ВВЕДЕНИЕ
РОЛЬ ВОДЫ И ВОДНОЙ ЭНЕРГИИ В РАЗВИТИИ ПРОИЗВОДИТЕЛЬНЫХ СИЛ ОБЩЕСТВА
Коренное качественное преобразование производительных сил на основе превращения науки в ведущий фактор развития общественного производства, наблюдаемое во второй половине XX в., получило на звание научно-технической революции (НТР). Это преобразование связано с широкой электрификацией всех сфер приложения человеческого труда, автоматизацией и комплексной механизацией производственных процессов, применением кибернетики и электронной техники, овладением ядерной энергией, освоением космического пространства и другими крупнейшими достижениями науки и техники.
Современной научно-технической революции сопутствует резкое увеличение потребления топливно-энергетических ресурсов, электроэнергии и водных ресурсов. При этом отношения общества и природы вступают в новую фазу развития. Человек из потребителя природных богатств превращается в подлинного хозяина природы, заботящегося о сохранении и умножении ее запасов. Это особенно характерно для нашей страны, где возрастающее значение водных ресурсов привело к созданию новой отрасли — водного хозяйства.
Главная задача этой отрасли — планомерное обеспечение всех потребителей народного хозяйства и населения водой в необходимом количестве и соответствующего качества. Основные подотрасли водного хозяйства или части (компоненты) водохозяйственного комплекса—это водоснабжение промышленности и населенных пунктов, обводнение засушливых районов, орошение сельскохозяйственных земель, гидроэнергетика, водный транспорт, рыбное хозяйство. Их объединяет потребление или использование водных ресурсов.
Современное промышленное производство связано с самым широким использованием воды в качестве парообразователя, растворителя, промывочного средства, теплоносителя и охладителя. Пресная вода во всевозрастающих масштабах используется для орошения и обводнения сельскохозяйственных земель, для коммунально-бытовых нужд городов и населенных пунктов. Поэтому проблема чистой воды стала одной из важнейших проблем развития производительных сил.
Интенсивный рост водопотребления начался с середины XX в. Особенно быстро возросла роль воды в современном производстве в последние два-три десятилетия. Если за первую половину века суммарное водопотребление в мире увеличилось на 700 км3 в год, то за 25 лет с 1950 по 1975 г. — на 1900 км3/год. Эти показатели для СССР составляют соответственно 61 и 186 км3/год.
Показателен значительный рост доли промышленности в общем водопотреблении — с 17 до 21% в мире не 10 до 33% — в СССР. Только за 20 лет — с 1961 по 1980 г. водопотребление в СССР увеличилось более чем в 2 раза и примерно в 1,5 раза может возрасти за следующие 20 лет.
Народным хозяйством СССР используется ежегодно около 300 км3 воды, т. е. более 6% общего годового стока рек, равного 4,7 тыс. км3 (около 12% суммарного стока рек мира). Из этого количества безвозвратные потери воды составляют более 150 км3 (50%).
Главный потребитель воды в СССР — сельское хозяйство, в основном орошаемое земледелие, на долю которого приходится 60% общего водозабора и более 80% безвозвратного водопотребления. Это определяется тем, что три четверти всех сельскохозяйственных земель в стране находится в районах, постоянно страдающих от недостатка влаги. Общий фонд земель, пригодных для орошения, оценивается в 140 млн. га; из них уже орошается более 17,3 млн. га, а в обозримой перспективе площадь орошаемых земель может достичь 25 млн. га. Мелиорированные земли, занимая около 8% площади пашни и насаждений, дают почти 1/4 продукции земледелия. Валовая продукция с мелиорированных массивов составляет почти 1/3 ее общего объема. Эти цифры дают яркое представление о важности правильного решения вопросов обеспечения водой оросительных систем.
Промышленность потребляет около 30% воды. Развитие промышленного водопотребления связано не только с увеличением масштабов производства, но и с ростом его водоемкости. Наиболее водоемкими отраслями промышленности являются теплоэнергетика (на ее долю приходится более половины суммарных промышленных водозаборов), металлургия, топливная, нефтехимическая, целлюлозно-бумажная промышленность.
