом году Минвостокразвития России, правительство Камчатского края в рамках Восточного экономического форума подписали соглашение с компанией "Н2 Чистая Энергетика", которое подразумевает проектирование и последующее возведение в Пенжинской губе приливной электростанции мощностью сто гигаватт. Место, конечно, выбрано неслучайно. Многолетние наблюдения позволили установить, что высота приливных волн здесь достигает рекордных 13 метров, это позволяет использовать энергию воды с максимальной отдачей.

Изучая предварительную информацию по проекту, сложно удержаться от использования прилагательных превосходной степени, но мы все же постараемся, более того — даже позволим себе предметную критику.

Начнем с того, что сама идея строительства приливной станции в Пенжинской губе не нова. В 70-е годы прошлого века советские гидроэнергетики просчитывали вариант строительства здесь двух створов, на каждом из которых подразумевалось размещение гидроагрегатов. Именно с тех времен до нас дошла оценка стоимости строительства ПЭС-1 (Северного створа мощностью 21 гигаватт) в 60 миллиардов и ПЭС-2 (Южного створа на 87 гигаватт) в 200 миллиардов долларов. Учитывая уровень инфляции за прошедшие десятилетия, планку окончательной стоимости можно смело поднимать еще выше.

Здесь мы остановимся и поясним нашим читателям, далеким от темы гидроэнергетики, базовые понятия.

Человечество научилось использовать энергию прибывающей или уходящей воды еще в конце XIX века, однако первое техническое воплощение идея получила лишь в 1967 году, когда во Франции была построена приливная станция "Ля Ранс" мощностью 240 мегаватт. Год спустя Советский Союз произвел запуск собственной ПЭС в губе Кислой вблизи поселка Ура-Губа Мурманской области. Станция изначально задумывалась как экспериментальная, и потому мощность ее была очень скромной: всего 1,7 мегаватта. Примечательно, что СССР на тот момент не умел создавать подходящие турбины, поэтому гидроагрегат для Кислогубской ПЭС был закуплен во все той же Франции, и лишь позднее на предприятии "Севмаш" было налажено производство гидроагрегатов, на заводе "Русэлпром" стали делать подходящие генераторы.

А дальше дело забуксовало. За прошедшие с момента запуска первых приливных станций полвека в мире были построены лишь единичные объекты подобного толка. По одной ПЭС у себя возвели Великобритания и Канада (на 1,2 и 20 мегаватт соответственно), а также Южная Корея — ее ПЭС "Сихва" имеет установленную мощность 250 мегаватт и в настоящий момент является самой крупной станцией данного типа.

Массового внедрения ПЭС не случилось, даже невзирая на ряд неоспоримых преимуществ. Приливные станции не делают выбросов в атмосферу, не загрязняют прилегающие территории угольной пылью, не оставляют в качестве продуктов жизнедеятельности ядерных отходов, не требуют возведения плотин и потому не нарушают экосистему рек. Более того, им не страшны природные катаклизмы вроде землетрясений или оползней, а в случае их возникновения жителям окрестных земель нечего бояться наводнения или радиационного заражения. ПЭС, по сравнению с классическими гидроэлектростанциями, которые давно включены в списки возобновляемых и безопасных для экологии источников, уничтожают всего десять процентов планктона, сохраняя локальную биосферу. Створы приливных станций защищают берега от разрушительных морских волн и, как считают экологи, смягчают климат.

Казалось бы, одни сплошные плюсы — но все опять портят упрямые законы физики.

Створы ПЭС — это фактически громадные дамбы, которые "крыльями" перекрывают выбранную бухту или губу. В них устанавливаются гидротурбины, которые и вращаются прибывающей или уходящей водой, генерируя тем самым электроэнергию. Проблема в том, что любая ПЭС работает в режиме восьми циклов, когда станция четыре цикла находится в ожидании прилива и отлива, а другие четыре — работает. Обеспечить бесперебойную подачу энергии данный тип станций не может, а потому инженеры давно предлагают строить комплексные объекты, где ПЭС совмещается либо с гидроэлектростанцией, обеспечивающей выработку в периоды простоя, либо с гидроаккумулирующей (ГАЭС), способной накапливать произведенное электричество и выдавать его по мере необходимости, особенно в период пиковых нагрузок. Французская "Ля Ранс" построена именно по такой схеме — ее турбины ПЭС расположены рядом с плотиной ГЭС.

