Введение

Концептуальная плотина между Англией и Уэльсом

Запруда Северн – это совокупность различных проектов по строительству дамбы от английского до уэльского побережья через устье реки Северн. Идеи о возведении плотин или дамб на устье реки Северн (и Бристольского канала) существуют с XIX века. Строительство такой дамбы стало бы инженерным проектом, сопоставимым с крупнейшими в мире. Целями такого проекта обычно являются одна или несколько из следующих задач: создание транспортных связей, защита от наводнений, строительство гавани или выработка приливной энергии. В последние десятилетия именно последний аспект стал основным направлением развития идей о возведении дамбы, а остальные рассматриваются как полезные сопутствующие эффекты. После исследования целесообразности использования приливной энергии реки Северн (2008–2010 гг.) британское правительство пришло к выводу об отсутствии стратегических оснований для строительства дамбы, но поддержало продолжение исследований в области новых технологий. В июне 2013 года Комитет по энергетике и изменению климата опубликовал результаты восьмимесячного изучения аргументов за и против строительства дамбы. Депутаты заявили, что обоснованность строительства дамбы не доказана. Они не были убеждены в достаточности экономической целесообразности и отметили, что компания-застройщик Hafren Power не смогла дать ответы на серьезные вопросы экологического и экономического характера.

История

За эти годы было предложено множество проектов, изначально для создания безопасной гавани, а в последнее время – для выработки электроэнергии.

Первые проекты

В 1849 году Томас Фулджеймс, инженер-строитель и графский геодезист Глостершира, предложил строительство плотины от Бичли до Оста (в настоящее время место расположения первого моста Северн), протяженностью чуть более 1 мили (2 км). Поскольку коммерческое производство электроэнергии еще не было налажено, первые предложения были основаны на желании создать крупный судоходный порт в устье реки Северн, обеспечить автомобильное и железнодорожное сообщение, а также защиту от наводнений. Никаких действий по предложениям Фулджеймса предпринято не было, и спустя три четверти века, в 1925 году, была сформирована официальная исследовательская группа. Осознание значительной амплитуды приливов – 14 метров (46 футов), уступающей только заливу Фанди в Восточной Канаде – привело к предложению о строительстве электростанции мощностью 800 мегаватт (МВт) в районе Английских камней. Хотя это считалось технически осуществимым, проект был отклонен по экономическим соображениям (тогда его стоимость оценивалась в 25 миллионов фунтов стерлингов). Несколько лет спустя, в 1931 году, русский иммигрант Пол Шишкофф продемонстрировал прототип приливного генератора в Авонмуте, включавший в себя новый механизм для равномерного распределения выработки энергии в течение 24 часов. Общая стоимость плотины в то время оценивалась в 5 миллионов фунтов стерлингов. В 1933 году Комитет по плотинам Северн (HMSO), в отчете под председательством лорда Брабазона, рекомендовал строительство плотины мощностью 800 МВт в районе Английских камней в качестве оптимального варианта. Работы были прерваны Второй мировой войной и возобновлены в 1945 году, когда инженеры спрогнозировали годовую выработку в 2,2 тераватт-часа (ТВт-ч). В 1948 году было проведено дополнительное правительственное исследование различных вариантов плотин, в результате которого стоимость строительства была оценена в 60 миллионов фунтов стерлингов. В 1975 году Центральный совет по производству электроэнергии (CEGB) опубликовал исследование, основанное на данных университетов Бристоля и Солфорда, для Консультативного совета Государственного секретаря по исследованиям и разработкам в области топлива и энергетики. Несмотря на продолжающийся нефтяной кризис, совет пришел к выводу, что строительство плотины не будет экономически целесообразным, если энергетическая ситуация не ухудшится существенно.

Комитет Бонди, 1981

После подобного ухудшения ситуации (в связи с иранской революцией и энергетическим кризисом 1979 года) планы были повторно рассмотрены Комитетом по плотине Северн в 1981 году. Этот комитет был известен как "Комитет Бонди" (по имени профессора сэра Германна Бонди). Комитет исследовал 6 возможных мест для строительства плотины, от Английских Камней в верхней части устья реки до участка, расположенного преимущественно в море в Бристольском канале между Линмутом в Северном Девоне и Порткаулом в Южном Уэльсе. Он подготовил обширный отчет по энергетике, в котором рекомендовал строительство плотины длиной 10 миль (16 км) с бетонной электростанцией между Брен-Дауном и Лавернок-Пойнт, шлюзами и простыми кессонами, а также насыпями из песка и камня. Она могла бы генерировать 7200 МВт за счет энергии приливов (самая большая рассматриваемая плотина могла бы производить вдвое больше энергии). Несколько лет спустя эта концепция была существенно доработана группой Severn Tidal Power Group. В 1984 году компания Wimpey Atkins предложила построить более компактную плотину у Английских Камней, надеясь создать более экономически целесообразный проект, который бы минимизировал воздействие на окружающую среду по сравнению с крупной плотиной.