Многие современные производства без оборотной системы водоснабжения потребляют очень большое количество воды: так, для выплавки 1 т никеля — 4000 м3; для производства 1 т синтетического каучука — 2000 — 2500 м3; 1 т синтетического волокна — 2500—5000 м3 воды.
Крупные тепловые электростанции требуют забора воды с расходом до 35 м3/с на каждые 1000 МВт установленной мощности, атомные — в 1,5 раза больше. Это означает, что ТЭС и АЭС приходится строить преимущественно с водооборотной системой охлаждения или на берегах крупных водоемов, так как водность многих рек в меженный период недостаточна для обеспечения их работы. Таким образом, вода стала фактором, определяющим не только развитие, но и размещение производительных сил.
В количественном отношении влияние промышленного водопотребления на гидрологический режим крупных речных бассейнов сравнительно невелико и не может существенно сказаться на истощении водных ресурсов.
Современное сельское хозяйство, развитая промышленность оказывают значительное влияние на качество воды. Химизация сельского хозяйства и расширение орошаемых площадей ведут к увеличению сброса в реки и водоемы загрязненных химикалиями и солями вод, что приводит к весьма заметному качественному ухудшению водных ресурсов. Водоемы загрязняются неочищенными промышленными стоками, а прямоточные системы технического водоснабжения тепловых электростанций нарушают их температурный режим («тепловое загрязнение»).
Коммунально-бытовое водопотребление в количественном отношении незначительно. Однако сброс в больших объемах сточных вод, образующихся в процессе хозяйственно-бытового потребления, также приводит к загрязнению рек и водоемов.
Существенным источником загрязнения рек, озер и водохранилищ являются судоходство и сплав леса плотами и молем (механическое и химическое загрязнение).
Таким образом, увеличение орошаемых площадей, интенсивное развитие промышленности, особенно энергоемких и водоемких производств, рост населения предопределяют, с одной стороны, увеличение общего объема водопотребления и, с другой, — опасность загрязнения рек сбросами сточных вод.
В результате этого процесса во многих районах страны, в которых сосредоточены население и промышленность, и в засушливых зонах, где находятся основные площади орошаемых земель, возникают затруднения с удовлетворением спроса на чистую воду.
Такое положение значительно усугубляется неравномерным распределением пресноводных ресурсов по территории страны: 86% речного стока приходится на менее заселенные северные и восточные районы и только 14% — на южные районы европейской части страны, Урал, Закавказье и Среднюю Азию, где проживает более 80% населения и сосредоточено четыре пятых промышленного и сельскохозяйственного производства. Огромные территории с недостаточно увлажненным климатом испытывают трудности от недостатка воды, другие —от ее избытка.
Уже сейчас в ряд областей РСФСР, Украины, Казахстана, республик Средней Азии и в районы Азербайджана приходится подавать доброкачественную воду из смежных более водообильных районов.
Огромные трудности со снабжением водой промышленности и населения имели бы место сейчас и в центральных районах страны, если бы в результате строительства гидроузлов на Волге ее сток, крайне неравномерный во времени, не был бы зарегулирован.
Однако водный фактор продолжает влиять на размещение производительных сил во многих зонах страны. Так, «Основными направлениями экономического и социального развития СССР на 1981—1985 годы и на период до 1990 года» предусматривается не допускать в европейских районах размещения новых и расширения действующих водоемких производств.
В настоящее время и в обозримой перспективе проблема обеспечения народного хозяйства и населения чистой водой решается тремя путями:
- экономией воды, прежде всего за счет устранения потерь и излишеств, а также научно обоснованного снижения норм водопотребления;
- регулированием речного стока для устранения его неравномерности во времени и в пространстве;
- территориальным перераспределением водных ресурсов.
Большие резервы экономии воды имеются в орошаемом земледелии: это — устранение непродуктивного испарения со всякого рода разливов и заболоченностей, борьба с фильтрацией из каналов; прекращение подачи на орошаемые территории излишней воды; совершенствование нормативов водопотребления; повторное использование вод; применение более совершенных способов полива и т. д.
Значительный резерв экономии чистой воды имеется и в промышленности, в том числе в теплоэнергетике, — это замена прямоточной системы водоснабжения оборотной и замкнутой, а также снижение водоемкости производства с переводом отдельных отраслей на «сухое» производство.
