ВВЕДЕНИЕ
Роль воды и водной энергии в развитии производительных сил общества
Роль воды и водной энергии в развитии производительных сил современного общества трудно переоценить.
Еще в семидесятых годах прошлого века Ф. Энгельс писал: «Первая потребность паровой машины и главная потребность почти всех отраслей крупной промышленности — это наличие сравнительно чистой воды».
С тех пор проблема чистой воды стала одной из важнейших проблем развития производительных сил. Особенно быстро возрастала роль водных ресурсов в промышленном и сельскохозяйственном производстве за последние два десятилетия.
Современное производство связано с самым широким использованием воды в качестве парообразователя, растворителя, промывочного средства, теплоносителя и охладителя. Пресная вода во все возрастающих масштабах используется для орошения сельскохозяйственных земель, для коммунально-бытовых нужд городов и других населенных пунктов. Кроме того, движущаяся вода — наиболее экономичный, возобновляемый самой природой источник получения электрической энергии.
Если в период промышленной революции основным источником механизации труда была сила пара, то сейчас, в эпоху современной научно-технической революции, на первый план выдвинулась электрическая энергия — самая универсальная и удобная для использования форма энергии. Она является основой экономического и технического прогресса в современном мире.
В середине прошлого века, когда электричество делало первые практические шаги, К. Маркс увидел его великую будущность.
Ф. Энгельс, «Анти-Дюринг», Госполитиздат, 1966, с. 300. В 1850 г. в беседе с В. Либкнехтом он отметил, что «...Царствование его величества пара, перевернувшего мир в прошлом столетии, окончилось; на его место станет неизмеримо более революционная сила — электрическая искра».
Электроэнергетика в настоящее время занимает одну четверть общего потребления энергоресурсов. Остальные три четверти энергоресурсов расходуются для получения промышленного и бытового тепла, на транспорте и, наконец, в виде химических компонентов металлургических и химических процессов. В последнее время в мире происходит процесс ускоренного развития электроэнергетики по сравнению с общим ростом использования энергоресурсов. Если удвоение потребления энергоресурсов происходит примерно за 25 лет. то удвоение выработки электроэнергии происходит в среднем за 10 лет. Это означает, что все большее количество процессов, связанных с расходованием энергоресурсов, электрифицируется.
Широкая электрификация производственных процессов и транспорта, огромное развитие электроемких процессов в металлургии, значительное увеличение удельного веса электрохимических производств, возрастающий уровень электрификации сельскохозяйственного производства, а также коммунального хозяйства и быта населения, — все вместе взятое является яркой иллюстрацией глобального внедрения электроэнергии в современное производство и быт населения. А это в свою очередь приводит к значительно более эффективному размещению производительных сил по территории страны.
Одним из наиболее дешевых источников получения электроэнергии является водная энергия.
Гидравлические электростанции, использующие богатейшие водноэнергетические ресурсы мира, занимают в современной энергетике важное место. Доля их в мировом производстве электроэнергии составила в 1967 г. 26,2% (в Европе более 30%). В ряде стран, бедных топливными ресурсами, доля гидроэлектростанций превышает 50% общей выработки электроэнергии.
Общая мощность гидроэлектростанций мира на конец 1967 г. оценивалась в 241,2 млн. кВт. Производство электроэнергии на них за период 1962—1967 гг. возросло с 733 до 992 млрд. κвτ·ч. Использование экономического гидропотенциала приблизительно оценивалось на конец 1967 г. в целом во всем мире в размере 9%, в том числе в Европе (без СССР) —50%.
Во многих странах, включая и те, в которых экономический гидропотенциал в значительной мере использован (США. Канада, Япония, Франция и др.), продолжается и намечается в перспективе строительство гидроэлектростанций.
С уверенностью можно считать, что в ближайшие 20 лет будет продолжаться довольно интенсивное гидроэнергостроительство и величина абсолютного производства гидроэлектроэнергии будет неизменно возрастать, хотя доля гидроэлектростанций в общем мировом производстве электроэнергии будет (и прежде всего за счет увеличения преобразования атомной энергии в электрическую) снижаться.