"Баража шлюхи или стрелок", 1987

Это исследование Wimpey Atkins 1984 года подверглось критике, поскольку не рассматривало проблему намыва, и в 1987 году Артур Хукер OBE (бывший партнер WS Atkins) совместно с Parsons Brinckerhoff подготовил пересмотренный проект плотины, предложенный в районе English Stones, для более эффективного решения этой проблемы. Parsons Brinckerhoff дополнительно обновил свое предложение в 2006 году, и текущие оценки стоимости строительства этой плотины (теперь известной как "Shoots Barrage") составляют от 1,4 до 1,8 миллиардов фунтов стерлингов, при этом она будет генерировать 2,75 ТВтч электроэнергии в год. При максимальной амплитуде приливов она сможет развивать пиковую мощность в 1050 МВт и среднюю мощность в 313 МВт в течение года. Плотина будет расположена непосредственно под Вторым переходом через Северн, то есть выше Кардиффа и Бристоля в устье реки, что позволит использовать значительно меньшие шлюзы для доступа вверх по течению к докам Шарпнесс и Глостер, поскольку крупные порты Портбери и Авонмут не будут затронуты. Как и предложение STPG, проект Хукера предполагает генерацию электроэнергии только во время отлива. Срок строительства составит четыре года. Плотина будет построена из каменно-насыпной дамбы на прибрежных участках (что больше похоже на предложения по "Приливным лагунам"), но, как и STPG, будет состоять из шлюзовых камер и турбин с энергоблоком в центральной части. В апреле 2009 года Либеральные демократы опубликовали отчет под названием "Приливное решение – путь вперед", в котором поддержали проект Shoots Barrage, а также ряд дополнительных мер по производству электроэнергии в устье Северна. В сентябре 2009 года отчет был принят партийной конференцией Либ-Дем в качестве официальной партийной политики.

Severn Tidal Power Group, 1989 год

Исследование Severn Tidal Power Group (STPG) стоимостью 4,2 миллиона фунтов стерлингов опиралось на работу Комитета по плотинам Северн, но также рассматривало другие возможные варианты плотин и подготовило еще один важный энергетический отчет. В состав группы входили компании Sir Robert McAlpine, Balfour Beatty, Taylor Woodrow и Alstom. Они пришли к выводу, что планы 1981 года представляют собой наилучшее место для строительства плотины, но рассчитали, что выходная мощность может быть увеличена до 8640 МВт при движении потока или 2000 МВт в среднем. Это обеспечит 17 ТВтч электроэнергии в год (около 6% потребления Великобритании), что эквивалентно примерно 18 миллионам тонн угля или 3 ядерным реакторам. Стоимость проекта в 1989 году оценивалась примерно в 8 миллиардов фунтов стерлингов (12 миллиардов фунтов стерлингов в ценах 2006 года – примерно столько же, сколько шесть ядерных реакторов, но с другим сроком службы), а годовые эксплуатационные расходы составят 70 миллионов фунтов стерлингов (примерно эквивалентно 1,5 ядерным реакторам). При строительстве плотины будут использованы существующие технологии, применявшиеся на плотине Ранс во Франции, на Королевской генерирующей станции Аннаполис в Канаде и на морских плотинах в Нидерландах. Энергия будет генерироваться наиболее эффективно только при движении потока, и это влияние на амплитуду приливов приведет к сокращению приливной зоны вдвое за счет уменьшения отлива, а не прилива. То есть, прилив будет отступать только до текущей середины приливной зоны, в то время как высокие приливы останутся неизменными (если плотина не будет намеренно закрыта для предотвращения наводнений). Плотина будет включать 216 турбин, каждая из которых будет генерировать 40 МВт, что в сумме составит 8640 МВт. Система шлюзов будет пропускать прилив, а затем закрываться, чтобы заставить его выходить через турбины после того, как прилив отступит на некоторое расстояние за пределы плотины. Это преднамеренное создание напора воды создает давление, повышающее эффективность турбин. Это новая конструкция, направленная на смягчение негативных экологических последствий плотин, и ее можно представить как промежуточное решение между плотиной и приливным «забором» (связанной цепочкой турбин, использующих энергию приливных течений). Разработчик, Руперт Эванс, ранее работал над проектом приливного забора, но впоследствии признал его неработоспособным. Риф снижает воздействие на окружающую среду, работая с гораздо меньшим напором воды, тем самым уменьшая влияние конструкции на воду и течение в устье реки. Меньший напор означает, что скорость воды значительно ниже, и требуется больше турбин меньшей мощности. Коэффициент использования установленной мощности будет выше, отчасти благодаря генерации как при приливе, так и при отливе, а общий объем выработки энергии должен (согласно недавнему отчету W. S. Atkins, заказанному RSPB) быть значительно больше, чем для плотины Кардифф-Уэстон, и это частично связано с размещением конструкции на «внешней» линии Майнхед-Абертау, которая примерно удваивает объем доступной приливной воды.