«Основные направления экономического и социального развития СССР на 1981—1985 годы и на период до 1990 года» предусматривают комплекс мероприятий, направленных на сбережение воды и охрану водных ресурсов: должно быть ускорено строительство водоохранных объектов в бассейнах Черного, Азовского, Балтийского, Каспийского морей и в важнейших промышленных районах страны; намечается увеличить мощность систем оборотного и повторного использования вод, разработать и внедрить на предприятиях бессточные системы водоиспользования, улучшить охрану водных источников от истощения.
Проблема обеспечения чистой водой народного хозяйства в целях экономии государственных средств должна решаться с соблюдением следующего принципа: сначала максимально возможное экономное использование местных водных ресурсов, а затем — регулирование речного стока и межбассейновая переброска части стока.
В СССР уже имеется около 1000 искусственных водохранилищ объемом более 1 млн. м3 каждое, их суммарный полезный объем составляет 414 км3 (из них в южной зоне 250 км3), причем более 98% этого объема приходится на 160 крупных водохранилищ объемом более 100 млн. м3 каждое.
Зарегулирование стока созданием крупных водохранилищ только на основных реках европейской части СССР — Волге, Каме, Днепре, Дону и других недостаточно для обеспечения водой народного хозяйства этого развитого региона. Необходимо более глубокое регулирование стока бассейнов крупных рек путем образования системы водохранилищ и на их притоках.
Водохозяйственные расчеты показывают, что несмотря на осуществление мероприятий по регулированию стока рек в ближайшем будущем потребуется межбассейновое перераспределение стока.
Уже осуществляется подача воды в некоторые промышленные районы, ощущающие большой дефицит в воде, из смежных речных бассейнов путем переброски части стока по каналам Северский Донец — Донбасс, Днепр — Кривой Рог, Иртыш — Караганда, Каракумскому и др.
«Основными направлениями экономического и социального развития СССР на 1981 — 1985 годы и на период до 1990 года» предусмотрено «приступить к проведению подготовительных работ по переброске части стока северных рек в бассейн реки Волги, а также продолжить научные и проектные проработки по переброске части вод сибирских рек в Среднюю Азию и Казахстан». Предстоит решить грандиозную по масштабам научно-техническую проблему.
Другие пути пополнения запасов пресной воды в будущем — опреснение морских и прочих соленых вод, а также искусственное извлечение влаги из атмосферы. Первый опыт опреснения морских вод уже имеется, в частности, для водоснабжения г. Шевченко на восточном берегу Каспийского моря. Для опреснения морской воды используется тепло, вырабатываемое реактором на быстрых нейтронах Шевченковской АЭС. В стадии научной разработки находятся способы извлечения влаги из атмосферы.
Регулирование стока рек позволяет одновременно решить другую серьезную проблему—борьбу с разрушительным воздействием паводковых вод — наводнениями. Убытки народного хозяйства из-за наводнений, от которых в наибольшей степени страдают районы Дальнего Востока, Северного Кавказа, Молдавии, Закарпатья, весьма значительны.
Поскольку вода является одним из основных элементов окружающей среды, использование водных ресурсов в современных условиях развития производительных сил должно сочетаться с очисткой отводимых стоков.
Следует подчеркнуть, что за последние 10 лет объем сточных вод увеличился в три раза; резко изменился их состав — в них содержатся часто элементы, губительно действующие на биологическую жизнь водотоков и водоемов.
В целях создания решительного перелома в деле охраны водных ресурсов Советом Министров СССР было принято постановление «О мерах по упорядочению использования и усилению охраны водных ресурсов СССР». Конкретные цели в этой области и пути их достижения были определены постановлениями ЦК КПСС и Совета Министров СССР «О мерах по предотвращению загрязнения бассейнов рек Волги и Урала неочищенными сточными водами» и постановлением Совета Министров СССР «Об усилении борьбы с загрязнением моря веществами, вредными для здоровья людей или для живых ресурсов моря». Для охраны вод и улучшения их использования были разработаны «Основы водного законодательства Союза ССР и союзных республик», утвержденные Верховным Советом СССР в 1970 г. Хотя благодаря принятым мерам положение с охраной водных ресурсов за последние годы стало улучшаться, загрязнение вод продолжает еще наносить ущерб народному хозяйству.
