Владислав Ларин
Определение понятий
Под гидроэнергетикой понимают производство электроэнергии при помощи гидротурбин разной мощности, устанавливаемых на постоянных водотоках (чаще всего — в руслах рек). Как правило, создание гидроэлектростанции требует возведения плотины, в которой устанавливаются гидротурбины, но возможно также создание бесплотинных ГЭС.
Мы рассмотрим возможности производства энергии при помощи малых ГЭС и микро-ГЭС (МГЭС). В российской практике под микро-ГЭС подразумевают станции мощностью до 100 кВт, а под малыми — общей установленной мощностью до 30 МВт с мощностью единичного гидроагрегата до 10 МВт и диаметром рабочего колеса гидротурбины до 3 м.
Как считают эксперты, подобная классификация затрудняет расчет валового энергетического потенциала малой гидроэнергетики, поскольку не позволяет определить технические параметры гидроэлектростанции. При этом под валовым потенциалом ВИЗ понимается его средний годовой объем, содержащийся в данном ресурсе, при полном его превращении в полезную энергию. На эту проблему следует обратить внимание, поскольку все расчеты потенциала возобновляемых энергоресурсов базируются на моделях и методиках, определяющих точность конечного результата, а значит и эффективность применения конкретного энергоресурса в конкретных условиях.
В наиболее полной работе по оценке гидроэнергетических ресурсов СССР, опубликованной в 1967 г., к категории МГЭС относились все гидроэлектростанции, создаваемые на равнинных реках, имеющие валовой потенциал до 2.0 МВт и горных — до 1.7 МВт. Эти классификационные признаки считаются оптимальными, поскольку не относятся к техническим параметрам будущих ГЭС.
В большинстве случаев предполагается, что МГЭС устанавливаются на малых реках и водотоках. Хотя малые реки являются одним из наиболее распространенных типов водных объектов, единого подхода к их определению в настоящее время нет. Применяются различные критерии при определении понятия малая река (малый водоток).
Прежде всего используют количественные критерии. В соответствии с ГОСТ 17.1.1.02-77,; у малой реки площадь водосбора не превышает 2000 км2, а средний многолетний сток в период низкой межени (минимальный уровень I воды) не превышает 5 м3/с. В то же время, согласно другой систематике, площадь водосбоpa малой реки не должна превышать 200 км2, а ее длина должна быть не более 100 км. Также есть примеры того, как при классификации учитывается возможность хозяйственного использования малых рек. Но единого, общепринятого подхода к определению понятия «малая река» в России нет.
Достоинства и недостатки малой гидроэнергетики
Как и любой другой способ производства энергии, применение малых и мини-ГЭС имеет как преимущества, так и недостатки.
Среди экономических, экологических и социальных преимуществ объектов малой гидроэнергетики можно назвать следующие. Их создание повышает энергетическую безопасность региона, обеспечивает независимость от поставщиков топлива, находящихся в других регионах, экономит дефицитное органическое топливо. Сооружение подобного энергетического объекта не требует крупных капиталовложений, большого количества энергоемких строительных материалов и значительных трудозатрат, относительно быстро окупается. Кроме того, есть возможности для снижения себестоимости возведения за счет унификации и сертификации оборудования.
В процессе выработки электроэнергии ГЭС не производит парниковых газов и не загрязняет окружающую среду продуктами горения и токсичными отходами, что соответствует требованиям Киотского протокола. Подобные объекты не являются причиной наведенной сейсмичности и сравнительно безопасны при естественном возникновении землетрясений. Они не оказывают отрицательного воздействия на образ жизни населения, на животный мир и местные микроклиматические условия.
Возможные проблемы, связанные с созданием и использованием объектов малой гидроэнергетики, менее выражены, но о них также следует сказать.
Как любой локализованный источник энергии, в случае изолированного применения, объект малой гидроэнергетики уязвим с точки зрения выхода из строя, в результате чего потребители остаются без энергоснабжения (решением проблемы является создание совместных или резервных генерирующих мощностей — ветроагрегата, когенерирующей мини-котельной на биотопливе, фотоэлектрической установки и т.д.).
Наиболее распространенный вид аварий на объектах малой гидроэнергетики — разрушение плотины и гидроагрегатов в результате перелива через гребень плотины при неожиданном подъеме уровня воды и несрабатывании запорных устройств. В некоторых случаях МГЭС способствуют заиливанию водохранилищ и оказывают влияние на руслоформирующие процессы.
Существует определенная сезонность в выработке электроэнергии (заметные спады в зимний и летний период), приводящая к тому, что в некоторых регионах малая гидроэнергетика рассматривается как резервная (дублирующая) генерирующая мощность.
Среди факторов, тормозящих развитие малой гидроэнергетики в России, большинство экспертов называют неполную информированность потенциальных пользователей о преимуществах применения небольших гидроэнергетических объектов; недостаточную изученность гидрологического режима и объемов стока малых водотоков; низкое качество действующих методик, рекомендаций и СНиПов, что является причиной серьезных ошибок в расчетах; неразработанность методик оценки и прогнозирования возможного воздействия на окружающую среду и хозяйственную деятельность; слабую производственную и ремонтную базу предприятий, производящих гидроэнергетическое оборудование для МГЭС, а массовое строительство объектов малой гидроэнергетики возможно лишь в случае серийного производства оборудования, отказа от индивидуального проектирования и качественно нового подхода к надежности и стоимости оборудования — по сравнению со старыми объектами, выведенными из эксплуатации.