Корлан Хафрен, 2011

В декабре 2011 года сообщалось, что правительство вело переговоры с Corlan Hafren, частным консорциумом, о предложении построить финансируемую частными инвестициями плотину от Лавернок-Пойнт до Брен-Дауна. Департамент энергетики и изменения климата заявил, что получил первый вариант обоснования для этого проекта, и назвал его "интересным предложением". Компания Atkins предложила протестировать подобные проекты на более мелких устьях рек, предшествующих Северну, например, на Мерси и Даддоне. Однако проект Hafren Power был отклонен и прекращен после отказа трех независимых парламентских комитетов и правительства. 14 января 2014 года было объявлено об отставке председателя и генерального директора Hafren Power, что положило конец проекту плотины на реке Северн.

Комиссия по устью Северна, 2024

Российское вторжение в Украину в 2022 году привлекло внимание к нестабильности в поставках энергии и неопределенности с внешними затратами на энергию. Возобновляется рассмотрение проекта строительства дамбы на реке Северн, и для его изучения создана независимая комиссия. В случае успеха, утверждается, что дамба сможет обеспечивать 7% от общей потребности Великобритании в энергии.

Потенциал производства электроэнергии

Планы строительства плотины на реке Северн обеспечат предсказуемый источник устойчивой энергии на протяжении всего срока службы проекта, с потенциальной выработкой до 5% электроэнергии Великобритании от версии протяженностью 10 миль. Это может снизить стоимость достижения целей Великобритании в области возобновляемой энергетики и помочь стране выполнить эти цели, включая задачи по борьбе с изменением климата. Плотина может функционировать около 120 лет. Дополнительным преимуществом станет повышение энергетической безопасности. Ожидается, что время выработки электроэнергии составит чуть менее восьми часов в сутки. Было предложено, что более мелкие проекты из шорт-листа могут быть профинансированы частным образом, и в этом случае вопрос стоимости и рисков станет частным делом между строительным консорциумом и его банками. Проекты масштаба Кардифф-Уэстон, вероятно, потребуют значительного участия государства. Если банки сочтут меньший проект жизнеспособным и решат предоставить финансирование на приемлемых условиях, то проекты будут реализованы (при условии получения разрешений на планирование и других согласований). Эти затраты напрямую не лягут на налогоплательщиков, однако любой механизм поддержки для приливной энергетики, скорее всего, будет возложен на потребителей. Тем не менее, возникнут вторичные затраты, связанные с проектом приливной энергетики, которые могут быть покрыты из государственного бюджета, например, модернизация существующих портов, создание компенсационных мест обитания и адаптация к изменениям в окружающей среде. Однако эти затраты будут компенсированы положительными эффектами, такими как защита от наводнений, которая в противном случае также потребовала бы государственных расходов. Вопрос о том, решат ли стороны обменять средства на эти сопутствующие эффекты, будет предметом правительственных переговоров. Для сравнения, атомная электростанция Hinkley Point C (также строящаяся на устье реки Северн) обойдется в 25 миллиардов фунтов стерлингов и обеспечит 3,2 ГВт мощности, продаваемой по цене 92,50 фунтов стерлингов за мегаватт-час (МВтч) электроэнергии в течение 35 лет действия контракта. Разработчики проекта Hafren заявляют, что им потребуется 25 миллиардов фунтов стерлингов капитальных вложений, а стоимость электроэнергии составит 160 фунтов стерлингов за МВтч в течение первых 30 лет и 20 фунтов стерлингов за МВтч после этого. Стоимость других проектов оценивается в диапазоне от 150 до 350 фунтов стерлингов за МВтч. Однако судоходству придется проходить через шлюзы, а уменьшенная глубина воды не позволит многим судам заходить в доки Уэльса и Бристоля, что поставит под угрозу тысячи рабочих мест. Другие существующие отрасли промышленности, включая рыболовство, также пострадают и понесут потери рабочих мест. Все промышленные сбросы в реку Северн (например, из Авонмута) потребуется переоценить.