Динамика рассмотренных явлений, связанных с использованием водных ресурсов, находится в тесной зависимости от общего развития производительных сил страны. Для того чтобы не сдерживать развития последних, необходимо осуществлять крупные народнохозяйственные мероприятия, связанные с преобразованиями природы: создавать новые водохранилища большого объема для регулирования стока и инженерные системы для территориального перераспределения водных ресурсов и одновременно в полном объеме выполнять требования по их охране.
Использование водных ресурсов в нашей стране, как правило, осуществляется комплексно, что позволяет обеспечить взаимное сочетание интересов всех водопотребителей и водопользователей и достичь общего более высокого экономического эффекта в народном хозяйстве.
Принцип комплексного использования водных ресурсов одновременно в интересах нескольких отраслей народного хозяйства был заложен в ленинском плане ГОЭЛРО, в котором предусматривалось «использование гидротехнических сооружений для нескольких целей, чтобы стоимость их могла быть разложена на ряд взаимно связанных предприятий (использование водной энергии с шлюзованием реки, орошением и т. п.)».
Ведущая и организующая роль в комплексном использовании водных ресурсов принадлежит гидроэнергетике, которая принимает на себя основную тяжесть по созданию многих крупных гидроузлов. Это объясняется тем, что энергия ГЭС быстро осваивается в народном хозяйстве, в то время как развитие орошения на новых площадях или транспортная реконструкция реки являются процессами длительными.
В районах Средней Азии, в Казахстане, на юге Украины, в засушливых районах РСФСР практически все крупные гидроузлы с гидроэлектростанциями имеют комплексное значение; они обеспечивают развитие орошения и обводнения новых массивов плодородных земель и повышение водообеспеченности уже орошаемых земель, являются источниками гарантированного водоснабжения промышленности и населения. В центральных районах важнейшим назначением комплексных гидроузлов является производство электроэнергии, водоснабжение промышленности и населения, создание глубоководных транспортных путей. В районах Дальнего Востока, Северного Кавказа, Молдавии, Закарпатья одна из основных целей создания комплексных гидроузлов— борьба с наводнениями.
Полезный объем водохранилищ действующих гидроэлектростанций составляет более 95% общего полезного объема всех водохранилищ СССР.
Важнейшей народнохозяйственной задачей, решаемой при комплексном использовании водных ресурсов, является развитие орошаемого земледелия и обводнения пастбищ. Только за счет крупных водохранилищ ГЭС создана реальная возможность орошения земельных массивов общей площадью 14 млн. га, из которых уже орошается более 6 млн. га, т. е. около 40% всех орошаемых в стране земель.
Как известно, развитие гидроэнергетики в СССР характеризуется преимущественным строительством каскадов ГЭС. На европейской территории осуществлено строительство Днепровского, Волжского и Камского каскадов ГЭС, с одновременной транспортной реконструкцией этих рек, с превращением их в водные пути с большими глубинами. На их основе создана Единая глубоководная система внутренних водных путей (ЕГС) СССР. Протяженность судоходных магистралей ЕГС превышает 6000 км. Свыше 60% всего объема перевозок по внутренним водным путям осуществляется по водохранилищам.
За счет создания водохранилищ с площадью акватории 5,6 млн. га увеличился рыбохозяйственный фонд пресноводных водоемов. Там, где рыбохозяйственное освоение водохранилищ ГЭС было проведено в полном объеме, уловы рыбы значительно возросли по сравнению с теми, которые имели место на тех же участках рек до образования водохранилищ. Так, Цимлянское водохранилище в среднем давало (до 1973— 1975 маловодных годов) более 100 тыс. ц рыбы ежегодно, т. е. около 20% рыбы, добываемой во всех искусственных водохранилищах страны, хотя размеры его составляют меньше 3% их общей площади. Продуктивность каждого гектара здесь в 8 раз выше, чем в среднем на водохранилищах.
Многие комплексные гидроузлы имеют большое значение для защиты нижерасположенных территорий от наводнений. Водохранилища действующих ГЭС позволяют ежегодно предотвращать ущерб от наводнений. Например, в результате сооружения Зейской ГЭС среднегодовой ущерб от наводнений в бассейне Верхнего Амура уменьшился в 3 раза.