И тут уникальные приливы Пенжинской губы из преимущества плавно превращаются в проблему. Гидрологи давно подсчитали, что через ворота губы 13-метровые приливы ежесуточно перемещают 500 кубических километров воды. Для сравнения: самая полноводная река планеты Амазонка переносит столько жидкости за месяц, а наша Волга — за два года. Движение воды действительно достаточное, чтобы выработать невероятные сто гигаватт, что сопоставимо с работой 30 современных АЭС с двумя энергоблоками в каждой или 80 гидроэлектростанций размера Колымской. Но для этого в створах нужно установить беспрецедентное количество турбин. Предварительно посчитано, что для возведения только Южного створа потребуется изготовить и установить более тысячи гидроагрегатов.

Примечательно, но физическая возможность реализации подобного проекта не ставится под сомнение, хотя Пенжинская ПЭС тогда будет в пять раз мощнее чем, скажем, китайская гравитационная ГЭС "Три ущелья" на реке Янцзы, которая сегодня не имеет аналогов в мире. На этот факт указывает то обстоятельство, что разработчики в качестве рынков сбыта рассматривают Китай и Южную Корею, куда потенциально можно будет перекинуть энергомост. На удалении в две тысячи километров расположена и вечно энергодефицитная Япония.

Но сто гигаватт — это все равно очень много. Это 40 процентов электроэнергии, которую сегодня вырабатывает весь энергетический комплекс России. И потому "Н2 Чистая Энергетика", которая входит в Консорциум водородных технологий, предложила, казалось бы, оптимальное решение: прямо на месте из морской воды производить экологически чистый водород. Это устранило бы необходимость строительства громадных аккумуляторных станций и тысячекилометровых линий электропередачи, а собственных мощностей с лихвой хватило бы на обеспечение работы промышленных установок электролиза. Это полностью укладывается в утвержденную правительством в августе 2021 года концепцию развития водородной энергетики. Согласно ее положениям, Россия к 2050 году должна производить и экспортировать от 15 до 50 миллионов тонн водорода в год.

Но и тут больше вопросов, чем ответов.

Если открыть другой системный документ, а именно — Энергетическую стратегию Российской Федерации на период до 2035 года, то мы выясним, что никакого мирового рынка водорода просто нет. Данный вид топлива рассматривается как возможная прорывная технология, а все варианты его массового применения относятся к планам, а не к уже реализованным концепциям. Отдадим должное нашим законодателям, они абсолютно правы: в мире полно технологий применения водорода в качестве основного топлива, но все они относятся к концептам — ни одна не нашла действительно широкого и массового применения.

Причин тому масса.

Водород дорог в производстве: всего один его килограмм сегодня стоит порядка двенадцати долларов. Он чрезвычайно горюч и взрывоопасен, для его хранения требуются специальные резервуары, рассчитанные на повышенное давление. Проблему не решает и сжижение, для перевода топлива в жидкое состояние требуются специальные установки и температура порядка минус 250 градусов. Для сравнения: привычный всем метан сжижается при температуре минус 160 градусов.

И наверно, самое главное. Водород горит с температурой три тысячи градусов, что позволяет использовать такие горелки для резки металлов. Поэтому — чтобы использовать водород во благо — его смешивают с метаном, то есть обойтись без углеводородов так и не удается. Но и в этом случае смесь горит в температурном диапазоне полторы-две тысячи градусов, то есть на пределе прочностных возможностей современных материалов. Чтобы водород стал массовым топливом, физикам и химикам еще предстоит совершить немало научных открытий на ниве создания сверхпрочных жаростойких сплавов.

В общем, пока гораздо больше вопросов, чем ответов, но если учесть, что в рамках проекта рассматривается еще и строительство аналогичных электростанций в Хабаровском крае (Тугурская ПЭС) и Архангельской области (Мезенская ПЭС), то налицо масштабный проект, установочные данные по которому не известны широкой общественности.

Подводя итог, отметим, что, конечно, не каждый масштабный проект доходит до стадии реализации, многие признаются бесперспективными или неоправданно затратными. С другой стороны, когда сто лет назад молодое советское правительство принимало план государственной электрификации России (ГОЭЛРО), современники крутили пальцем у виска и называли его несбыточной фантазией, а сегодня это просто глава в учебнике истории.