Влияние на окружающую среду

Эстуарий Северн является особо охраняемой зоной из-за европейской значимости его экологии. Межприливная зона обеспечивает корм более чем для 85 000 перелетных и зимующих водоплавающих птиц, что составляет 7% от общей площади всех устьев рек Великобритании. На островах Flat Holm и Steep Holm расположены природные заповедники и участки особого научного интереса (SSSI). В энергетическом обзоре 2003 года строительство плотины не получило поддержки из-за "серьезных экологических опасений". Королевское общество защиты птиц (RSPB) выступает против любой плотины на Северне из-за влияния, которое она окажет на места кормления, от которых зависят 85 000 птиц, заявляя: "Влияние плотины будет огромным. Это одно из важнейших мест обитания диких птиц в Великобритании, и шансы на их выживание в случае ее строительства довольно малы. Места не хватит для всех птиц, и пищи не хватит для тех, кто останется. Эстуарий является одним из самых важных мест обитания водоплавающих птиц в Великобритании, и его ценность для дикой природы должна быть полностью учтена". Сильные приливные течения в эстуарии поднимают ил и осадочные породы, поддерживая высокую концентрацию взвешенных частиц в воде – около 30 миллионов тонн взвешенных осадков перемещается в эстуарии во время высокой весенней приливы. Это препятствует проникновению света, в результате чего морская среда эстуария Северн фактически является относительно безжизненной, как с точки зрения растительности, так и рыбного населения. Зона максимальной мутности ограничена внутренней частью Северна и не распространяется на запад в Бристольский канал. По оценкам, 6,4 миллиона тонн песка в год перемещаются вверх и вниз по Бристольскому каналу, что будет заблокировано приливной плотиной; потенциальные экологические последствия прерывания этого потока песка включают локальную береговую эрозию и потерю прибрежных сред обитания. Плотина не создаст "лагуну", как иногда утверждают как противники, так и сторонники проекта. Приливные электростанции по определению требуют, чтобы прилив протекал через сооружение, однако амплитуда приливов на Северне будет уменьшена вдвое.

Альтернативная речная лагуна

Друзья Земли поддерживают идею приливной энергии, но выступают против плотин из-за их воздействия на окружающую среду. Они предложили собственные планы, основанные на концепции приливных лагун, при которых искусственно созданные лагуны в устье реки заполняются и опорожняются через турбины. Их предложения предусматривают лагуны, занимающие до 60% площади, которую занимала бы плотина, причем в некоторых небольших конфигурациях они не будут задерживать воду в экологически чувствительных приливных зонах устья реки. Лагуны можно будет разделить на секции, чтобы выработка энергии осуществлялась при большем числе состояний прилива, чем при использовании плотины, с более низким пиковым уровнем выработки, что позволит компенсировать более высокие затраты на строительство более протяженных сооружений. Эта идея основана на прототипе, который сейчас предлагается в заливе Суонси. Однако ведущие специалисты строительной отрасли сомневаются в экономической целесообразности лагун. Комплекс приливных лагун, известный как "концепция лагуны Рассела", был изучен и отвергнут в отчете Комитета Бонди 1981 года, отклоненном по причинам экономической неэффективности и экологического ущерба. Исследования показали, что приливные течения вокруг и между лагунами могут стать чрезвычайно сильными и разрушительными.

Приливная ограда

Другая возможность заключается в строительстве одного или нескольких приливных барьеров через устье реки Северн, которые будут вырабатывать электроэнергию с использованием генераторов энергии приливных течений. Это предложение исходит от Консорциума Severn Tidal Fence, а также от таких организаций, как IT Power, и ряда отраслевых и академических групп. Это позволит максимизировать потенциальную выработку энергии, обеспечивая при этом беспрепятственный доступ судов к Кардиффу и Бристолю (через пролеты шириной не менее 650 м) и сохраняя существующие места обитания дикой природы. В настоящее время правительство Великобритании заключило с этой группой контракт на изучение этой идеи в рамках программы Severn Embryonic Technology Scheme (SETS). Группа оценивает, что строительство внешнего барьера от Абертоу до Майнхеда обойдется в 3,5 млрд фунтов стерлингов и позволит генерировать 1,3 ГВт или 3,5 ТВтч в год. Также рассматривается возможность строительства внутреннего барьера от Лавернок-Пойнт до Брин-Даун, включая острова Флэт-Холм и Степ-Холм. Возможно строительство обоих барьеров. Барьер позволит лососю мигрировать и окажет лишь незначительное влияние на илистые отмели, используемые перелетными птицами. Кроме того, это может значительно снизить риск наводнений в устье реки Северн. Альтернативный подход к строительству приливного барьера, изучаемый компанией VerdErg, использует иной способ генерации электроэнергии, называемый спектральным машинным преобразователем энергии (SMEC). Он использует поток, проходящий через секции труб Вентури, в качестве насоса без движущихся частей для создания мощного вторичного потока, который приводит в движение турбины на морском дне. Компания Verderg оценивает, что при использовании соединения Лавернок-Пойнт/Брин-Даун она сможет производить 13,7 ТВтч в год стоимостью 9,9 млрд фунтов стерлингов. Также были проведены некоторые симуляции частичных барьеров, предлагаемых концепцией Dynamic Tidal Power, которые обладают схожими преимуществами.