В комплексном использовании водных ресурсов наряду с гидроэнергетикой участвуют теплоэнергетика и атомная энергетика, которые играют, как уже говорилось выше, заметную роль в водопотреблении.
Сочетание энергетического освоения рек с решением комплексных народнохозяйственных задач не только повышает экономическую эффективность использования водных ресурсов, но и одновременно создает условия для высокоэффективного использования других видов энергетических ресурсов.
Гидроэнергетика — неотъемлемая и весьма эффективная часть (подотрасль) электроэнергетики. Электроэнергетика сейчас в общем потреблении энергоресурсов занимает примерно одну четверть. Остальные три четверти энергоресурсов расходуются для получения промышленного и бытового тепла, на транспорт и, наконец, используются в виде химических компонентов металлургических и химических процессов. Однако в последнее время в мире происходит процесс ускоренного развития электроэнергетики по сравнению с общим ростом использования энергоресурсов. Если удвоение потребления энергоресурсов происходит примерно за 20 лет, то удвоение выработки электроэнергии — в среднем за 10 лет. Это означает, что большее количество производственных процессов, связанных с расходованием энергоресурсов, электрифицируется.
Опережающее развитие электроэнергетики является одной из материальных основ научно-технической революции и важным условием ее реализации.
Осуществляемая широкая автоматизация производственных процессов и электрификация транспорта, огромное развитие электроемких процессов в металлургии и получение больших количеств металлов путем электролиза, значительное увеличение удельного веса электрохимических производств, возрастающий уровень электрификации сельского хозяйства и коммунально-бытового сектора — все вместе взятое является яркой иллюстрацией все увеличивающегося внедрения электроэнергии в современное производство и быт населения. Электрификация сегодня — стержень строительства экономики коммунистического общества, одно из важнейших направлений научно-технического прогресса.
Гидравлические электростанции занимают в современной электроэнергетике важное место, что определяется рядом объективных причин.
Гидроэлектростанции используют возобновляемые энергетические ресурсы. Экономический гидропотенциал рек мира оценивается в настоящее время примерно в 9800 млрд. кВт-ч. В 1978 г. его использование составило 16,2%. В том же году в ряде ведущих в области гидроэнергетики стран фактическая выработка энергии на ГЭС по отношению к гидропотенциалу достигала: во Франции —91,3%. в Японии — 55,6%, в США — 42,5%, в Канаде — 43%, в СССР— 15,5%.
Гидроэлектростанции обладают рядом преимуществ по сравнению с тепловыми и атомными электростанциями: высокой степенью использования первичных энергоресурсов (около 90%), низкой себестоимостью вырабатываемой электроэнергии, значительно меньшими затратами живого труда в эксплуатации на единицу мощности (до 10 раз), высокой маневренностью оборудования, т. е. способностью быстро и без ощутимых потерь энергии изменять выдаваемую мощность.
Себестоимость производства электроэнергии на гидроэлектростанциях практически не зависит от цен на топливо, она определяется лишь природными факторами. Эксплуатация ГЭС не сопряжена с безвозвратным водопотреблением, не сопровождается загрязнением окружающей среды; при рациональном проектировании гидроузлов и осуществлении соответствующих инженерных мероприятий можно избежать неблагоприятных изменений в природных условиях.
В 1978 г. гидроэлектростанции мира выработали 1587 млрд. кВт-ч., т. е. почти 21% мирового производства электроэнергии. В ряде стран (Канаде, Бразилии, Норвегии, Швейцарии, Швеции и др.) доля гидроэлектростанций превышает 50% общей выработки электроэнергии.
В последние годы развитие гидроэнергетики в мире получило дополнительные стимулы. Это связано, во-первых, с энергетическим кризисом в капиталистическом мире (в частности, резким повышением цен на нефть) и, во-вторых, с более строгими требованиями, предъявляемыми к источникам получения электроэнергии с точки зрения охраны окружающей среды. В ряде стран осуществляется пересчет возможных к использованию гидроэнергоресурсов в сторону их увеличения.
Можно считать, что в ближайшие 20 лет будет продолжаться интенсивное гидроэнергетическое строительство и рост производства электроэнергии на гидроэлектростанциях; будет также неизменно возрастать и строительство ГАЭС для увеличения маневренности энергосистем.