Гидроэлектростанции СССР в 1969 г. выработали 115,2 млрд. κвτ·ч электроэнергии. Доля гидроэлектроэнергии в общем производстве электроэнергии в стране составила 16,7%. Однако в ряде районов страны — Северо-Запад, Карелия, Кольский полуостров, Северный Кавказ и Закавказье, Центральная Сибирь— гидроэлектростанции являются основным источником электроэнергии. Например, доля гидроэлектроэнергии в ОЭС Центральной Сибири составляла в 1969 г. и будет сохраняться в ближайшей перспективе около 50%.
Но дело нс только и не столько в количестве электроэнергии, вырабатываемой на гидроэлектростанциях, но и в ее качестве.
В условиях широкого развития тепловой и атомной электроэнергетики, когда на электростанциях в основном устанавливаются крупные блоки, работающие на закритических параметрах пара, все в большей степени возрастает роль гидроэлектростанций (включая сюда и гидроаккумулирующие электростанции) как регулирующих мощностей, которые призваны покрывать пики и заполнять провалы графиков нагрузки энергетических систем.
В связи с передачей гидроэлектростанциям функций снятия пиков наблюдается тенденция увеличения установленной мощности отдельных ГЭС. В настоящее время в мире действуют и строятся более сорока гидроэлектростанций мощностью один миллион киловатт и более, в том числе в СССР— 15.
Гидроэлектростанции превратились в наиболее развитые предприятия современной энергетики и прочно занимают первенство по концентрации мощности в одной установке.
Высокая маневренность оборудования, высокий коэффициент использования первичных энергоресурсов, возможность полной автоматизации и телемеханизации, весьма благоприятные условия труда для обслуживающего персонала, отсутствие отрицательных воздействий на атмосферу и водную среду выдвигают гидроэлектростанции в образцовые промышленные предприятия эпохи современной научно-технической революции.
Значение развития гидроэнергетики в СССР заключается не только в том. что гидроэлектростанции являются необходимым звеном энергетической базы страны, обеспечивающим производство самой дешевой электроэнергии и устойчивую работу энергетических систем. Как известно, В. И. Ленин отмечал особую роль гидроэнергетики в рациональном размещении производительных сил: «...Промышленность тоже расселяется по стране, ибо и ей нужна чистая вода. Эксплуатация водопадов, каналов и рек для получения электрической энергии даст новый толчок этому «рассеянию промышленности».
Наличие дешевой гидроэлектроэнергии побуждает к размещению в районах влияния гидроэлектростанций энергоемкой промышленности. Водохранилища ГЭС, являясь надежными источниками водоснабжения, позволяют размещать производства с большим потреблением воды.
Гидроэлектростанции часто играют пионерную роль в развитии перспективных, но удаленных от крупных городов районов. Создаваемые для строительства ГЭС мощные производственные базы, подъездные пути и поселки, которые, как правило, превращаются в благоустроенные города, — все это в сочетании с местными сырьевыми ресурсами создает предпосылки для развития экономики в прошлом малоразвитых районов. Так было при сооружении Волжских ГЭС имени В. И. Ленина, имени XXII съезда КПСС, Братской имени 50-летия Великого Октября, Каховской и многих других гидроэлектростанций. Так будет и в результате сооружения Саяно-Шушенской, Усть-Илимской, Нурекской, Токтогульской. Зейской и других ГЭС.
Развитие гидроэнергетики всегда способствует более равномерному распределению производительных сил по территории страны, что является одним из важнейших условий создания прочной материально-технической базы коммунистического общества.
Развитие гидроэнергетики характеризуется строительством каскадов гидроэлектростанций и отдельных крупных наиболее экономичных станций. Сооружение каскадов ГЭС создает основу формирования системы глубоководных внутренних водных путей. Создание крупных водохранилищ повышает техническую возможность использования водных ресурсов для орошения сельскохозяйственных земель и водоснабжения промышленности и населенных пунктов.
Таким образом, развитие гидроэнергетики в СССР явилось организующим фактором комплексного использования гидроресурсов страны.
Для многих речных бассейнов комплексное использование водных ресурсов стало главной особенностью гидроэнергетического строительства. Теперь около 30% эксплуатируемых гидроузлов являются многоотраслевыми. Среди строящихся и проектируемых гидроузлов комплексных 50%.
