Особенности национальной гидроэнергетики

Саяно-Шушенская ГЭС (Фото s3.images.drive2.ru)

В последнее время мы можем наблюдать настоящий «бум» в развитии гидроэнергетической отрасли. Мировой опыт говорит о том, что многие страны стараются максимально осваивать свой гидропотенциал, даже при сравнительно большом наличии в недрах запасов других энергоресурсов. Например, Норвегия, обладающая большими запасами газа, на 99% базирует электроэнергетику на использовании ГЭС, в Канаде водные станции обеспечивают 60% электрической энергии, в Бразилии эта цифра составляет 86%. Всего на мировых ГЭС вырабатывается 20% от общего количества электроэнергии.

Подобная тенденция совершенно оправдана в условиях, когда запасы таких носителей энергии, как уголь, нефть и газ сильно истощились, а экологическая ситуация грозит человечеству глобальными катаклизмами. Водные ресурсы – это возобновляемые и самые экологически чистые источники энергии. Их использование поможет снизить вредные выбросы в атмосферу, которые в свою очередь производят тепловые электростанции, и сохранит оставшийся ценный запас углеводородов для наших потомков.

Ценность использования энергии воды человек понял еще в древние времена. Древние греки с помощью водных колес мололи зерно, а в 19 веке русским и французским учеными была изобретена первая гидротурбина. Причем они создали этот агрегат отдельно друг от друга с разбежкой в 3 года в 1834 и 1837 годах. Но толчок к бурному гидроэнергетическому развитию дал М. Доливо-Добровольский, который и считается изобретателем первой ГЭС. Он представил свое детище на выставке во Франкфурте и наглядно продемонстрировал его работу. С тех пор гидроэнергетика начала свое парадное шествие по планете и на сегодняшний день является лидирующей по использованию энергии ВИЭ, ее доля здесь составляет 60%.

Основная причина такого масштабного развития отрасли и интереса к ней, конечно же, в возобновляемости ресурса круговорота воды и простых механизмах добычи энергии. Немаловажное значение имеет  и отсутствие выброса парниковых газов, также в работе ГЭС нет топливной составляющей, которая с изменением собственной стоимости влияет на стоимость электроэнергии. Но, тем не менее, строительство и установка ГЭС дело сложное и дорогостоящее. Самый трудоемкий процесс относится к моменту сооружения плотины и накоплению огромной массы воды за ней. Принцип работы гидроэлектростанции основан на вырабатывании энергии турбиной, которая вращается при помощи воды, падающей с высоты. Посредством работы турбины водная энергия становится механической энергией вращения вала.

Существует несколько конструкций гидротурбин, которые соответствуют разной скорости течения и разному напору воды. У пропеллерной турбины ось вращения располагается горизонтально и рассчитана она на большие расходы воды и маленький напор. Лопасти такой турбины имеют свойство поворачиваться при изменении напора. Станции, которые аккумулируют электроэнергию и пускают ее в дело во время больших нагрузок, называют гидроаккумулирующими. Они работают по следующему принципу: в отдельные моменты агрегаты такой ГЭС выполняют функцию насосов, закачивая воду в специальные бассейны. Когда нужно, вода из этих бассейнов переходит в напорный трубопровод, приводя в работу дополнительные турбины. ГЭС также могут быть оснащены дополнительными сооружениями: шлюзами, судоподъемниками, рыбопропускными, водозаборными конструкциями и многим другим. Это оснащение зависит от назначения станции.

Мини-ГЭС в Кудымкаре, Прикамье (Фото Алексей Сидоренко)

В отдельную категорию можно отнести малые ГЭС. Их мощность намного меньше, чем у крупных станции (до 10 МВт), но роль в локальном обеспечении людей электроэнергией переоценить сложно. Малые ГЭС имеют множество преимуществ по сравнению со своими большими собратьями: минимальная площадь затоплений и застроек, короткий период окупаемости, эффективность технологий, они помогают в обслуживании речных бассейнов, электрификации сельской территории.

Строительство и эксплуатация микро ГЭС не нарушает природные ландшафты, не делает нагрузки на экосистему. Если сравнивать МГЭС и электростанции на ископаемых ресурсах, то преимущество будет на стороне первых. Их электроэнергия обладает низкой себестоимостью, замена оборудования — процесс относительно недорогой, срок службы достаточно длительный, при их работе водные ресурсы используются комплексно. Малая гидроэнергетика почти самый экономичный и экологически безопасный способ получения электрической энергии.

Сегодня гидроэнергетику развивают и широко используют в 160 странах нашего земного шара, всего в мире 45000 плотин. Лидеры по выработке – Канада, Китай, Норвегия и Россия, а лидер по количеству электроэнергии ГЭС на душу населения – Исландия. В последние четыре десятилетия мировые объемы мощностей ГЭС увеличивались каждый год на 3%. Гидроэнергетикой вырабатывается 20% всего электричества. Многие страны Европы и Америки почти исчерпали возможности для постройки новых станций. Так, Западная Европа свой гидропотенциал использовала на 70%: на Рейне возведен каскад, который состоит из 27 станций мощностью в 3000 МВт. Японцы использовали почти 90% своего гидроэнергетического потенциала.