Направление развития гидроэнергетики дано «Основными направлениями экономического и социального развития СССР на 1981— 1985 годы и на период до 1990 года». Намечено осуществить строительство крупных гидроэлектростанций на реках Сибири, Дальнего Востока и Средней Азии с учетом комплексного использования гидроресурсов, а также гидроаккумулирующих электростанций в европейской части СССР. Выработка электроэнергии на ГЭС должна достигнуть в 1985 г. 230—235 млрд. кВт-ч.
Гидроэлектростанции СССР в 1980 г. выработали 184 млрд. кВт-ч электроэнергии. Ежегодная экономия топлива, получаемая в стране в результате осуществленного гидроэнергетического строительства (на уровне 1980 г.), составляет 60 млн. т условного топлива.
Ежегодная прибыль, получаемая от гидроэлектростанций, значительно перекрывает все затраты государства на их строительство. Доля вырабатываемой гидроэлектростанциями электроэнергии в общем производстве электроэнергии в СССР составила в 1980 г. 14,2%.
Но дело не только и не столько в количестве электроэнергии, вырабатываемой на гидроэлектростанциях, а в ее качестве. В условиях широкого развития тепловой и атомной электроэнергетики, когда на электростанциях в основном устанавливаются крупные энергоблоки, все в большей степени возрастает роль ГЭС как регуляторов мощности, которые призваны покрывать «пики» графиков нагрузки, выполнять функции оперативного, нагрузочного и аварийного резервов энергетических систем. Гидроаккумулирующие электростанции к тому же заполняют «провалы» графиков, обеспечивают равномерную работу атомных и тепловых электростанций, чем повышают их надежность и экономичность. Эксплуатационные особенности гидроэлектростанций, как-то возможность полной автоматизации и телемеханизации, благоприятные условия труда для обслуживающего персонала, полное отсутствие вредных выбросов в атмосферу и гидросферу — выдвигают их в разряд образцовых промышленных предприятий эпохи научно-технической революции.
Водохранилища ГЭС создают необходимые условия для размещения мощных тепловых и атомных электростанций. В СССР и ряде других стран — США, Франции, Великобритании — все чаще крупные ТЭС и АЭС строят на базе водохранилищ гидроэлектростанций.
Перспективно сочетание ГЭС и ГАЭС с тепловыми и атомными электростанциями в виде энергетических комплексов. Они позволяют рационально использовать строительные площадки, создавать единые электрохозяйство и вспомогательные службы. При этом предусматривается использование тепловыми и атомными электростанциями водохранилищ ГЭС и бассейнов ГАЭС в качестве эффективных прудов-охладителей с искусственным перемешиванием воды. Примером может служить Южно-Украинский энергетический комплекс в составе АЭС, ГЭС и ГЭС — ГАЭС общей проектной мощностью 4000 МВт.
Гидроэлектростанции являются в ряде случаев первоначальной основой для промышленного освоения новых районов. Еще В. И. Ленин отмечал особую роль гидроэнергетики в более равномерном 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 '».
Создаваемые для строительства гидроэлектростанций мощные производственные базы, подъездные пути и поселки, которые, как правило, превращаются в крупные благоустроенные города, в сочетании с местными сырьевыми ресурсами создают стимулирующие условия для развития экономики в прошлом малоразвитых районов.
В результате возникают новые крупнейшие территориально-производственные комплексы (ТПК) и промышленные узлы в составе гидроэлектростанции и крупных энерговодоемких производств (алюминиевых заводов, лесопромышленных комбинатов, предприятий химии и др.). Так, Братская и Усть-Илимская ГЭС явились основой создания Братско-Усть-Илимского ТПК, Нурекская ГЭС — Южно-Таджикского ТПК; строительство Саяно-Шушенской и Богучанской ГЭС позволит сформировать Саянский и Богучанский ТПК.
В период современной научно-технической революции гидроэнергетика, будучи ведущим компонентом одной из базовых отраслей народного хозяйства — водного хозяйства и одновременно важной составляющей и эффективным фактором развития другой базовой отрасли — электроэнергетики, оказывает существенное влияние на развитие производительных сил и более рациональное их размещение по территории страны.
1 Ленин В. И. Полн. собр. соч., т. 5, с. 151.