В ближайшей перспективе комплексное использование и охрана водных ресурсов в СССР вырастут в одну из основных народнохозяйственных задач.
1 В. И. Ленин. Полн. собр. соч., т. 5. с. 151. Как показывают расчеты, дефицит гидроресурсов Арало-Каспийской низменности в ближайшие годы будет лимитировать развитие производительных сил страны и потребуется не только широкое регулирование стока рек, но и осуществление большой программы межбассейнового перераспределения стока. При этом важнейшую роль должна сыграть переброска избыточного стока сибирских рек. Предстоит решить грандиозную инженерно-техническую проблему.
Уже в настоящее время в районах интенсивного использования речного стока для орошения земель, а также в ряде других районов страны интересы неэнергетических водопользователей превалируют при определении степени регулирования стока, его распределении во времени и при выборе типов сооружений.
Во многих случаях проектирование развития энергетических систем, имеющих в своем составе гидроэлектростанции, невозможно без надлежащего прогноза отъемов воды на ирригацию, обводнение и водоснабжение, без учета намечаемых межбассейновых перебросок стока и требований отдельных отраслей водного хозяйства к характеру регулирования стока, к режиму уровней водохранилищ и режиму уровней и расходов в нижних бьефах гидроэлектростанций. При выдвижении объектов гидроэнергетического строительства и при определении времени и очередности их сооружения одним из основных факторов является важность того или иного гидроузла для решения водохозяйственных проблем.
Сочетание энергетического использования рек с решением комплексных задач водного хозяйства повышает экономическую эффективность использования водных ресурсов.
Одновременно со все увеличивающимся спросом на воду для водоснабжения промышленности, сельского хозяйства и населенных пунктов увеличивается загрязнение рек сбросами сточных вод, судоходством, лесосплавом и др. В связи с этим в районах сосредоточения населения и промышленности, вблизи водоразделов и в районах с засушливым климатом, где развивается орошение земель, нередко в современных условиях возникают затруднения с удовлетворением спроса на воду. Так, например, строительство мощных тепловых электростанций с крупными блоками нередко затруднено из-за нехватки пресной воды. Для охладительных систем тепловых и атомных электростанций требуется огромное количество воды, что вызывает необходимость возведения сложных гидротехнических сооружений для создания специальных водохранилищ. В ряде стран (США, Франции и др.) все чаще крупные тепловые и атомные электростанции строят на базе водохранилищ гидроэлектростанций. Коренным образом изменяются условия рыбного хозяйства. Уменьшение притока пресных вод во внутренние замкнутые водоемы ведет к снижению их уровнен.
Динамика всех рассмотренных явлений, связанных с водопотреблением и использованием водных ресурсов, находится в тесной зависимости от общего развития производительных сил страны.
Для того чтобы не препятствовать развитию последних, необходимо осуществлять крупные комплексные народнохозяйственные мероприятия: создавать новые водохранилища большой емкости для регулирования стока и инженерные системы для территориального перераспределения водных ресурсов, а в будущем опреснять соленые и морские воды и искусственно привлекать влагу атмосферы.
Очевидно, что использование водных ресурсов вступило в ту принципиально новую фазу развития, когда единственно правильный путь технических решений должен основываться на комплексном использовании водных ресурсов, обусловливающем гармоничное сочетание интересов всех водопотребителей и водопользователей и достижение высокого экономического эффекта в народном хозяйстве.
Возрастающий масштаб использования водных ресурсов и условия общего технического прогресса определяют большое народнохозяйственное значение дальнейшего совершенствования всего гидротехнического строительства в стране, включая планирование, организационные формы, проектирование, возведение гидроузлов, а также создание наиболее благоприятных экономических условий эксплуатации сооружений и общего повышения уровня комплексного использования и охраны водных ресурсов.
В предлагаемой работе рассматриваются основные инженерно-технические и экономические вопросы, изложение, которых осуществляется с учетом накопленного практического опыта, данных проектных проработок, научных прогнозов и оценок. В качестве примеров привлекаются наиболее прогрессивные решения из отечественной и зарубежной практики. Такое предпринимаемое впервые обобщение опыта и оценка ближайшего будущего будут полезны для дальнейшего развития научных исследований, проектирования, планирования, строительства и эксплуатации в области комплексного использования водных ресурсов в стране.