Влияние различных мест размещения

Одним из факторов, осложняющих оценку воздействия плотины, является большое количество возможных мест ее размещения и размеров. Как правило, чем больше плотина, тем сильнее ее воздействие на окружающую среду и тем больше энергии она может передать, а следовательно, тем больший углеродный офсет она может обеспечить за счет производства возобновляемой энергии. Крупнейшие плотины (расположенные за пределами Hinkley Point в направлении Minehead с английской стороны и Aberthaw с валлийской стороны) окажут значительное влияние на все устье реки Северн и большую часть Бристольского канала, но смогут генерировать 15 ГВт пиковой мощности и защитить всю низменность Сомерсета от наводнений и повышения уровня моря, вызванного глобальным потеплением. Наименьшие плотины (расположенные в районе Aust/Chepstow) повлияют только на реку и устье в Глостершире, но смогут генерировать лишь около 0,75 ГВт пиковой мощности. В 2009 году в исследовании, проведенном компанией Atkins, была переоценена потенциальная энергия, которую можно получить из различных мест размещения, и сделан вывод, что, вопреки предыдущим исследованиям и расчетам, максимальный энергетический потенциал будет достигнут при строительстве плотины Ilfracombe Gower, расположенной еще дальше на запад, чем ранее предложенные варианты Minehead Aberthaw. В исследовании это объяснили несколькими элементами расчета, которые были упущены из предыдущих численных моделей.

Трансбаровые транспортные связи

Возможно, некоторые типы плотин могут быть использованы для транспортного сообщения между южной Англией и южным Уэльсом, в частности, в районах вокруг Уэстон-супер-Мэр и Кардиффа, однако исследования спроса на такое сообщение для пассажиров или предприятий не проводились. Ориентация будущей плотины с востока на запад повлияет на эффективность транспортных связей через нее. Различные предложения включают строительство дороги с двумя полосами движения, обеспечивающей дополнительный переезд помимо Второй переправы через Северн и моста Северн. Если шлюзы будут соответствовать размеру Panamax, дорога должна будет проходить над морскими шлюзами по мосту высотой, как у Моста Америк (то есть с габаритом 61,3 м). Некоторые предложения также предусматривают прокладку двухпутной железнодорожной линии через плотину. Подход к стационарному мосту над шлюзами для железной дороги будет более протяженным. Наиболее оптимальным будет подход для неэлектрифицированных грузовых железных дорог, несколько менее – для неэлектрифицированных пассажирских линий, и еще меньше – для электрифицированных пассажирских линий. В настоящее время электрификация отсутствует в районах Бристоля и Кардиффа, но ситуация изменится с электрификацией Главной магистрали Западных регионов. Альтернативой стационарному мосту может стать разводной мост, однако высказываются опасения по поводу снижения пропускной способности шлюзов и железнодорожного сообщения. Тем не менее, установка двух разводных мостов, по одному на каждом конце шлюза, позволит поддерживать один мост открытым для железнодорожного движения в любое время. В этом месте можно сократить двухпутную линию до однопутной, не создавая серьезных заторов, или, если требуется двухпутное движение, обойтись разделением путей по уровням и строительством двухъярусных мостов. После этого линия сможет частично разгрузить туннель Северн. Возможность строительства новой стационарной железнодорожной связи имеет последствия для нескольких более масштабных транспортных проектов. Один из предлагаемых маршрутов для туннеля под Ирландским морем начинается от Фишгарда, что приведет к значительному увеличению грузопотока, с которым нынешний туннель Северн, уже работающий на пределе своих возможностей, не сможет справиться. Кроме того, был предложен новый маршрут высокоскоростной железной дороги между Лондоном, Бристолем и Кардиффом, который сталкивается с аналогичными ограничениями пропускной способности. Если плотина будет построена дальше на запад, транспортное сообщение свяжет более изолированные районы полуострова Девон-Корнуолл с городами Южного Уэльса и портами Пемброкшира.