Гидропотенциал России, его использование
Согласно сделанным в начале 60-х годов XX века оценкам, СССР располагал 11.4% мировых гидроэнергетических ресурсов. Средняя годовая мощность гидроресурсов бывшего СССР оценивалась в 434 млн. кВт (3.800 млрд. кВт • ч отдачи энергии в год). Расчеты показывали, что технически возможно и экономически целесообразно получать около 1.700 млрд. кВ • ч электроэнергии, что более чем в 5 раз превышало выработку всех электростанций страны в тот период.
Основная часть этого гидропотенциала (74%) располагалась на территории Российской Федерации. Средняя годовая потенциальная мощность гидроресурсов России оценивалась в 320 млн. кВт (производство — 2.800 млрд. кВт • ч в год), из которых выработка более 1.340 млрд. кВт • ч в то время была технически возможна.
| Таблица 1Характеристики некоторых действующ их в России МГЭС | |||||
| Место расположения/назначение | Год создания | Тип | Установленная мощность (кВт) | Количество агрегатов | Общая мощность |
| Кировская обл./агроферма | 1993 | микро-ГЭС-10 | 10 | 2 | 20 |
| Адыгея/подача питьевой воды | 1994 | микро-ГЭС-10 | 10 | 5 | 50 |
| Адыгея/подача питьевой воды | 1998 | ГА-2 | 200 | 1 | 200 |
| Кабардино-Балкария/Акбаш | 1995 | ГА-8 | 550 | 2 | 1100 |
| Краснодарский край/Краснодарская ТЭЦ | 2003 | ГА-1 | 350 | 7 | 2450 |
| Республика Тыва/Уш Бельдыр | 1995 | микро-ГЭС-10 | 10 | 2 | 20 |
| Республика Тыва/пос. Кызыл Хая, р. Мочен-Бурен | 2001 | микро-ГЭС-50ПР | 50 | 3 | 150 |
| Республика Алтай/Кайру | 2002 | ГА-2М | 200 | 2 | 400 |
| Карелия/Киви-Койву | 1995 | микро-ГЭС-50Д | 20 | 3 | 60 |
| Карелия/Ланденпохский р-н | 1997 | микро-ГЭС-10 | 10 | 1 | 10 |
| Ленинградская обл./Лужскийзавод | 19961999 | микро-ГЭС-50ПРмикро-ГЭС-10 | 5010 | 11 | 5010 |
| Башкирия/Таналыкское водохранилище | 1997 | микро-ГЭС-50ПР | 50 | 1 | 50 |
| Башкирия, пос. Табулды | 1997 | микро-ГЭС-10 | 10 | 1 | 10 |
| Башкирия/Узянское водохранилище | 1999 | микро-ГЭС-50ПР | 50 | 3 | 150 |
| Башкирия/Соколки | 2003 | микро-ГЭС-50ПР | 50 | 3 | 150 |
| Московская область, оз. Сенеж | 2004 | Ветро-МГЭС | 5 и 45 | 2 гидроагрегата(5 и 45)2 ветроагрегата(10 и 10) | 70 |
| Ярославская обл. р. Нерль-Волжская | 2003 | Восстановительная МГЭС | 160 | ||
| При составлении таблицы использованы источники:1) Бляшко Я.И., Опыт МНТО ИНСЭТ по созданию и эксплуатации Оборудования для микро- и малых ГЭС, периодический научно-технический журнал «Малая энергетика» № 1, 2004;2) Малик Л.К. Проблемы и перспективы создания малых ГЭС на малых реках, периодический научно-технический журнал «Малая энергетика» № 1, 2004;3) Историк Б.Л., Усачев И.Н., Шполянский Ю.Б., Малая нетрадиционная морская, речная и геотермальная энергетика, периодический научно-технический журнал «Малая энергетика» № 1, 2004. | |||||
Согласно современным оценкам, опубликованным специалистами НИИ энергетических сооружений, технически достижимый потенциал МГЭС России позволяет производить 357 млрд. кВт • ч в год.
По своему потенциалу гидроресурсы России сопоставимы с существующими объемами выработки электроэнергии всеми электростанциями страны, однако этот потенциал используется всего на 15%. В связи с ростом затрат на добычу органического топлива и соответствующим увеличением его стоимости, представляется необходимым обеспечить максимально возможное развитие гидроэнергетики, являющейся экологически чистым возобновляемым источником электроэнергии.
При оптимистическом и благоприятном вариантах развития выработка электроэнергии на гидроэлектростанциях может возрасти до 180 млрд. кВт • ч в 2010 г. и до 215 млрд. кВт • • ч в 2020 г. с дальнейшим увеличением до 350 млрд. кВт • ч за счет сооружения новых гидроэлектростанций. Предполагается, что гидроэнергетика преимущественно будет развиваться в Сибири и на Дальнем Востоке. В европейских районах строительство МГЭС получит развитие на Северном Кавказе.