ГЭС «Три ущелья», Китай

В подобных странах идет модернизация уже существующих ГЭС или строительство малых станций. Значительными неосвоенными запасами в сфере гидроэнергетики обладает Канада. Здесь строят каскад из 4 ГЭС на реке Ромен мощностью в 1570 МВт, разрабатываются другие проекты.  По прогнозам аналитиков строительства новых крупных ГЭС можно ожидать в странах Африки, Азии и Южной Америки. Самая большая гидроэлектростанция «Три ущелья» мощностью 22,4 ГВт расположена на реке Янцзы в Китае. Кроме того здесь строят самый крупный по мощности каскад ГЭС. Второй по величине после китайской ГЭС является станция «Итайпу» мощностью в 14 ГВт, которая расположена на реке Парана на границе Бразилии и Парагвая. Третье место досталось венесуэльской  ГЭС «Гури»  на реке Карони – 10,3 ГВт.  Но скоро лидера в этой тройке может сменить мощнейшая станция «Гранд Инга», строительство которой ведется на реке Конго Демократической Республики Конго. Она будет оснащена 52 гидротурбинами мощностью по 750 МВт. высотой в 150 метров. Если проект окажется успешным, результативность работы «Гранд Инга» будет в два раза выше, чем у ГЭС «Три ущелья».

Если рассматривать ситуацию в России, то наш гидропотенциал составляет 1670 млрд. кВт\ч. Это почти в 1,5 раза больше всего энергетического потребления в стране. По запасам данного ресурса мы находимся на 2-м месте после Китая. При этом в нашей стране используется всего 10,5% водного потенциала. Гидроресурс на территории России распределен очень неравномерно: в Европейской части находится 25%, в Сибири – 40%, на Дальнем Востоке – 35%. В Центральной Европейской части, которая развита больше остальных в промышленных отраслях, энергопотенциал рек мы использовали почти наполовину.

Братская ГЭС

Развитие этой отрасли в Европейской части представляется возможным в Северо-западных регионах и на Северном Кавказе. Самый богатый гидроресурсами регион – Сибирь. Тут расположены крупнейшие реки России – Ангара, Лена, Енисей и другие. Сибирский гидроэнергетический ресурс использован только на 20%. Самые большие ГЭС страны работают именно в этом регионе: Братская, Красноярская, Усть-Илимская, Саяно-Шушенская. Вокруг них сконцентрирован крупный промышленный регион в основе которого предприятия с энергоемкими производствами металлургической, химической, лесоперерабатывающей и других отраслей.

Меньше всего освоен гидроресурс на Дальнем Востоке – всего на 4%. Здесь работают Зейская и Колымская станции, недавно ввели в эксплуатацию Бурейскую. Но недостатки в этой отрасли восполняются, и гидроэнергетике в стране уделяется большое внимание. Так, в ближайшие годы в работу будут введены большие объемы мощностей: строятся Бурейская, Богучанская, Усть-Среднеканская, Светлинская, Ирганайская ГЭС и др. Большинство из них находятся на этапе завершения строительства, а отдельные эксплуатируются уже сегодня.

Бурейская ГЭС (Фото blog.rushydro.ru)

В России можно определить зоны, где гидроэнергетику развивать предпочтительнее всего. Это районы, в местах  расположения рек с наличием больших перепадов высот. Именно они экономически наиболее слабо развиты, чем равнинные районы Центральной Европейской части, в которых гидропотенциал почти исчерпан. В таком случае актуальной становится проблема передачи электроэнергии гидростанций из труднодоступных регионов в экономически развитые.

Подобные проекты уже существуют – это  Эвенкийская ГЭС,  мощность которой составит 12 млн. кВт. Ее хотят строить в одном из малонаселенных районов России — Эвенкии, на реке Подкаменная Тунгуска. Энергию этой электростанции объемом в 46 млрд. кВт/ч в год планируют передавать европейским частям России. При успешной реализации проекта Эвенкийская ГЭС может войти в тройку лидеров самых крупных мировых гидроэлектростанций. Бассейн Амура — тоже очень перспективное место для возведения ГЭС. Наиболее пригодны для постройки его притоки – реки Зея, Бурея, Шилка и другие.

По программе развития единой энергосистемы России до 2018 года планируется ввести 3830,2 МВт. объемов новых мощностей гидроэлектростанций. Если говорить в целом, то у нашей страны перспективы гидроэнергетики очень огромны, в связи с тем, что мы являемся почти самыми крупными обладателями водного мирового ресурса. При положительных условиях развития этой важной отрасли у России есть все шансы стать лидером по выработке и использованию гидроэнергии.